13 【帅老衲出品】基因工程的应用
基因工程的现代应用
基因工程的现代应用基因工程，指的是通过人为的改变生物体基因组中的DNA序列，使其表达出新的性状，或者改变已有性状的过程。
从医疗、农业、工业等多个方面，基因工程都有广泛应用。
本文将重点介绍基因工程现代应用的几个方面。
医疗方面基因工程在医疗领域中的应用，主要是基于对人类基因组的深入了解。
人类基因组计划HGP( Human Genome Project) 的成功完成，使得我们对人类基因组的构成、编码及其作用机制有了更深入的了解，为医疗领域基因工程的应用提供了更加严谨的理论基础。
1. 基因突变的治疗：在人类基因组计划(HGP)完成的基础上，我们首先可以对基因突变和不正常表达的基因进行修补，这种技术被广泛应用于基因表达不正常和基因缺陷导致的疾病的治疗中。
比如自闭症、糖尿病、发育性疾病等，都可能是由于单个基因的突变或其他变异所导致的，并且这些基因变异在一些家族中较为常见。
这些疾病的产生与人体蛋白质功能的异常有关系，因此，针对这类疾病可以通过基因工程改变人体基因组中特定的位点，修复蛋白功能缺失，进而实现治疗。
2. 基因克隆技术：基因克隆技术已经成为了治疗许多疾病的标准方法之一。
利用这种技术，我们可以将正常基因定向插入到受损的染色体区域中，修正目标细胞的基因表达，进而解决人类慢性疾病治疗的难题。
例如，使用干细胞技术，可以通过直接或间接克隆方法的方式，制作出化学药物的种子，这种药物具有很好的治疗效果且不产生副作用。
农业方面基因工程在农业领域中的应用有两个方面：一是基因改造作物以提高产量和抗性；另一个是研究动物的克隆技术及其利用。
1. 基因改造作物：通过基因工程技术，农作物的产量和抗性得到了很好的提高。
例如，IR64一种常见的水稻品种，经过基因改造后，其产量大幅提高，具有更好的抗性。
2. 动物克隆：基因工程在农业动物养殖中也非常重要。
通过基因工程技术可以培育出具有良好品质的家畜，同时也可以增强家畜的免疫力。
在这个领域，目前已经取得了一些非常重大的研究成果，例如克隆动物研究成功、遗传电子标记技术研究成功、育种技术研究分离出角行式肥肉基因等等。
13基因工程的应用
基因工程的应用
一、植物基因工程硕果累累 二、动物基因工程前景广阔 三、基因工程药物异军突起
四、基因治疗初见曙光
一、植物基因工程硕果累累 P17
硕果：提高农作物的抗逆能力；改良
农作物的品质；利用植物生产药物等。
1、抗虫转基因植物 P17
（1）方法：从某些生物中分离出的具有杀虫
基因来源：抑制或除去抗原决定基因。 成果：培育出没有免疫排斥反应的转基因 克隆猪器官。
三、基因工程药品异军突起
（1）来源：利用转基因 工程菌生产药物。P21
基因工程肝炎疫苗
（2）成果：细胞因子、干扰素、抗体、疫苗、 激素。P21 （3）作用：预防和治疗人类肿瘤、心血管疾病 、遗传病、各种传染病、糖尿病、类风湿等疾病 。P22
是什么？
与植物花青素代谢有 关的基因
转基因蓝玫瑰
二、动物基因工程前景广阔
1、用于提高动物生长速度
（基因来源：外源生长激素基因）
转基因绵羊
转基因鲤鱼
2、用于改善畜产品的品质
基因来源：肠乳糖酶基因。
将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组，转基因牛分泌 的乳汁中乳糖的含量大大减低。有助于消化。
3、用转基因的动物生产药物
活性的基因，将其导入农作物中，使其具有抗 虫性。
（2）抗虫的目的基因：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。从苏云金芽孢杆菌中分离出的Bt毒蛋白基 因培育出抗虫棉。
（3）、意义：减少化学农药的使用，降低生
产成本，减轻环境的污染。
2、抗病转基因植物 P18
（1）病原微生物： 引起生物生病的微生物，主 要有病毒、真菌和细菌等。
4、利用转基因改良植物的品质
基因工程的应用
1.3 基因工程的应用基因工程自20世纪70年代兴起后，在短短的30年间，得到了飞速的发展，目前已成为生物科学的核心技术。
基因工程在实际应用领域—农牧业、工业、环境、能源和医药卫生等方面，也展示出美好的前景。
植物基因工程硕果累累植物基因工程在农业中的应用发展迅速。
从1996～2001年，在短短的5年中，全世界转基因作物的种植面积就增长了30倍。
以转基因植物研究、开发和应用为标志的农业技术革命，已经在一些国家展开。
2001年，就世界范围来看，转基因植物种植面积首次突破5x106hm2。
其中，转基因大豆、棉花、油菜、玉米已进入大规模商业化应用阶段，这四种转基因作物种植面积占相关作物种植面积的比例已达到：大豆63%，玉米19%，棉花13%，油菜5%。
我国转基因作物的种植面积也迅速增长，目前已位居世界第四（图1- 16)。
