2010年高考生物热点iPS细胞

-1-2010年高考生物热点：iPS细胞一、时事资料材料一：国际权威科学杂志《自然》（Nature）7月23日在线发表中国科学院动物研究所研究员周琪领导的研究组和上海交通大学医学院教授曾凡一领导的研究组共同完成的一项研究成果，我国科学家首次利用iPS细胞（诱导性多能干细胞），通过四倍体囊胚注射得到存活并具有繁殖能力的小鼠，从而在世界上第一次证明了iPS细胞的全能性。iPS细胞全称为诱导性多能干细胞，是由体细胞诱导而成的干细胞，具有和胚胎干细胞类似的发育多潜能性。2006年7月，日本科学家首次宣布发现了将小鼠皮肤细胞转化为多能干细胞的方法；2007年11月，美国和日本科学家将人类细胞诱导为iPS细胞，被《科学》（Science）杂志评为2008年世界十大科技进展之首。iPS细胞在生物和医学领域具有广阔的应用前景，有望成为实施再生医学和细胞治疗的重要细胞来源。iPS的研究突飞猛进，但是iPS细胞是否真正拥有与胚胎干细胞一样的全能性？是否能够真正与胚胎干细胞媲美呢？四倍体囊胚注射方法是目前国际上验证细胞是否具有全能性的“黄金标准”。这一方法是将胚胎干细胞注射进四倍体的小鼠早期胚胎，这种胚胎没有进一步发育能力，仅提供营养环境的胚胎，然后再移植入代孕母鼠体内，胚胎干细胞可以发育成正常的小鼠。但此前的研究发现，iPS细胞不能像胚胎干细胞一样通过四倍体囊胚注射发育成活体小鼠，iPS细胞注射后形成的小鼠胎儿在怀孕早期至晚期全部死亡，这些结果表明iPS细胞尚不具有全能性。周琪等制备了37株iPS细胞，利用其中6株iPS细胞系注射了1500多个四倍体胚胎，最终3株iPS细胞系获得了共计27个活体小鼠，经多种分子生物学技术鉴定，证实该小鼠确实从iPS细胞发育而成，有些小鼠现已发育成熟并繁殖了后代。这是世界上第一次获得完全由iPS细胞制备的活体小鼠，有力地证明了iPS细胞具有真正的全能性。这项工作为进一步研究iPS技术在干细胞、发育生物学和再生医学领域的应用提供了技术平台，将iPS细胞研究推进到了一个新的高度，成为中国科学家在这一国际热点研究领域所作出的一项重要贡献。材料二：iPS细胞全称为诱导性多能干细胞，是由体细胞诱导而成的干细胞，具有和胚胎干细胞类似的发育多潜能性。2006年7月，日本科学家首次宣布发现了将小鼠皮肤细胞转化为多能干细胞的方法；2007年11月，美国和日本科学家将人类细胞诱导为iPS细胞，被《科学》（Science）杂志评为2008年世界十大科技进展之首。iPS细胞在生物和医学领域具有广阔的应用前景，有望成为实施再生医学和细胞治疗的重要细胞来源。材料三：日本研究人员利用质粒代替病毒载体运送基因，成功用实验鼠皮肤细胞培育出诱导多功能干细胞（iPS细胞）。科学家说，这项研究成果将有助于这种“万能细胞”技术的普及。日本京都大学和科学技术振兴机构10日发布联合新闻公报说，以前培育iPS细胞时，需要依靠逆转录酶病毒或慢病毒将Oct3／4、Sox2、Klf4和c－Myc这4个基因导入体细胞，而使用病毒载体有可能引发肿瘤形成。此外，每次实验前都要制作新的病毒载体，对操作过-2-程和实验室的管理要求很严格，这都阻碍着iPS细胞技术的普及。京都大学山中伸弥教授的研究小组在实验中使用了两个质粒，一个质粒运载“c－Myc”基因，另一个质粒运载Oct3／4、Klf4和Sox2基因，然后把两个质粒同时导入实验鼠胚胎成纤维细胞，成功培育出了iPS细胞。二、知识链接——胚胎干细胞1.哺乳动物的胚胎干细胞简称ES或EK细胞，来源于早期胚胎或原始性腺。2.具有胚胎细胞的特性，在形态上表现为体积小，细胞核大，核仁明显；在功能上，具有发育的全能性，可分化为成年动物体内任何一种组织细胞。另外，在体外培养的条件下，可以增殖而不发生分化，可进行冷冻保存，也可进行遗传改造。3.