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基因工程的應用,1,植物基因工程,動物基因工程,微生物基因工程,基因治療,動物基因工程,微生物基因工程,基因治療,,2,植物基因工程,商業(yè)化應用階段,,3,大面積種植的國家,植物基因工程技術： 1.提高農作物的抗逆能力 2.改良農作物的品質 3.利用植物生產藥物,,4,,,1.抗蟲轉基因植物,5,抗蟲棉葉子,正常棉葉子,,6,使用化學農藥的缺點： 造成環(huán)境污染 損害人類健康 增加生產成本 用于殺蟲的基因主要是： Bt毒蛋白基因 蛋白酶抑制劑基因 淀粉酶抑制劑基因 植物凝集素基因等,7,,,2.抗病轉基因植物,抗煙草花葉病毒轉基因甜椒,抗病毒轉基因西葫蘆,8,抗病轉基因植物所采用的基因：病毒外殼蛋白基因 病毒的復制酶基因 抗真菌的基因： 幾丁質酶基因 抗毒素合成基因,,9,3.其他抗逆轉基因植物,耐寒、耐旱轉基因水稻,10,,,4.利用轉基因改良植物的品質,含大量維生素的轉基因玉米,抗癌抗衰老的紫色西紅柿,11,轉入維生素A合成酶基因的大米,,12,黃金大米，又名“金色大米”，是一種轉基因大米，通過轉基因技術將胡蘿卜素轉化酶系統(tǒng)轉入到大米胚乳中可獲得外表為金黃色的轉基因大米，被稱為“黃金大米”，英文為Golden Rice。富含維生素A ，由美國先正達公司研發(fā)。其不同于正常大米的主要功能為幫助人體增加維生素A吸收。因為色澤發(fā)黃，該大米品種被稱為“黃金大米”。,,13,美國州立亞利桑那大學生物學家查爾斯·阿恩岑及其同事培育出了一種無需冷藏、可以食用的乙肝疫苗土豆，解決了這一問題。他們從乙肝病毒中取出一個基因，將其植入土豆植株，使土豆中產生病毒抗原。人吃下這種土豆后，抗原蛋白會觸發(fā)人體的免疫反應，產生乙肝抗體抵抗乙肝病毒 。,科學前沿,14,轉基因矮牽牛,轉基因藍玫瑰,15,延熟番茄,轉入熒光酶的轉基因煙草苗,16,趣味展望,17,18,1.用于提高動物生長速度,,二、動物基因工程前景廣闊,轉入外源生長激素基因的“超級小鼠”,19,2.用于改善畜產品的品質,“乳糖不耐癥” 乳糖含量低的奶牛： 將腸乳糖酶基因導入奶?；蚪M,20,3.用轉基因的動物生產藥物,人治療性抗體轉基因奶牛,21,含有人凝血因子Ⅸ的轉基因羊,22,乳腺生物反應器生產抗凝血酶Ⅲ蛋白,23,將藥物蛋白基因與乳腺蛋白基因的啟動子等調控組件重組在一起，通過顯微注射等方法，導入哺乳動物的受精卵中，將受精卵送入母體，使其發(fā)育成轉基因動物。轉基因動物進入泌乳期后，可以通過分泌乳汁生產所需要的藥品，稱為乳腺生物反應器或乳房生物反應器。,乳腺生物反應器,乳腺生物反應器的優(yōu)點：①產量高；②質量好；③成本低；④易提取。,24,①獲取目的基因（例如血清白蛋白基因） ②構建基因表達載體（在血清白蛋白基因前加特異表達的啟動子） ③顯微注射導入哺乳動物受精卵中 ④形成胚胎 ⑤將胚胎送入母體動物 ⑥發(fā)育成轉基因動物（只有在產下的雌性個體中，轉入的基因才能表達）。,思考:用基因工程技術實現(xiàn)動物乳腺生物反應器的操作過程是怎樣的？,25,生產過程圖解(以轉基因牛生產過程為例)：,26,（1）乳腺是一個外分泌器官，乳汁不進入體內循環(huán)，不會影響轉基因動物本身的生理代謝反應。 （2）從乳汁中獲取目的基因產物，產量高，易提純，表達的蛋白質已經過充分的修飾加工，具有穩(wěn)定的生物活性。 （3）從乳汁中源源不斷獲得目的基因的產物的同時，轉基因動物又可無限繁殖。,設問:為什么乳腺能成為基因藥物最理想的表達場所呢？,27,4.用轉基因的動物作器官移植的供體,導入人基因具特殊用途的豬和小鼠,28,用轉基因動物作器官移植的供體,利用基因工程對豬的器官進行改造,方法：將器官供體基因組導入某種調節(jié)因子，以抑制抗原決定基因的表達或設法除去抗原決定基因，再結合克隆技術，培育出沒有免疫排斥反應的轉基因克隆豬器官,29,科學前沿,30,趣味展望,31,三、基因工程藥品異軍突起,基因工程肝炎疫苗,32,基因工程藥物發(fā)酵設備,33,胰島素是治療糖尿病的特效藥。一般臨床上使用的胰島素主要從豬、牛等家畜的胰腺中提取，一名糖尿病患者每年需用的胰島素需要從40頭牛或50頭豬的胰臟中才能提取到。1978年，科學家將動物體內的胰島素基因與大腸桿菌DNA分子重組，用2000ml 大腸桿菌發(fā)酵液得到100kg胰島素。1982年，美國一家基因公司用基因工程方法生產的胰島素投入市場，售價降低了30%~50%。,基因工程藥品 —— 胰島素,34,治療侏儒癥的唯一方法，是向人體注射生長激素。而生長激素的獲得很困難。治療一名侏儒癥患者每年需要從80具尸體的腦下垂體中提取生長激素。 