二 动物细胞融合技术与单克隆抗体
必备知识·素养奠基
一、动物细胞融合技术
1.概念:使两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的技术。
2.原理:细胞膜的流动性。
3.诱导融合常用的方法:
(1)物理:电融合法。
(2)化学:PEG融合法。
(3)生物:灭活病毒诱导法。
4.判一判:基于细胞融合的技术及其应用,判断下列说法的正误:
(1)在动物细胞融合过程中,既有细胞膜的融合,也有细胞核的融合过程。
(√)
(2)细胞融合突破物种间的生殖隔离,实现了远缘杂交。
(√)
(3)目前细胞融合只能在动物和动物之间、植物和植物之间进行,不能实现动物和植物的细胞融合。
(×)
提示:至今,动物和植物之间的细胞融合也获得了成功。
(4)动物细胞融合为研究细胞遗传、细胞免疫、肿瘤等提供重要的手段。
(√)
(5)二倍体动物细胞融合后的杂交细胞仍然是二倍体细胞。
(×)
提示:杂交细胞具有4个染色体组,应该是四倍体细胞。
诱导动物细胞融合与植物体细胞杂交融合的方法有什么不同?
提示:动物细胞融合能用灭活的病毒进行诱导,植物体细胞杂交融合不能采用此方法。
二、单克隆抗体及其应用
1.制备原理:
(1)B淋巴细胞的特点:一种B淋巴细胞只分泌一种特异性抗体,B淋巴细胞在体外不能(填“能”或“不能”)无限增殖。
(2)骨髓瘤细胞的特点:能无限增殖。
(3)杂交瘤细胞的特点:既能大量增殖,又能产生特异性抗体。
2.制备过程:
填一填:基于单克隆抗体制备的过程,完成下列问题。
(1)A操作注射特定的抗原,目的是可以从小鼠的脾中得到产生特定抗体的B淋巴细胞。
(2)杂交瘤细胞技术选择融合的两种细胞:细胞①多种B淋巴细胞,细胞②骨髓瘤细胞。
(3)过程B和C为诱导细胞融合的过程,获得的细胞③是多种(填“一种”或“多种”)。
(4)细胞③到细胞④的过程使用特定的选择培养基进行筛选,只有细胞④杂交瘤细胞才能生长,其他细胞不能生长。
(5)细胞⑤来源于细胞④(填数字序号),细胞⑤为抗体检测呈阳性的杂交瘤细胞,其分泌的抗体能与特定的抗原结合。
(6)培养杂交瘤细胞的方法是注射到小鼠腹腔和D体外培养,从培养液或小鼠腹水中可提取⑥单克隆抗体。
3.应用:
(1)诊断试剂。如:利用同位素或荧光标记的单克隆抗体,定位诊断肿瘤、心血管畸形。
(2)治疗疾病。
关键能力·素养形成
知识点一 动物细胞融合
1.动物细胞融合过程解读:
(1)操作过程:细胞膜融合→细胞质融合→细胞核融合(实质)。
(2)筛选意义:诱导融合的手段只是促使细胞间的融合,不能保证所有的细胞都发生融合,形成的融合细胞也有多种。
(3)融合细胞特点:具有两个细胞的遗传信息,通过动物细胞的培养,杂交细胞表现出两个亲本的特点。
2.植物体细胞杂交与动物细胞融合:
项目
植物体细胞杂交
动物细胞融合
原理
细胞膜的流动性
细胞全能性
细胞的增殖
融合过程
酶解法除去细胞壁
注射特定的抗原
原生质体融合
动物细胞融合
杂种细胞的筛选
杂交瘤细胞的筛选
培养获得杂种植株
提取提纯单克隆抗体
融合方法
物理法:电融合法、离心法化学法:PEG、高Ca2+—高pH融合法
物理法:电融合法化学法:PEG融合法生物法:灭活病毒诱导法
实例
番茄—马铃薯植株
单克隆抗体
用途
培育作物新品种
疾病的诊断和治疗
如图是两种生物细胞融合技术的示意图,关于该图的有关叙述,完全正确的一组是
( )
①a过程必须除去细胞膜;b过程需要通过细胞识别
②若X是抗体,则甲、乙细胞是肿瘤细胞和经抗原刺激产生的B淋巴细胞
③若X是苹果梨幼苗,则c过程是细胞分裂、分化
④细胞融合技术的缺点是不能克服远缘不亲和性
A.① B.①② C.②③ D.②③④
【解题导引】解答本题思维流程如下:
【解析】选C。动物细胞融合不需要去除细胞膜,两个细胞的细胞膜融合可以不需要识别,①错误;若X是抗体,则甲、乙细胞是肿瘤细胞和经抗原刺激产生的B淋巴细胞,二者融合后的杂交瘤细胞既能无限增殖,又能产生专一抗体,②正确;若X是苹果梨幼苗,则甲、乙细胞是苹果细胞和梨细胞,c过程是细胞分裂、分化,③正确;细胞融合技术打破了生殖隔离,克服了远缘杂交不亲和的障碍,④错误。
【素养·探究——母题追问】
(1)科学思维——演绎与推理
若该图为植物体细胞杂交,细胞甲有2个染色体组,细胞乙有4个染色体组,那么X个体含有几个染色体组?
