细胞工程-第九章 转基因动物与生物反应器11.10PPT幻灯片
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9细胞工程第九章
转基因
9.3.3 转基因动物生物反应器
目前基因工程菌的两大缺陷： 1、细菌等微生物本身是低等生物，构建好的 哺乳动物或人类的基因导入后不能很好的表达 2、既使表达，产物也没有活性，必须经过修 饰才能成为有效药物 动物乳腺生物反应器 动物血液生物反应器
转基因
动物乳腺生物反应器
原理：将外源基因置于乳腺特异性调节序列 之下，使之在乳腺中表达，然后通过回收乳 汁获得重要价值的生物活性蛋白。
9.1.1.2 化学方法
转基因
1、DEAE-葡聚糖法：使DNA形成大颗 粒，通过胞饮进入细胞 2、磷酸钙DNA共沉淀法：增强了细胞摄 入DNA的能力 3、脂质体载体包埋法：脂质体具有磷脂 双层结构与细胞膜类似，易融合。
9.1.1.3 生物学方法
DNA病毒载体与反转录病毒载体
转基因
9.2
转基因动物
1982年Palmiter等将大鼠的生长激素基因转入小鼠 受精卵的雄原核，获得“硕鼠”
转基因
9.2.2转基因动物的制备
9.2.2.1原理与方法
9.2.2.2转基因动物鉴定技术
9.2.2.3胚胎冷冻技术在转基因动物中的应用
转基因
9.2.2.1 原理与方法
关键步骤： 外源目的基因的制备
外源基因有效的导入生殖细胞或胚胎干细胞
选择携带有目的基因的细胞
选择合适的体外培养系统和宿主动物
转基因细胞胚胎发育及鉴定
筛选所得的转基因动物品系
转基因
9.2.2.1 原理与方法
1、原核期胚胎显微注射法：通过显微操 作仪将外源基因直接用注射器注入受精 卵（雄原核），利用受精卵繁殖中DNA 的复制过程，将外源基因整合到DNA中， 再发育成转基因动物 2、反转录病毒感染法
动物细胞工程(课件ppt课件
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5
动物细胞培养过程
动物胚胎或幼龄动
胰蛋白酶
加培养液
单个细胞
细胞
物的组织、器官 剪碎
制成 悬浮
液
细胞部系分细胞“癌变”，细胞株
遗传物质改变，无 限传代
养原 代 培
壁细 胞 贴
细胞
50代细胞 剥离、分瓶
10代 细胞
动物细胞培养不能
传代培养
最终培养成动物体 ppt课件完整
6
动物细胞生长特性
• 传代培养：将原代细胞从培养瓶中取出，配制成细胞 悬浮液，分装到两个或两个以上的培养瓶中继续培养， 称为传代培养。
• 细胞株：原代细胞一般传至10代左右细胞生长停滞， 大部分细胞衰老死亡，少数细胞存活到40~50代，这 种传代细胞为细胞株。
• 细胞系：细胞株传代至50代后又出现细胞生长停滞状 态，只有部分细胞由于遗传物质的改变，使其在培养 条件下可以无限制传代，这种传代细胞为细胞系。
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4
阅读课本P44，简述动物细胞培养的基
本过程
1、动物细胞培养的原理是什么？ 细胞增殖
2、从动物机体中要取出哪些相关组织？并 解释 原因。
动物胚胎或幼龄动物的组织、器官 它们细胞增殖能力强，分裂旺盛，分化 程度低，容易培养。
3、组织分散成单个细胞的方法是什么？其理论依 据是什么？ 4、动物细胞体外培养需要满足哪些条件？
么成份？
胰蛋白酶水解蛋白质 蛋白质
③.细胞膜的主要成份是什么？胰蛋白酶能将细胞消化掉吗？
蛋白质和磷脂
能
④.既然胰蛋白酶能将细胞消化掉，那将动物组织分散成单个 细胞要注意什么问题呢？能够用胃蛋白酶代替胰蛋白酶吗？ 为什么？
注意时间的控制
转基因动物与动物生物反应器ppt课件
5
