第3節(jié)基因工程的應用及產業(yè)化前景 第4章基因工程 目標導讀1 閱讀教材P83 86內容 了解動植物基因工程成果 2 分析教材P86 91圖文 簡述基因治療和基因芯片 重難點擊1 動植物基因工程成果 2 基因治療和基因芯片 課堂導入 方式一基因工程自20世紀70年代興起后 在短短的幾十年間 得到了飛速的發(fā)展 目前已經成為生物科學的核心技術 基因工程在實際應用領域 農牧業(yè) 工業(yè) 環(huán)境 能源和醫(yī)療衛(wèi)生等方面 也展示出美好的前景 我們今天就一起來分享一下它的成果吧 方式二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 每100kg胰腺只能提取4 5g胰島素 用該方法生產的胰島素產量低 價格昂貴 遠不能滿足社會需要 1979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 并在大腸桿菌內實現(xiàn)了表達 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 可以看出利用轉基因微生物生產藥物與傳統(tǒng)的制藥相比的優(yōu)越性 無需大型裝置和大面積廠房就可以生產出大量藥品 降低生產成本 減少生產人員和管理人員 而且可以解決傳統(tǒng)制藥中原料來源不足的問題 基因工程取得了哪些豐碩成果 還有哪些進展 讓我們一起來學習吧 一 動植物基因工程成果 二 基因治療和基因芯片 內容索引 當堂檢測 一 動植物基因工程成果 1 植物基因工程成果 1 突破了傳統(tǒng)雜交育種的局限性 傳統(tǒng)雜交育種的不足 育種周期 易丟失 轉基因植物的實例a 抗病植物 如抗病毒的煙草和馬鈴薯是導入了基因 b 抗蟲植物 抗蟲玉米和抗蟲棉花是把體內的一種編碼 的基因導入玉米和棉花 減少了噴灑農藥造成的污染 長 優(yōu)良基因 基礎梳理 抗病毒 蘇云金桿菌 毒素 蛋白 c 優(yōu)質植物 把編碼賴氨酸的基因轉入小麥 培育出了富含賴氨酸的小麥 轉基因技術的優(yōu)點 克服了或不能雜交的障礙 使得生物界存在的抗病蟲害基因 優(yōu)良的品質基因等都可以重組到植物上 從而培育出優(yōu)良的品種 同時還縮短了 2 開辟了生產疫苗的新途徑 科學家培育出一種可以生產的轉基因胡蘿卜 通過就可以達到接種疫苗的效果 基因組 遠源種及種間雜交不育 染色體 育種周期 乙肝疫苗 生吃或榨汁食用 2 動物基因工程成果 1 改良畜禽經濟性狀的新思路 快速生長動物 通過轉基因技術 使受體動物合成某些必需的 或改變動物的系統(tǒng) 進而促進動物生長 提高飼料的利用率 如把人的基因導入豬的得到的轉基因豬生長速度和飼料利用效率顯著提高 抗病動物 將抗病基因導入動物體內 提高動物的抗病能力 氨基酸 生長調節(jié) 生長激素 受精卵 2 動物生物反應器為醫(yī)藥事業(yè)開辟了新途徑 乳腺生物反應器的優(yōu)勢a 乳腺是器官 乳汁不會影響轉基因動物本身的生理代謝反應 b 從乳汁中獲取的基因產物 不但 而且表達的蛋白質經過充分的修飾加工 具有的生物活性 動物生物反應器生產的藥物 1 抗胰蛋白酶 凝血因子 激素等 外分泌 產量高 易提純 穩(wěn)定 生長 知識提煉基因工程育種和傳統(tǒng)雜交育種的比較 問題探究 應用生物工程技術可獲得人們需要的生物新品種或新產品 請據(jù)圖回答下列問題 答案限制性內切酶 DNA連接酶 顯微注射技術 1 在培育轉人生長激素基因牛的過程中 過程需要的工具酶有哪些 過程常用的方法是什么 答案 3 要使轉人生長激素基因牛可通過分泌的乳汁來生產人生長激素 