提示:X个体含有6个染色体组。
(2)科学思维——批判性思维
某同学为了保证融合不会出现其他情况,只选用一个甲细胞和一个乙细胞进行融合,你认为他的做法是否合理?说出你的理由。
提示:不合理。因为细胞融合成功率较低,只选用两个细胞可能无法获得融合的细胞。
【素养·迁移】
下列关于动物细胞融合的说法,错误的是
( )
A.动物细胞融合也称细胞杂交,是指两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的过程
B.动物细胞融合需要用纤维素酶处理
C.动物细胞融合时需人工诱导
D.常用的诱导动物细胞融合的因素有:聚乙二醇、灭活的病毒等
【解析】选B。动物细胞融合是指两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的过程。动物细胞无细胞壁,所以诱导融合前不需要用纤维素酶处理。动物细胞融合需要人工诱导融合,诱导因素包括聚乙二醇、灭活的病毒等。
【补偿训练】
如图为细胞融合的示意图,下列叙述正确的是
( )
A.若a细胞和b细胞是植物细胞,需先去分化再诱导融合
B.a细胞和b细胞之间的融合需要促融处理后才能实现
C.c细胞的形成与a、b细胞膜的流动性无关
D.c细胞将同时表达a细胞和b细胞中的所有基因
【解析】选B。本题考查细胞工程相关知识。a、b如果为植物细胞,则需要去细胞壁,但不需要去分化,A项错误;两细胞融合需要用物理或化学等方法使其融合,其融合过程体现了细胞膜具有一定的流动性,B项正确,C项错误;融合后的杂种细胞中的基因仍是选择性表达,不会表达全部的基因,D项错误。
知识点二 单克隆抗体
1.制备流程:
【特别提醒】如果仅考虑两个细胞融合,那么单克隆抗体制备的过程中获得3种融合细胞,即骨髓瘤细胞与骨髓瘤细胞融合、B淋巴细胞与B淋巴细胞融合、B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合。
2.两次筛选:
项目
第一次筛选
第二次筛选
筛选原因
诱导融合后得到多种杂交细胞,另外还有未融合的细胞
由于小鼠在生活中还受到其他抗原的刺激,所以经选择性培养获得的杂交瘤细胞中有能产生其他抗体的细胞
3.三种细胞的比较:
细胞类型
来 源
特 点
已免疫的B淋巴细胞
由B淋巴细胞受抗原刺激后增殖分化而来
能产生单一抗体,但不能无限增殖
骨髓瘤细胞
从骨髓肿瘤中提取
能无限增殖,但不能产生抗体
杂交瘤细胞
浆细胞与骨髓瘤细胞融合而成
既能产生抗体,又能无限增殖
甘草酸是中药甘草中的主要活性成分,为了快速检测甘草酸,科研人员利用细胞工程技术制备了抗甘草酸的单克隆抗体,其基本操作过程如图所示,相关叙述正确的是
( )
A.过程①注射相应抗原后应立即从小鼠脾脏中提取细胞甲
B.过程②诱导细胞融合,利用了细胞膜的选择透过性
C.过程③④的筛选方法相同,细胞丙、丁遗传物质相同
D.过程⑤无论在体内还是体外进行,细胞丁都可大量增殖
【解题导引】明确两次筛选的目的和方法不同:
【解析】选D。过程①注射相应抗原后,需要机体进行免疫,产生具有免疫能力的B淋巴细胞后,才可以从小鼠脾脏中提取细胞甲,选项A错误;过程②诱导细胞融合,利用了细胞膜的流动性,选项B错误;过程③用选择培养基获得杂交瘤细胞,过程④用抗体检测和克隆培养得到能产生特定抗体的杂交瘤细胞,选项C错误;杂种细胞既能够增殖又能产生抗体,过程⑤无论在体内还是体外进行,细胞丁都可大量增殖,选项D正确。
【素养·探究——母题追问】
(1)社会责任——关注社会热点问题
新型冠状病毒导致的全球疫情,如果你是一个研究员,请从单克隆抗体的角度进行药物研发,过程①注射的抗原是什么?
提示:减毒或灭活的新型冠状病毒。
(2)科学思维——演绎与推理
已知小鼠的体细胞含2N=40条染色体,那么融合的杂交瘤细胞中染色体和染色体组数分别是多少?
提示:80条染色体,4个染色体组。
【素养·迁移】
将小鼠骨髓瘤细胞与一种B淋巴细胞融合,可使融合的细胞经培养产生单克隆抗体,其依据是
( )
A.B淋巴细胞可产生抗体,但不能无限增殖;骨髓瘤细胞不产生抗体,但能无限增殖
B.B淋巴细胞和骨髓瘤细胞都能进行体外培养
C.B淋巴细胞既能无限增殖,也可以产生抗体
D.骨髓瘤细胞只有与B淋巴细胞融合,才能产生抗体
【解析】选A。用杂交瘤细胞生产单克隆抗体,依据的原理是B淋巴细胞可产生抗体,但不能无限增殖;骨髓瘤细胞不产生抗体,但能无限增殖。
【课堂回眸】
课堂检测·素养达标
【概念·诊断】
1.动物细胞融合技术突破了有性杂交的局限,为制备单克隆抗体开辟了新途径,下列有关动物细胞融合技术的描述合理的是________。?