Gordon等首次成功地将含有HSV和SV40 DNA 片段的重组质粒DNA以显微注射法导入小鼠受精 卵的雄原核内，得到了带有这种外源DNA顺序小 鼠。
1982年，Palmiter等运用此法得到的所谓“超 级巨鼠”,曾引起整个生物学界的轰动。
到目前为止，人类已获得转基因鱼、鼠、羊、猪、 兔、牛等等大小动物。
4
动物所有细胞均整合有外源基因，则具有将外源 基因遗传给子代的能力，通常被称为转基因动物。
一般用胚胎干细胞法或逆转录病毒载体法制备的 第一代转基因动物均为嵌合体动物，而显微注射 法得到的第一代转基因动物中，也有20％为嵌合 体动物。
当外源基因在转基因动物体内表达，并培育出其 表型与人类疾病症状相似的动物模型，则称其为 转基因动物模型。
目前, 已经培育出了动脉粥样硬化、镰刀形红细胞 贫血症、痴呆症、自身免疫病、淋巴系统病、真 皮炎及前列腺癌等多种疾病的模型动物,为这类疾 病的研究提供了方便。
35
（3）动物品种改良
通过外源基因的导入，改造动物的基因组,可 达到使家畜、家禽的生长速度加快，肉、蛋或奶 产量及品质提高，饲料利用率提高、抗病力加强 的目的。 目前应用最广的是，通过此技术改变牛奶的品质 和成份。在我国已获得转人乳清白蛋白、人乳铁 蛋白等转基因牛奶，为我国的“人源化牛奶”产 业化定了重要的基础。
2
转基因动物（transgenic animal）的概念
指借助基因工程技术将外源基因导入受体动物染 色体内，外源基因与动物基因整合后，随细胞的 分裂而扩增，在体内表达，并能稳定的遗传给后 代的动物。
即指基因组中整合有外源基因的一类动物。 整入动物基因组的外源基因被称为转基因
(transgene)。
类具有较多的相似性。 因而猪在提供人类移植所用的器官方面成为
Gordon等首次成功地将含有HSV和SV40 DNA 片段的重组质粒DNA以显微注射法导入小鼠受精 卵的雄原核内，得到了带有这种外源DNA顺序小 鼠。
1982年，Palmiter等运用此法得到的所谓“超 级巨鼠”,曾引起整个生物学界的轰动。
到目前为止，人类已获得转基因鱼、鼠、羊、猪、 兔、牛等等大小动物。
4
动物所有细胞均整合有外源基因，则具有将外源 基因遗传给子代的能力，通常被称为转基因动物。
一般用胚胎干细胞法或逆转录病毒载体法制备的 第一代转基因动物均为嵌合体动物，而显微注射 法得到的第一代转基因动物中，也有20％为嵌合 体动物。
当外源基因在转基因动物体内表达，并培育出其 表型与人类疾病症状相似的动物模型，则称其为 转基因动物模型。
目前, 已经培育出了动脉粥样硬化、镰刀形红细胞 贫血症、痴呆症、自身免疫病、淋巴系统病、真 皮炎及前列腺癌等多种疾病的模型动物,为这类疾 病的研究提供了方便。
35
（3）动物品种改良
通过外源基因的导入，改造动物的基因组,可 达到使家畜、家禽的生长速度加快，肉、蛋或奶 产量及品质提高，饲料利用率提高、抗病力加强 的目的。 目前应用最广的是，通过此技术改变牛奶的品质 和成份。在我国已获得转人乳清白蛋白、人乳铁 蛋白等转基因牛奶，为我国的“人源化牛奶”产 业化定了重要的基础。
2
转基因动物（transgenic animal）的概念
指借助基因工程技术将外源基因导入受体动物染 色体内，外源基因与动物基因整合后，随细胞的 分裂而扩增，在体内表达，并能稳定的遗传给后 代的动物。
即指基因组中整合有外源基因的一类动物。 整入动物基因组的外源基因被称为转基因
(transgene)。
类具有较多的相似性。 因而猪在提供人类移植所用的器官方面成为
动物细胞工程ppt课件
(4)为了把B瓶中的细胞分装到C瓶中，用胰_ 蛋白_酶___ 处理，然后配置成_细__胞__悬__浮__液__，再分装。
