1.3基因工程的应用

一、植物基因工程硕果累累植物基因工程技术：1.提高农作物的抗逆能力2.改良农作物的品质3.利用植物生产药物1.抗虫转基因植物抗虫棉叶子正常棉叶子使用化学农药的缺点：造成环境污染损害人类健康增加生产成本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2.抗病转基因植物抗烟草花叶病毒转基因甜椒抗病毒转基因西葫芦抗病转基因植物所采用的基因：病毒外壳蛋白基因病毒的复制酶基因抗真菌的基因：几丁质酶基因抗毒素合成基因3.其他抗逆转基因植物耐寒、耐旱转基因水稻4.利用转基因改良植物的品质含大量维生素的转基因玉米抗癌抗衰老的紫色西红柿转入维生素A合成酶基因的大米转基因矮牵牛转基因蓝玫瑰转入荧光酶的转基因烟草苗1.用于提高动物生长速度二、动物基因工程前景广阔转入外源生长激素基因的“超级小鼠”2.用于改善畜产品的品质“乳糖不耐症”乳糖含量低的奶牛：将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组3.用转基因的动物生产药物人治疗性抗体转基因奶牛设问: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。（1）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。（2）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。（3）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。设问:为什么乳腺能成为基因药物最理想的表达场所呢？将药物蛋白基因与乳腺蛋白基因的启动子等调控组件重组在一起，通过显微注射等方法，导入哺乳动物的受精卵中，将受精卵送入母体，使其发育成转基因动物。转基因动物进入泌乳期后，可以通过分泌乳汁生产所需要的药品，称为乳腺生物反应器或乳房生物反应器。乳腺生物反应器乳腺生物反应器的优点：①产量高；②质量好；③成本低；④易提取。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）。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？含有人凝血因子Ⅸ的转基因羊乳腺生物反应器生产抗凝血酶Ⅲ蛋白4.用转基因的动物作器官移植的供体导入人基因具特殊用途的猪和小鼠三、基因工程药品异军突起基因工程肝炎疫苗1.在传统的药品生产中，某些药品如胰岛素、干扰素等直接从生物体的哪些结构中提取？从生物的组织、细胞或血液中提取。2.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。三、基因工程药品异军突起3.可利用什么方法来解决上述问题？利用基因工程方法制造转基因的工程菌，可高效率地生产出各种高质量、低成本的药品。工程菌:用基因工程方法，使外源基因得到高效率表达的菌类细胞株系。基因工程药品包括：细胞因子（即淋巴因子如白细胞介素—2、干扰素）、抗体、疫苗、激素等基因工程药物发酵设备胰岛素是治疗糖尿病的特效药。一般临床上使用的胰岛素主要从猪、牛等家畜的胰腺中提取，一名糖尿病患者每年需用的胰岛素需要从40头牛或50头猪的胰脏中才能提取到。1978年，科学家将动物体内的胰岛素基因与大肠杆菌DNA分子重组，用2000ml大肠杆菌发酵液得到100kg胰岛素。1982年，美国一家基因公司用基因工程方法生产的胰岛素投入市场，售价降低了30%~50%。基因工程药品——胰岛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。治疗一名侏儒症患者每年需要从80具尸体的脑下垂体中提取生长激素。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。•基因工程药品——生长激素干扰素是病毒侵入细胞后产生的一种糖蛋白。干扰素几乎能抵抗所有病毒引起的感染，是一种抗病毒的特效药。此外干扰素对治疗某些癌症和白血病也有一定疗效。传统的干扰素生产方法是从人血液中的白细胞内提取，每300L血液只能提取出1mg干扰素。1980~1982年，科学家用基因工程方法在大肠杆菌及酵母菌细胞内获得了干扰素，是传统的生产量的12万倍。1987年上述干扰素大量投放市场。•基因工程药品——干扰素基因工程干扰素传统疫苗存在许多缺点：生产过程需大量繁殖病原体，对工作人员健康造成很大威胁；病原体的减毒、灭活有可能不够彻底，导致接种者直接感染。基因工程疫苗：将起关键作用的、序列保守的蛋白质基因重组到细菌或真核细胞内，生产蛋白质，制作成疫苗。它不使用病原体本身，所以安全，还可以把不同病原体的抗原基因重组到同一受体细胞，生产多价疫苗。•基因工程药品——基因工程疫苗基因工程艾滋病疫苗基因工程乙肝疫苗•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；四、基因治疗曙光初照•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：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。•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。1）β—珠蛋白的DNA探针→镰刀状细胞贫血症2）苯丙氨酸羧化酶基因探针→苯丙酮尿症3）白血病患者细胞中分离出的癌基因制备的DNA探针→白血病•举例•基因治疗：把正常基因导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的，这是治疗遗传病的最有效的手段。是指是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。首例基因治疗的受益者（美国1990年）到1998年底，世界范围内累计3134人接受了基因转移试验1990年美国国立卫生研究院治愈一位“重症联合免疫缺陷综合症”的4岁女孩基因治疗：用一个正常的基因来代替缺陷基因ADA基因缺陷ADA：腺苷酸脱氨酶基因治疗的分类体外基因治疗：先从病人体内获取某种细胞，例如T淋巴细胞，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基因的治病方法。