①细胞融合技术与传统的有性杂交相比,其优越性在于能定向地改造生物的性状。
②动物杂交瘤细胞产生单克隆抗体能体现细胞的全能性。
③制备单克隆抗体时,要选用已免疫的B淋巴细胞和骨髓瘤细胞融合形成杂交瘤细胞。
④单克隆抗体能够与抗原发生特异性结合,因此单克隆抗体仅用于疾病的治疗。
⑤单克隆抗体制备的过程中需要进行两次目的不同的筛选。
【解析】选③⑤。细胞融合技术可以设计不同的细胞融合,但是生物的性状不一定按照人们的设计表现出来,①错误;动物杂交瘤细胞产生单克隆抗体没有体现细胞的全能性,②错误;制备单克隆抗体时先注射抗原,获得能够分泌抗体的B淋巴细胞,然后与骨髓瘤细胞融合,③正确;单克隆抗体不仅用于疾病的治疗还可用于疾病的诊断,④错误;单克隆抗体制备的过程中需要进行两次筛选,第一次的目的是获得杂交瘤细胞,第二次的目的是获得产生特定抗体的杂交瘤细胞,⑤正确。
2.下列关于动物细胞融合与植物体细胞杂交技术的说法正确的是
( )
A.基本原理相同
B.诱导细胞融合的方法相同
C.细胞融合前的处理过程相同
D.融合后都需要进行筛选
【解析】选D。植物体细胞杂交的原理为细胞膜的流动性、植物细胞的全能性,而动物细胞融合利用的是细胞膜的流动性;动物细胞融合常用灭活的病毒诱导,而植物体细胞杂交不能;动物细胞融合前需要用胰蛋白酶或胶原蛋白酶使细胞分散开,植物体细胞杂交常用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁;诱导融合后会形成多种融合细胞,还有未融合细胞,因此要进行筛选。
3.运用细胞工程技术获得单克隆抗体时,下列操作不必要的是
( )
A.对小动物注射抗原
B.融合并筛选杂交瘤细胞
C.培养杂交瘤细胞
D.将胰蛋白酶注入小鼠腹腔
【解析】选D。胰蛋白酶在动物细胞培养时用到,是加入培养基中用于分离细胞的。
4.据媒体报道,《自然》子刊杂志发表了一篇最新论文,介绍了一种能够阻断新冠病毒感染的全人源单克隆抗体。下
列叙述错误的是
( )
A.人B细胞在超免疫缺陷鼠体内受到抗原刺激会增殖分化产生抗体
B.人抗体基因克隆前需要进行多次筛选和检测
C.产生的重组抗体,需要细胞膜上载体蛋白的协助才能释放到细胞外
D.全人源单克隆抗体能有效降低人体的免疫排斥反应
【解析】选C。根据图示,人B细胞在超免疫缺陷鼠体内受到抗原刺激会增殖分化产生抗体,A正确;人抗体基因克隆前需要进行多次筛选和检测,B正确;抗体属于分泌蛋白,是通过胞吐作用释放到细胞外,不需要载体蛋白,C错误;全人源单克隆抗体能有效降低人体的免疫排斥反应,D正确。
【思维·跃迁】
5.如图为细胞融合的简略过程,请据图回答:
(1)植物细胞工程常用的技术手段有__________________;动物细胞工程的各技术手段的基础是__________。?
(2)若图中甲、乙是植物细胞,在细胞融合之前应用__________________处理,除去______________;甲细胞、乙细胞到丙细胞的过程中,常用的化学方法是______________;融合完成的标志是______________。?
(3)与植物细胞相比,动物细胞融合特有的诱导因素是______________。?
(4)若利用动物细胞融合技术来生产单克隆抗体,应将______________和______________进行融合,融合后需经多次筛选,以得到能产生特异性抗体的杂交瘤细胞,第一次筛选一般利用______________进行,第二次筛选需对细胞进行反复的____________培养和______________?检测,以筛选出能产生特定抗体的杂交瘤细胞。
(5)生产少量单克隆抗体时,可将筛选得到的杂交瘤细胞注射到小鼠腹腔内繁殖,该方法的优点是______________。?
