2018-2019学年高中生物 第3章 细胞工程 3.2 动物细胞工程课件 北师大版选修3

第2节动物细胞工程1.简述动物细胞培养和动物细胞融合。2.举例说出单克隆抗体技术和体细胞核移植技术。3.动物细胞工程的应用。一二一、动物细胞工程的主要技术1.动物细胞工程概念应用细胞学的方法,按照我们人类的需要和预定的设计,有目的、有计划地保存、改变动物细胞和创造新的动物细胞,进而培育成新的物种或者品种的一门科学技术。常用的技术有动物细胞培养、动物细胞融合、单克隆抗体和动物体细胞克隆等。一二2.动物细胞培养(1)动物细胞培养条件①培养基是液体培养基。②培养液的成分:葡萄糖、氨基酸、无机盐、维生素和动物血清等。③适宜pH:7.2~7.4。④气体环境:培养容器中必须有足够的氧气和一定的二氧化碳以保证细胞代谢活动的进行。进行动物细胞培养时,一般要用二氧化碳培养箱来控制二氧化碳的浓度,以保证培养环境中pH的稳定。⑤适宜温度:哺乳动物应控制在36.5~37.5℃;冷血动物细胞的环境温度则控制在28℃左右。一二(2)动物细胞培养流程:无菌条件下,取动物组织块(动物胚胎或幼龄动物的器官或组织)→剪碎→用适量胰蛋白酶或胶原纤维酶处理分散成单个细胞→制成细胞悬液→转入培养瓶中进行原代培养→贴满瓶壁的细胞重新用胰蛋白酶或胶原纤维酶处理分散成单个细胞继续传代培养。(3)细胞贴壁和接触抑制:悬液中分散的细胞很快就贴附到培养瓶的表面,称为细胞贴壁。细胞数目以指数增长方式增多,当贴壁细胞分裂生长,铺满培养瓶表面后,形成致密的单层细胞层时,细胞分裂停止,这种现象称为细胞的接触抑制。一二二、细胞融合与单克隆抗体技术1.细胞融合(1)概念:细胞融合就是在一些融合因子的作用下,将两个或两个以上的细胞合并成为一个细胞的技术。(2)动物细胞融合与植物原生质体融合的原理基本相同,诱导动物细胞融合的方法与植物原生质体融合的方法类似,常用的诱导因素有聚乙二醇、电流刺激或病毒等。在诱导因素作用下,细胞膜发生一定程度的损伤,从而细胞就可以实现相互粘连而融合在一起。(3)动物细胞融合的意义:克服了远缘杂交的不亲和性。2.单克隆抗体(1)概念:一个B淋巴细胞只产生一种特异的抗体。由一个B淋巴细胞增殖形成的细胞群所产生的单一型抗体分子就称为单克隆抗体。(2)单克隆抗体的作用①作为诊断试剂:可以快捷、准确地诊断和治疗一些疾病。②如果将抗癌药物连接到专门识别某种肿瘤细胞的单克隆抗体上,单克隆抗体可以像“生物导弹”一样携带抗癌药物准确地聚集到肿瘤细胞,专一地杀死肿瘤细胞。(3)单克隆抗体的制备过程给小鼠注射特定的抗原蛋白培养骨髓瘤细胞→→从脾脏细胞中分离B淋巴细胞骨髓瘤细胞未融合细胞融合细胞杂交瘤细胞体内培养悬浮培养→单克隆抗体一二一二3.动物体细胞克隆技术克隆羊多莉的培育过程主要是利用细胞核移植技术,将饥饿处理过的羊乳腺上皮细胞与去核卵细胞电脉冲融合后,实现体细胞的核转移到无核的卵细胞中。融合细胞借助于卵的发育能力,由体细胞核主导而发育形成新的个体。4.动物细胞工程的应用快速繁殖优良品种、克隆转基因动物、拯救濒临灭绝的动物和培育人造器官。12341.动物细胞培养(1)概念:从动物机体中取出相关的组织,将它分散成单个细胞,然后,放在适宜的培养基中,让这些细胞生长和增殖。(2)操作流程。1234①培养条件。无菌、无毒的环境——无菌处理、加抗生素杀菌、定期更换培养液。营养——葡萄糖、氨基酸、无机盐和微量元素+血清或血浆等天然成分。温度和pH——温度为36.5~37.5℃(变温动物28℃左右),pH为7.2~7.4。气体环境——空气和一定的二氧化碳。①CO2的作用——调节培养基pH;②空气中O2的作用——细胞有氧呼吸;③所用装置——CO2培养箱。1234②原理:细胞增殖。③材料选择:动物细胞培养时,一般选取幼龄动物的组织、器官,其细胞的分化程度较低,增殖能力强,有丝分裂旺盛,容易培养。④在动物细胞培养过程中,一般情况下细胞株的遗传信息没有发生改变,50代以后的细胞可能发生癌变。