动物基因工程课程论文

青岛农业大学动物基因工程课程论文题目：转基因动物生物反应器的构建及应用姓名：学院：动物科技学院专业：班级：学号：任课教师：闵令江二〇一一年十月二十三日转基因动物反应器的构建与应用兽医专业刘朝霞任课教师指导老师：闵令江摘要:21世纪是生命科学突飞猛进的时代,生命科学在人类生活中占有极为重要的位置。一是生命科学的发展促进了其他学科的发展;二是生命科学发展带动的产业将推动世纪经济的发展近年来生物学和分子生物学取得的显著进展终于使这种幻想成为现实。基因工程应用技术之一的基因重组，可用于对不同生物遗传物质的体外人工剪切、组合、拼接，使遗传物质重新组合，然后，通过载体，如微生物、病毒等转入微生物或细胞内，进行无性繁殖，并使所需基因在细胞内表达出来，产生人类所需的物质或创造新的物种。根据目的蛋白表达部位的不同可分为乳腺生物反应器、血液生物反应器、卵生物反应器、尿生物反应器、精囊腺生物反应器、唾液腺生物反应器等。关键词：转基因分子生物学生物反应器TransfersanimalsbiologicalreactorconstructionandapplicationStudentmaioringin:Veterinaryprofessionalname:liuzhaoxiaTutorname:minlingjiangAbstract：21centuryisthelifesciencebyleapsandboundstimes,lifescienceinhumanlifehasveryimportantposition.Oneisthedevelopmentoflifesciencepromotedthedevelopmentofotherdisciplines;2itislifesciencedevelopmentofindustrywillpushtodrivethedevelopmentoftheeconomyofthecenturyinrecentyearsinbiologyandmolecularbiologysignificantprogressfinallymakethisfantasybecomeareality.Geneticengineeringapplicationofthetechnologyofgeneticrestructuring,whichcanbeusedondifferentbiologicalgeneticmaterialofinvitroartificialshear,combined,joiningtogether,makenewcombinationofgeneticmaterial,andthen,throughthecarrier,suchasmicroorganisms,virusintothemicrobialorwithincells,forasexualreproduction,andmakerequiredinacellgeneexpression,producehumanneedscorporealorcreatenewspecies.Accordingtothepurposeofproteinexpressioncanbedividedintodifferentpartsofthemammaryglandbioreactor,bloodbioreactor,eggsbioreactor,urinebiologicalreactor,theseminalvesicleglandbioreactor,salivaryglandbioreactor,etc.Keywords:GeneticallymodifiedMolecularbiologyBiologicalreactor引言：转基因动物技术，它的核心内容是把遗传的功能单位——基因转移到动物体内，使它成为动物体内的一部分。被转移的基因可以来自同种或异种动物，也可以来自植物或微生物。