植物基因工程技术主要用于提高农作物的抗逆能力(如抗除草剂、抗虫、抗病、抗干旱和抗盐碱等），以及改良农作物的品质和利用植物生产药物等方面。
抗虫转基因植物全世界每年因虫害造成农作物的损失约占总产量的13%，达数千亿美元。
对农业害虫的防治，大多是依靠化学农药。
大量使用化学农药不仅造成了严重的环境污染，损害了人类健康，而且大大增加了生产成本。
因此，从某些生物中分离出具有杀虫活性的基因，将其导入作物中，使其具有抗虫性，已成为防治作物虫害的发展趋势。
目前，已问世的转基因抗虫植物主要有水稻（图1-17)、棉、玉米、马铃薯、番茄、大豆、蚕豆、烟草、苹果、核桃、杨、菊花和白花三叶草等。
用于杀虫的基因主要是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。
例如，我国转基因抗虫棉就是转入Bt毒蛋白基因培育出来的，它对棉铃虫具有较强的抗性。
近几年来，我国拥有自主知识产权的转基因抗虫棉的研究和应用，取得了突飞猛进的发展，从1998年占据市场份额的10%，已经提高到2000年的64.4%，居主导地位。
人教版教学课件13帅老衲出品基因工程的应用
编辑课件
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DNA分子杂交原理：
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。
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基因治疗：
优点： 产量高、质量好、 成本低、易提取
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
乳腺生物反应器
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思考：
★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。
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三、基因治疗曙光初照
基因诊断： 也称为DNA诊断或基因探针技术，即在
DNA水平分析检测某一基因，从而对特定的 疾病进行诊断。
探针制备：放射性同位素(如32P)、荧光 分子等标记的DNA分子；
原 理：利用DNA分子杂交原理；
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基因探针：
基因探针就是一段与目的基因或DNA 互补的特异核苷酸序列。它包括整个基因， 或基因的一部分；可以是DNA本身，也可 以是由之转录而来的RNA。
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（一）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
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（二）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
将肠乳糖酶基 因导入奶牛基 因组，获得件
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（三）用转基因的动物生产药物（重点）
基因工程在社会上的应用
基因工程在社会上的应用目前涵盖了以下几个方面：1.医疗健康领域：基因工程在医疗领域发挥了重要的作用。
例如，利用基因工程可以帮助生产出某些能够恢复或改善人体功能的蛋白质，如胰岛素、生长激素、抗体等。
这些蛋白质可以通过基因工程技术进行大规模生产，以满足医疗需求。
此外，基因工程还可以用于基因治疗，通过修改人体基因来治疗某些遗传性疾病。
2.农业领域：基因工程在农业领域的应用也十分广泛。
例如，通过基因工程可以培育出抗病、抗虫、抗旱等优良性状的作物，提高农作物的产量和品质。
此外，基因工程还可以用于生产转基因食品，例如转基因大豆、转基因玉米等。
这些转基因食品能够提高作物的营养价值，增强抗病能力，提高产量等。
3.环保领域：基因工程在环保领域也有一定的应用。
例如，通过基因工程可以培育出能够降解某些有害物质的微生物，从而帮助处理环境污染问题。
此外，基因工程还可以用于生产生物农药，减少化学农药的使用，保护生态环境。
4.工业领域：基因工程在工业领域也有一定的应用。
例如，通过基因工程可以生产出某些具有特殊功能的酶，用于化工、制药等领域。
此外，基因工程还可以用于生产生物燃料，例如生物柴油、生物乙醇等，这些生物燃料能够替代化石燃料，减少环境污染。
