1.3基因工程的应用

因的一部分；可以是DNA本身，也可以是由
之转录而来的RNA。
DNA分子杂交原理：
DNA分子杂交是基因诊断最基本的方法之 一。其基本原理是：互补的DNA单链能够在一 定条件下结合成双链，即能够进行杂交。这种 结合是特异的，即严格按照碱基互补配对进行。 因此，当用一段已知基因的核苷酸序列作为探 针，与被测基因进行接触，若两者的碱基完全 配对成双链，则表明被测基因中含有已知的基 因序列。
4.用于转基因动物作器官移植的供体
设想 建立器 官移植 工厂
现实 用动物的 器官解决 人类器官 来源问题
三、基因工程药品异军突起
• 在传统的药品生产中，某些药品如胰岛素、 干扰素直接从生物体的哪些结构中提取？ 药品直接从生物的组织、细胞或血液中提取。
• 传统生产方法的缺点
由于受原料来源的限制，价格十分昂贵。
产胰岛素的工程菌
人
一、植物基因工程
转基因工程技术主要用于提高农作物的 抗逆能力,以及改良农作物的品质和利用植 物生产药物等方面。
1、抗虫转基因植物 2、抗病转基因植物 3、抗逆转基因植物 4、利用转基因改良植物的品质
1.抗虫转基因植物
优点：减少环境污染、减低生产成本、提高产量
例子：棉花、水稻、玉米、马铃薯、番茄等等 主要杀虫基因： Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、 淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素基因等 典型例子：转基因抗虫棉——Bt毒蛋白基因
基因诊断技术在什么方面发展迅速？
在诊断遗传性疾病方面发展迅速。目前已经 可以对几十种遗传病进行产前诊断。
举例 ⑴β—珠蛋白的DNA探针 → 镰刀状细胞贫血症 ⑵苯丙氨酸羧化酶基因探针 → 苯丙酮尿症
⑶白血病患者细胞中分离出的癌基因制备的DNA 探针 → 白血病
2、基因治疗 1）原理：把正常基因导入病人体内，使该基因 2）实例： 复合型免疫缺陷症 ①病因： 腺苷酸脱氨酶基因缺失
1.抗虫转基因植物
抗虫棉
普通棉
2.抗病转基因植物
抗病基因： 病毒外壳蛋白基因、 病毒的复制酶基因.
抗真菌基因： 几丁质酶基因、 抗毒素合成基因.
3.抗逆转基因植物
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
特点： 导入另一种 生物的优良性 状基因，获得 新性状抵抗恶 劣环境因素， 从根本上改变 作物的特性
通过基因工程方法怎样进行环境监测？
例如：用DNA探针可以检测饮用水中病毒的 含量。此方法的特点是快速、灵敏，1吨水中有 10个病毒也能检测出来。
通过基因工程方法怎样净化被污染的环境？
⑴用基因工程产物——“超级细菌”分解石油，可以 大大提高细菌分解石油的效率。具体方法：将能分解 三种烃类的假单孢杆菌的基因都转移到能分解另一种 烃类的假单孢杆菌内，创造出了能同时分解四种烃类 的“超级细菌”。 ⑵用基因工程培养出“吞噬”汞和降解土壤中DDT的 细菌，以及能够净化镉污染的植物。 ⑶通过基因重组构建新的杀虫剂，取代生产过程中耗 能多、易造成环境污染的农药，并试图通过基因工程 回收和利用工业废物。
基因治疗：
患半乳糖血症的患者，由于细胞内半乳糖苷 转移酶基因缺陷而缺少半乳糖苷转移酶，使过多 的半乳糖在体内积聚，引起肝、脑等功能受损。
1971年，美国科学家在体外做了试验，用带 有半乳糖苷转移酶基因的噬菌体侵染患者的离体 组织细胞，结果发现这些组织细胞能够利用半乳 糖了。这表明，用基因替换的方法治疗这种遗传 病是可能的。
3）基因治疗的方法
①体外基因治疗：从病人体内获得某种细胞，进 行培养，然后，在体外完成基 因转移，再筛选成功转移的细 胞扩增培养，最后重新输入患 者体内。 ②体内基因治疗： 直接向人体组织细胞中转移基 因的治病方法。 实例： 遗传性囊性纤维化病 1994年美国科学家利用经过修饰过的腺病 毒作载体，将正常基因导入患者肺组织中。
3.用转基因的动物生产药物（重点）
优点： 产量高、质量好、 成本低、易提取 方法： 乳腺生物反应器 膀胱生物反应器 注意： 雌性个体才能生产药物
过程： 1、重组药用蛋白基因与乳腺蛋白基因的 启动子 2、用显微注射法导入到受精卵 3、将受精卵送入母体生长发育 4、转基因动物进入泌乳期后，提取乳汁
产物： 抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素、α-抗胰蛋白酶
•
二、动物基因工程前景广阔
特点：发展较迟，应用方面广
1、提高生长速度 2、改善畜产品的品质 3、生产药物 4、作为器官移植的供体
1.用于提高动物生长速度
原因：外源生长激素基因的表达可以使转基因动物生长更快
转基因鲤鱼
基因工程在畜牧养殖业上的应用主要是什么？ 繁殖具有抗病能力、高产仔率、高产奶率 和高质量的皮毛等优良品质的转基因动物。 该过程的重要步骤是通过感染或显微注射 技术将重组DNA转移到动物受精卵中。 将人的生长激素 基因和牛的生长素基 因分别注射到小白鼠 受精卵中，得到的 “超级小鼠”。