(5)在C瓶中正常培养了一段时间后，发现细胞全部 死亡。原因是_细__胞__没__有__发__生__瘤__变__________。
23
二、动物体细胞核移植技术和克隆动物
概念：将动物的一个细胞的细胞核，移入一 个已经去掉细胞核的卵母细胞中，使其重组 并发育成一个新的胚胎，这个新的胚胎最终 发育成动物个体。 用核移植的方法得到的动物称为克隆动物
12
进一步思考：
①.植物组织培养过程将组织分散成单个细胞的吗？ 否
②.胰蛋白酶的作用是什么呢？由此可说明细胞间的物质是什
么成份？
胰蛋白酶水解蛋白质 蛋白质
③.细胞膜的主要成份是什么？胰蛋白酶能将细胞消化掉吗？
蛋白质和磷脂
能
④.既然胰蛋白酶能将细胞消化掉，那将动物组织分散成单个 细胞要注意什么问题呢？能够用胃蛋白酶代替胰蛋白酶吗？ 为什么？
28
3、体细胞核移植方法生产的克隆动物是对体细 胞供体动物进行了100%的复制吗？为什么？
不是，克隆动物绝大部分DNA来自供体细胞 核，但核外还有少部分DNA（如线粒体DNA） 来自受体卵母细胞
4.动物克隆实例很多，为何多莉就举世闻名呢？
在1997年2月英国罗斯林研究所维尔穆特博士科研组 公布体细胞克隆羊“多莉”培育成功之前，胚胎细胞核 移植技术已经有了很大的发展。实际上，“多莉”的克 隆在核移植技术上沿袭了胚胎细胞核移植的全部过程， 但这并不能减低“多莉”的重大意义，因为它是世界上 第一例经体细胞核移植出生的动物，是克隆技术领域研 究的巨大突破。这一巨大进展意味着：在理论上证明了，
主要成分：葡萄糖、氨基酸、无机盐、维生 素和动物血清等。
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1、受精卵雄原核显微注射法 2、胚胎干细胞（ES细胞）法 3、逆转录病毒感染法 4、精子载体法 5、 YAC法 6、体细胞核移植法
34
二、培育转基因动物的方法
显微注射法 病毒介导的生物学方法 胚胎干细胞法 精子载体法 酵母人工染色体载体法 其它 基因打靶
35
基因打靶 利用细胞脱氧核糖核酸(DNA)可与外源性 DNA同源序列发生同源重组的性质，定向改 造生物某一基因的技术。 1、基因敲除（gene knock out） 2、基因替换（gene knock in）
15
目的基因的来源
1. 采用限制性内切酶，从生物组织中获取目的基因； 2. 通过mRNA合成cDNA； 3. 人工合成的DNA片段； 4. 目的基因的克隆。
16
二、培育转基因动物的方法
显微注射法 病毒介导的生物学方法 胚胎干细胞法 精子载体法 酵母人工染色体载体法 其它
17
1. 显微注射转基因技术
36
基因敲除（gene knock out），指外源DNA与受体细胞基因 组中序列相同或相近的基因发生同源重组，从而代替受体 细胞基因组中的相同/相似的基因序列，整合入受体细胞的 基因组中,而获得的内源目的基因缺失或功能丧失的转基因 动物。
37
基因替换（gene knock in），指外源DNA与受体基因组中 特定的内源基因发生同源重组而相关的两个内源基因中的 一个基因的编码区被另一个基因的编码区的拷贝所置换的 基因动物。
受精卵携带外源基因的阳性率高 外源基因多单拷贝整合 操作简单，避免注射法对卵子的损害 宿主范围广 可同时感染大量胚胎，感染率及胚胎存活率高
23
缺点： 容纳大小有限(<10-15kb) 重组逆转录病毒的长末端容易甲基化，影响外
源基因的表达 潜在致癌性,载体复杂 整合率不高,胚胎自我保护机制对其有抗性
3. 对经济大动物，由于需要大量的供体和受体，耗时 长、费用昂贵，受到很大的限制。
21
2、逆转录病毒感染法
将目的基因重组到逆转录病毒载体上，制成 高滴度病毒颗粒，人为感染着床前后的胚胎 （也可直接将胚胎与能释放逆转录病毒的单 层培养细胞共同培养以达到感染目的), 获得 转基因动物的方法。
