转基因动物与生物反应器
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09转基因动物与生物反应器-HXY78页PPT
转基因动物技术路线
外源目的基因的制备 外源目的基因有效导入生殖细胞或胚胎干细胞
选择获得携有目的基因的细胞 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
哺乳动物生殖生理
哺乳动物受精和妊娠，整乳动物的制备方法
显微注射法 逆转录病毒载体感染 胚胎干细胞介导法 精子载体介导法 YAC介导的基因转移
1 显微注射法
雄性原核
显
受精卵
微
注
射
显微注射
法
操
作
胚胎移植
流
程
后定检测
显微注射法的优点
a、转移率较高、整合效率达30%； b、外源基因长度可达50Kb； c、方法简单，导入过程直观；
缺点
a、设备昂贵、操作复杂； b、随机整合、首尾相连的多拷贝； c、常造成插入位点附近宿主DNA大片
段缺失、重组等突变，出现动物严重 生理缺陷； d、外源基因能否稳定整合要到子一代 中筛选得到。
1987年美国科学家戈登（Gordon）等 人首次在小鼠的奶中生产出一种医用蛋 白──tPA（组织型纤溶酶原激活物）， 展示了用动物乳腺生产高附加值产品的 可能性。利用动物乳腺生产高价值产品 的方式称为乳腺生物反应器。
微生物反应器 植物反应器 动物反应器
(一) 优点 1可以利用发酵工程 技术大规模生产。 2 胞外活性物质制备 容易。 （二）不足 1哺乳动物或人类的 基因往往不能表达。 有些表达了，却没有 活性，需要进一步修 饰。 2真核生物蛋白质翻 译后加工的精确性有 限。 3需要大型发酵设备 和车间。 4细菌发酵常形成不 溶聚合物，使下游加 工成本增加。
疾病模型
基因转移方法
转导的基因
动物乳腺生物反应器
动物乳腺生物反应器黄泠淇 16302010054技术原理乳腺生物反应器的原理是应用重组DNA技术和转基因技术,将目的基因转移到尚处于原核阶段(或1～2细胞的受精卵)的动物胚胎中,经胚胎移植,得到转基因乳腺表达的个体,其乳腺组织即可分泌生产目的产品进入奶中。
在构建乳腺表达的外源基因时,外源基因在乳腺特异性表达需要乳蛋白基因的一个启动子和调控区,即要有一个引导泌乳期乳蛋白基因表达的序列,这样才能将外源基因置于乳腺特异性调节序列控制之下,使其在乳腺中表达,再通过回收奶得到目的蛋白。
转基因动物乳腺生物反应器建立后尚需进一步鉴定。
可分别从DNA，RNA及表达的目的蛋白等不同水平进行检测，从而确保能得到具有生物活性的目的蛋白。
目的蛋白的分离和纯化的基本路线可以分为：收集转基因动物奶液，离心去脂肪，酸处理去除酪蛋白，盐析、透析、超滤，以及各种层析技术来提纯，最后得到成品。
技术应用工业上，动物乳腺生物反应器主要应用于生产活性蛋白。
大量抗体，抗生素，疫苗被成功生产出来。
腺反应器生产的抗胰蛋白酶，凝血因子更是帮助无数遗传病患者摆脱病痛。
同时经营养改造过的乳腺生产的奶液可以为免疫系统功能不全的人和接受放疗化疗的病人提供优良的营养物质和安全的药物服用途径。
动物乳腺生物反应器除了用于大量生产蛋白质，还是研究基因的理想工具，利用这项技术能够方便研究基因功能，整合，翻译，修饰，表达，调控等。
也为其他生物反应器的研究和商业应用开辟道路。
技术优点1.动物乳腺的表达可进行翻译后修饰，如信号肽切除，蛋白的糖基化，羟基化及羧基化等，相比原核生物生产的外源蛋白，这种方法生产的蛋白具有生物活性和稳定性。
2.这种蛋白表达体系简单，一旦建立转基因动物乳腺生物反应器，只要简单地饲养好动物，利用动物乳腺的高表达能力，即可源源不断地得到贵重的药物蛋白。
3.转基因动物乳腺反应器的生产过程是一个畜牧业过程，饲养费用低廉，对环境没有污染，有广阔的发展前景。
转基因生物反应器
反转录病毒感染法：将含目的基因的反转录病毒载体人为感染早期胚胎细胞实现基因转移，产生转基因动物。
01
特点：基因转移效率、感染率、整合率明显高于其他基因转移方法。
02
但不能完全杜绝反转录病毒在转基因动物生产的商品中的污染。
03
卵母细胞显微注射法 基本方法：将带有外源目的基因的反转录病毒通过显微注射技术注入卵母细胞的卵周腔，通过体外受精，胚胎移植获得转基因动物。 优点（ห้องสมุดไป่ตู้62） 适合制备大型转基因动物 对卵的机械损伤小 提高外源基因与核染色体接触的机会 提高外源基因的整合率
01
优良动物的育种：通过转基因可获得生长快速、品质良好、抗病力强、产量高的动物品种。
03
在异种器官移植中，通过转基因技术以期获得人类所需的不被免疫排斥的器官。
05
转基因动物模型与基因治疗
02
在医药领域：通过相应转入目的基因的动物获得所需的药物
04
生物反应器：P263－265 优点：易养殖、通过乳腺和血液制备活性物质简单易行 不足：制备转基因动物成本高 易产生一些伦理问题
曾溢滔院士预测称，目前一种新药从它的研制开发、通过药审、直到上市，约需10~15年。如果利用转基因动物-乳腺生物反应器，新药生产的周期为5年左右。