【解析】(1)植物细胞工程常用的技术手段有植物组织培养、植物体细胞杂交。动物细胞工程的各技术手段的基础是动物细胞培养。
(2)植物体细胞杂交前,先采用酶解法去除细胞壁,即采用纤维素酶、果胶酶去除细胞壁;诱导细胞融合常用的化学方法是PEG融合法;原生质体融合完成的标志是再生出新的细胞壁。
(3)诱导原生质体融合的方法有物理法(离心、振动、电激等)、化学法(聚乙二醇),诱导动物细胞融合的方法有物理法(离心、振动、电激等)、化学法(PEG融合法)和生物法(灭活的病毒)。因此,与植物细胞相比,动物细胞融合特有的诱导因素是灭活的病毒。
(4)若利用动物细胞融合技术来生产单克隆抗体,应将经免疫的B淋巴细胞和骨髓瘤细胞进行融合,融合后需经多次筛选,以得到能产生特异性抗体的杂交瘤细胞,第一次筛选一般利用选择培养基进行,第二次筛选需对细胞进行反复的克隆化培养和抗体检验,以筛选出能产生特定抗体的杂交瘤细胞。
(5)生产少量单克隆抗体时,可将筛选得到的杂交瘤细胞注射到小鼠腹腔内繁殖,该方法的优点是节约培养基(成本),易于控制培养条件等。
答案:(1)植物组织培养、植物体细胞杂交 动物细胞培养
(2)纤维素酶、果胶酶 细胞壁 PEG融合法 再生出新的细胞壁
(3)灭活的病毒
(4)经免疫的B淋巴细胞 骨髓瘤细胞 选择培养基 克隆化 抗体
(5)节约培养基(成本),易于控制培养条件等
【拓展·探究】
6.(2020·全国Ⅰ卷)为研制抗病毒A的单克隆抗体,某同学以小鼠甲为实验材料设计了以下实验流程。
回答下列问题:
(1)上述实验前必须给小鼠甲注射病毒A,该处理的目的是______________
______________________________________。?
(2)写出以小鼠甲的脾脏为材料制备单细胞悬液的主要实验步骤:___________
_______________________。?
(3)为了得到能产生抗病毒A的单克隆抗体的杂交瘤细胞,需要进行筛选。图中筛选1所采用的培养基属于__________________,使用该培养基进行细胞培养的结果是__________________。图中筛选2含多次筛选,筛选所依据的基本原理是__________________________。?
(4)若要使能产生抗病毒A的单克隆抗体的杂交瘤细胞大量增殖,可采用的方法有____________________________________________(答出2点即可)。?
【解析】本题主要考查动物细胞培养、动物细胞融合与单克隆抗体的制备。
(1)实验前给小鼠甲注射病毒A,是为了诱导小鼠甲产生能够分泌抗病毒A抗体的B淋巴细胞。
(2)制备单细胞悬液时可以取小鼠的脾脏,剪碎组织,用胰蛋白酶处理获得单个细胞,加入培养液即可。
(3)图中筛选1需要用到选择培养基,只有杂交瘤细胞可以存活。筛选2是为了获得能产生特定抗体的杂交瘤细胞,该过程要用到抗原—抗体杂交,故筛选所依据的原理是抗原与抗体反应具有特异性。
(4)获得能产生抗病毒A的单克隆抗体的杂交瘤细胞后,生产单克隆抗体的过程有体外培养和体内培养两条途径。体外培养是指在体外培养液中进行培养,从培养液中提取单克隆抗体;体内培养是指将杂交瘤细胞注射到小鼠腹腔内增殖,从小鼠腹水中提取单克隆抗体。
答案:(1)诱导小鼠甲产生能够分泌抗病毒A抗体的B淋巴细胞
(2)取小鼠甲脾脏剪碎,用胰蛋白酶处理使其分散成单个细胞,加入培养液制成单细胞悬液
(3)选择培养基 只有杂交瘤细胞能够生存 抗原与抗体的反应具有特异性
(4)将杂交瘤细胞注射到小鼠腹腔内增殖;将杂交瘤细胞在体外培养
八 动物细胞融合技术与单克隆抗体
(20分钟·70分)
一、选择题(共7小题,每小题5分,共35分)
1.如图是单克隆抗体制备过程示意图,其中①过程注射的物质和甲细胞的名称分别为
( )
A.抗体、T淋巴细胞
B.抗原、T淋巴细胞
C.抗体、B淋巴细胞
D.抗原、B淋巴细胞
【解析】选D。①过程注射的是抗原,使小鼠产生免疫反应。甲细胞是B淋巴细胞。
2.由单克隆抗体研制而成的“生物导弹”由两部分组成,一是“瞄准装置”,二是杀伤性“弹头”,下列对此描述不正确的是
( )
A.“瞄准装置”由识别癌细胞的单克隆抗体构成
B.“弹头”由放射性同位素、化学药物或细胞毒素等物质构成
C.“弹头”中的药物有选择性杀伤癌细胞的功能
D.“生物导弹”是利用细胞工程制造出来的
【解析】选C。单克隆抗体可与抗原(癌细胞)发生特异性结合,起到导向作用,A正确;“弹头”由放射性同位素、化学药物或细胞毒素等物质构成,可以杀伤癌细胞,B正确;“弹头”中的药物不具有选择作用,C错误;单克隆抗体运用了动物细胞工程中的动物细胞培养和动物细胞融合等技术,D正确。
3.已知从脾脏中获取的B淋巴细胞包括两大类,一类是能产生抗体的浆细胞,另一类是不能产生抗体的B淋巴细胞。在单克隆抗体制备过程中,骨髓瘤细胞和B淋巴细胞诱导融合后,先用特定的选择培养基筛选出杂交瘤细胞。在这种培养基上不能存活、增殖的细胞有
( )
①B淋巴细胞 ②骨髓瘤细胞 ③B淋巴细胞自身融合 ④骨髓瘤细胞自身融合 ⑤骨髓瘤细胞与B淋巴细胞融合 ⑥骨髓瘤细胞与浆细胞融合
