3.3基因工程的应用课件(课件共21张PPT)

(共21张PPT)
第3节 基因工程的应用
第3章 基因工程
从社会中来
胰岛素是治疗糖尿病的特效药物。传统生产胰岛素的方法是从猪、牛等动物的胰腺中提取。曾经生产供一位糖尿病病人使用一年的胰岛素需要上千头牛，生产的成本非常高。1978年，科学家将编码人胰岛素的基因导入大肠杆菌细胞
中，使大肠杆菌表达重组人胰岛素。我国拥有自主知识产权的基因工程物---重组人胰岛素已经研制成功并得到广泛应用。
除了生产胰岛素，基因工程还有那些应用呢？
重组人胰岛素注射液
抗虫棉、转基因大豆、重组人干扰素、促红细胞生成素等。
自20世纪70年代兴起后，得到飞速发展，展示出广阔前景。
医药卫生领域
食品工业方面
农牧业方面
基因工程的应用
一、基因工程在农牧业方面的应用
植物方面
①1996-2017年，全世界转基因作物种植面积增加了100多倍。
转基因作物的种植使化学农药的施用量减少了8.2%，作物产量增加了6.6×108t,增加经济效益1.3万亿。
②美国是世界上转基因作物种植面积最大的国家
③世界转基因作物种植面积最大的是大豆，其次是玉米、棉花；
④我国转基因作物的种植面积位居世界第八位，商业化种植的转基因作物有棉花和番木瓜；
动物方面
①几乎每年都有令人瞩目的研究成果报道，有些成果正在进入实用化和商业化开发的阶段；
②2015年11月，第一种用于食用的转基因动物——转基因大西洋鲑（俗称“三文鱼”）在美国获得批准上市。
转基因鲑鱼（后排）和正常鲑鱼（前排）
基因工程在农牧业中的应用发展迅速。已被广泛用于改良动植物品种、提高作物和畜产品产量等方面。
转基因抗虫植物
农牧业方面的应用
转基因抗病植物
转基因抗除草剂植物
改良植物的品质
提高动物的生长速率
改良畜产品的品质
抗逆性
将来源于某些病毒、真菌等的抗病基因导入植物中，培育出转基因抗病植物。
从某些生物中分离出具有抗虫功能的基因，导入作物，使其具有抗虫性
1.转基因抗虫植物
①培育方法：
②实例：
转基因抗虫棉、玉米、大豆、水稻和马铃薯等。
2.转基因抗病植物
①培育方法：
②实例：
抗病毒转基因甜椒、番木瓜和烟草等
将降解或抵抗某种除草剂的基因导入作物，可培育出抗除草剂的作物品种。
转基因抗除草剂玉米、大豆、油菜和甜菜等
3.转基因抗除草剂植物
①培育方法：
②实例：
利用转基因技术改良植物的营养价值、观赏价值等。
将必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因导入植物中，提高氨基酸的含量，科学家培育的某种转基因玉米中赖氨酸的含量比对照高30%。
将与植物花青素代谢相关的基因导入矮牵牛中，使它呈现出自然界没有的颜色变异，大大提高观赏价值。
4.改良植物的品质
①培育方法：
②实例：
将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组，使获得的转基因牛分泌的乳汁中，乳糖的含量大大降低，而其他营养成分不受影响。
乳汁中乳糖的含量大大降低的转基因牛
转基因鲤鱼的生长速率比非转基因鲤鱼提高了42%～115%。
将外源生长激素基因导入动物体内，以提高动物的生长速率。
5.提高动物的生长速率
①培育方法：
②实例：
6.改善畜产品的品质
②培育方法：
①实例：
二、基因工程在医药卫生领域的应用
让转基因哺乳动物批量生产药物
用转基因动物作为器官移植的供体
对微生物或动植物的细胞进行基因改造生产药物
医药卫生领域的应用
我国生产的重组人干扰素、血小板生成素、促红细胞生成素和粒细胞集落刺激因子等
可以用来预防和治疗人类肿瘤、心血管疾病、传染病、糖尿病和类风湿关节炎等；
1.对微生物或动植物的细胞进行基因改造生产药物
①药物举例：
细胞因子、抗体、疫苗和激素等。
②应用：
③实例：
资料卡——干扰素
干扰素是一种具有干扰病毒复制作用的糖蛋白，在临床上被广泛用于治疗病毒感染性疾病。此外，干扰素对于治疗乳腺癌、淋巴癌、多发骨髓瘤和某些白血病等也有一定的疗效。
1993年我国批准生产重组人干扰素α-1b，它是我国批准生产的第一个基因工程药物，目前主要用于治疗慢性乙型肝炎、慢性丙型肝炎等。
1980-1982年，科学家用基因工程方法从大肠杆菌及酵母菌细胞内获得了干扰素，从1Kg培养物中可以得到20—40mg干扰素。