据悉，曾溢滔院士在1998年研制出转基因羊、1999年研制出转基因牛，这两项成果，震惊了世界，并连续两年获得两院院士评选的十大科技进展。
12.4 转基因植物生物反应器
方法：外源目的基因导入能进行体外培养的动物细胞，再以这些细胞作为核供体，利用克隆动物技术获得转基因动物。
优点（262）
获得转基因动物的效率高
通过鉴别核供体核型预知转基因动物性别
所需动物数量大为减少
转基因动植物生物反应器 综述
转基因动植物生物反应器生物技术1002摘要:生物反应器，指以活细胞或酶为生物催化剂进行细胞增殖或生化反应提供适宜环境的设备，它是生物反应过程中的关键设备。
随着转基因技术问世,生物反应器不再局限于传统“冷冰冰”的设备，而是富有生命特性的动植物。
动植物生物反应器指的是通过基因工程途径以常见的农作物或者活体动物，高效表达某种器官或组织，进行工业化生产功能蛋白等生物制剂。
本文为大家阐述了转基因动植物反应器的优缺点，研究进展及其应用。
关键词:转基因动物反应器，转基因植物反应器，优缺点，研究进展，应用一、转基因动植物生物反应器的优缺点1.1转基因动物生物反应器的优点1易养殖，实现大规模制备。
2通过乳腺和血液制备活性物质简单易行。
3可以通过动物细胞培养实现大量制备。
4产量高，转基因动物在每升乳汁中可得几十克产物，而转基因植物，微生物在每升培养液中只能获得几毫克。
5成本低，用细菌、酵母菌或动物细胞生产基因工程药物，反应条件要求严格，而转基因动物只需要正常饲养。
6用于转基因动物制药的受体牛、羊、猪等哺乳动物，与人类亲缘关系比细菌、酵母菌要近的多，所以其产品具有与人体自身产生的蛋白相同的生物学活性川。
7用转基因动物培植活体器官和组织，用于更替人体患病的器官和组织。
1.2转基因动物生物反应器的缺点1细胞培养需要昂贵的培养基和设备。
2转基因动物制备成本昂贵。
3转基因动物易产生一些伦理问题。
4目前转基因动物的研究存在理论基础薄弱、技术不完善等问题"使得转入的基因在受体动物基因组中存在着随机整合、调节失控、遗传不稳定、表达率不高等问题。
为确保转入的基因能得到高效表达并完全整合，关键是基因构建和位点整合。
5转基因表达产物的分离与纯化也存在问题，可能会出现要纯化的产物含量低的现象，还要确保去除引起人类变态反应的非人类蛋白。
6转基因表达产物的结构和生物活性是否与人体蛋白相似#转基因产品必须与人体产生的蛋白高度相似，以免人体对它产生免疫反应。
生物反应器及其应用——转基因动物生物反应器
生 物 反 应 器 （ｉｒａｔｒ经 历 了 ３个 发 展 阶 段 ： 中表 达 的转 基 因动 物 称 为 动 物 生 物 反应 器 ， 家 畜 ｂｏｅｃｏ） 把 细 菌 基 因 工 程 、 胞 基 因 工 程 、 基 因动 物 生 物 反 作 为 一 种 生 物 反 映 器 ， 产 人 类 所 需 的 药 用 蛋 白 ， 细 转 生 应 器 。细 胞 基 因工 程 产 物 往 往 不 具 备 生 物 活 性 ， 必 包 括 治 疗 用 药 物 、 素 和 抗 体 等 。 激 须 经 过 糖 基 化 、 基 化 等 一 系 列修 饰 加 工 后 ， 能 羟 才 成 为 有 效 的 药物 ， 细 胞 基 因 工 程 又 因为 哺 乳 动物 而 细 胞 的培 养 条件 要 求 相 当苛 刻 ， 本 太 高 ， 制 了规 成 限 模 生产 。动 物 生 物 反应 器 具 有 产 品质 量 高 ， 易提 容
２ 动物生物 反应器的类型
２１ 动 物血液生物 反应 器 ．
近 年 来 ， 物 血 液 生物 反 应 器 取得 了很 大进 展 。 动 血 液 生 物 反 应 器 比较 适 合 生 产 人 血 红 蛋 白、 体 和 抗 纯 的特 点 ， 补 了其 它 各 类 基 因 表 达 系 统 的 缺 陷 。 弥 生产 非 生物 学 活 性 状 态 的融 合 蛋 白， 有 活性 的 蛋 而
维普资讯
・讲
座 ・
生 物 反 应 器 及 其 应 用
— —
转 基 因动 物 生 物 反 应 器
袁 明霞 ， 孙德 君 ， 万秋 杨
（ 黑龙 江 省 生 物 制 品 一 厂 ， 龙 江 哈 尔 滨 １ ０ ６ ） 黑 ５ ０ ９
【 中图分 类号 １ ８ ４８ ｓ １． 【 文献 标识 码 】 Ｂ 【 文章 编号 ］ ６ ２— ２ ７ （０ ７０ １７ ０ ８２ ０）６— 、 养 盐 、 他 命 和 氧 （ 好 氧 有 机 物 ） 营 维 对 来 畜 研 究 最 为 活 跃 的领 域 就 是 利 用 它 们 生产 新 的 动 支 持 这个 自然 过 程 ， 细胞 能进行 生 长和 新 陈 代谢 。 物 产 品 。通 常 把 目的基 因在 血 液 循 环 系 统 或 乳 腺 使
２ 动物生物 反应器的类型
２１ 动 物血液生物 反应 器 ．
近 年 来 ， 物 血 液 生物 反 应 器 取得 了很 大进 展 。 动 血 液 生 物 反 应 器 比较 适 合 生 产 人 血 红 蛋 白、 体 和 抗 纯 的特 点 ， 补 了其 它 各 类 基 因 表 达 系 统 的 缺 陷 。 弥 生产 非 生物 学 活 性 状 态 的融 合 蛋 白， 有 活性 的 蛋 而