A.①②③④
B.①②③④⑤
C.①③
D.①②④⑤
【解析】选A。在制备单克隆抗体时要进行两次筛选,第一次筛选是为了筛选出杂交瘤细胞,即⑤⑥可在该选择培养基中存活和增殖,①②③④不能在该选择培养基上存活和增殖。
4.下列关于单克隆抗体的叙述,不正确的是
( )
A.可以制成诊断盒,用于疾病的诊断
B.可以与药物结合,用于病变细胞的定向治疗
C.可以利用细胞工程技术生产
D.可以在生物体内生产,不能在体外生产
【解析】选D。单克隆抗体可以作为诊断试剂,用于疾病的诊断;又可制成“生物导弹”用于病变细胞的定向治疗;单克隆抗体既可在生物体内生产,又可在体外生产。
5.下列是应用动物细胞工程技术获取单克隆抗X抗体的具体操作步骤,选项中对单克隆抗体制备的相关叙述不正确的是
( )
①将X抗原注入小鼠体内,获得能产生抗X抗体的B淋巴细胞 ②从患骨髓瘤的小鼠体内获取骨髓瘤细胞 ③利用促细胞融合因子使两种细胞发生融合 ④将杂交瘤细胞注入小鼠腹腔培养 ⑤筛选出能产生抗X抗体的杂交瘤细胞 ⑥从腹水中提取抗体
A.实验顺序应当是①②③⑤④⑥
B.④过程中产生的多个杂交瘤细胞也称为克隆
C.③过程获得的细胞均可无限增殖
D.③到⑤的过程中通常要经过两次筛选
【解析】选C。克隆是一种无性生殖,④过程中,杂交瘤细胞在小鼠腹腔培养产生的多个杂交瘤细胞是细胞的增殖,也属于克隆,B正确;③过程是细胞融合过程,会得到多种融合细胞,只有杂交瘤细胞能够无限增殖,C错误;③到⑤的过程中要经过两次筛选才能获得无限增殖以及能产生特定抗体的杂交瘤细胞,D正确。
6.如图是抗HCG(人绒毛膜促性腺激素)单克隆抗体制备流程图,相关叙述正确的是
( )
A.①过程中促融剂常用聚乙二醇,不可用灭活的病毒
B.②过程中筛选出的杂交瘤细胞都能产生抗HCG抗体
C.③过程中利用了DNA分子杂交的原理
D.④过程中培养液中需要添加动物血清、抗生素等物质
【解析】选D。①过程促融剂常用灭活的病毒,也可用聚乙二醇,A错误;②过程中筛选出的杂交瘤细胞不一定都能产生抗HCG抗体,还需通过抗体检测,B错误;③过程中利用了抗原和抗体特异性结合的原理,C错误;④过程为动物细胞培养,培养液中需要添加动物血清、抗生素等物质,D正确。
7.如图为杂交瘤细胞制备示意图。骨髓瘤细胞由于缺乏次黄嘌呤磷酸核糖转移酶(HGPRT-),在HAT筛选培养液中不能正常合成DNA,无法生长。下列叙述不正确的是( )
A.可用灭活的仙台病毒诱导细胞融合
B.两两融合的细胞都能在HAT培养液中生长
C.杂交瘤细胞需进一步筛选才能用于生产
D.细胞膜的流动性是细胞融合的基础
【解析】选B。灭活的仙台病毒是诱导动物细胞融合的方法之一,A项正确;骨髓瘤细胞之间融合因为都缺少次黄嘌呤磷酸核糖转移酶(HGPRT-)而不能生长,B项错误;第二次筛选能产生特异性抗体的杂交瘤细胞,C项正确;细胞融合体现了细胞膜的流动性这一结构特点,D项正确。
二、非选择题(共2小题,共35分)
8.(17分)下图表示用生物工程制备人抗A抗体的过程。请回答下列问题:
(1)人的红细胞膜表面具有识别作用的凝集原,其化学本质是________;从免疫学角度看,这种凝集原是________________________。?
(2)图中细胞1是小鼠体内注入人A型血红细胞后获得的________细胞,这种细胞具有____________的特点,但难以在体外培养。甲培养皿中培养的细胞2是从患骨髓瘤的小鼠体内获取的骨髓瘤细胞,这种细胞在体外培养时能________,但不会产生抗体。?
(3)为了能充分发挥上述两种细胞各自的特点,经特殊处理,在促细胞融合因子的作用下,使两种细胞发生融合,形成图中的细胞3,这种细胞称为______________。?
(4)过程①的主要目的是______________________。?
通过过程②或③的培养方法能产生大量__________________________。?
【解析】(1)人红细胞膜表面的凝集原具有特异性,化学本质是糖蛋白,从免疫学角度看,它是抗原。(2)(3)免疫后的B淋巴细胞能分泌特异性抗体,小鼠骨髓瘤细胞则可在培养条件下无限分裂、增殖,在选择培养基中,只有免疫后的B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合产生的杂交瘤细胞(细胞3)才同时具备分泌抗体的功能和保持细胞无限增殖两种特征。(4)过程①的主要目的是筛选出能产生单一抗A抗体的杂交瘤细胞,过程②或③分别是体内培养和体外培养,以产生大量抗A单克隆抗体。
答案:(1)糖蛋白 抗原 (2)B淋巴(或免疫后的B淋巴) 产生单一的抗A抗体(或单一的特异性抗体) 大量增殖 (3)杂交瘤细胞 (4)筛选出能产生单一抗A抗体的杂交瘤细胞 抗A单克隆抗体
9.(18分)新型冠状病毒和SARS病毒都会造成肺炎。如图是SARS-CoV
S蛋白特异性单克隆抗体的制备过程。回答下列问题:
(1)若只考虑细胞两两融合,图中甲理论上有______________________种。?
