基因工程及其应用(必修用课件)

特殊 动物
2、基因工程在医学上的应用
⑴ 基因工程药品的生产
许多药品的生产是 从生物组织中提取的。 受材料来源限制产量有 限，其价格往往十分昂 贵。
我国生产的部分基因 工程疫苗和药物
微生物生长迅速，容易控制，适于大规模工业化 生产。若将生物合成相应药物成分的基因导入微生 物细胞内，让它们产生相应的药物，不但能解决产 量问题，还能大大降低生产成本。
提取目的基因
限制酶
DNA连 接酶
从大肠杆菌 中提取质粒
目的基因与 运载体结合 目的基因导 入受体细胞 目的基因的 表达与检测
1、基因工程与作物育种
转基因抗虫棉花
转入苏云金杆菌 的一个抗虫基因， 是中国目前最主要 的转基因作物
转黄瓜抗青枯病基因的甜椒 转黄瓜抗青枯病基因的马铃薯
转鱼抗寒基 因的番茄
原理 操作环境 操作水平 结果 基因重组 生物体外 DNA分子水平 定向地改造生物的遗传性状， 获得人类所需要的品种。
二、基因操作的工具
1、 基因的“剪刀”——限制性核酸内切酶
专一性： 识别特定核苷酸
序列，在特定的切点切DNA， 具特异性。并裂解磷酸二酯 键，产生两个黏性末端。
例：大肠杆菌的一种限制酶(EcoRⅠ)能识别 GAATTC序列，并在G和A之间切开。
第2节 基因工程及 其应用
设想
能否能否让热 带鱼也能发光?
能发光的水母
不能发光的热带斑马鱼
普通热带斑马鱼是不发荧光的
能发 荧光 的热 带斑 马鱼
能产生人胰岛素的大肠杆菌
一、基因工程(gene engineering)
又叫做基因拼接技术或DNA重组技术。通俗的 说，就是按照人们的意愿，把一种生物的某 种基因提取出来，加以修饰改造，然后放到 另一种生物的细胞里，定向地改造生物的遗 传性状。
⑵ 环境污染治理： 基因工程做成的“超级细菌”能吞食和分 解多种污染环境的物质。
通常一种细菌只能分解石油中的一种烃类， 用基因工程培育成功的“超级细菌”却能分解 石油中的多种烃类化合物。有的还能吞食转化 汞、镉等重金属，分解DDT等毒害物质。
五、转基因生物和转基因食品的安全性
阅读课本Ｐ１０５讨论：转基因食品安全吗？
转基因植物的安全性争论
• 支持派认为：如果转基因农业生物技术得 不到社会支持，这一研究将被扼杀，并且 强调，迄今为止并没有发现转基因食品危 害人体健康和环境的确切证据。
• 美国人食用转基因食品已多年，超级 市场上有4000多种商品是含有转基因 植物成分的，还没有事例证明人吃了 以后会得病，甚至会引起死亡。 加拿大、澳大利亚也是转基因食品的 生产大国，均有几千万人在吃，到现 在为止也没有—个案例说明它有问题 。
反对派的观点
• 一英国科学家声称，转基因马铃薯会减 弱老鼠免疫系统功能；
• 美国康乃尔大学也发现，转基因玉米会 危害蝴蝶幼虫及其相关生态环境。
• 环保团体认为这种违反自然的转基因作 物及产品，未经长期安全测试，长期食 用可能对人类及生态环境造成负面影响 。
• 尤其是注重环境和生态保护的欧盟国家 ，对转基因作物更加排斥，因而抵制美 国GMO产品的进口。
标记基 因，便 于进行 检测。
作为运载体必须具备哪些条件？
1）能够在宿主细胞中复制并稳定地保存。 2）具多个限制酶切点，以便与外源基因连接。
3）具有某些标记基因，便于进行筛选。 如抗菌素的抗性基因、产物具有颜色反应的基因等。
三、基因工程的操作步骤
基因工程操作的基本步骤
从细胞中分 离出DNA
限制 酶
胰岛素从猪、牛等动物的 胰腺中提取，100Kg胰腺只能 提取4-5g的胰岛素，其产量之 低和价格之高可想而知。
将合成的胰岛素基 因导入大肠杆菌，每 2000L培养液就能产 生100g胰岛素！使其 价格降低了30%50%!