22
优点：
9
2003年7月11日由陈系古教授领导的“人类转基因动物模 型的制作”课题组历时5年，研制成功了四种转基因小鼠。其 中，荧光鼠为胚胎干细胞、人类基因功能、人体组织工程和 克隆器官等研究提供了基础；患白化病的小鼠转导了酪氨酸 酶基因后长出了黑毛；四环素调控系统和丙肝核心抗原的转 基因小鼠分别传到第四、第三代，为制备人类丙肝病毒感 染的双基因动物模型提供了父代、母代。
转基因小鼠模型
历史
1974, Jaenisch等人,整合SV40基因的小鼠 1980, Gordon 等人,育成人胸苷激酶的转基因小鼠 1982, Palmiter等人, 转大鼠生长激素（GH）基因
的小鼠
1
转GH基因超级小鼠
2
转基因兔、牛、猪、羊、 鱼、小鼠… …
3
6
2.蜘蛛羊
7
3.超级老鼠
38
基因打靶 1. 基因敲除（gene knock out）将基因组特定内源基因定点突变 2. 基因替换（ gene knock in）将基因组特定内源基因进行定向重组
39
二、培育转基因动物的方法
显微注射法 病毒介导的生物学方法 胚胎干细胞法 精子载体法 酵母人工染色体载体法 其它 基因打靶
10
11
12
13
转基因动物模型优势：
可以从整体水平、器官水平、组织水平、 分子水平进行多层次、全方位、深入而 又系统的综合研究。
14
一、转基因动物（transgenetic animal）
借助基因工程技术将外源基因导入受体动物染色体内，外 源基因与动物基因整合后随细胞的分裂而扩增，在体内表达并 能稳定的移转给后代的动物称为转基因动物。
28
4.精子载体导入法
29
5 酵母人工染色体载体法（YAC） 利用酵母人工染色体(ＹＡＣ)作为载体制作转基因动物的方法。 酵母人工染色体（ＹＡＣ）载体是近年来发展起来的新型载体, 能克隆百万对碱基的大片段ＤＮＡ。
30
优点：
保证大片段ＤＮＡ的完整性 。 保证较长外源片段在转基因动物研究中的整合率提 高。 保证了目的基因上下游的侧翼序列的完整性 , 因而 可以消除或减弱基因整合后的位置效应。
研究者将高度活跃的磷酸烯醇丙酮酸羧激酶 (PEPCK-C)基因注入老鼠胚胎。基因转化的老鼠在运 动时有效利用身体脂肪产生能量，同时避免产生大
8
量乳酸。
4.无所畏惧老鼠
不怕猫的老鼠。在科学家展示的照片中，一只褐色老鼠离一 只猫不到一英寸，在猫的身边嗅来嗅去。
研究人员确认并移除了老鼠大脑嗅球上的某些感受器，结果 这些老鼠变成了一群无所畏惧的啮齿动物，在天敌面前转来转去， 显示出极强的好奇心，永远不知道危险的存在。
24
3.胚胎干细胞方法
25
优点： 外源基因整合情况的可控性高。 可预先在细胞水平检测外源基因的拷贝数、定位、表达的水平 及插入的稳定性。 外源基因导入ES细胞的方法多样，细胞鉴定 及筛选方便。
26
缺点：
ES细胞系建立及培养困难 维持ES细胞的未分化及多向分化潜能不易 所得个体为嵌合体
27
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
目前，胚胎干细胞介导法在小鼠上应用 比较成熟，在大动物上应用较晚。
利用显微操作技术转移外 源基因的方法。此法转入 基因长度可达数百kb；并 能随机地整合在受体体细 胞染色体DNA上，因此应 用范围广。
18
microinjection
19
受精卵显微注射制备转基因动物的缺点
1. 外源基因整合至基因组的效率很低，对经济大动物 （猴、牛、羊）的整合效率更低；
2. 随机整合，转基因整合的位点和拷贝数无法控制， 造成转基因的表达差异很大，筛选高表达转基因 动物的工作量很大；
31
6、体细胞核移植法