(2)已知细胞合成DNA有D和S两条途径,其中D途径能被氨基嘌呤阻断。小鼠的淋巴细胞有上述两种途径,但一般不分裂增殖,小鼠的骨髓瘤细胞中尽管没有S途径,但能不断分裂增殖。根据该原理,在含甲的混合培养液中添加氨基嘌呤__________(填“能”或“不能”)筛选出A,原因是__________________。?
(3)在
SARS-CoV
S蛋白特异性单克隆抗体的制备过程中,需要用到动物细胞培养和动物细胞融合技术。一般来说,动物细胞培养需要的条件有____________
____________________________(至少答出两点);诱导动物细胞融合的方法有____________________________(至少答出两种)。?
(4)
SARS-CoV
S蛋白单克隆抗体__________________(填“能”或“不能”)对新型冠状病毒发挥作用,理由是________________________________________
________________________________________。?
【解析】(1)只考虑细胞两两融合,甲理论上有3种融合细胞,包括两个骨髓瘤细胞融合的类型,两个已免疫的B淋巴细胞融合的类型,一个骨髓瘤细胞与一个已免疫B淋巴细胞融合的类型。
(2)在含甲的混合培养液中添加氨基嘌呤后,已免疫的B淋巴细胞及其彼此融合的细胞能利用S途径进行DNA合成,但是无法进行分裂增殖,骨髓瘤细胞的D合成途径被阻断,所以骨髓瘤细胞及其彼此融合的细胞就不能增殖,只有骨髓瘤细胞与已免疫的B细胞融合形成杂种细胞能利用S途径合成DNA并进行分裂增殖从而存活下来,所以在含甲的混合培养液中添加氨基嘌呤能筛选出杂交瘤细胞A。
(3)动物细胞培养的条件包括以下几点:①无菌、无毒的环境;②营养物质:无机物(无机盐、微量元素等),有机物(糖、氨基酸、促生长因子等);③血清和血浆
(提供细胞生长必需的营养成分);④适宜的温度和pH等;诱导动物细胞融合的方法有物理诱导法、化学试剂诱导法和生物诱导法。(4)抗体具有特异性,针对特定的病毒人体会产生相对应的抗体,故相应的SARS-CoV
S蛋白单克隆抗体只会对SARS这种病毒起作用,不能对新型冠状病毒发挥作用。
答案:(1)3
(2)能 杂交瘤细胞D途径被氨基嘌呤阻断后不能合成DNA,但可通过S途径合成DNA,不断分裂增殖
(3)无菌、无毒环境,营养,温度、pH,气体环境 PEG、灭活的病毒、电激
(4)不能 新型冠状病毒与SARS病毒的抗原不同,SARS-CoV
S蛋白单克隆抗体,只能与SARS-CoV
S蛋白发生特异性结合
(10分钟·30分)
1.(10分)(不定项)对于如图所示制备单克隆抗体过程示意图,正确的叙述是
( )
A.①表示B淋巴细胞和骨髓瘤细胞均是从小鼠的脾脏中提取的
B.④中的筛选是通过抗原—抗体反应进行的
C.②促进细胞融合的方法可以利用聚乙二醇作诱导剂
D.⑤可以无限增殖
【解析】选B、C、D。骨髓瘤细胞是从患骨髓瘤的小鼠的骨髓中提取的,故A错误;④如果要筛选能产生特定抗体的杂交瘤细胞,可以通过检测抗原—抗体反应,如果有反应说明表达了抗体,故B正确;单克隆抗体是利用已融合B淋巴细胞和小鼠骨髓瘤细胞得到的,融合方法可以用化学方法,如聚乙二醇,生物方法,如灭活的病毒等,故C正确;融合细胞既能无限增殖,又能产生单一抗体,故D正确。
【实验·探究】
2.(20分)新型冠状病毒含正链RNA,其结构模式图如图。生物学家根据RNA能否直接起mRNA作用而分成正链(+)RNA病毒与负链(-)RNA病毒两种。负链RNA病毒(如毒弹状病毒)的RNA不能作为mRNA,
需先合成互补链(正链)作为mRNA,再翻译蛋白质分子。回答下列问题:
(1)新型冠状病毒与HIV在遗传物质复制过程的不同之处是________________
________________________________________。?
(2)与新冠肺炎康复者捐献的血浆中的抗体相比,抗S蛋白的单克隆抗体的优点是______________________,其制备的过程中,第二次筛选的目的是____________________________。制备疫苗最重要的目的是对新冠病毒引起的肺炎进行免疫______________(填“治疗”或“预防”)。?
(3)新冠肺炎重症患者病情恶化的主要原因之一是病毒感染过度激活人体免疫系统,导致肺部出现炎性组织损伤。在修复这些患者的肺损伤方面,干细胞被寄予厚望,因此干细胞治疗成为一种可能。人的ES细胞在培养液中加入__________________就可诱导分化成不同类型的细胞,达到治疗目的。?