维普资讯
・讲
座 ・
生 物 反 应 器 及 其 应 用
— —
转 基 因动 物 生 物 反 应 器
袁 明霞 ， 孙德 君 ， 万秋 杨
（ 黑龙 江 省 生 物 制 品 一 厂 ， 龙 江 哈 尔 滨 １ ０ ６ ） 黑 ５ ０ ９
【 中图分 类号 １ ８ ４８ ｓ １． 【 文献 标识 码 】 Ｂ 【 文章 编号 ］ ６ ２— ２ ７ （０ ７０ １７ ０ ８２ ０）６— 、 养 盐 、 他 命 和 氧 （ 好 氧 有 机 物 ） 营 维 对 来 畜 研 究 最 为 活 跃 的领 域 就 是 利 用 它 们 生产 新 的 动 支 持 这个 自然 过 程 ， 细胞 能进行 生 长和 新 陈 代谢 。 物 产 品 。通 常 把 目的基 因在 血 液 循 环 系 统 或 乳 腺 使
动物乳腺生物反应器的原理及研究进展
1920
0. 9 20 次实验统计
193
0. 7
7为保证产品数量和质量的稳 定 ,必须将转基因乳腺表达的个体培育成遗传稳定的 家系或品系 。这方面美国 FDA 已有明确规定 。而生 产遗传性一致的家系最有效的方法就是进行转基因动 物的克隆 ,这样可由一头转基因动物可生产出性能一 致的群体 。 4. 3. 5 产品的纯化 :从乳腺生物反应器获得的产品作 药用 ,需要纯化技术 。 5 经济效益估测
美国学者根据目前乳腺生物反应器技术的现状和 发展趋势 ,对乳腺生物反应器生产人重组蛋白质的经 济效益作了测算 (表 3) ,表 3 中的数字表明 ,乳腺生物 反应器技术的完善和发展 ,将不断满足市场对许多药 用蛋白的种类和数量的需求 ,并使产品成本大幅度的 降低 。
综 述
— 53 —
值得注意的是 ,在构建乳腺表达的外源基因时 ,外 源基因在乳腺特异性表达需要乳蛋白基因的一个启动 子和调控区 ,即要有一个引导泌乳期乳蛋白基因表达 的序列 ,这样才能将外源基因置于乳腺特异性调节序 列控制之下 ,使其在乳腺中表达 ,再通过回收奶得到目 的蛋白 。目前大多数蛋白基因的启动子已用于外源基 因在转基因动物乳腺中表达 。 4 国内外研究 、开发现状与进展 4. 1 国外研究 、开发概况 自 80 年代末 、90 年代初 , 英国人相继实现了用小鼠和绵羊乳腺生产人的抗胰蛋 白酶以来 ,国外在乳腺生物反应器技术研究上取得了 巨大的发展 ,已有数十种产品在实验动物小鼠乳腺中 合成 ,表明控制外源基因在动物乳腺特异和高效表达 的技术 ,已日渐成熟 。到目前为止 ,至少有 10 种产品 在大动物上生产成功 ,少数产品已完成中试 ,即将投入
虽然动物乳腺可生产任何一种蛋白质和多肽产 品 ,但从商业和社会需求的角度来看 ,最能发挥其技术 优势的是生产那些需求量大 、单位零售价格又不太高 、 而其他生产体系难以解决的产品 。包括一次用量大的 多肽药物 ,治疗抗体 、血液蛋白 、工业用酶 、动物疫苗和 各种功能性蛋白等 ,都具有相当大的市场容量和开发 前景 。
转基因动物应用的研究现状与发展前景
3、生物反应器：转基因动物可以作为生物反应器，生产具有重要价值的生 物制品，如药物、工业原料等。
然而，要实现这些目标，还需要在政策、技术和社会接受度等方面取得更多 的支持。
三、关键技术
转基因动物应用的关键技术包括基因编辑技术和合成生物学等。基因编辑技 术可以通过对动物基因进行精确的改造，实现对动物性状的改良。合成生物学则 通过设计和构建新的生物部件，实现对动物基因组的全面改造。这些技术的不断 发展，为转基因动物的应用提供了更多的可能性。
结论
总的来说，转基因动物的发展前景是广阔的。虽然仍存在一些技术和社会层 面的挑战，但随着科技的不断进步和应用的深入挖掘，转基因动物将在未来生物 科技领域发挥越来越重要的作用。通过国际合作、政策推动和公众教育，我们可 以期待转基因动物在未来的发展中实现更多的突破和创新。
引言
转基因动物研究是生物技术领域的一项重要前沿课题，旨在通过改变动物的 遗传信息来提高其性能、增强其抗性或用于疾病治疗等。随着科学技术的不断进 步，转基因动物研究取得了显著的成果，从提高畜禽生产效率到治疗人类疾病等 方面，转基因动物都有着广泛的应用前景。本次演示将介绍转基因动物的研究进 展及未来发展趋势。
为了实现这些目标，需要科研人员继续深入研究转基因动物的机制和安全性 问题，并加强国际合作和技术交流。同时，需要制定更加科学、严格的法规和伦 理指导原则，以确保转基因动物研究的安全性和可持续性。
结论
转基因动物研究是生物技术领域的一项重要技术，具有广泛的应用前景和巨 大的价值。在过去的几十年中，科研人员已经在提高畜禽生产性能、增强抗性、 构建疾病模型等方面取得了显著的成果。然而，仍需转基因动物的安全性、法规 和社会接受程度等问题。未来，随着科研技术的不断进步和法规体系的不断完善， 转基因动物研究将有望为人类社会的发展做出更加重要的贡献。
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
动物乳腺生物反应器的研究概况