胚胎干细胞的主要用途是：①可用于研究哺乳动物个体发生和发育规律；②是在体外条件下研究细胞分化的理想材料，在培养液中加入分化诱导因子，如牛黄酸等化学物质时，就可以诱导ES细胞向不同类型的组织细胞分化，这为揭示细胞分化和细胞凋亡的机理提供了有效的手段；③可以用于治疗人类的某些顽疾，如帕金森综合症、少年糖尿病等；④利用可以被诱导分化形成新的组织细胞的特性，移植ES细胞可使坏死或退化的部位得以修复并恢复正常功能；⑤随着组织工程技术的发展，通过ES细胞体外诱导分化，定向培育出人造组织器官，用于器官移植，解决供体器官不足和器官移植后免疫排斥的问题。三、考点分析该部分内容主要涉及的知识点有胚胎干细胞、胚胎工程以及生物的胚胎发育等内容。2009年辽宁宁夏卷考查了胚胎干细胞。干细胞是人体内可以转化为各种器官和组织的细胞，具有极高的生物医学价值。以往的干细胞研究主要使用从胚胎中提取的胚胎干细胞，容易引发伦理争议。iPS细胞是由体细胞诱导形成，可以避免伦理争议问题，各国都在致力于此项研究，成为近几年的热点问题。预测2010年高考中可能又有所涉及。四、模拟训练1.干细胞是一种尚未充分分化的未成熟的细胞，它具有再生各种细胞、器官的潜能，医学家们正尝试利用干细胞治疗一些顽疾，用骨髓移植法有效治疗白血病便是成功的例证。下列说法中不正确的是（）A．利用干细胞治疗某些顽疾，是因为干细胞具有再生各种组织、器官的潜能B．骨髓分为红骨髓和黄骨髓，其中，只有红骨髓具有造血功能C．用骨髓移植法治疗白血病的优点之一是不发生排斥（异）反应D．异体骨髓移植成功后，康复者的血型有可能发生改变2.关于胚胎干细胞的特点的描述正确的是()A．体积小，细胞核大，核仁明显B．体积大，细胞核大，核仁明显C．体积小，细胞核小，核仁小D．体积大，细胞核小，核仁明显3.科学家将人体皮肤细胞改造成了多能干细胞——“iPS细胞”，人类“iPS细胞”可以形成神经元等人体多种组织细胞。以下有关说法正确的是A.iPS细胞分化为神经细胞的过程体现了细胞的全能性B.iPS细胞有细胞周期，它分化形成的神经细胞一般不具细胞周期-3-C.iPS细胞可分化形成多种组织细胞，说明“iPS细胞”在分裂时很容易发生突变D.iPS细胞可分化成人体多种组织细胞，是因为它具有不同于其他细胞的特定基因4.下图表示干细胞的三（1）由A细胞形成的B细胞仍然保持着其特有的能力，A细胞到C细胞的过程是由控制的。（2）若D细胞是胰腺细胞，则结构⑦所起的作用是。（3）A细胞分化成D细胞的根本原因是。（4）若D细胞是正在衰老的细胞，该细胞中结构⑧发生的变化是。（5）由A细胞到形成多个卵细胞的过程，则必须经过细胞的分裂。5.图为哺乳动物的胚胎干细胞及其分化的示意图。请回答：（1）胚胎干细胞是从动物胚胎发育至_________期的内细胞团或胎儿的_____中分离得到的一类细胞。（2）图中分化程度最低的干细胞是______。在体外培养条件下，培养液中加入___因子，可诱导该种干细胞向不同类型的组织细胞分化。（3)在机体内，皮肤干细胞分化成皮肤细胞是机体细胞中基因___________的结果。（4）某患者不能产生正常的白细胞，通过骨髓移植可以达到治疗的目的，骨髓的治疗的实质是将上图的______________细胞移植到患者体内。（5）若要克隆某种哺乳动物，从理论上分析，上述红细胞、白细胞神经细胞中不能选用作为供体的细胞是成熟的___________，其原因是___________。（6）若某药物可抑制肝肿瘤细胞NDA的复制，使用该药物可使肝肿瘤细胞停留在细胞周期的______________期。（7）在制备单克隆抗体过程中的细胞融合阶段，用__________细胞与骨髓细胞融合，经多交-4-筛选最终得到能分泌__________________的杂交瘤细胞。参考答案-5-1.C2.A3.B4.（1）分裂和分化基因（2）对来自内质网的蛋白质进行加工、转运、分类和包装（答出其中两个即可）(3)基因的选择性表达（4）细胞核体积增大、核膜内折、染色质固缩、染色加深（只答出其中两项即可）（5）有丝分裂和减数5.（1）囊胚原始性腺细胞（2）胚胎干细胞分化诱导（3)选择性表达（4)造血干（5）红细胞细胞中无细胞核（6）间（7）B淋巴特异性抗体