将外源基因导入到体细胞中，再将该细胞 进行培养，选择其中带有外源基因的细胞 进行扩增，用这种细胞的细胞核进行核移 植（把体细胞核植入一个去了核的卵母细 胞中，融合并激活），将重组胚进行体外 培养或者植入同步化的假孕动物的输卵管。
32
7.其它方法… …
性腺转基因方法
33
总结：转基因动物的制作方法
34
二、培育转基因动物的方法
显微注射法 病毒介导的生物学方法 胚胎干细胞法 精子载体法 酵母人工染色体载体法 其它 基因打靶
35
基因打靶 利用细胞脱氧核糖核酸(DNA)可与外源性 DNA同源序列发生同源重组的性质，定向改 造生物某一基因的技术。 1、基因敲除（gene knock out） 2、基因替换（gene knock in）
15
目的基因的来源
1. 采用限制性内切酶，从生物组织中获取目的基因； 2. 通过mRNA合成cDNA； 3. 人工合成的DNA片段； 4. 目的基因的克隆。
16
二、培育转基因动物的方法
显微注射法 病毒介导的生物学方法 胚胎干细胞法 精子载体法 酵母人工染色体载体法 其它
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1. 显微注射转基因技术
36
基因敲除（gene knock out），指外源DNA与受体细胞基因 组中序列相同或相近的基因发生同源重组，从而代替受体 细胞基因组中的相同/相似的基因序列，整合入受体细胞的 基因组中,而获得的内源目的基因缺失或功能丧失的转基因 动物。
37
基因替换（gene knock in），指外源DNA与受体基因组中 特定的内源基因发生同源重组而相关的两个内源基因中的 一个基因的编码区被另一个基因的编码区的拷贝所置换的 基因动物。
受精卵携带外源基因的阳性率高 外源基因多单拷贝整合 操作简单，避免注射法对卵子的损害 宿主范围广 可同时感染大量胚胎，感染率及胚胎存活率高
23
缺点： 容纳大小有限(<10-15kb) 重组逆转录病毒的长末端容易甲基化，影响外
源基因的表达 潜在致癌性,载体复杂 整合率不高,胚胎自我保护机制对其有抗性
3. 对经济大动物，由于需要大量的供体和受体，耗时 长、费用昂贵，受到很大的限制。
21
2、逆转录病毒感染法
将目的基因重组到逆转录病毒载体上，制成 高滴度病毒颗粒，人为感染着床前后的胚胎 （也可直接将胚胎与能释放逆转录病毒的单 层培养细胞共同培养以达到感染目的), 获得 转基因动物的方法。
22
优点：
9
2003年7月11日由陈系古教授领导的“人类转基因动物模 型的制作”课题组历时5年，研制成功了四种转基因小鼠。其 中，荧光鼠为胚胎干细胞、人类基因功能、人体组织工程和 克隆器官等研究提供了基础；患白化病的小鼠转导了酪氨酸 酶基因后长出了黑毛；四环素调控系统和丙肝核心抗原的转 基因小鼠分别传到第四、第三代，为制备人类丙肝病毒感 染的双基因动物模型提供了父代、母代。
转基因小鼠模型
历史
1974, Jaenisch等人,整合SV40基因的小鼠 1980, Gordon 等人,育成人胸苷激酶的转基因小鼠 1982, Palmiter等人, 转大鼠生长激素（GH）基因
的小鼠
1
转GH基因超级小鼠
2
转基因兔、牛、猪、羊、 鱼、小鼠… …
3
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2.蜘蛛羊
7
3.超级老鼠
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基因打靶 1. 基因敲除（gene knock out）将基因组特定内源基因定点突变 2. 基因替换（ gene knock in）将基因组特定内源基因进行定向重组
39
二、培育转基因动物的方法