动物乳腺生物反应器的研究概况摘要：转基因动物乳腺生物反应器是利用动物乳腺特异性启动子调控元件指导外源基因在乳腺中特异性表达，并从转基因动物乳汁中获取重组蛋白。
近年来，生物学和分子生物学研究领域的成就促进了该技术的蓬勃发展。
本文简要概述了转基因动物乳腺生物反应器的基本概念、原理、特点及应用，并重点阐述了其研究现状及前景，从而探讨其存在的问题。
关键词：转基因动物；乳腺生物反应器；进展Abstract：Mammary gland bioreactor of transgenic animals is a useful biological technology, which expresses foreign genes under the direction of special promoters of the mammary gland as regulating components in the mammary gland and produces functional pharmaceutical proteins in milk．In recent years，achievements of biology and molecular biology accelerate the development of this technology. This paper briefly reviews the basic concepts, principle, chara- cteristics and applications of the mammary gland bior- eactor of transgenic animals，especially summarizing its current research status and bright future，meanwhile discusses the problems existed．Key words:transgenic animals；mammary gland bioreactor；progress前言21世纪是生命科学突飞猛进的时代，生命科学在人类生活中占有极为重要的位置。
第9章 转基因技术
19
重组目的基因的结构示意图
限制性核酸内切酶
20
21
DNA连接酶
22
转入受体进行表达
23
二、中游部分
1、外源基因的导入 2、外源DNA整合、转录及表达的检测
24
1、外源基因的导入
1）受精卵原核显微注射法 2）逆转录病毒感染法 3）胚胎干细胞法 4）精子载体法 5）细胞核移植法 6）脂质体介导法 8）基因打靶 9）原始生殖细胞技术
效率高
感染率高、细胞损伤小，胚胎存活率高。
宿主范围广泛，外源DNA在整合位点附近较少发生缺失 和重排
呈单位点、单拷贝整合，并且不受胚胎发育阶段的限制。
43
缺点：
逆转录病毒载体容量有限，只能转移≤10kb的DNA，转 入的基因一般没有其邻近的调控序列。
载体病毒基因有潜在的致病性，携带外源基因的病毒 载体在导入受体细胞过程中有可能激活受体细胞DNA序 列上的原癌基因或其它有害基因，威胁受体动物的健 康安全。
基因，从而在生物活体内研究此基因的功能。
48
第二节
原理 同源重组(homologous recombination)
发生在同源序列间的重组，通过链的断裂 和再连接，在两个DNA分子同源序列间进行单链 或双链片段的交换。 细胞水平实现基因的定位修饰
49
50
51
优点：
可对阳性细胞选择，实现外源DNA的定点整合，避免 了随即整合的缺点。
，是一项旨在培育肉多低脂且环境友好型家禽的研究组成部
分。无毛鸡能够减少养殖户用在防止鸡遭受高温侵袭的通风
设施上的投入
9
约翰斯-霍普金斯大学的科学家注视着两只小老鼠，左边的 是一只普通老鼠，右边的是一只转基因老鼠，肌肉发达程 度是普通老鼠的2到3倍。在对一种新发现的基因进行研究 时，科学家培育了转基因鼠。这只转基因鼠有助于科学家 寻找伴随癌症或者艾滋病出现的肌肉萎缩症的治疗手段。
重组目的基因的结构示意图
限制性核酸内切酶
20
21
DNA连接酶
22
转入受体进行表达
23
二、中游部分
1、外源基因的导入 2、外源DNA整合、转录及表达的检测
24
1、外源基因的导入
1）受精卵原核显微注射法 2）逆转录病毒感染法 3）胚胎干细胞法 4）精子载体法 5）细胞核移植法 6）脂质体介导法 8）基因打靶 9）原始生殖细胞技术
效率高
感染率高、细胞损伤小，胚胎存活率高。
宿主范围广泛，外源DNA在整合位点附近较少发生缺失 和重排
呈单位点、单拷贝整合，并且不受胚胎发育阶段的限制。
43
缺点：
逆转录病毒载体容量有限，只能转移≤10kb的DNA，转 入的基因一般没有其邻近的调控序列。
载体病毒基因有潜在的致病性，携带外源基因的病毒 载体在导入受体细胞过程中有可能激活受体细胞DNA序 列上的原癌基因或其它有害基因，威胁受体动物的健 康安全。
基因，从而在生物活体内研究此基因的功能。
48
第二节
原理 同源重组(homologous recombination)