这样一来，就打破了物种之间的界线，也可以说动物能与植物、微生物杂交了。不过目前的杂交是低水平的，只限于主管一两个性状的一两个基因。随着科学技术的发展，一次可以转移的遗传信息将越来越多，那时就可以实现真正意义上的动植物之间的杂交。从科学上讲，这将是一个大突破。用微生物、植物、动物或人细胞,或者用专一性酶通过生物方法将原料转化为特定产品的容器称为生物反应器。通常微生物和细胞又涉及如何维持它们的环境以提供最佳的生长条件的问题。1转基因动物的发展及影响1.1转基因动物的定义在分子水平或者基因水平的基础上，用人工的手段去改造生物遗传性状的基因工程，出现在20世纪70年代。基因工程应用技术之一的基因重组，可用于对不同生物遗传物质的体外人工剪切、组合、拼接，使遗传物质重新组合，然后，通过载体，如微生物、病毒等转入微生物或细胞内，进行“无性繁殖”，并使所需基因在细胞内表达出来，产生人类所需的物质或创造新的物种。所谓转基因动物，是用实验方法，把外源基因导入到动物体内，这种外源基因与动物本身的染色体整合，这时外源基因就能随细胞的分裂而增殖，在体内得到表达，并能传给后代。世界上第一只转基因动物巨鼠，是将大白鼠生长激素导入小白鼠的受精卵中，再将这个受精卵移入借腹怀胎的母鼠子宫中，产下的小白鼠比一般的大一倍。这只在遗传学上具有重大意义的转基因动物的研究培育成功，展现出诱人的光明前景。1.2转基因的主要方法在分子水平或者基因水平的基础上，用人工的手段去改造生物遗传性状的基因工程，出现在20世纪70年代。基因工程应用技术之一的基因重组，可用于对不同生物遗传物质的体外人工剪切、组合、拼接，使遗传物质重新组合，然后，通过载体，如微生物、病毒等转入微生物或细胞内，进行无性繁殖，并使所需基因在细胞内表达出来，产生人类所需的物质或创造新的物种。近年来，国外已出现了一些基因作物，如抗腐烂西红柿、抗除草剂棉花、抗病毒黄瓜和马铃薯，以及抗虫玉米等。目前，利用基因重组技术能分离出来的目标基因已近百种，在农作物上实现目标基因表达的也已有10多种。1、3转基因动物的的主要效果及意义1、3、1对家禽家畜生产的作用将外源基因导入家畜，能使家畜朝人类希望的目标靠拢，如肉质改善、饲料增效、个体增大、体重增加、奶量提高、脂肪减少等。例如将长瘦肉的基因导入猪细胞中，猪就成为瘦肉型；将促乳汁分泌的基因导入牛、羊细胞中，这些转基因牛、羊乳汁猛增；还有科学家将貂的长皮毛基因导入羊细胞中，培育出长出类似貂毛毛皮的羊。这些羊易养，繁殖快，且羊貂皮面积数倍于貂皮，将使貂皮时装进入寻常百姓家。1.3.2转基因对动物免疫方面的作用用基因转移技术，增强动物抗病力的研究，也很鼓舞人心。导入抗病或抗寄生虫的外源基因，牛便不怕疯牛病，猪便不怕瘟……从而使畜牧业旱涝保收，成为黄金产业。利用转基因动物生产蛋白质、造药，是全新的生产模式。与细菌、细胞等生物工程制药相比，它有明显优势：转基因动物的乳汁，可以方便收集，且不损伤动物；目的蛋白质，已经过动物体内加工和修饰，不必再进行后加工。而以往微生物、细胞等生物工程基因产物，要有后加工。用转基因动物生产，也不需投入大量资金建厂、添设施、雇用人员等。1、3、3人类最好的器官库。转基因动物提供从皮肤、角膜，到心、肝、肾等几乎所有的零件。让器官移植专家有充分施展才华的用武之地，让体内部分零部件出了故障的病人重获生的希望。2.转基因动物反应器的构建及应用2、1目的基因2、1、1高价值基因十多年来，已有数种高价值的产品在大动物乳汁中生产出来，于小鼠乳腺中获得表达的产品更是多达数百种。从国际大公司开发的情况可以看出，高经济价值的医用蛋白和营养蛋白是重要的研发对象，如AT一Ⅲ、AAT、蛋白C、乳铁蛋白、乳糖酶等都已进入了三期或二期临床试验阶段。选择目的基因应当首先考虑那些正常情况下来源困难或浓度低，其他表达系统难以生产且I临床应用前景广阔的蛋白基因。