生物（人教版）选修2导学案：第3章生物科学与工业 第3节生物技术药物与疫苗
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| 名称 | 生物（人教版）选修2导学案：第3章生物科学与工业 第3节生物技术药物与疫苗 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 15.5KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 生物学 | ||
| 更新时间 | 2015-08-29 13:58:19 | ||
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文档简介
课堂探究
核心解读
1.基因工程药物与它的生产流程
作为生物技术核心的基因工程，最成功的是生产用于治疗的基因工程药物。虽然将一些来源于人的生理活性物质作为药物已经有许多年，但是许多在疾病诊断、预防和治疗中有着重要价值的人源生理活性物质，如激素、细胞因子、神经多肽、调节蛋白、酶类、凝血因子等人体活性多肽，由于材料来源困难或制造技术问题而无法生产。使用传统技术从动物脏器提取这些物质也因含量太低、成本太高，使其应用受到限制；此外，在提取过程中还可能造成药物被病毒感染，使制成的药物对病人产生严重后果；作为非人源蛋白质，长期使用会产生免疫反应等。
用基因工程可直接使用来源于人的基因生产药 ( http: / / www.21cnjy.com )物，可以从根本上解决上述问题。其最大的好处是：不仅可以大量生产过去难以获得的来源于人的各种生理活性的蛋白质和多肽药物，为临床应用提供保证，还可以进一步深入研究它们的生理、生化和结构，从而扩大这些物质的应用范围，发现和挖掘出更多的生理活性物质。通过对基因进行改造，利用基因工程可以生产性能更加优良的药物。
基因工程药物的生产是个复杂的系统工程，首先 ( http: / / www.21cnjy.com )要进行的是必不可少的实验室的基础研究，主要包括：目的基因的发现、分离，将目的基因插入适当的载体，转入新的宿主菌，构建工程菌，并使目的基因在工程菌内进行复制和高效表达，建立、优化基因工程菌的培养和表达目的产物的分离纯化方法，完善和确定基因工程药物的制备工艺。再通过适当扩大规模的中间实验，确定生产工艺、设备及工程设计后，才可能进行工业生产。工业生产过程主要包括工程菌的大量培养和目的基因表达产物的分离纯化，然后，将获得的目的产物，经适当配制，制成药物。在这个过程中，每一个阶段都包含若干步骤，并且随基因来源、宿主种类、产物性质及其表达方式、研究和生产条件等不同而有较大变化。
基因工程药物生产与传统意义上的药物生产有许多不同，它使用的是活细胞，产品又多是大分子的具有复杂结构和生理功能的蛋白质，因而基因表达、宿主菌生长、产品精制、产品质量和药效等，都可能因为原料、生产工艺、条件，甚至环境等生产过程的每一步的变化受到影响。因此，严格控制生产过程的每一步和进行严格的检测，确保产品质量和安全有效是基因工程药物生产中必不可少的。
利用基因工程不仅可以将目的基因转移到像大肠杆菌、酵母菌等微生物中，现在还可以将目的基因转移到动物和植物细胞，利用动植物细胞培养，或转基因动物或植物直接生产基因工程药物。但是与利用基因工程菌生产药物的产业相比，转基因动植物细胞和转基因动植物生产药物还有较大的差距。
2.我国20世纪50年代以后研制的各种疫苗：
年代 减毒疫苗 灭活疫苗 亚单位疫苗 基因工程疫苗
20世纪50年代 卡介苗、黄热病疫苗、鼠疫疫苗、炭疽疫苗 百白破联合疫苗、乙型脑炎疫苗（鼠脑）、斑疹伤寒疫苗、森林脑疫苗、钩端螺旋体疫苗 — —
20世纪60年代 脊髓灰质炎疫苗、流感疫苗、麻疹疫苗、痘苗（细胞） 乙型脑炎疫苗（细胞） — —
20世纪70年代 腮腺炎疫苗（鸡胚） 狂犬病疫苗（细胞） 流脑多糖疫苗