发生在同源序列间的重组，通过链的断裂 和再连接，在两个DNA分子同源序列间进行单链 或双链片段的交换。 细胞水平实现基因的定位修饰
49
50
51
优点：
可对阳性细胞选择，实现外源DNA的定点整合，避免 了随即整合的缺点。
，是一项旨在培育肉多低脂且环境友好型家禽的研究组成部
分。无毛鸡能够减少养殖户用在防止鸡遭受高温侵袭的通风
设施上的投入
9
约翰斯-霍普金斯大学的科学家注视着两只小老鼠，左边的 是一只普通老鼠，右边的是一只转基因老鼠，肌肉发达程 度是普通老鼠的2到3倍。在对一种新发现的基因进行研究 时，科学家培育了转基因鼠。这只转基因鼠有助于科学家 寻找伴随癌症或者艾滋病出现的肌肉萎缩症的治疗手段。
8 转基因生物反应器
动物乳腺生物反应器利用哺乳动物乳腺特异性表达 的启动子元件构建转基因动物, 指导外源基因在乳 腺中表达, 并从转基因动物的乳液中获取重组蛋白。
乳汁中分泌人凝血因子IX的转基因山羊
动物乳腺生物反应器的应用
高乳汁营养价值 生产药用蛋白
患有庞普病的婴儿体内一种可促进糖原质代谢的酶有缺陷。 荷兰研究人员培育出一种转基因兔，兔奶中表达这种酶，因此 饮用这种奶可以治疗这种疾病。
两大缺陷：
Байду номын сангаас
一是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 好表达。 二是即使表达了，产物往往没有活性，必 须经过糖基化、羧基化等一系列修饰加工 才能成为有效的药物。
转基因生物反应器
生物反应器（bioreactor）
生物反应器：一般是指用于完成生物催化反应的装置， 分为细胞反应器和酶反应器。
传统生物反应器 生物反应器 转基因生物反应器
细胞反应器 酶反应器 动物生物反应器 植物生物反应器 微生物生物反应器
微生物反应器
(一) 优点 1可以利用发酵工程 技术大规模生产。 2 胞外活性物质制备 容易。 （二）不足 1哺乳动物或人类的 基因往往不能表达。 有些表达了，却没有 活性，需要进一步修 饰。 2真核生物蛋白质翻 译后加工的精确性有 限。 3需要大型发酵设备 和车间。 4细菌发酵常形成不 溶聚合物，使下游加 工成本增加。
1 转基因动物反应器
概念1：转基因动物反应器是指从转基因动物体液或血液 中收获目标产物的生命系统。其原理是将编码活性蛋白的 基因导入动物的受精卵或早期胚胎内，以制备转基因动物， 并使外源基因在动物体内（乳汁、血液）进行高效表达， 然后提取目的产物。 概念2：一般把目的基因片段在器官或组织中表达的转基 因动物叫动物生物反应器。
乳腺生物反应器名词解释
乳腺生物反应器名词解释
一、乳腺生物反应器
乳腺生物反应器是一种利用转基因动物（如牛和羊）的乳腺作为生物反应器，生产重组蛋白或特定产物的技术。
通过将外源基因导入动物的受精卵，使得该基因在动物体内稳定整合并遗传给后代。
在乳腺组织中表达的重组蛋白可以通过乳汁获取，具有高效、安全、经济等优点。
二、转基因动物
转基因动物是指通过基因工程技术将外源基因导入动物受精卵，并使其稳定遗传给后代的动物。
这种技术可以用于生产具有特定性状的转基因动物，如带有特定基因的转基因牛、羊等。
三、重组蛋白
重组蛋白是指利用基因工程技术生产的蛋白质。
这些蛋白质可以在转基因生物（如转基因植物、转基因动物或微生物）中表达，也可以在实验室条件下使用重组DNA技术在大肠杆菌或酵母等微生物中表达。
重组蛋白具有纯度高、产量高、安全性好等优点，在医疗、制药、农业和工业等领域有广泛应用。
细胞工程-7.转基因动物与生物反应器
从分子水平和乳腺分泌物两个方面进行鉴定。
整理：灵魂的心碎 更多内容请联系 linghundexinsui@
■ 目的基因的选择
选择目的基因的基本要求是，正常情况下浓度低、翻译后修饰复杂、其它表达体系难以表达或表达量低、应用前景广阔的蛋白基因。
■ 体外重组
选择好目的基因和启动子调控元件后进行体外重组，构建融合基因。
■ 基因转导
将构建好的重组基因用基因转导方法转移到受精卵。
■ 胚胎移植
利用胚胎移植技术将制备的转基因受精卵植入待孕母体子宫内，生产转基因动物，得到转基因乳腺表达个体。通过采集转基因动物的乳汁，来获得目的基因表达产物。
━转基因技术:通过人工方式将外源基因整合到生物体基因组内，并使该转基因生物能够稳定地将此基因遗传给后代的技术。
━转基因动物:在基因组内稳定地整合外源基因，并且可以稳定地遗传给后代的基因工程动物。
━转基因动物细胞反应器制备流程
■ 外源目的基因的制备
■ 外源目的基因有效导入生殖细胞或胚胎干细胞
■ 选择获得携有目的基因的细胞
■ 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。
━生物反应器的类型
■ 动物血液生物反应器
■ 动物乳腺生物反应器
■ 动物膀胱生物反应器
动物乳腺生物反应器的制备
■ 表达载体的构建
目前用于表达载体的启动子调控元件选用动物乳蛋白基因启动子元件，主要有四类乳腺定位表达调控元件。
第9章 转基因动物与生物反应器
利用鸡蛋生产重组药用蛋白。