⑤胰蛋白酶在动物细胞培养过程中的作用包括将组织分散成单个细胞,以及将贴壁细胞从瓶壁上分离下来,这样做的目的是避免动物细胞的接触抑制现象。1234(3)原代培养和传代培养。将动物的器官或组织用胰蛋白酶或胶原纤维酶处理,分散成单个细胞,然后制成细胞悬液,放入培养瓶内,放在适宜的条件下培养,一般细胞繁殖1~10代,就发生接触抑制,这种培养叫原代培养。原代培养的细胞由于接触抑制不再分裂,还要用胰蛋白酶或胶原纤维酶处理后,再分瓶培养,让细胞继续增殖,这种培养叫传代培养。传代培养一般传至10~50代就不能再分裂了,这时细胞核内遗传物质未发生变化,形成的细胞群叫细胞株。传代培养过程中有个别细胞传至50代以后,由于遗传物质改变,失去接触抑制,成为无限增殖的不死的癌细胞,形成的细胞群叫细胞系。(4)植物组织培养和动物细胞培养的比较。比较项目植物组织培养动物细胞培养培养基的物理性质固体液体(合成培养基)培养基的成分水、矿质元素、维生素、蔗糖、氨基酸、琼脂等葡萄糖、氨基酸、无机盐、维生素、动物血清等结果植株或组织细胞株或细胞系目的①植株快速繁殖;②脱毒植株的培育;③人工种子;④生产药物、杀虫剂等;⑤转基因植物的培育①蛋白质生物制品的生产;②皮肤移植材料的培育;③检测有毒物质;④生理、病理、药理学研究取材植物幼嫩的部位或花药等动物胚胎或出生不久的幼龄动物的器官或组织其他条件均为无菌操作,需要适宜的温度、pH、O2等条件123412342.动物细胞融合技术(1)原理:细胞膜的流动性、细胞增殖原理。(2)诱导细胞融合的方法。物理法:离心、振动、电流刺激化学法:聚乙二醇(PEG)生物法:灭活的病毒(3)结果:获得杂种细胞。1234(4)动物细胞融合与植物体细胞杂交的异同细胞融合的原理细胞融合的方法诱导手段用途植物体细胞杂交细胞膜的流动性用纤维素酶、果胶酶去除细胞壁后诱导原生质体融合离心、电刺激、振动、聚乙二醇(PEG)诱导克服远缘杂交不亲和的障碍,获得杂种植株动物细胞融合细胞膜的流动性用胰蛋白酶或胶原纤维酶使细胞分散后诱导细胞融合除应用植物细胞杂交手段外,还可用灭活病毒诱导制备单克隆抗体12343.单克隆抗体的制备(1)单克隆抗体制备原理应用细胞杂交技术使骨髓瘤细胞与免疫的B淋巴细胞融合,得到杂交瘤细胞。这种杂交瘤细胞继承两种亲代细胞的遗传特性,既能像B淋巴细胞一样合成专一抗体,也能像骨髓瘤细胞一样在体外培养大量增殖,用这种来源于单个融合细胞培养增殖的细胞群,可制备特异的单克隆抗体。1234(2)制备过程与操作技术获得杂交瘤细胞①将特定抗原注入小鼠体内获得浆细胞②浆细胞与小鼠骨髓瘤细胞融合③用特定培养基筛选出杂交瘤细胞⇓动物细胞培养①筛选出能够产生所需抗体的细胞群②在培养液或小鼠腹腔中培养⇓提取单克隆抗体:从培养液或小鼠腹水中提取1234(3)制备单克隆抗体的四次培养和两次筛选。①四次培养第一次培养:培养诱导融合后的细胞,目的是筛选杂交瘤细胞第二次培养,目的是筛选出能产生特异性抗体的细胞群第三次培养,目的是获得足够的能产生特异性抗体的细胞群第四次培养,目的是获得大量的单克隆抗体1234②两次筛选第一次筛选:由于细胞融合是随机的,因此细胞混合物中融合细胞将以多种形式出现,因此必须从中筛选出既能分泌抗体同时又能大量增殖的杂交瘤细胞第二次筛选:实际免疫过程中,由于采用连续注射抗原的方法,且一种抗原决定簇刺激机体形成相对应的一种浆细胞,因此从小鼠脾脏中取出的浆细胞是不同的,所以必须从杂交瘤细胞群中选出能产生针对某特定抗原的特异性杂交瘤细胞1234(4)植物体细胞杂交和单克隆抗体的制备的比较。