动物细胞工程样本

细胞工程第一讲

一、 概述

1、 细胞工程( cell engineering) 定义

应用现代细胞生物学、 发育生物学、 遗传学和分子生物学的原理方法与技术, 按照人们的需要, 在细胞水平上进行遗传操作, 包括细胞融合、 核质移植等方法, 快速繁殖和培养出人们所需要的新物种的生物工程技术。

2、 细胞工程的研究内容

( 1) 动植物细胞和组织培养

植物细胞培养主要用于育种和代谢产物制备, 日本等国家用生物反应器培养人参细胞生产有效药用成分。

动物细胞培养用于制备单克隆抗体、 疫苗、 生长因子等。

( 2) 细胞融合

改良性状, 培育新品种

( 3) 染色体工程

主要用于培育单倍体或多倍体新品种, 如四倍体小麦, 八倍体小黑麦

( 4) 胚胎工程

主要是获得人们需要的成体 细胞工程

动植物细胞和组织培养

细胞融合 染色体工程 胚胎工程 细胞遗传工程

器官培养 组织培养 细胞培养

( 快速繁育和产物大量

制备) ( 改良性状, 培育新品

种)

( 培育新品种, 单倍体和多倍体) ( 获得人们需要的成体) ( 无性繁殖, 改变性状) 克隆 转基因技术

如: 胚胎分割技术、胚胎融合技术、卵核移植技术、体外授精技术等最成功应用于畜牧业获得优良品种与胚胎保存

对人类来说主要用于不孕症获得试管婴儿

( 5) 细胞遗传工程

克隆: 无性繁殖, 动物克隆指经无性繁殖而产生遗传性状完全相同的后代个体。

转基因技术: 将外源基因整合到生物体内, 能够表示并稳定遗传给后代的实验技术。

3、细胞工程的优势

( 1) 避免了分离、提纯、剪切、拼接等基因操作, 只需将细胞遗传物质直接转移到受体细胞中就能够形成杂交细胞。

( 2) 不但能够在植物与植物之间、动物与动物之间、微生物与微生物之间, 甚至能够在三者之间形成前所未有的杂交物种。

4、细胞工程发展

( 1) 萌芽阶段---理论渊源和早期的尝试( 20世纪初-30年代中期)

德国植物生理学家Haberlandt在19 提出植物细胞的全能性。认为植物细胞有再生出完整植株的潜在能力。

美国生物学家Harrison 是公认的动物组织培养的创始人, 19 , 以淋巴液为培养基观察了蛙胚神经细胞突起的生长过程, 首创了体外组织培养法。

( 2) 奠基阶段---离体培养技术的建立( 20世纪30年代中期-50年代中期) 1934年美国植物生理学家White经过培养番茄根, 建立活跃生长的无形繁殖系, 而且在28年间转接培养1600代仍能生长。并正式提出植物细胞全能性学说。

1940年, Earle建立无限传代的小鼠结缔组织L细胞系;

1954年, 美国微生物学家索尔克利用原代培养的猴肾细胞制备脊髓灰质炎疫苗并进入工业化生产。

( 3) 蓬勃发展阶段---各种新物种的出现( 20世纪50年代末-至今)

1958年, 利用胡萝卜髓细胞形成了体细胞胚, 并发育成完整植株。

1960年, 植物原生质体和体细胞杂交成功。在育种及次生代谢产物生产方面飞速发展,

1958年, 冈田善雄灭活的仙台病毒诱导肿瘤细胞融合, 开创了细胞融合的崭新领域。

三色鼠:

绵山羊:

5、细胞工程的应用

( 1) 粮食与蔬菜生产

利用细胞工程技术进行作物育种, 是迄今人类受益最多的一个方面。中国在这一领域已达到世界先进水平, 培育出的水稻品种或品系有近百个, 小麦有30个左右。培育的新品种, 具有抗倒伏、抗锈病、抗白粉病等优良性状。

( 2) 园林花卉

植物细胞工程技术使现代花卉生产发生了革命性的变化。

如: 世界兰花市场上有150多种产品, 其中大部分都是用快速繁殖技术得到的试管苗。从此, 市场供应摆脱了气候、地理和自然灾害等因素的限制。至今, 已报道的花卉试管苗有360余种。已投入商业化生产的有几十种。中国对康乃馨、月季、唐昌蒲、菊花、非洲紫罗兰等品种的研究较为成熟, 有的也已商品化, 并有大量产品销往港澳及东南亚地区。

( 3) 临床医学与药物

单克隆抗体并已成功地应用于临床治疗, 主要是针对一些还没有特效药的病毒性疾病, 特别适用于抵抗力差的儿童。

人类体外受精技术的日趋成熟, 使人类对生育活动有了较大的选择余地, 促进优生优育, 提高人口素质, 也为不孕症患者或不宜生育的人带来福音。

生物药品主要有各种疫苗、菌苗、抗生素、生物活性物质, 抗体等, 是生物体内代谢的中间产物或分泌物。过去制备疫苗是从动物组织中提取, 得到的产量低而且很费时。现在, 经过培养、诱变等细胞工程或细胞融合途径, 不但大大提高了效率, 还能制备出多价菌苗, 能够同时抵御两种以上的病原菌的侵害。

( 4) 繁育优良品种

当前, 人工受精、胚胎移植等技术已广泛应用于畜牧业生产, 使优良公畜、禽的交配数与交配范围大为扩展, 而且突破了动物交配的季节限制。

另外, 能够从优良母畜或公畜中分离出卵细胞与精子, 在体外受精, 然后再将人工控制的新型受精卵种植到种质较差的母畜子宫内, 繁殖优良新个体。

综合利用各项技术, 如胚胎分割技术、核移植细胞融合技术、显微操作技术等, 在细胞水平改造卵细胞, 有可能创造出高产奶牛、瘦肉型猪等新品种。

6、细胞工程产业化发展前景

( 1) 新兴高技术产业( 2) 细胞工程产品的应用人生长激素、促红细胞生成素、溶血栓药物、 MAb

( 3) 医学治疗基因治疗、人造器官、干细胞治疗、体细胞治疗、抗癌免疫细胞治疗

二、体外培养细胞的分型

1、悬浮型细胞( suspend cell)

不需要贴附在支持物上, 而是呈悬浮状态生长。

细胞悬浮生长时胞体为圆形。细胞悬浮培养的优点是细胞生存空间大,生长时间长,能繁殖出大量细胞。观察细胞病变时不如贴壁细胞方便。

2、贴壁型细胞( anchorage-dependent cell)

细胞必须贴附在某一固相支持物上才能生长。

贴壁型细胞又分为4种

1) 上皮型细胞( epithelium) : 细胞呈扁平不规则多角形, 中间有细胞核, 彼此紧密连接。

2) 成纤维型细胞( fibroblast) : 细胞贴壁后呈梭形或不规则三角形。

3) 游走型细胞( wandering) : 细胞质常伸出伪足或突起, 呈活跃的游走或变形运动, 分散生长不连接成片。

4) 多形型细胞( polymorphic) : 呈多角形, 并伸出很长的神经纤维, 很难确定其形状。

三、动物细胞的特点

1、动物细胞比微生物细胞大, 无细胞壁。

2、动物细胞倍增时间长, 生长缓慢, 易污染。

3、培养过程需氧少, 对机械搅拌或剪切力敏感。

4、动物细胞间主要以聚集体形式存在。

5、原代细胞一般繁殖50代左右即退化死亡。

四、动物细胞培养的定义

动物细胞与组织培养是从动物体内取出细胞或者组织, 模拟体内的生理环境, 在无