【解析】(1)HIV是逆转录病毒,因此新型冠状病毒与HIV在遗传物质复制过程的不同之处是新型冠状病毒的RNA能够在宿主细胞内完成自我复制,而HIV的RNA需要在宿主细胞内先完成逆转录过程,然后再转录出自身的RNA。
(2)单克隆抗体的典型特点是特异性强、灵敏度高,可以大量制备,因此与新冠肺炎康复者捐献的血浆中的抗体相比,抗S蛋白的单克隆抗体同样具有上述优点,在单克隆抗体制备过程中有两次筛选,第一次是要筛选出杂交瘤细胞,第二次是要筛选出能产生特异性抗体(抗S蛋白抗体)的杂交瘤细胞。然后对该杂交瘤细胞进行克隆化培养,使用疫苗最重要的目的是对新型冠状病毒进行免疫预防,降低患新冠肺炎的风险。
(3)为修复新冠肺炎患者的肺损伤,人们设想用干细胞进行治疗。因为人的ES细胞在培养液中加入分化诱导因子就可诱导分化成不同类型的细胞,从而获得健康的肺部组织,进而获得治疗。
答案:(1)新型冠状病毒的RNA能够在宿主细胞内完成自我复制,而HIV的RNA需要在宿主细胞内先完成逆转录过程,然后再转录出自身的RNA
(2)特异性强、灵敏度高,可以大量制备 筛选出能产生特异性抗体(抗S蛋白抗体)的杂交瘤细胞 预防
(3)分化诱导因子(共84张PPT)
二 动物细胞融合技术与单克隆抗体
必备知识·素养奠基
一、动物细胞融合技术
1.概念:使___________动物细胞结合形成_____细胞的技术。
2.原理:_______________。
3.诱导融合常用的方法:
(1)物理:_________。
(2)化学:__________。
(3)生物:_______________。
两个或多个
一个
细胞膜的流动性
电融合法
PEG融合法
灭活病毒诱导法
4.判一判:基于细胞融合的技术及其应用,判断下列说法的正误:
(1)在动物细胞融合过程中,既有细胞膜的融合,也有细胞核的融合过程。
(
)
(2)细胞融合突破物种间的生殖隔离,实现了远缘杂交。
(
)
(3)目前细胞融合只能在动物和动物之间、植物和植物之间进行,不能实现动
物和植物的细胞融合。
(
)
提示:至今,动物和植物之间的细胞融合也获得了成功。
(4)动物细胞融合为研究细胞遗传、细胞免疫、肿瘤等提供重要的手段。
(
)
(5)二倍体动物细胞融合后的杂交细胞仍然是二倍体细胞。
(
)
提示:杂交细胞具有4个染色体组,应该是四倍体细胞。
√
√
×
√
×
【激疑】诱导动物细胞融合与植物体细胞杂交融合的方法有什么不同?
提示:动物细胞融合能用灭活的病毒进行诱导,植物体细胞杂交融合不能采用此方法。
二、单克隆抗体及其应用
1.制备原理:
(1)B淋巴细胞的特点:一种B淋巴细胞只分泌一种_______抗体,B淋巴细胞在体
外_____(填“能”或“不能”)无限增殖。
(2)骨髓瘤细胞的特点:___________。
(3)杂交瘤细胞的特点:既能大量_____,又能产生_______抗体。
特异性
不能
能无限增殖
增殖
特异性
2.制备过程:
填一填:基于单克隆抗体制备的过程,完成下列问题。
(1)A操作注射特定的抗原,目的是可以从小鼠的脾中得到__________________
___细胞。
(2)杂交瘤细胞技术选择融合的两种细胞:细胞①______________,细胞②_____
_______。
(3)过程B和C为诱导细胞融合的过程,获得的细胞③是_____(填“一种”或“多
种”)。
(4)细胞③到细胞④的过程使用特定的选择培养基进行筛选,只有细胞④
_______细胞才能生长,其他细胞不能生长。
产生特定抗体的B淋
巴
多种B淋巴细胞
骨髓
瘤细胞
多种
杂交瘤
(5)细胞⑤来源于细胞___(填数字序号),细胞⑤为抗体检测呈阳性的杂交瘤细
胞,其分泌的抗体___________________。
(6)培养杂交瘤细胞的方法是注射到小鼠腹腔和D_________,从培养液或小鼠腹
水中可提取⑥___________。
3.应用:
(1)诊断试剂。如:利用同位素或荧光标记的单克隆抗体,定位诊断肿瘤、心血
管畸形。
(2)治疗疾病。
④
能与特定的抗原结合
体外培养
单克隆抗体
关键能力·素养形成
知识点一 动物细胞融合
1.动物细胞融合过程解读:
(1)操作过程:细胞膜融合→细胞质融合→细胞核融合(实质)。
(2)筛选意义:诱导融合的手段只是促使细胞间的融合,不能保证所有的细胞都发生融合,形成的融合细胞也有多种。
(3)融合细胞特点:具有两个细胞的遗传信息,通过动物细胞的培养,杂交细胞表现出两个亲本的特点。
2.植物体细胞杂交与动物细胞融合:
