6.3基因工程与转基因生物

Chimera-客迈拉希腊神话中是一只有羊头、狮身和蛇尾的吐火怪兽提丰百头怪兽（父亲）和厄喀德那（母亲）杂交的后代嵌合体遗传赋于物种的稳定，保证物种的延续不断。变异赋于物种的进化，保证物种对各种环境的适应。在生物演变的长河中，自然发生的变异是非常缓慢的，随着生物科学的发展，人类开始学会干预生物的变异。经典遗传学使人们在几年至几十年内便可实现在自然界中需要千百万年才能出现的变异，从而改变了某些物种。经典遗传学之父——孟德尔经典杂交育种方法不可逾越的鸿沟不能跨越物种界限•基因工程的最大特点，就是以重组DNA的技术，在短时间内改造生物遗传性•它填补了生物种属间不可逾越的鸿沟，使人类有可能按照需要定向培育生物新品种、新类型乃至创造自然界从未有过的新生物。•基因工程正以新的势头迅猛发展，成为当今生物科学研究领域中最有生命力、最引人注目也最广泛引起争议的前沿科学之一。基因工程的奠基人博耶（1936-）科恩（1935-）美国科学家科恩和博耶合作，于1973年把外源DNA插入细菌质粒，得到了功能性表达，为重组DNA技术的迅速发展打下了良好的基础。他们二人被称为“基因工程”的奠基人。一、基因工程的内容：依据预先设计的蓝图，用人工方法将某种生物的基因，接合到另一种生物的基因组DNA中并使其表达，使后者获得新的遗传性状，产生出人类所需要的产物，或创造出新的生物类型的现代生物技术。转基因抗虫棉抗虫棉普通棉长期以来治疗糖尿病的特效药——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，治疗一位糖尿病患者，每年所需的胰岛素用量，需要40头牛或50头猪的胰脏。能否让大肠杆菌生产胰岛素？胰岛素分子1978年9月，科学家成功地实现了由大肠杆菌生产人胰岛素。他们2000L的大肠杆菌培养液中，获得了100g胰岛素，相当于从1吨猪胰脏中获得的产量。从此，大规模生产胰岛素开始了。1980年，世界上第一家用基因工程生产人胰岛素的工厂开始建造。两年后，基因工程生产的人胰岛素正式进入市场。这是人类第一个基因工程产业化的产品。基因工程胰岛素甲生物乙生物的DNA中取基因“拼接”新类型表达新的生物产品转基因技术转基因技术需要哪些工具？我国具有自主知识产权的抗虫棉的培育程序：将重组DNA导入选育棉花细胞内使抗虫基因在该棉花细胞中表达从具有抗虫性状的细菌DNA分子中获取抗虫基因将抗虫基因与运载体拼接成为重组DNA需要三种工具：◆切割DNA◆连接DNA和运载体◆运载体1、化学剪刀——限制性核酸内切酶简称“限制酶”。二、基因操作的基本工具：粘性末端酶的作用有哪些特点？资料：一种限制酶只能识别一种特定的脱氧核苷酸序列，专一性强，并在特定的切割点上将DNA分子切断。目前已发现的限制酶有200多种。重播2、基因的化学浆糊──DNA连接酶连接酶的作用是：将互补配对的两个黏性末端连接起来，使之成为一个完整的DNA分子。目的基因1970年，内森斯和史密斯发现限制性核酸内切酶，因而获得1978年诺贝尔生理学及医学奖。史密斯（1931--）内森斯（1928--）AATTCGT-GCA--GTCTTAA-CAGAATTCTC-GAG--TCCTTAA-AGG切!粘？AATTCGT-GCA--GTCTTAA-CAG-TCCTTAAAATTCTC-GAG--AGG•运载体必须同时满足三个要求：①能与目的基因结合；②能进入受体生物细胞并在受体生物细胞内复制并表达；③比较容易得到。3、基因的运输工具——运载体运载体必须具备哪些条件？3、基因的运输工具——运载体•常用的运载体:质粒质粒：是细菌中独立于拟核DNA之外，能自主复制的双链闭环的DNA分子。质粒概念：独立于细菌拟核DNA外的，能自主复制的双链闭环的DNA分子。◆质粒DNA分子上含有特殊的遗传标记基因，如：抗四环素抗性基因抗青霉素抗性基因◆在宿主细胞内可以独立复制，也可以组合到宿主细胞的DNA分子中质粒与目的基因重组：限制酶剪开与切目的基因的限制酶是否为同一种？质粒保留部分质粒切除部分三、基因工程的步骤：•请根据你的理想，自己设计获取该生物的基因工程步骤。你目前最想获得什么样的生物？