★为什么乳腺能成为基因药物最理想的表 达场所呢？ ⑴乳腺是一个外分泌器官，乳汁不进入体 内循环，不会影响转基因动物本身的生理 代谢反应。 ⑵从乳汁中获取目的基因产物，产量高， 易提纯，表达的蛋白质已经过充分的修饰 加工，具有稳定的生物活性。
⑶从乳汁中源源不断获得目的基因的产物 的同时，转基因动物又可无限繁殖。
人造血液及其生产
其它基因工程药物
基因工程药品 —— 生长激素
治疗侏儒症的唯一方法，是向人体注射生 长激素。而生长激素的获得很困难。以前，要 获得生长激素，需解剖尸体，从大脑的底部摘 取垂体，并从中提取生长激素。
现可利用基因工程方法，将人的生长激素 基因导入大肠杆菌中，使其生产生长激素。人 们从 450 L大肠杆菌培养液中提取的生长激素， 相当于6万具尸体的全部产量。
抗虫棉 抗真菌烟草
抗盐碱和干旱作物
苏云金芽孢杆菌 Bt毒蛋白基因 几丁质酶基因和抗毒素合成基因 调节细胞渗透压的基因 抗冻蛋白基因 抗除草剂基因 富含赖氨酸的蛋白质编码基 因 控制番茄成熟的基因 甜味基因 肠乳糖酶基因 人胰岛素基因 鱼
耐寒番茄 抗除草剂大豆 高赖氨酸玉米 延熟番茄 高甜味水果 降低乳糖的奶牛
2.用于改善畜产品的品质
优点：避免食物过敏、腹泻、恶心等不适 转基因牛的 乳汁，降低 乳糖含量
• 就基因药物而言，最理想的表达场所是哪里？ 转基因动物的乳腺。 • 什么叫转基因动物？ 是指把人或哺乳动物的某种基因导入到 哺乳动物(如鼠、兔、羊和猪)的受精卵里， 目的基因若与受精卵染色体DNA整合，细胞 分裂时，该基因随染色体的倍增而倍增，使 每个细胞中都带有目的基因，使性状得以表 达，并稳定地遗传给后代，从而获得基因产 品。这样一种新的个体，称为转基因动物。
4.利用转基因改良植物的品质
优点： 改善粮食作物的营养成分 含量，如氨基酸、蛋白质
不会引起过敏的转基因大豆
使果品延熟，便于储存 将控制番茄成熟的基因导入番茄，获得 转基因延熟番茄。
转基因延熟番茄
丰富花卉品种颜色，提高观赏价值。 将与植物花青素代谢有关的基因导入花卉 植物矮牵牛中，转基因矮牵牛呈现出自然 界没有的颜色。
基因工程为食品工业提供了什么前景？
基因工程为人类开辟新的食物来源。 ⑴鸡蛋白基因在大肠杆菌和酵母菌中表达获得成 功。这表明，未来能用发酵罐培养的大肠杆菌或 酵母菌来生产人类所需要的卵清蛋白。 ⑵用基因工程的方法从微生物中获得人们所需要 的糖类、脂肪和维生素等产品。
基因工程与环境保护
基因工程在环保方面有什么应用？ ⑴用于环境监测。 ⑵用于被污染环境的净化。
DNA
胰岛素基因
限制酶
1
人体细胞
胰岛素 DNA 质粒 2 限制酶
细菌细胞
利用生物工程获得胰岛素
基因工程药品 —— 干扰素 从人血中提取干扰素， 300L血才提取1mg！
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— 40mg干扰素
其它基因工程药物
人造血液、白细胞介素、乙肝疫苗等通过 基因工程实现工业化生产，均为解除人类的病苦， 提高人类的健康水平发挥了重大的作用。
普通矮牵牛
转基因矮牵牛
玫瑰花没有产生蓝色色素的基因,无 法生长蓝色花瓣。虽然玫瑰有5000多 年的人工栽培历史,迄今已培育出2500 多个品种,但始终没有蓝玫瑰的身影。 • 日本三得利公司耗资30亿日元培育 成蓝玫瑰。他们从蓝三叶草中提取蓝色 素基因,将蓝花基因植入玫瑰花,培植出 蓝玫瑰。这株玫瑰的花瓣中所含的色素 为蓝色,纯度接近100%。
基因工程的实际应用领域有： 农牧业、工业、环境、能源、医学卫生等
应用生物：植物、动物、微生物
学习目标
1、举例说出植物基因工程的成果
2、举例说出动物基因工程的成果
3、举例说出基因工程药品 4、概括出基因治疗的原理及过程 5、说出基因芯片的概念
转基因生物与目的基因的关系
转基因生物 目的基因 目的基因来源
阅读书P24页 4）用于基因治疗的基因种类
①正常基因：从健康人体上分离得到的功能 正常的基因，用以取代病变基因，或依靠 其表达产物。 ②反义基因:即通过产生的mRNA分子，与病 变基因产生的mRNA 进行互补，来阻断非 正常蛋白质的合成。 ③自杀基因：即编码可以杀死癌变细胞的蛋 白酶基因。
基因工程与食品工业
• 可利用什么方法来解决上述问题？
利用基因工程方法制造“工程菌”，可高效 率地生产出各种高质量、低成本的药品。
基因工程药品 —— 胰岛素
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%!
基因芯片
从正常人的基因组中分离出DNA与DNA芯片杂交就 可以得出标准图谱；从病人的基因组中分离出DNA与 DNA芯片杂交就可以得出病变图谱。 通过比较、分析这两种图谱，就可以得出病变的 DNA信息。 基因芯片诊断技术以其快速、高效、敏感、自动 化等特点，将成为一项现代化诊断新技术。