• 干扰素治疗病毒感染简直 是“万能灵药”！过去从 人血中提取，300L血才 提取1mg！其“珍贵”程 度自不用多说。
提高变异频率，
染色体变异定 不同个体的优良 明显缩短育种 植物茎杆粗壮， 大幅度改良某些 性状可集中到同 年限，后代一 果实、种子大， 性状，加速育种 向地改造生物 的遗传性状 一个个体上 般都为纯种 营养高 进程
育种时间长， 需及时发现优 良性状
技术复杂， 成本高 普通小麦花 药离体培养
发育延迟， 结实率低
我国研究人员正在制备用于基因 治疗的基因工程细胞
3、基因工程与环境保护
⑴ 环境监测： 基因工程做成的DNA探针能够十分灵敏地 检测环境中的病毒、细菌等污染。
1t水中只有10个病毒也能被DNA探针检测出来
利用基因工程培育的“指示生物”能十分 灵敏地反映环境污染的情况，却不易因环境污 染而大量死亡，甚至还可以吸收和转化污染物。
作业：
育种 方法 基本 原理 方法 优点 缺点 杂交 育种
基因重组
几种常见育种方法的比较
单倍体 育种
染色体变异 花药离体培 养、秋水仙 素诱导加倍
多倍体 育种
染色体变异
诱变 育种
基因突变
基因工 程育种
基因重组
杂交→自交 →选优
秋水仙素处 物理或化学方 将一种生物特定 理萌发的种 法处理动植物 基因转移到另一 种生物体内 子、幼苗 、微生物
G AA T T C
C T T AA G
用同种限制酶切割
G AA T T C G G AA T T C G
C T T AA
C T T AA
基因的针线：DNA连接酶
G AA T T C
C T T AA G
3、基因的运输工具——运载体 常用的运载体： 质粒、噬菌体和 动植物病毒等
质粒存在于 许多细菌和酵母 菌等生物中,是细 胞染色体外能够 自主复制的很小 的环状DNA分子.
EcoRⅠ
黏性末端
思考:
被同一种限制酶切断的几个DNA是否 具有相同的黏性末端？
2、基因的“针线” ——DNA连接酶
连接酶的作用： 将互补配对的两个黏性末端连接起来，使 之成为一个完整的DNA分子。 连接的部位： 生成磷酸二酯键 DNA连接酶的作用过程：
G AA T T C
C T T AA G
不会引起过敏的质、 高产、抗性好的农作物及畜、禽新品种，还可 以培养出具有特殊用途的动、植物。
生长快、耐不良环境、肉质 好的转基因鱼(中国)
乳汁中含有人生长激素的转 基因牛(阿根廷)
超级 动物
导入贮藏蛋白基因的超级羊和超级小鼠 导入人基因具特殊用途的猪和小鼠
有利变异少， 需要处理大量 实验材料，具 有不确定性
可能引起生 态危机，技 术难度大 转基因抗 虫棉
实例 杂交水稻 中国荷斯坦牛
无籽西瓜
青霉菌高产菌 株的培育 黑农五号大豆
“转基因食品，要不要贴标签?”
• 若转基因产品与目前市售的产品具有实质 等同性，则不需再加特殊的标签； • 若转基因产品中含有对一部分人群有过敏 性反应的蛋白，则需加标签，以使购买者 作出选择。
我国
• 2001年6月6日，国务院公布的《农业转基 因生物安全管理条例》规定，不得销售未 标识的农业转基因生物，其标识应注明产 品中含有转基因成分的主要原料名称；有 特殊销售范围的还应注明并在指定范围内 销售。
通过基因工程的方 式创造了能合成人干扰 素的大肠杆菌，每1Kg的 培养液可提取20—4０ mg干扰素。
⑵ 基因诊断与基因治疗
诊断：用放射性同 位素等标记的“DNA 探针”检测肝炎病毒 等病毒感染及遗传缺 陷，不但准确而且迅 速。
治疗：把健康的外 源基因导入有基因缺 陷的细胞中，达到治 疗疾病的目的。