优点：
鸡输卵管是一个自我封闭的系统，肝脏 合成蛋黄中的蛋白质和脂肪，并由血液 直接输入输卵管，避免大量表达的外源 性蛋白质对鸡健康造成的危害。
产量可观，且成本低廉。
产品的活性接近天然产品
本章结束
在显微镜下准确地插入受体细胞核中，并将 DNA注射进去。
3、裸DNA直接转移法：效率低。
显微操作系统
二、化学方法
1、DEAE-葡聚糖介导法：效率低
(乙二胺乙基葡聚糖)
DNA上的磷酸带负电
DEAE带正电
→ DNA大颗粒→ 细胞胞饮
2、磷酸钙-DNA共沉淀法：效率低(P254)
表面活性剂
3.脂质体介导法(P255)
转基因动物乳腺生物反应器的优越性： 产品质量稳定，活性高； 可持续大量地表达； 成本低，经济效益显著； 无污染； 药物分离纯化工艺简便，可获得纯度
高达99%的产品； 研制开发周期短。
转基因动物乳腺生物反应器存在的问题：
转基因在受体动物基因组中随机整合， 有些存在调节失控、遗传不稳定、表达 率不高等问题
第9章 转基因动物 第9章与生转物基反因应动器物
与生物反应器
9.1 转基因技术
通过人工操作的方式将外源基因整合到 生物体基因组内，使该转基因生物能稳定 地将此基因遗传给后代的实验技术。
细胞转染外源基因分三步：
(1)选择合适的受体细胞; (2)有效的转染方法； (3)转化后的筛选。
细胞转染外源基因的方法：
9.2.1 转基因动物的制备
一、步骤： •外源目的基因的制备； •目的基因有效导入生殖细胞或胚胎干细胞； •选择获得携有目的基因的细胞； •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。
优点：
鸡输卵管是一个自我封闭的系统，肝脏 合成蛋黄中的蛋白质和脂肪，并由血液 直接输入输卵管，避免大量表达的外源 性蛋白质对鸡健康造成的危害。
产量可观，且成本低廉。
产品的活性接近天然产品
本章结束
在显微镜下准确地插入受体细胞核中，并将 DNA注射进去。
3、裸DNA直接转移法：效率低。
显微操作系统
二、化学方法
1、DEAE-葡聚糖介导法：效率低
(乙二胺乙基葡聚糖)
DNA上的磷酸带负电
DEAE带正电
→ DNA大颗粒→ 细胞胞饮
2、磷酸钙-DNA共沉淀法：效率低(P254)
表面活性剂
3.脂质体介导法(P255)
转基因动物乳腺生物反应器的优越性： 产品质量稳定，活性高； 可持续大量地表达； 成本低，经济效益显著； 无污染； 药物分离纯化工艺简便，可获得纯度
高达99%的产品； 研制开发周期短。
转基因动物乳腺生物反应器存在的问题：
转基因在受体动物基因组中随机整合， 有些存在调节失控、遗传不稳定、表达 率不高等问题
第9章 转基因动物 第9章与生转物基反因应动器物
与生物反应器
9.1 转基因技术
通过人工操作的方式将外源基因整合到 生物体基因组内，使该转基因生物能稳定 地将此基因遗传给后代的实验技术。
细胞转染外源基因分三步：
(1)选择合适的受体细胞; (2)有效的转染方法； (3)转化后的筛选。
细胞转染外源基因的方法：
9.2.1 转基因动物的制备
一、步骤： •外源目的基因的制备； •目的基因有效导入生殖细胞或胚胎干细胞； •选择获得携有目的基因的细胞； •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。
动物生物反应器
（2）目的基因的选择 选择目的基因的基本要求是，正常情况下浓度低、翻 译后修饰复杂、其它表达体系难以表达或表达量低、应用 前景广阔的蛋白基因。
（3）体外重组及检测
选择好目的基因和启动子调控元件后进行体外重组，构 建融合基因。并将构建的表达载体转染至动物乳腺细胞中表 达，提取细胞分泌蛋白，检测目的基因表达情况。
乳腺动物反应器建立的关键在于： 乳腺组织特异性表达载体构建的合理性和有效 性，这包括外源基因在活体动物组织中分泌表达，
表达是否具有组织特异性，表达水平及其蛋白是
否具有全部的生物学活性。
为解决这些问题，国外采用的的方法：
• 采用BLG、WAP、酪蛋白启动子及部分内含子等乳腺定位
表达调控元件进行乳腺特异性表达的调控。
转基因动物乳腺生物反应器是目前国际上唯一证明可以达到商
业化生产水平的生物反应器。
• 动物就像一个活的发酵罐，其温度、气体、水分
和PH值均由动物自身调控，所以常被喻为药物工 厂、生物反应器、基因农场或分子农场。 • 动物生物反应器优点： ① 表达产物能充分被修饰且具有稳定的生物活性。 ② 产品成本低。可无限繁殖，且饲养成本低，可 大规模生产。 ③ 产品质量高，易提纯。由动物生物反应器生产 的药品为纯的生物制品，避免了化学试剂及生物 毒素的污染，安全可靠。 ④ 生物反应器目的基因对动物内部组织器官的干 扰和影响不大，一旦获得有高效表达的祖代个体， 其遗传性即可保证维持生产的低成本。
蛋白质或多肽等药物己取得了一定进展。外源基因编码产物 可直接从血清中分离出来,血细胞组分可通过裂解细胞获得。
动物膀胱生物反应器
外源基因在膀胱中表达的转基因动物生物反应器 , 叫动物膀胱生物反应器。膀胱尿乳头顶端表面可表达一