現(xiàn)可利用基因工程方法，將人的生長激素基因導入大腸桿菌中，使其生產生長激素。人們從 450 L大腸桿菌培養(yǎng)液中提取的生長激素，相當于6萬具尸體的全部產量。,基因工程藥品 —— 生長激素,35,干擾素是病毒侵入細胞后產生的一種糖蛋白。干擾素幾乎能抵抗所有病毒引起的感染，是一種抗病毒的特效藥。此外干擾素對治療某些癌癥和白血病也有一定療效。 傳統(tǒng)的干擾素生產方法是從人血液中的白細胞內提取，每300L血液只能提取出1mg干擾素。1980~1982年，科學家用基因工程方法在大腸桿菌及酵母菌細胞內獲得了干擾素，是傳統(tǒng)的生產量的12萬倍。1987年上述干擾素大量投放市場。,基因工程藥品 —— 干擾素,36,基因工程干擾素,37,傳統(tǒng)疫苗存在許多缺點：生產過程需大量繁殖病原體，對工作人員健康造成很大威脅；病原體的減毒、滅活有可能不夠徹底，導致接種者直接感染。 基因工程疫苗：將起關鍵作用的、序列保守的蛋白質基因重組到細菌或真核細胞內，生產蛋白質，制作成疫苗。它不使用病原體本身，所以安全，還可以把不同病原體的抗原基因重組到同一受體細胞，生產多價疫苗。,基因工程藥品 —— 基因工程疫苗,38,基因工程艾滋病疫苗,基因工程乙肝疫苗,39,基因診斷：,也稱為DNA診斷或基因探針技術，即在DNA水平分析檢測某一基因，從而對特定的疾病進行診斷。 探針制備：放射性同位素(如32P)、熒光分子等標記的DNA分子； 原 理：利用DNA分子雜交原理；,四、基因治療曙光初照,40,基因探針：,基因探針就是一段與目的基因或DNA互補的特異核苷酸序列。它包括整個基因，或基因的一部分；可以是DNA本身，也可以是由之轉錄而來的RNA。,41,DNA分子雜交原理：,DNA分子雜交是基因診斷最基本的方法之一。其基本原理是：互補的DNA單鏈能夠在一定條件下結合成雙鏈，即能夠進行雜交。這種結合是特異的，即嚴格按照堿基互補配對進行。因此，當用一段已知基因的核苷酸序列作為探針，與被測基因進行接觸，若兩者的堿基完全配對成雙鏈，則表明被測基因中含有已知的基因序列。,42,首例基因治療的受益者 （美國1990年）,到1998年底，世界范圍內累計3134人接受了基因轉移試驗,43,1990年美國國立衛(wèi)生研究院治愈一位“重癥聯(lián)合免疫缺陷綜合癥”的4歲女孩,基因治療：用一個正常的基因來代替缺陷基因,ADA基因缺陷ADA：腺苷酸脫氨酶,44,基因治療：把正?；驅氩∪梭w內，使該基因的表達產物發(fā)揮功能，從而達到治療疾病的目的，這是治療遺傳病的最有效的手段。,是指是把健康的外源基因導入有基因缺陷的細胞中，達到治療疾病的目的。,患半乳糖血癥的患者，由于細胞內半乳糖苷轉移酶基因缺陷而缺少半乳糖苷轉移酶，使過多的半乳糖在體內積聚，引起肝、腦等功能受損。 1971年，美國科學家在體外做了試驗，用帶有半乳糖苷轉移酶基因的噬菌體侵染患者的離體組織細胞，結果發(fā)現(xiàn)這些組織細胞能夠利用半乳糖了。這表明，用基因替換的方法治療這種遺傳病是可能的。,45,,基因治療,46,基因診斷技術在什么方面發(fā)展迅速？,在診斷遺傳性疾病方面發(fā)展迅速。目前已經可以對幾十種遺傳病進行產前診斷。,1）β—珠蛋白的DNA探針 → 鐮刀狀細胞貧血癥 2）苯丙氨酸羧化酶基因探針 → 苯丙酮尿癥 3）白血病患者細胞中分離出的癌基因制備的DNA探針 → 白血病,舉例,47,基因工程與食品業(yè),基因工程為人類開辟新的食物來源。 1）雞蛋白基因在大腸桿菌和酵母菌中表達獲得成功。這表明，未來能用發(fā)酵罐培養(yǎng)的大腸桿菌或酵母菌來生產人類所需要的卵清蛋白。 2）用基因工程的方法從微生物中獲得人們所需要的糖類、脂肪和維生素等產品。,基因工程為食品工業(yè)中提供了什么前景？,48,基因工程與環(huán)境保護,1）用于環(huán)境監(jiān)測。 2）用于被污染環(huán)境的凈化。,基因工程在環(huán)保方面有什么應用？,例如：用DNA探針可以檢測飲用水中病毒的含量。此方法的特點是快速、靈敏，1噸水中有10個病毒也能檢測出來。,通過基因工程方法怎樣進行環(huán)境監(jiān)測？,49,1）用基因工程產物——“超級細菌”分解石油，可以大大提高細菌分解石油的效率。具體方法：將能分解三種烴類的假單孢桿菌的基因都轉移到能分解另一種烴類的假單孢桿菌內，創(chuàng)造出了能同時分解四種烴類的“超級細菌”。 2）用基因工程培養(yǎng)出“吞噬”汞和降解土壤中DDT的細菌，以及能夠凈化鎘污染的植物。 3）通過基因重組構建新的殺蟲劑，取代生產過程中耗能多、易造成環(huán)境污染的農藥，并試圖通過基因工程回收和利用工業(yè)廢物。,通過基因工程方法怎樣凈化被污染的環(huán)境？,50,