5.基础科学研究：基因工程在基础科学研究中也发挥了重要的作用。
例如，基因工程可以帮助科学家们研究基因的功能和作用，进一步了解生命的本质和规律。
此外，基因工程还可以用于研究人类遗传学、进化生物学等领域的问题，为科学研究提供新的思路和方法。
尽管基因工程在社会上有着广泛的应用，但其安全性和伦理问题也一直备受关注。
因此，在使用基因工程技术时，需要充分考虑其潜在的风险和效益，并遵循科学道德和伦理原则。
基因工程的应用
3、基因治疗的类型 体外基因治疗：先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。 体内基因治疗：直接向人体组织细胞中转 移的治病方法。（如将治疗囊性纤维病的 正常基因转入患者肺组织） 4、基因治疗的发展现状：处于初期的临床 试验阶段 5、用于基因治疗的基因种类：正常基因、 反义基因和自杀基因
思考:用基因工程技术实现动物乳腺生物反应器 的操作过程是怎样的？
①获取目的基因（例如血清白蛋白基因） ②构建基因表达载体（在血清白蛋白基因前加 特异表达的启动子） ③显微注射导入哺乳动物受精卵中 ④形成胚胎 ⑤将胚胎送入母体动物 ⑥发育成转基因动物（只有在产下的雌性个体 中，转入的基因才能表达）。
继哺乳动物乳腺发生器研发成功后，膀胱生物发生器的研究也取得了 一定进展。最近，科学家培养出一种转基因小鼠，其膀胱上皮细胞 可以合成人的生长激素并分泌到尿液中。请回答： 显微注射 （1）将人的生长激素基因导入小鼠受体细胞，常用方法是_________ （2）进行基因转移时，通常要将外源基因转入___________ 中，原 受精卵 具有全能性，可使外源基因在相应细胞中表达 因是_____________ 。 （3）通常采用_______ 技术检测外源基因是否插入了小鼠的基因组 DNA分子杂交 （4）在研制膀胱生物反应器时，应使外源基因在小鼠的________ 膀胱上皮细 胞中特异表达。 （5）膀胱生物反应器与乳腺生物反应器优点？
病毒X和Y中也报道了同样成功的研究结果。转入的这些基因均
为切除了复制酶活性中心部位GDD核苷酸序列，大 多数人认为表达的这些不稳定蛋白产物会干扰病毒 复制过程中复制酶复合体的形成及其功能的行使， 从而使工程植株具有抗病性。复制酶策略很有应用 前景。
313 基因工程的应用
疾病的目的
D 基因探针的组成不可能是
A.整个基因，或基因的一部分； B.可以是DNA本身， C.也可以是由之转录而来的RNA。 D.一条多肽
我国科学家成功地将人的抗病毒干扰素基因转移
到烟草DNA分子上，从而使烟草获得了抗病毒的
能力。这项技术所依据的遗传学原理主要是
A．碱基的互补配对原则 B．中心法则
转基因牛，他们还研究出一种可大大提高基因表达水
平的新方法，使转基因动物乳汁中的药物蛋白含量提
高30多倍，转基因动物是指 A.提供基因的动物
Bቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
B.基因组中增加外源基因的动物
C.能产生白蛋白的动物
D.能表达基因信息的动物
下列属于利用基因工程技术培育的新品种的是
Ａ、耐寒的小黑麦
B
Ｂ、抗棉铃虫的转基因抗虫棉
可分为：体外基因治疗和体内基因治疗
基因治疗是指
A （
）
A、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
B. 对有缺陷的细胞进行修复，从而使其恢复正常，达到
治疗疾病的目的
C. 运用人工诱变的方法，使有基因缺陷的细胞发生基因
突变回复正常
D. 运用基因工程技术，把有缺陷的基因切除，达到治疗
干旱和盐碱对植物危害与细胞渗透压调节有关
4.利用转基因改良植物的品质
富含赖氨酸的蛋白质编码基因导入玉米 高赖氨酸玉米 控制番茄果实成熟的基因导入番茄 转基因延熟番茄
与植物花青素代谢有关的基因
改变花瓣颜色
二、动物基因工程前景广阔
1.用于提高动物生长速度
目的基因： 外源生长激素基因
2.用于改善畜产品的品质
2.抗病转基因植物
目的基因：
13基因工程的应用精品PPT课件
复合型免疫缺陷症 (SCID)
缺乏
1990年7月，美国国 家卫生研究所首次批 准SCID基因治疗方案。 9月，一个年仅4岁的 小女孩艾姗蒂接受基因 治疗并取得成功。
腺苷酸脱氨酶 (ADA)基因
患者生存在无菌环境中
正常ADA基因
修饰过的病毒
ADA基因整合 到病毒核酸上
分离得到 T淋巴细胞
写在最后
成功的基础在于好的学习习惯
The foundation of success lies in good habits
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结束语