20世纪80～90年代 甲型肝炎疫苗、乙型脑炎疫苗、腮腺炎疫苗（细胞）、风疹疫苗、轮状病毒疫苗 出血热疫苗、乙型脑炎疫苗（纯化）、狂犬病疫苗（纯化）、甲型肝炎疫苗、流感疫苗（纯化） 乙型肝炎疫苗（血源）、伤寒Vi多糖疫苗、百日咳疫苗（无细胞） 乙型肝炎疫苗、痢疾疫苗、霍乱疫苗
3.新型疫苗
新型疫苗主要包括基因工程疫苗和核酸疫苗。
利用基因工程将病原体的某个抗原基因或某几个 ( http: / / www.21cnjy.com )抗原基因转入适当的宿主，进行表达，获得的表达产物作为免疫原使用，这称为基因工程疫苗。比如，国际上大多数国家都使用基因工程乙型肝炎疫苗代替血源疫苗，它可以避免血源疫苗的潜在危险。现在人们几乎可以利用基因工程表达任何具有免疫原性的蛋白质或多肽，用来制备基因工程疫苗。还可以将具有免疫原性的多肽与载体偶联，以便增加其免疫原性。由于多肽疫苗具有有效的特异性免疫应答，避免了可能的危害作用。
核酸疫苗包括DNA疫苗和RNA疫苗，是近年备受人们关注的新型疫苗。它是由编码能够引起保护性免疫反应的病原体抗原的基因片段和载体构建而成，然后导入人体进行表达，产生抗原，引起免疫反应。与其他疫苗相比，它的优点是：①制备的疫苗具有天然抗原形式，没有病原体在体内复制和复制后致病的问题，也不存在恢复突变和毒力返祖问题。②免疫应答全面。可引起细胞免疫和体液免疫，也能诱导细胞毒性T淋巴细胞，从而预防细胞内感染性疾病。③单次接种可诱导长期或终身免疫。④生产迅速、简便，成本低。⑤制备的疫苗不需要冷藏，易于保存和运输。⑥可以将具有不同抗原性的疫苗联合接种，有利于制成联合疫苗。⑦核酸疫苗能够完善婴儿的抗体应答，促进细胞内抗原的清除，防止母体抗体介导的抑制。但是，DNA疫苗也存在许多问题，比如，①刺激机体免疫反应的能力比较弱。②目的基因往往表达水平不高。③在体内抗原蛋白的表达能够持续多久还不清楚。④导入人体的外源DNA有整合的危险，且整合的位点难以控制，有可能诱发基因突变；还可能引起免疫系统自身紊乱。因此，对核酸疫苗需要进行深入研究，对其安全性和长效性进行观察，全面权衡核酸疫苗的利弊。
题例领悟
题型一 基因工程疫苗的优点
【例题1】（多选）利用基因工程获得的疫苗与传统疫苗相比优点包括（ ）
A.不易发生毒力回复
B.安全性强
C.遗传特性稳定
D.便于大量生产
解析：利用基因工程可以删除细菌和病毒中抗原物质的基因或基因片段，获得减毒更彻底、遗传特性更稳定、不易发生毒力回复、安全性强的疫苗。
答案：ABCD
反思感悟
基因工程疫苗具有减毒更彻底、遗传特性更稳定、不易发生毒力回复、易大量生产、成本低的优点。
题型二 基因工程药物
【例题2】用基因工程生产胰岛素的主要原因是…（ ）
A.工艺简单，容易操作
B.生产量大，价格较低
C.所生产的胰岛素可以口服
D.所生产的胰岛素疗效大大提高
解析：胰岛素是治疗糖尿病的有效药物，过去从猪、牛等的胰脏中提取，产量低、价格高。用基因工程的方法可大量生产胰岛素，成本随之下降，价格也低。
答案：B
随堂训练
1.（多选）DNA疫苗与一般疫苗相比，不同的是（ ）
A.接种的是DNA
B.需要借助DNA限制性内切酶和连接酶
C.安全性非常高
D.在宿主细胞中转录、翻译出抗原发挥免疫作用
解析：DNA疫苗是将编码抗原蛋白的基因与运载体结合，通过基因工程的方法导入受体细胞，并且在受体细胞内表达出抗原蛋白，诱导机体产生免疫应答，从而达到预防和治疗疾病的目的。在基因工程操作中把抗原蛋白基因与运载体结合需要借助DNA限制性内切酶和连接酶。
答案：ABCD
2.欲使目的基因迅速表达基因药物，最好将目的基因导入哪类细胞（ ）
A.植物
B.细菌或真菌
C.动物
D.病毒
解析：细菌或真菌繁殖快，可使外源基因迅速表达。病毒无独立生存繁殖的能力，动植物繁殖周期长，使目的基因不能迅速表达。
答案：B
3.将乙肝抗原基因导入酵母菌或动物细胞，再通过细胞培养生产乙肝抗原，这样获得的疫苗是（ ）
A.乙肝抗原疫苗
B.乙肝基因疫苗
C.乙肝病毒疫苗
