3.3基因工程的应用课件(共21张PPT)2022-2023学年高二下学期生物人教版选择性必修3

(共21张PPT)
第3章 第3节
基因工程的应用
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药物—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，基因工程还有哪些应用呢？
重组人胰岛素注射液
【从社会中来】
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
01
基因工程在农牧业方面的应用
转基因抗虫植物
转基因抗病毒植物
转基因抗除草剂植物
01
基因工程在农牧业方面的应用
将来源于某些病毒、真菌等的抗病基因导入植物，培育出转基因抗病毒植物，如转基因抗病毒甜椒、番木瓜和烟草等。
从某些生物中分离出具有抗虫功能的基因，将它导入作物中培育出具有抗虫性的作物，如转基因抗虫棉花、玉米、大豆和马铃薯等。
将降解或抵抗某种除草剂的基因导入作物，可以培育出抗除草剂的品种。如转基因抗除草剂玉米、大豆、油菜和甜菜等。
改良植物的品质
提高动物的生长速率
改良畜产品的品质
我国科学家成功地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，大大提高了植物的观赏价值。
由于外源生长激素基因的表达可以使转基因动物生长得很快，科学家将其导入动物体内，以提高动物的生长速率，如转基因鲤鱼（冠鲤）。
科学家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。
【典例】下列有关基因工程在农牧业方面应用的叙述，错误的是(　　 )
A.将来源于某些病毒、真菌等的抗病基因导入植物，可培育出转基因抗病植物
B.将降解或抵抗某种除草剂的基因导入作物，可培育出转基因抗除草剂作物
C.将必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因导入植物，可提高植物的营养价值
D.将基因工程生产的肠乳糖酶作为药物添加在牛奶中，可解决人的乳糖不耐受问题
D
1.对微生物或动植物的细胞进行基因改造来生产药物
02
基因工程在医药卫生领域的应用
药物类型 细胞因子、抗体、疫苗和激素等
用途 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
成果 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基因工程药物均已投放市场
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。
02
基因工程在医药卫生领域的应用
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.利用基因工程技术，让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：
02
基因工程在医药卫生领域的应用
讨论：乳腺生物反应器和膀胱生物反应器的区别
①乳腺生物反应器是利用转基因动物的乳汁生产药用蛋白，膀胱反应器是利用转基因动物的尿液生产药用蛋白，二者的优点是产量高、质量好、成本低、易提取，且不会对动物造成伤害。
②乳腺生物反应器是处于生殖期的雌性动物才可生产药用蛋白，而膀胱生物反应器则是任何生长期的雌雄动物均可生产。
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
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。
02
基因工程在医药卫生领域的应用
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。
【典例】利用转基因山羊乳腺生物反应器生产丁酰胆碱酯酶，可治疗有机磷中毒。下列叙述错误的是(　　 )
A.应该用山羊乳腺中特异表达的基因的启动子构建基因表达载体
B.通过体细胞克隆可将丁酰胆碱酯酶基因传递给子代
C.通过显微注射法将基因表达载体导入山羊乳腺细胞
D.山羊乳腺细胞可将肽链加工成具有一定空间结构的丁酰胆碱酯酶
C
【变式训练】下列关于用转基因动物作器官移植供体的研究的叙述，不正确的是(　 　)
A.人体移植器官短缺和免疫排斥是目前制约人体器官移植的两大难题
B.猪的内脏构造、大小和血管分布与人的极为相似
C.灵长类动物体内隐藏的、可导致人类疾病的病毒少于猪
D.无论以哪种动物作为供体，都需要在其基因组中导入某种调节因子，以抑制抗原决定基因的表达，或设法除去抗原决定基因
C
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。
03
基因工程在食品工业方面的应用
细菌拟核
质粒
质粒
重组质粒
核酸切割
送入细胞
重组细菌
插入质粒
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。
2.利用基因工程菌生产食品工业用酶、氨基酸和维生素等
产物 应用
阿斯巴甜 主要由天冬氨酸和苯丙氨酸形成，这两种氨基酸就可以通过基因工程实现大规模生产
凝乳酶 科学家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
淀粉酶、 酯酶 通过构建基因工程菌、然后用发酵技术大量生产
03
基因工程在食品工业方面的应用
归纳总结
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
导入细胞
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
哺乳动物的受精卵
微生物细胞
显微注射法
Ca2+处理法
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
从微生物细胞（或发酵液）中提取，相对复杂
乳腺生物反应器与基因工程菌生产药物比较
与天然蛋白质完全相同
微生物细胞内缺少内质网、高尔基体等细胞器，合成的蛋白质可能不具有生物活性。
基因工程使人们更容易培育出具有优良性状的动植物品种，获得很多过去难以得到的生物制品，甚至还能培育出可以降解多种污染物的“超级细菌”来处理环境污染，利用经过基因改造的微生物来生产能源……
04
其他方面的应用
科学、客观、理性看待转基因技术
对转基因持两种极端的观点都不合适
关键在于转入什么基因、表达产物是什么和如何监管
转基因技术本身是中性的，应该趋利避害
1.下列有关基因工程的成果及应用的说法，正确的是(　　 )
A.利用基因工程技术培育试管婴儿
B.基因工程在畜牧业上的应用主要是培育体型巨大、品质优良的动物
C.基因工程在农业上的应用主要是培育高产、稳产、品质优良和抗除草剂等的农作物
D.用基因工程方法培育的抗虫植物也能抗病毒
C
【当堂训练】
B
2.下列关于利用乳腺生物反应器生产药用蛋白的叙述，错误的是(　 　)
A.需要将编码药用蛋白的基因与能在乳腺中特异性表达的基因的启动子等调控元件重组在一起
B.可以使用感受态细胞转化法将基因表达载体导入受体细胞
C.需要借助于早期胚胎培养和胚胎移植技术培育出转基因动物
D.药物的生产会受到转基因动物性别和年龄的限制
【当堂训练】