三、基因工程的步骤：•１、获取目的基因：目的基因：人胰岛素基因获取方法：直接分离法人工合成法目的基因——是人们为了得到其表达产物而把它转入到新的生物体中去的基因从生物体细胞中分离通过化学方法人工合成获得目的基因的方法步骤基因定位（确定目的基因在DNA上的位子）用限制酶从DNA分子中切取mRNADNA方法逆转录酶•2、目的基因与运载体重组人的胰岛素基因与质粒重组•3、重组DNA分子导入受体细胞受体细胞：大肠杆菌植物细胞、动物细胞、微生物细胞•4、筛选含目的基因的受体细胞：目的基因的检测和表达无表达产物无表达产物有表达产物无表达产物细菌的检测，将每个受体细胞单独培养形成菌落，检测菌落中是否有目的基因的表达产物。淘汰无表达产物的菌落，保留有表达产物的进一步培养、研究。筛选含目的基因的受体细胞将重组DNA分子导入受体细胞的频率一般仅在10-7左右。得到目的基因的受体细胞极少，大量的是未成功导入的细胞。需要从这样巨大的细胞群体中筛选出已获得目的基因的细胞才能生产出人类所需要的基因产品。四、转基因技术的应用◆微生物基因工程特点：操作较为容易，研制周期比较短，通过发酵大量生产。成果：药用蛋白质的规模化生产。如：结构简单繁殖迅速治疗：胰岛素依赖性糖尿病——人胰岛素急性胰腺炎、糖尿病和肢端肥大症——人脑激素（人生长激素释放抑制因子）肺气肿——αⅠ抗胰蛋白酶不排卵症——绒毛膜促性腺素恶性肿瘤——白细胞介素溶血栓——组织型纤溶酶原吉活剂抗肿瘤——肿瘤坏死因子助产——松弛素我国生产的部分基因工程疫苗和药物胰岛素、生长激素、干扰素、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。基因工程做成的“超级细菌”能吞食和分解多种污染环境的物质。通常一种细菌只能分解石油中的一种烃类，用基因工程培育成功的“超级细菌”却能分解石油中的多种烃类化合物。有的还能吞食转化汞、镉等重金属，分解DDT等毒害物质。◆植物基因工程成果：培育出抗性植物，如；我国的转基因抗虫棉。全世界有近200种转基因植物，我国有抗病毒烟草、耐储存转基因番茄正在研究将预防乙型肝炎、龋齿等疾病的疫苗基因转入植物，来培育植物疫苗，以期通过食物获得疫苗接种。转黄瓜抗青枯病基因的甜椒转鱼抗寒基因的番茄转黄瓜抗青枯病基因的马铃薯不会引起过敏的转基因大豆◆动物基因工程特点：●以受精卵作为受体细胞●用显微注射的方法将目的基因导入受精卵●使受精卵发育成转基因动物♂♀×●•3、动物基因工程：（1）获取具有优良性状的动物新品种。生长快、耐不良环境、肉质好的转基因鱼(中国)水母（2）乳腺生物反应器：从动物的乳汁中获得人源性蛋白质药物。乳汁中含有人生长激素的转基因牛(阿根廷)乳腺生物反应器•将所需要基因转入乳量高的牛、羊等家畜体内，从动物的乳汁中获取、提炼珍贵的蛋白质药物、成本一定会大大降低。这里，转基因动物就像一座天然原料加工厂，可以源源不断地提供人类所需要的宝贵产品。转基因羊1998年初，上海医学遗传研究所传出了震惊世界的消息：中国科学家已经获得5只转基因山羊。其中一只奶山羊的乳汁中，含有堪称血友病人救星的药物蛋白——有活性的人凝血因子。（3）基因治疗：通过基因工程给患有遗传病的人体内导入正常基因可“一次性”解除病人的疾苦。转基因食品安全吗?!转基因安全事件•英国“普兹台事件”：1998年，英国罗伊特研究所普兹台教授说他的实验证明，幼鼠食用转基因土豆会使内脏和免疫系统受损。转基因安全事件•美国的“斑蝶事件”：1999年美国康乃尔大学副教授约翰·罗西在《自然》上发表文章说，一种转基因玉米可产生杀死害虫的花粉，而身为益虫的一种美州大蝴蝶食用了这种转基因玉米花粉后有44％死亡。五、转基因生物产品的安全性：1、转基因生物本身是否会对生物环境造成不利的影响？A、转基因植物演变成农田杂草的可能性。B、诱发病虫产生抗性。2、转基因生物本身是否会对人类的健康造成损害?转基因食品的安全性转基因食品可能会给人类身体健康带来某些损害。（1）、有毒物质抗性选择标记基因可能编码出对人体有直接毒性的蛋白质，或者编码出的蛋白质所具有的催化功能对宿主的代谢具有潜在毒性作用，并出现滞后效应或长期效应。（2）、过敏性转基因植物可能会表达出过敏蛋白，可能会对过敏体质的人产生过敏反应。智力游戏请根据基因工程操作的基本步骤，将下图拼接好。课究探后课题：利用网络资源并结合教材中的资料分析,就“转基因生物和转基因食品的安全性”以小论文的形式发表个人见解。