D.乙肝基因抗体
解析：利用基因工程技术把病原体的某个抗原决定簇基因导入宿主细胞，进行表达，获得表达产物作疫苗，这种疫苗是抗原疫苗。
答案：A
4.动物细胞培养获得脊髓灰质炎疫苗是利用…（ ）
A.病毒在细胞培养过程中繁殖快
B.病毒在细胞培养过程中为细胞提供生长因子
C.病毒必须寄生在活细胞内才能增生繁殖
D.病毒与动物细胞互利共生
答案：C
核心解读
1.基因工程药物与它的生产流程
作为生物技术核心的基因工程，最成功的是生产用于治疗的基因工程药物。虽然将一些来源于人的生理活性物质作为药物已经有许多年，但是许多在疾病诊断、预防和治疗中有着重要价值的人源生理活性物质，如激素、细胞因子、神经多肽、调节蛋白、酶类、凝血因子等人体活性多肽，由于材料来源困难或制造技术问题而无法生产。使用传统技术从动物脏器提取这些物质也因含量太低、成本太高，使其应用受到限制；此外，在提取过程中还可能造成药物被病毒感染，使制成的药物对病人产生严重后果；作为非人源蛋白质，长期使用会产生免疫反应等。
用基因工程可直接使用来源于人的基因生产药 ( http: / / www.21cnjy.com )物，可以从根本上解决上述问题。其最大的好处是：不仅可以大量生产过去难以获得的来源于人的各种生理活性的蛋白质和多肽药物，为临床应用提供保证，还可以进一步深入研究它们的生理、生化和结构，从而扩大这些物质的应用范围，发现和挖掘出更多的生理活性物质。通过对基因进行改造，利用基因工程可以生产性能更加优良的药物。
基因工程药物的生产是个复杂的系统工程，首先 ( http: / / www.21cnjy.com )要进行的是必不可少的实验室的基础研究，主要包括：目的基因的发现、分离，将目的基因插入适当的载体，转入新的宿主菌，构建工程菌，并使目的基因在工程菌内进行复制和高效表达，建立、优化基因工程菌的培养和表达目的产物的分离纯化方法，完善和确定基因工程药物的制备工艺。再通过适当扩大规模的中间实验，确定生产工艺、设备及工程设计后，才可能进行工业生产。工业生产过程主要包括工程菌的大量培养和目的基因表达产物的分离纯化，然后，将获得的目的产物，经适当配制，制成药物。在这个过程中，每一个阶段都包含若干步骤，并且随基因来源、宿主种类、产物性质及其表达方式、研究和生产条件等不同而有较大变化。
基因工程药物生产与传统意义上的药物生产有许多不同，它使用的是活细胞，产品又多是大分子的具有复杂结构和生理功能的蛋白质，因而基因表达、宿主菌生长、产品精制、产品质量和药效等，都可能因为原料、生产工艺、条件，甚至环境等生产过程的每一步的变化受到影响。因此，严格控制生产过程的每一步和进行严格的检测，确保产品质量和安全有效是基因工程药物生产中必不可少的。
利用基因工程不仅可以将目的基因转移到像大肠杆菌、酵母菌等微生物中，现在还可以将目的基因转移到动物和植物细胞，利用动植物细胞培养，或转基因动物或植物直接生产基因工程药物。但是与利用基因工程菌生产药物的产业相比，转基因动植物细胞和转基因动植物生产药物还有较大的差距。
2.我国20世纪50年代以后研制的各种疫苗：
年代 减毒疫苗 灭活疫苗 亚单位疫苗 基因工程疫苗
20世纪50年代 卡介苗、黄热病疫苗、鼠疫疫苗、炭疽疫苗 百白破联合疫苗、乙型脑炎疫苗（鼠脑）、斑疹伤寒疫苗、森林脑疫苗、钩端螺旋体疫苗 — —
20世纪60年代 脊髓灰质炎疫苗、流感疫苗、麻疹疫苗、痘苗（细胞） 乙型脑炎疫苗（细胞） — —
20世纪70年代 腮腺炎疫苗（鸡胚） 狂犬病疫苗（细胞） 流脑多糖疫苗
20世纪80～90年代 甲型肝炎疫苗、乙型脑炎疫苗、腮腺炎疫苗（细胞）、风疹疫苗、轮状病毒疫苗 出血热疫苗、乙型脑炎疫苗（纯化）、狂犬病疫苗（纯化）、甲型肝炎疫苗、流感疫苗（纯化） 乙型肝炎疫苗（血源）、伤寒Vi多糖疫苗、百日咳疫苗（无细胞） 乙型肝炎疫苗、痢疾疫苗、霍乱疫苗
3.新型疫苗
新型疫苗主要包括基因工程疫苗和核酸疫苗。