组尿血小板溶素的膜蛋白,这种蛋白在膀胱中表达具有专一性, 而且它的基因是高度保守的,将外源基因插入5′端调控序列中, 就可以指导外源基因在尿中表达。
转基因动物生物反应器研究进展
年 ，而通 过 转基 因动 物生物 反应 器 生产 一般 只 需 大 概 ５年 的时 间 。如 以转 基 因动物 乳腺 反应 器研
制 的周 期来 算 ， 主要取 决 于动物 的泌 乳周 期 。 其 中
转 基 因猪 １ ２个 月 ， 转 基 因绵羊 ｌ ８个 月 ， 转基 因奶
牛 １ ５ ～２ ９个 月。
心 的新 型制 药公 司 ，在世 界 范 围 内掀 起 了一 个前
１ 转基 因动物 生物 反 应器 生 产 医用 蛋 白 药 物 的 优 越 性
与传统 的 生物反 应器 相 比 ，转 基 因动 物 生物 反应器 有着 不可 比拟 的优 越性 。一是转 基 因动 物
可 以不断繁 殖扩 群 ， 而 一个 动物 就像 一 个“ 天然 药 物 工厂 ” ， 从 而可 以大 规模 地生 产 出无 免疫 原性 且
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３ － ０ ６ — １ １
： 通讯作者 基金项 目 ： 国家青年 自 然科学基金项 目（ ３ １ １ ０ １ ６ ８ ９ ） ； 广东 省科技计 划项 目（ ２ ０ １ Ｉ Ａ ０ ２ ０ ９ ０ １ ０ ０ １ ； ２ ０ １ ｉ Ａ ０ ２ ０ １ Ｏ ２ ０ Ｏ ３ ）
成本， 而 转基 因动物 生 物 反应 器 只需 ０ ． ０ ２ ～０ ． ５ ０ 美元， 这 样大 大 降低 了投 资的风 险 。 三 是研 发周 期
公 司为 代表 的几 十家 利用 转基 因动 物 生物 反 应器 生产 贵 重 医用蛋 白药 物 的公 司 ， 已生 产 出一 百 多 种 珍贵 的医 用 蛋 白药物 ， 有些 如 人 ｈ Ｆ ｖ ｍ 、 ｈ ａ卜Ａ Ｔ
等 正处 于 临床 试 验阶 段 ，有些 已经 进 入Ｉ Ｉ Ｉ 期 临床 阶 段 。２ ０ ０ ６年 和 ２ ０ ０ ９年 美 国 Ｇ Ｔ Ｃ公司 用 山羊 乳
制 的周 期来 算 ， 主要取 决 于动物 的泌 乳周 期 。 其 中
转 基 因猪 １ ２个 月 ， 转 基 因绵羊 ｌ ８个 月 ， 转基 因奶
牛 １ ５ ～２ ９个 月。
心 的新 型制 药公 司 ，在世 界 范 围 内掀 起 了一 个前
１ 转基 因动物 生物 反 应器 生 产 医用 蛋 白 药 物 的 优 越 性
与传统 的 生物反 应器 相 比 ，转 基 因动 物 生物 反应器 有着 不可 比拟 的优 越性 。一是转 基 因动 物
可 以不断繁 殖扩 群 ， 而 一个 动物 就像 一 个“ 天然 药 物 工厂 ” ， 从 而可 以大 规模 地生 产 出无 免疫 原性 且
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３ － ０ ６ — １ １
： 通讯作者 基金项 目 ： 国家青年 自 然科学基金项 目（ ３ １ １ ０ １ ６ ８ ９ ） ； 广东 省科技计 划项 目（ ２ ０ １ Ｉ Ａ ０ ２ ０ ９ ０ １ ０ ０ １ ； ２ ０ １ ｉ Ａ ０ ２ ０ １ Ｏ ２ ０ Ｏ ３ ）
成本， 而 转基 因动物 生 物 反应 器 只需 ０ ． ０ ２ ～０ ． ５ ０ 美元， 这 样大 大 降低 了投 资的风 险 。 三 是研 发周 期
公 司为 代表 的几 十家 利用 转基 因动 物 生物 反 应器 生产 贵 重 医用蛋 白药 物 的公 司 ， 已生 产 出一 百 多 种 珍贵 的医 用 蛋 白药物 ， 有些 如 人 ｈ Ｆ ｖ ｍ 、 ｈ ａ卜Ａ Ｔ
等 正处 于 临床 试 验阶 段 ，有些 已经 进 入Ｉ Ｉ Ｉ 期 临床 阶 段 。２ ０ ０ ６年 和 ２ ０ ０ ９年 美 国 Ｇ Ｔ Ｃ公司 用 山羊 乳
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历史事件
1973年美国斯坦福大学的Cohen 等人，将 大肠杆菌R6-5质粒DNA（含卡那霉素抗性基因） 和大肠杆菌pSC101质粒DNA（含四环素素抗性 基因）重组后转化大肠杆菌，产生同时表现出 两种抗性的细菌。 1974年 科恩将非洲爪蟾编码核糖体的基因 同pSC101质粒构成重组DNA分子，并导入大肠 杆菌，证实动物基因进入了细菌细胞，并在细 菌细胞中增殖和转录产生相应的mRNA。
步骤： 1.逆转录病毒载体的构建 2.选择和培养包装细胞系 3.重组病毒DNA导入包装细胞 4.收集重组病毒颗粒 5.感染胚细胞，使细胞转化 此法是目前制备转基因鸡最有效和 最成功的方法。
病毒介导的生物学方法
第二节
转基因动物的方法
转基因动物实例一
超级奶牛－普通奶牛的三倍大 （英国）
转基因动物实例二
这种方法是受二价金属离
子能促进细胞吸收外源 当核酸以磷酸钙—DNA共 沉淀物的形式在时，细胞 但转移效率较低，仅有 1%~5%的外源DNA可以