可以预见，由于细胞工程和基因治疗技术的发展，细胞因子类产品将不会通过动物乳腺反应器生产，而用途更广、需求量更大的治疗性抗体、营养蛋白和工程酶将成为制备乳腺生物反应器的首选靶蛋白。2、1、2工程疫苗另外，若能建立起稳定的转基因家畜群，以乳腺反应器生产基因工程疫苗，不仅生产效率可观，而且可直接以乳汁进行临床免疫，达到方便快捷的目的。2、2转基因的技术路线转基因动物还将是人类最好的器官库，提供从皮肤、角膜，到心、肝、肾等几乎所有的零件。让器官移植专家有充分施展才华的用武之地，让体内部分零部件出了故障的病人重获生的希望。2.2.1同源组织中表达蛋白质目前，在同源组织中表达蛋白质最典型的例子是在动物的红细胞中表达人的血红蛋白。在人的血红蛋白基因编码序列里启动子有2个CACCC盒，而对应的猪的启动子里只有一个，另一个靠近它的是CGCCC盒。Sharma等[1]将猪的β-启动子与人的β编码基因融合，并将人的β-基因座调控区（β-LCR）和α、ε基因与融合基因的β基因连接在一起构成载体，转入猪胚胎细胞，从转基因猪分泌乳汁中得到的重组人血红蛋白含量高达32g/L。2、2、2在转基因动物的分泌器官中生产蛋白转基因动物表达重组蛋白多以乳腺、唾液腺和膀胱为靶位。在这些表达器官中，通过构建合适的载体，选择适当的启动子和调控序列可产生比正常水平高得多的重组蛋白。不过，生产系统应尽可能与循环系统隔离，以减少表达产物对宿主动物的影响。2、2、3乳腺生物反应器乳腺生物反应器生产的外源蛋白种类广泛，从小分子肽到大分子复杂蛋白质，从生物活性酶到抗体、病毒抗原蛋白均可有效生产。利用动物乳腺生物反应器生产重组蛋白的优点有：（1）外，另一原因是分离提纯极为困难成本极高。而动物乳腺生物反应器的产物直接经乳汁分泌生物活性高，无污染。（2）易分离提纯，成本低廉。现有的一些人药物蛋白之所以昂贵，除了原料难以收集出体外，只需用常规方法除去酪蛋白沉淀乳清，再经层析即可得到重组蛋白，已经建立起完整的分离纯化生产程序。β-乳球蛋白在实验过程中人们发现牛的β-乳球蛋白（BLG）基因非常稳定，并能在乳腺中特异性表达。Hyttinen等[3]将含有5＇端2.8kb和3＇端1.9kb的牛BLG基因片段构建成载体，转入小鼠胚胎细胞，可在转基因小鼠的乳腺中特异表达高水平的BLG，此外，还发现CpG位点的甲基化程度与BLG的表达量有关，甲基化少的转基因小鼠乳液中BLG分泌量较大，可达1～2mg/ml，而其他转基因小鼠分泌量小于0.1mg/ml。抗凝血酶Ⅲ第一个进入临床试验的转基因蛋白产物是抗凝血酶Ⅲ，将半乳糖β-酪蛋白的启动子和含抗凝血酶Ⅲ基因序列相连，转入绵羊胚胎细胞，在转基因绵羊的乳液中得到有生物活性的蛋白产量可达7g/L[2]。目前该蛋白正用于冠状动脉旁路手术患者的二期临床验证。红细胞生成素（EPO）目前国内外均采用CHO细胞表达生产人EPO，成本比较昂贵，而用转基因动物生产的EPO，可能是一条理想的途径。将EPOdNA分别以HindⅢ和BamHI酶切，1%琼脂糖凝胶电泳回收5.4kb的HinⅢ/BamHI片段，插入pGEM-7zf(+)载体，再将867bp的BLG启动子插入EPO基因之前EcoR、ClaI位点，构建表达载体pGEM-3zf(+)β-LG-EPO。通过显微注射方法得到转基因小鼠乳汗中的EPO含量可达0.5μg/ml[4]。α1-抗胰蛋白酶这也是一个利用BLG基因构建的重组蛋白。将BLG5＇末端4.0kb序列与人的α1-抗胰蛋白酶（α1AT）基因的6.5kb片段（去掉第一个内含子）融合，再连接羊的BLG启动子，以pPOLYⅢ-Ⅰ为载体，转入羊的胚胎细胞，可在转基因羊分泌的乳液中得到含量高达60.0mg/ml的重组蛋白α1AT[5]。转基因在两年前进入了临床验证。因子ⅨSchnieke等[6]将羊的BLG基因5＇末端和人的因子ⅨcDNA与含有BLG复制单元和3＇末端的片段融合，将构建的杂合基因转入羊的胚胎细胞，从分泌的乳汁中得到125μg/ml的重组蛋白。因子Ⅷ人FⅧcDNA长约7.2kb，是目前为止表达的最长cD