植物体细胞杂交动物细胞融合(单克隆抗体的制备)理论基础(原理)细胞膜的流动性、细胞的全能性细胞膜的流动性、细胞增殖融合前处理酶解法去除细胞壁(纤维素酶、果胶酶)注射特定抗原,免疫处理正常小鼠促融方法①物理法:离心、振动、电刺激等②化学法:聚乙二醇(PEG)①物、化法:与植物细胞融合相同②生物法:灭活的病毒1234植物体细胞杂交动物细胞融合(单克隆抗体的制备)过程第一步原生质体的制备(酶解法)第一步正常小鼠免疫处理第二步原生质体的融合(物、化法)第二步动物细胞的融合(物、化、生法)第三步杂种细胞的筛选和培养第三步杂交瘤细胞的筛选与培养第四步杂种植株的诱导与鉴定第四步单克隆抗体的提纯1234植物体细胞杂交动物细胞融合(单克隆抗体的制备)意义和用途克服远缘杂交不亲和的障碍,大大扩展杂交的亲本组合范围①制备单克隆抗体;②诊断、治疗、预防疾病。例如:单抗诊断盒、“生物导弹”治疗癌症12344.动物体细胞克隆(1)概念:将供体体细胞的细胞核与受体去核卵细胞的细胞质进行人工组合,借助于卵细胞的发育能力,经过培养发育成胚胎进而形成个体的技术。体细胞克隆的关键是细胞核移植技术。(2)细胞核移植①概念:利用显微操作技术,将某种动物的细胞核移入同种或异种动物的去除细胞核的成熟卵细胞内的技术。用核移植的方法得到的动物称为克隆动物。②类型:哺乳动物核移植可以分为胚胎细胞核移植和体细胞核移植两种类型,由于动物胚胎细胞分化程度低,恢复其全能性相对容易,而动物体细胞分化程度高,恢复其全能性十分困难,因此,动物体细胞核移植的难度也就明显高于胚胎细胞核移植。1234③过程1234步骤a属于细胞核移植;步骤b属于胚胎移植。克隆羊“多莉”的性状应该更接近于黑面绵羊,因为控制生物性状的遗传物质主要存在于细胞核中。从生殖方式来看,克隆羊“多莉”属于无性生殖,而正常羊属于有性生殖。(3)存在的问题克隆技术存在的问题主要是成功率低、健康问题、表现出遗传和生理缺陷等。题型一题型二题型三题型四题型五题型一动物细胞培养【典例1】下列关于动物细胞培养的有关叙述中,正确的是()A.细胞的癌变发生于原代培养向传代培养的过渡过程中B.动物细胞培养液中通常含有葡萄糖、氨基酸、无机盐、生长素和动物血清等C.动物细胞培养的目的是获得大量的细胞分泌蛋白D.动物细胞培养前和培养过程中都要用胰蛋白酶处理题型一题型二题型三题型四题型五解析:在动物细胞培养过程中,两次用到胰蛋白酶处理,一次是使动物细胞分散开,制成细胞悬浮液;第二次是使细胞从培养瓶壁上分离下来,便于分瓶传代培养。传代培养50代以后,一般核型会发生变化,再继续培养,有些细胞会获得不死性。动物细胞培养液中通常含有葡萄糖、氨基酸、无机盐、维生素等,通常还需要加入血清、血浆等一些天然成分;不需要生长素而需要维生素。动物细胞培养的目的是获得细胞和细胞产物。答案:D题型一题型二题型三题型四题型五动物细胞培养与植物组织培养比较:一是它们用的培养基不同,植物组织培养用的一般是固体培养基,而动物细胞培养用的一般是液体培养基。第二是它们所用的培养基的成分不同。动物细胞培养的培养液中通常含有葡萄糖、氨基酸、无机盐和维生素,另外还有动物血清。植物组织培养所需要的培养基包含植物生长和发育的全部营养成分,如矿质元素、蔗糖、维生素、植物激素和有机添加物,没有动物血清。第三是植物组织培养最后一般得到植物个体,而动物细胞培养因为动物体细胞一般不能表达其全能性,因此得到的是同一种的细胞群体或细胞产物。题型一题型二题型三题型四题型五题型二动物细胞融合【典例2】能使动物细胞融合的特有的诱导因子是()A.离心B.灭活的病毒C.电刺激D.振动解析:常用的动物细胞融合的诱导因子是聚乙二醇和灭活的病毒。其中聚乙二醇既可用于促进植物原生质体融合,又可用于促进动物细胞融合。而灭活的病毒只能用于促进动物细胞的融合,如灭活的仙台病毒是最常用的诱导因子,其诱导原理是病毒具有侵染细胞的能力,优点是融合率高,对各种动物细胞都适用。答案:B题型一题型二题型三题型四题型五植物体细胞杂交和动物细胞融合的比较植物体细胞杂交动物细胞融合原理细胞膜的流动性、细胞的全能性细胞膜的流动性、细胞增殖融合前的处理去除细胞壁后诱导原生质体的融合使细胞分散后诱导细胞融合诱导手段离心、电刺激、振动、聚乙二醇等试剂诱导同左,再加灭活的病毒诱导题型一题型二题型三题型四题型五续表植物体细胞杂交动物细胞融合用途克服远缘杂交不亲和的障碍,获得杂种植株制备单克隆抗