DNA的启发而发展起来的。
摄取DNA的能力显著加强。
进入受体细胞核中，大约
仅有1%的DNA可以在细 胞中稳定表达。 磷酸钙—DNA共沉淀法基因转移技术
将需要转移的外源DNA 或RNA包裹于脂质体内， 由于脂质体具有磷脂双层
显微注射法的基本程序
通过激素疗法使小鼠超数排卵，开始时注射雌性妊娠
血清，48小时后再注射人绒毛膜促进腺激素，这时小鼠
便会超数排卵，一般情况下5-10个，超数排卵为35个；
与雄性小鼠交配，然后杀掉小鼠，从其输卵管内取出
受精卵；
将经纯化的转基因样品迅速注射入受精卵中变大的雄
性原核内 ；
• 将25-40个注射了转基因的受精卵移植入代孕小鼠 体内； • 受精卵发育成胚胎，并繁殖成转基因小鼠子代 ； • 从小鼠子代体内取出DNA样品，进行杂交，鉴定转 基因的整合与否及位点； • 子代小鼠间进行再交配，繁殖，观察转基因是否 遗传及表达。
通过DNA显微注射获得转基因小鼠示图
用显微注射方法制备转基因动物，操作技术性很强， 即使是受过严格训练的专业人员操作，发育成转
转基因动物 概念：
将特定的目的基因从某一生物体分离
出来，进行扩增和加工，再导入另一
动物的生殖细胞或早期胚胎细胞中， 使其整合到宿主动物的染色体上，在 动物的发育过程中表达，并通过生殖 细胞传给后代。这种在基因组中稳定
整合有人工导入外源基因的动物称为
转基因动物。
• 代表性事件
• 1982年，帕尔米特等人将大鼠的生长激素 基因导入小鼠受精卵内，获得了比普通对 照小鼠生长速度快2-4倍，体形大以北的转 基因“硕鼠”。
转基因动物与生物反应器
基因工程技术 基因工程的概念
○基因工程是一种DNA重组技术,在分子水平 上进行遗传操作，按设计的蓝图，从供体中提 取或人工合成目的基因，令其与载体构建成重 组DNA，再转移到受体细胞，目的基因在细胞 中表达获得新的遗传性状 ○基因工程的操作程序：获取目的基因—— 目的基因与载体构建重组DNA分子——重组DNA 分子转移至受体细胞——转化细胞的扩增、鉴 定和筛选
一、雄原核显微注射法
以单细胞受精卵为靶细胞，利用显微注射技术将构 建好的载体DNA直接注射入受精卵的原核，再将接 受注射的受精卵移入假孕母体输卵管继续发育获得 转基因动物个体。 目前应用较广泛，最早最经典的方法。
这一方法的实验程序如下： • ⑴载体DNA制备 ａ受精卵准备 • ⑵胚胎操作过程 ｂ显微注射 ｃ假孕母鼠准备(养母) ｄ胚胎移植 • ⑶对幼鼠鉴定
利用脉冲电场提高细胞膜的
通透性，从而使外源DNA
转移至细胞中。此法简单、
效率较高，广泛应用于培养
细胞的基因转移。
电穿孔法实现外源基因的转移
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细胞 染色体DNA上，因此应用 范围广。但是这种整合有 时会导致转基因动物基因
结构，与细胞膜类似，因
此可以与受体细胞膜融合，
从而将外源DNA转入宿
主细胞。这种方法转基因 效率高。
脂质载体包埋法
逆转录病毒法
原理： 逆转录病毒的核酸为一条单链RNA分子，其基 因由两部分组成，一是顺式作用序列，为病毒复 制和整合所必需；二是反式作用序列，编码病毒 的包装蛋白。将外源基因取代反式作用序列构建 成重组载DNA。 另外将包装蛋白基因导入专门的细胞并使之 整合到染色体上，形成包装细胞。 如果重组病毒DNA导入这种包装细胞中，病毒 包装蛋白能将DNA包装成具有感染力的重组蛋白颗 粒，能浸染动物细胞而将重组DNA引入宿主细胞。
东北农业大学－国内首例绿色荧光蛋白“转基因”克隆猪 绿色荧光蛋白－猪胎儿成纤维细胞－克隆
转基因动物实例三
转绿色荧光蛋白的兔
转基因动物实例四
正在进行转基因山羊的实验
乳汁中分泌人凝血因子IX的转基因山羊
上海交通大学医学遗传研究所
just a joke
•反转录病毒法 •基因显微注射法
•胚胎干细胞移植法
4. 聚合酶链式反应（PCR）扩增特定基因片段。
二、目的基因的克隆
• 通过载体在适当的宿主中克隆
选择载体
目的基因与载体的连接
重组体导入受体细胞
• 通过PCR反应克隆目的基因
三、转基因技术--目的基因的转移
电穿孔法 显微注射法 裸露DNA直接注射 磷酸钙—DNA共沉淀法 脂质载体包埋法 病毒介导的生物学方法
转基因动物技术的主要步骤：
外源目的基因的Leabharlann 备外源目的基因有效导入生殖细胞或胚胎干细胞
选择获得携有目的基因的细胞
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
第一节
目的基因的制备及转移
一、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；
组的重排、易位、缺失或
定点突变。
显微注射转基因技术
• DNA显微注射法经典的技术路线
目的基因 显微注射
已交配的 供体动物 取出 受精卵 移植 受体动物 输卵管 妊娠 转基
显微注射法是最早使用、至今仍在使用的较成熟的基因导入 方法。 缺点：整合效率低（小于1%）；不能定点整合；方法复杂、 设备昂贵。