利用基因工程将病原体的某个抗原基因或某几个 ( http: / / www.21cnjy.com )抗原基因转入适当的宿主，进行表达，获得的表达产物作为免疫原使用，这称为基因工程疫苗。比如，国际上大多数国家都使用基因工程乙型肝炎疫苗代替血源疫苗，它可以避免血源疫苗的潜在危险。现在人们几乎可以利用基因工程表达任何具有免疫原性的蛋白质或多肽，用来制备基因工程疫苗。还可以将具有免疫原性的多肽与载体偶联，以便增加其免疫原性。由于多肽疫苗具有有效的特异性免疫应答，避免了可能的危害作用。
核酸疫苗包括DNA疫苗和RNA疫苗，是近年备受人们关注的新型疫苗。它是由编码能够引起保护性免疫反应的病原体抗原的基因片段和载体构建而成，然后导入人体进行表达，产生抗原，引起免疫反应。与其他疫苗相比，它的优点是：①制备的疫苗具有天然抗原形式，没有病原体在体内复制和复制后致病的问题，也不存在恢复突变和毒力返祖问题。②免疫应答全面。可引起细胞免疫和体液免疫，也能诱导细胞毒性T淋巴细胞，从而预防细胞内感染性疾病。③单次接种可诱导长期或终身免疫。④生产迅速、简便，成本低。⑤制备的疫苗不需要冷藏，易于保存和运输。⑥可以将具有不同抗原性的疫苗联合接种，有利于制成联合疫苗。⑦核酸疫苗能够完善婴儿的抗体应答，促进细胞内抗原的清除，防止母体抗体介导的抑制。但是，DNA疫苗也存在许多问题，比如，①刺激机体免疫反应的能力比较弱。②目的基因往往表达水平不高。③在体内抗原蛋白的表达能够持续多久还不清楚。④导入人体的外源DNA有整合的危险，且整合的位点难以控制，有可能诱发基因突变；还可能引起免疫系统自身紊乱。因此，对核酸疫苗需要进行深入研究，对其安全性和长效性进行观察，全面权衡核酸疫苗的利弊。
题例领悟
题型一 基因工程疫苗的优点
【例题1】（多选）利用基因工程获得的疫苗与传统疫苗相比优点包括（ ）
A.不易发生毒力回复
B.安全性强
C.遗传特性稳定
D.便于大量生产
解析：利用基因工程可以删除细菌和病毒中抗原物质的基因或基因片段，获得减毒更彻底、遗传特性更稳定、不易发生毒力回复、安全性强的疫苗。
答案：ABCD
反思感悟
基因工程疫苗具有减毒更彻底、遗传特性更稳定、不易发生毒力回复、易大量生产、成本低的优点。
题型二 基因工程药物
【例题2】用基因工程生产胰岛素的主要原因是…（ ）
A.工艺简单，容易操作
B.生产量大，价格较低
C.所生产的胰岛素可以口服
D.所生产的胰岛素疗效大大提高
解析：胰岛素是治疗糖尿病的有效药物，过去从猪、牛等的胰脏中提取，产量低、价格高。用基因工程的方法可大量生产胰岛素，成本随之下降，价格也低。
答案：B
随堂训练
1.（多选）DNA疫苗与一般疫苗相比，不同的是（ ）
A.接种的是DNA
B.需要借助DNA限制性内切酶和连接酶
C.安全性非常高
D.在宿主细胞中转录、翻译出抗原发挥免疫作用
解析：DNA疫苗是将编码抗原蛋白的基因与运载体结合，通过基因工程的方法导入受体细胞，并且在受体细胞内表达出抗原蛋白，诱导机体产生免疫应答，从而达到预防和治疗疾病的目的。在基因工程操作中把抗原蛋白基因与运载体结合需要借助DNA限制性内切酶和连接酶。
答案：ABCD
2.欲使目的基因迅速表达基因药物，最好将目的基因导入哪类细胞（ ）
A.植物
B.细菌或真菌
C.动物
D.病毒
解析：细菌或真菌繁殖快，可使外源基因迅速表达。病毒无独立生存繁殖的能力，动植物繁殖周期长，使目的基因不能迅速表达。
答案：B
3.将乙肝抗原基因导入酵母菌或动物细胞，再通过细胞培养生产乙肝抗原，这样获得的疫苗是（ ）
A.乙肝抗原疫苗
B.乙肝基因疫苗
C.乙肝病毒疫苗
D.乙肝基因抗体
解析：利用基因工程技术把病原体的某个抗原决定簇基因导入宿主细胞，进行表达，获得表达产物作疫苗，这种疫苗是抗原疫苗。
答案：A
4.动物细胞培养获得脊髓灰质炎疫苗是利用…（ ）
A.病毒在细胞培养过程中繁殖快
B.病毒在细胞培养过程中为细胞提供生长因子
C.病毒必须寄生在活细胞内才能增生繁殖
D.病毒与动物细胞互利共生
答案：C