显微注射法 病毒介导的生物学方法 胚胎干细胞法 精子载体法 酵母人工染色体载体法 其它 基因打靶
10
11
12
13
转基因动物模型优势：
可以从整体水平、器官水平、组织水平、 分子水平进行多层次、全方位、深入而 又系统的综合研究。
14
一、转基因动物（transgenetic animal）
借助基因工程技术将外源基因导入受体动物染色体内，外 源基因与动物基因整合后随细胞的分裂而扩增，在体内表达并 能稳定的移转给后代的动物称为转基因动物。
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4.精子载体导入法
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5 酵母人工染色体载体法（YAC） 利用酵母人工染色体(ＹＡＣ)作为载体制作转基因动物的方法。 酵母人工染色体（ＹＡＣ）载体是近年来发展起来的新型载体, 能克隆百万对碱基的大片段ＤＮＡ。
30
优点：
保证大片段ＤＮＡ的完整性 。 保证较长外源片段在转基因动物研究中的整合率提 高。 保证了目的基因上下游的侧翼序列的完整性 , 因而 可以消除或减弱基因整合后的位置效应。
研究者将高度活跃的磷酸烯醇丙酮酸羧激酶 (PEPCK-C)基因注入老鼠胚胎。基因转化的老鼠在运 动时有效利用身体脂肪产生能量，同时避免产生大
8
量乳酸。
4.无所畏惧老鼠
不怕猫的老鼠。在科学家展示的照片中，一只褐色老鼠离一 只猫不到一英寸，在猫的身边嗅来嗅去。
研究人员确认并移除了老鼠大脑嗅球上的某些感受器，结果 这些老鼠变成了一群无所畏惧的啮齿动物，在天敌面前转来转去， 显示出极强的好奇心，永远不知道危险的存在。
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3.胚胎干细胞方法
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优点： 外源基因整合情况的可控性高。 可预先在细胞水平检测外源基因的拷贝数、定位、表达的水平 及插入的稳定性。 外源基因导入ES细胞的方法多样，细胞鉴定 及筛选方便。
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缺点：
ES细胞系建立及培养困难 维持ES细胞的未分化及多向分化潜能不易 所得个体为嵌合体
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
目前，胚胎干细胞介导法在小鼠上应用 比较成熟，在大动物上应用较晚。
利用显微操作技术转移外 源基因的方法。此法转入 基因长度可达数百kb；并 能随机地整合在受体体细 胞染色体DNA上，因此应 用范围广。
18
microinjection
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受精卵显微注射制备转基因动物的缺点
1. 外源基因整合至基因组的效率很低，对经济大动物 （猴、牛、羊）的整合效率更低；
2. 随机整合，转基因整合的位点和拷贝数无法控制， 造成转基因的表达差异很大，筛选高表达转基因 动物的工作量很大；
31
6、体细胞核移植法
将外源基因导入到体细胞中，再将该细胞 进行培养，选择其中带有外源基因的细胞 进行扩增，用这种细胞的细胞核进行核移 植（把体细胞核植入一个去了核的卵母细 胞中，融合并激活），将重组胚进行体外 培养或者植入同步化的假孕动物的输卵管。
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7.其它方法… …
性腺转基因方法
33
总结：转基因动物的制作方法