在基因表達載體中 應如何設計 答案 答案在人生長激素基因的上游連接上專一在乳腺細胞中表達的蛋白質基因的啟動子 2 該轉基因牛的所有細胞中都有人的生長激素基因嗎 為什么 答案都有 因為該轉基因牛的所有細胞都來自受精卵的有絲分裂 5 抗蟲棉培育成功后 其效果會不會持久不變 答案 答案不會 棉鈴蟲也會對其產生抗性 4 抗蟲棉的培育過程中 受體細胞一定也是受精卵嗎 答案不一定 也可以是體細胞 拓展應用 1 繼哺乳動物乳腺生物反應器研發(fā)成功后 膀胱生物反應器的研究也取得了一定進展 最近 科學家培育出一種轉基因小鼠 其膀胱上皮細胞可以合成人的生長激素并分泌到尿液中 請回答下列問題 1 將人的生長激素基因導入小鼠受體細胞 常用的方法是 解析在基因工程中 若受體細胞是動物細胞 常采用顯微注射的方法導入目的基因 若要使小鼠膀胱上皮細胞合成人的生長激素 在進行基因轉移時 當作受體細胞的通常是受精卵 其原因是受精卵具有全能性 可使外源基因在相應組織細胞中得到表達 檢測目的基因是否插入到受體細胞的基因組 通常采用的是DNA分子雜交技術 答案 解析 顯微注射法 2 進行基因轉移時 通常要將外源基因轉入 中 原因是 3 通常采用 技術檢測外源基因是否插入了小鼠的基因組 4 在研制膀胱生物反應器時 應使外源基因在小鼠的 細胞中特異表達 答案 受精卵 或早期胚胎 受精卵 或早期胚胎細胞 具有全能性 可使外源基因在相應組織 細胞中表達 分子雜交檢測 膀胱上皮 二 基因治療和基因芯片 1 基因治療 1 基本原理 將的基因通過某種載體導入人體細胞中有的部位 并使目的基因在機體內 達到防治疾病的目的 2 操作程序 的選擇和制備 的選擇 靶細胞的選擇 目的基因進入的方式 外源基因表達的 3 治療對象 嚴重貧血 關節(jié)炎 心血管病 癌癥 甚至艾滋病等疑難頑癥 健康和正常 基礎梳理 缺損或有變異基因 有效表達 目的基因 運載體 靶細胞 檢測 血友病 4 存在的問題 目的基因的安全性問題a 應確認目的基因進入人體后不會產生有害的 b 目的基因的表達應有一定的 遺傳變異 可控性 致病多基因問題 對多基因遺傳病難以收到較好的療效 運載體問題 靶向性 安全 免疫反應 2 基因芯片 1 制作過程將多個DNA片段粘在玻璃上 將每一個DNA片段的和所粘貼的位置貯存到計算機里 2 工作原理 分子雜交技術 待測DNA樣品 標記 與基因芯片進行 信號輸入計算機統(tǒng)計分析 檢測出待測樣品的序列 序列信息 熒光 分子雜交 DNA 3 優(yōu)點 一次可以檢測大量的基因 4 基因芯片的用途 監(jiān)測的變化 分析基因 尋找新的基因和新的藥物分子 研究基因的功能以及生物體在進化 發(fā)育 遺傳等過程中的規(guī)律 基因表達 序列 問題探究 復合型免疫缺陷癥是一種遺傳疾病 患者由于腺苷脫氨酶基因出現(xiàn)缺陷 造成體內缺乏腺苷脫氨酶 而腺苷脫氨酶是人體免疫系統(tǒng)發(fā)揮正常功能作用所必需的 因此 患者不能抵抗病原微生物的威脅 下圖是用基因治療的方法治療該病的過程圖 請分析下列問題 1 治療該病可不可以將正常人的免疫細胞直接輸入患者體內 答案不行 會發(fā)生排斥反應 輸入的細胞無法存活 答案淋巴細胞 腺苷脫氨酶是人體免疫系統(tǒng)發(fā)揮正常功能所必需的 淋巴細胞中具有這種酶才能產生免疫物質 2 研究人員將腺苷脫氨酶基因轉入患者的什么細胞 為什么不能轉入其他的體細胞 答案 答案存在 基因治療只是導入正常基因 并沒有去除缺陷基因 3 經基因治療的患者體內是否還存在缺陷基因 答案鑒定患者產生抗體的能力是否明顯改善 免疫能力是否明顯提高 4 怎樣鑒定該患者是否治療成功 知識拓展體外基因治療和體內基因治療的比較 