传统生产干扰素的方法是从人血液中的白细胞内提取，每300L血液只能提取1mg干扰素。
1.干扰素的化学本质是什么？
2.干扰素的作用机理是怎样的？
3.干扰素用于哪些疾病的治疗？
4.传统生产干扰素的方法是什么？
5.目前大量生产干扰素的方法是什么？
6.我国批准生产的第一个基因工程药物的名称叫什么？
用于治疗哪些疾病？
糖蛋白
干扰病毒复制
病毒感染性疾病、乳腺癌、淋巴癌、多发骨髓瘤和某些白血病等
从人血液中的白细胞内提取
用基因工程方法从大肠杆菌及酵母菌细胞内获得
重组人干扰素α-1b
主要用于治疗慢性乙型肝炎、慢性丙型肝炎等
思考：
目前已经在牛、山羊等动物的乳腺生物反应器中，获得了抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素和α-抗胰蛋白酶等重要医药产品
2.让转基因哺乳动物批量生产药物
①实例：
乳腺生物反应器或乳房生物反应器
②培育过程：
药用蛋白基因
乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件
基因表达载体
显微注射
受精卵
泌乳期分泌乳汁
转基因动物
药物
发育
③应用：
a.在器官供体的基因组中导入某种调节因子，以抑制抗原决定基因的表达；
寻求可替代的移植器官，如用猪的器官来解决人类器官移植的来源问题
3.用转基因动物作为器官移植的供体
①人体器官移植的难题：
人体移植器官短缺是世界性难题
②解决途径：
a.猪的内脏构造、大小、血管分布与人极为相似
b.猪体内隐藏的、可导致人类疾病的病毒远远少于灵长类动物
猪的优点：
最大难题：
免疫排斥
③改造方法：
b.设法除去抗原决定基因，然后再结合克隆技术，培育出不会引起免疫排斥反应的转基因克隆猪器官。
异想天开
假如某位心脏病病人换上经过改造的猪心脏后，过上健康人的生活，在生活中，他会遭到歧视吗？对此你怎么看？
生命和健康是人最宝贵的东西，如果一个病人换上了经过改造的猪心脏重获了健康，我们不仅不能歧视他，还应该从他身上看到现代生物技术在维持人体健康、治疗疾病等方面的应用价值；
一种普遍使用的甜味剂，主要由天冬氨酸和苯丙氨酸形成，这两种氨基酸可通过基因工程实现大规模生产。
利用基因工程菌，除了可以生产药物，还能生产食品工业用酶、氨基酸和维生素等
三、基因工程在食品工业方面的应用
1.基因工程菌：
用基因工程的方法，使外源基因得到高效表达的菌类。
①概念：
②应用：
2.实例：
（1）阿斯巴甜：
（2）凝乳酶：
①应用：
奶酪生产中用来凝聚固化奶中的蛋白质
将编码牛凝乳酶的基因导入大肠杆菌、黑曲霉或酵母菌的基因组中，再通过工业发酵批量生产凝乳酶
②制备方法：
基因工程获得的工业用酶的纯度更高，生产成本显著降低，生产效率较高。
（3）淀粉酶、脂酶：
①应用：
②制备方法：
加工转化糖浆需要淀粉酶，加工烘烤食物要用到脂酶
构建基因工程菌，然后用发酵技术大量生产
③优点：
（4）其他：
①培育可以降解多种污染物的“超级细菌”来处理环境污染
②利用经过基因改造的微生物来生产能源
比较项目乳腺（房）生物反应器基因工程菌生产药物基因结构基因产物受体细胞导入方式生产条件产物提取哺乳动物基因的结构与人类结构基本相同细菌或酵母菌等生物的基因结构与人类基因结构有较大差异与天然蛋白质完全相同细菌细胞内缺少内质网、高尔基体等细胞器，合成的蛋白质可能不具有生物活性哺乳动物的受精卵微生物细胞显微注射法Ca2+处理法（感受态细胞法）不需要严格的灭菌，温度等外界条件对其影响不大需严格灭菌，严格控制工程菌所需的温度、pH、营养物质浓度等外界条件从动物乳汁中提取，相对简单（一般经过工业发酵后）从微生物细胞（或发酵液）中提取，相对复杂拓展比较到社会中去
目前我国批准发放了哪些转基因作物的生产应用安全证书和进口安全证书？
截至2019年年底，我国批准发放过转基因耐储藏番茄、转基因抗虫棉、改变花色的转基因矮牵牛、转基因抗病辣椒、转基因抗病番木瓜、转基因抗虫水稻、转植酸酶基因玉米以及转基因耐除草剂大豆的生产应用安全证书；批准了转基因棉花、大豆、玉米、油菜、甜菜和番木瓜的进口安全证书，但我国进口的基本上是转基因棉花的纤维，其他进口转基因作物的用途仅限于用作加工原料；我国没有批准任何一种转基因粮食作物种子进口到我国境内商业化种植。