当你尽了自己的最大努力时，失败也是伟大的， 所以不要放弃，坚持就是正确的。
When You Do Your Best, Failure Is Great, So Don'T Give Up, Stick To The End 演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日
2、抗病转基因植物
抗病转基因植物所采用的基因，最多的是病毒的外壳 蛋白基因和病毒的复制酶基因；抗真菌转基因植物中 可使用的有几丁质酶基因和抗毒素合成基因。
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
3、抗逆转基因植物
（1）培育抗盐碱和抗干旱植物 利用可以调节细胞渗透压的基因
（2）培育抗寒植物
（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。
1994年，美国科学家利用经过修饰的腺病毒作载体， 成功的将治疗遗传性囊性纤维化病的正常基因转 入患者肺组织中。
4、用于基因治疗的基因种类
（1）正常基因。用以取代缺陷基因，或依靠其表达产 物来弥补病变基因带来的缺陷。如血友病、地中海贫 血病的治疗。
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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
实例
优点： 提高花卉的观赏价值
二、动物基因工程前景广阔
特点：发展较迟，应用方面广
应用前景： 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
（一）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
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450L 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。
（二）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.
（三）其他抗逆转基因植物
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
（四）利用转基因改良植物的品质
基因治疗：
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。
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。
1.3 基因工程的应用
学习目标：
一、植物基因工程硕果累累
哪些转基因作物已进入大规模商业化应用阶段? 转基因大豆、玉米、棉花和油菜
(一) 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
转基因鲤鱼
（二）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
将肠乳糖酶基 因导入奶牛基 因组，获得转 基因牛的乳汁， 降低乳糖含量
（三）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
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
原 理：利用DNA分子杂交原理；
基因探针：
基因探针就是一段与目的基因或DNA 互补的特异核苷酸序列。它包括整个基因， 或基因的一部分；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：
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。
人
造
通过基因工程
血
的方式创造了能合
液
成人干扰素的大肠
及
杆菌，每1Kg的培 养液可提取20—
其 生 产
40mg干扰素
三、基因治疗曙光初照
基因诊断： 也称为DNA诊断或基因探针技术，即在
DNA水平分析检测某一基因，从而对特定的 疾病进行诊断。
探针制备：放射性同位素(如32P)、荧光 分子等标记的DNA分子；
乳腺生物反应器
思考：
★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。
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%!
基因工程药品 —— 干扰素
从人血中提取干扰素， 300L血才提取1mg！