解析基因治療是指將人的正常基因或有治療作用的基因通過一定方式導入病人的靶細胞 以糾正基因的缺陷 使該基因的表達產物發(fā)揮功能 從而達到治療疾病目的的生物醫(yī)學新技術 拓展應用 2 基因治療是指A 用DNA探針修復缺陷基因B 用DNA探針檢測疾病C 將正常基因導入有基因缺陷的細胞中D 將外源基因導入受體細胞 答案 解析 解析基因芯片可以用于監(jiān)測基因表達的變化 分析基因序列 尋找新的基因和新的藥物分子 還可以用來研究基因的功能以及生物體在進化 發(fā)育 遺傳等過程中的規(guī)律 3 下列關于基因芯片的應用的敘述 錯誤的是A 對藥物進行基因芯片檢測B 只能對細胞分化的基因表達情況進行分析C 通過對正常和疾病狀態(tài)下基因表達情況的研究可以尋找和發(fā)現(xiàn)新基因D 研究生物體在進化 發(fā)育和遺傳過程中的規(guī)律 答案 解析 課堂小結 基因工程的應用 植物基因工程 突破了傳統(tǒng)雜交的局限 常見轉基因植物 的煙草和馬鈴薯 玉米 棉花 富含的小麥 抗病毒 抗蟲 優(yōu)點 1 克服了 的障礙 2 縮短了 開辟了生產疫苗的新途徑 賴氨酸 遠源種及種間雜交不育或不能雜交 育種周期 基因工程的應用 動物基因工程 1 加快畜禽的生長速度 2 動物生物反應器 生產的藥物如 1 抗胰蛋白酶 乳腺 人凝血因子 基因治療 原理 基因工程 治療對象 血友病等多種遺傳病存在問題 目的基因的問題 問題和 問題 生長激素 基因重組 單基因或多基因 安全性 運載體 致病 多基因 原理 主要過程 熒光標記的與基因芯片上已知的DNA片段 優(yōu)點 一次可以檢測大量的基因用途 監(jiān)測基因表達的變化 尋找致病基因等 DNA分子雜交 基因芯片 DNA探針 基因工程的應用 雜交 當堂檢測 1 能夠使植物體表達動物蛋白的育種方法是A 單倍體育種B 雜交育種C 基因工程育種D 多倍體育種 2 3 4 5 1 解析要讓動物蛋白在植物體內表達 必須將控制動物蛋白合成的相關基因導入植物細胞中并讓其表達 因此需要通過基因工程技術才能實現(xiàn) 答案 解析 2 抗病毒轉基因植物成功表達后 以下說法正確的是A 抗病毒轉基因植物可以抵抗所有病毒B 抗病毒轉基因植物對病毒的抗性具有局限性或特異性C 抗病毒轉基因植物可以抗害蟲D 抗病毒轉基因植物可以穩(wěn)定遺傳 不會變異 答案 2 3 4 1 5 解析抗病毒轉基因植物只能抵抗某些病毒 不是所有病毒 不可以抗蟲 抗病毒基因和植物體其他基因一樣存在基因突變的可能 解析 2 3 4 1 5 3 科學家已能運用基因工程技術 讓羊合成并由乳腺分泌抗體 下列相關敘述中 正確的是 該技術將導致定向變異 DNA連接酶把目的基因與運載體黏性末端的堿基對連接起來 蛋白質中的氨基酸序列可為合成目的基因提供資料 受精卵是理想的受體A B C D 答案 4 治療復合型免疫缺陷癥 白化病 囊性纖維化病等人類遺傳病的根本途徑是A 口服化學藥物B 注射化學藥物C 利用輻射或藥物誘發(fā)致病基因突變D 采用基因治療法糾正或彌補缺陷基因帶來的影響 2 3 4 1 答案 5 解析治療遺傳病的根本途徑是基因治療 解析 5 如圖所示為人體正常紅細胞和鐮刀型細胞貧血癥患者紅細胞形態(tài)及鐮刀型細胞貧血癥的基因治療過程 請回答以下問題 2 3 4 1 5 1 圖細胞為鐮刀型細胞貧血癥的紅細胞 這種病是由于 造成的 解析由于基因突變使紅細胞在形態(tài)上呈鐮刀狀而易破碎 如圖乙 乙 答案 解析 基因突變 2 寫出以下結構或物質的名稱 A D 解析在基因治療過程中 A為目的基因 可以與運載體結合后導入受體細胞中 D作為受體細胞 應為具有持續(xù)分裂能力的造血干細胞 答案 解