项目
植物体细胞杂交
动物细胞融合
原理
细胞膜的流动性
细胞全能性
细胞的增殖
融合
过程
酶解法除去细胞壁
注射特定的抗原
原生质体融合
动物细胞融合
杂种细胞的筛选
杂交瘤细胞的筛选
培养获得杂种植株
提取提纯单克隆抗体
融合
方法
物理法:电融合法、离心法
化学法:PEG、高Ca2+—高pH融合法
物理法:电融合法
化学法:PEG融合法
生物法:灭活病毒诱导法
实例
番茄—马铃薯植株
单克隆抗体
用途
培育作物新品种
疾病的诊断和治疗
【素养案例】
如图是两种生物细胞融合技术的示意图,关于该图的有关叙述,完全正确的一组是
( )
①a过程必须除去细胞膜;b过程需要通过细胞识别
②若X是抗体,则甲、乙细胞是肿瘤细胞和经抗原刺激产生的B淋巴细胞
③若X是苹果梨幼苗,则c过程是细胞分裂、分化
④细胞融合技术的缺点是不能克服远缘不亲和性
A.① B.①② C.②③ D.②③④
【解题导引】解答本题思维流程如下:
【解析】选C。动物细胞融合不需要去除细胞膜,两个细胞的细胞膜融合可以不需要识别,①错误;若X是抗体,则甲、乙细胞是肿瘤细胞和经抗原刺激产生的B淋巴细胞,二者融合后的杂交瘤细胞既能无限增殖,又能产生专一抗体,②正确;若X是苹果梨幼苗,则甲、乙细胞是苹果细胞和梨细胞,c过程是细胞分裂、分化,③正确;细胞融合技术打破了生殖隔离,克服了远缘杂交不亲和的障碍,④错误。
【素养·探究——母题追问】
(1)科学思维——演绎与推理
若该图为植物体细胞杂交,细胞甲有2个染色体组,细胞乙有4个染色体组,那么X个体含有几个染色体组?
提示:X个体含有6个染色体组。
(2)科学思维——批判性思维
某同学为了保证融合不会出现其他情况,只选用一个甲细胞和一个乙细胞进行融合,你认为他的做法是否合理?说出你的理由。
提示:不合理。因为细胞融合成功率较低,只选用两个细胞可能无法获得融合的细胞。
【素养·迁移】
下列关于动物细胞融合的说法,错误的是
( )
A.动物细胞融合也称细胞杂交,是指两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的过程
B.动物细胞融合需要用纤维素酶处理
C.动物细胞融合时需人工诱导
D.常用的诱导动物细胞融合的因素有:聚乙二醇、灭活的病毒等
【解析】选B。动物细胞融合是指两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的过程。动物细胞无细胞壁,所以诱导融合前不需要用纤维素酶处理。动物细胞融合需要人工诱导融合,诱导因素包括聚乙二醇、灭活的病毒等。
【补偿训练】
如图为细胞融合的示意图,下列叙述正确的是
( )
A.若a细胞和b细胞是植物细胞,需先去分化再诱导融合
B.a细胞和b细胞之间的融合需要促融处理后才能实现
C.c细胞的形成与a、b细胞膜的流动性无关
D.c细胞将同时表达a细胞和b细胞中的所有基因
【解析】选B。本题考查细胞工程相关知识。a、b如果为植物细胞,则需要去细胞壁,但不需要去分化,A项错误;两细胞融合需要用物理或化学等方法使其融合,其融合过程体现了细胞膜具有一定的流动性,B项正确,C项错误;融合后的杂种细胞中的基因仍是选择性表达,不会表达全部的基因,D项错误。
知识点二 单克隆抗体
1.制备流程:
【特别提醒】如果仅考虑两个细胞融合,那么单克隆抗体制备的过程中获得3种融合细胞,即骨髓瘤细胞与骨髓瘤细胞融合、B淋巴细胞与B淋巴细胞融合、B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合。
2.两次筛选:
项目
第一次筛选
第二次筛选
筛选
原因
诱导融合后得到多种杂交细胞,另外还有未融合的细胞
由于小鼠在生活中还受到其他抗原的刺激,所以经选择性培养获得的杂交瘤细胞中有能产生其他抗体的细胞
3.三种细胞的比较:
细胞类型
来 源
特 点
已免疫的
B淋巴细胞
由B淋巴细胞受抗原刺激后增殖分化而来
能产生单一抗体,但不能无限增殖
骨髓瘤细胞
从骨髓肿瘤中提取
能无限增殖,但不能产生抗体
杂交瘤细胞
浆细胞与骨髓瘤细胞融合而成
既能产生抗体,又能无限增殖
【素养案例】
甘草酸是中药甘草中的主要活性成分,为了快速检测甘草酸,科研人员利用细胞工程技术制备了抗甘草酸的单克隆抗体,其基本操作过程如图所示,相关叙述正确的是
( )
A.过程①注射相应抗原后应立即从小鼠脾脏中提取细胞甲
B.过程②诱导细胞融合,利用了细胞膜的选择透过性
C.过程③④的筛选方法相同,细胞丙、丁遗传物质相同
D.过程⑤无论在体内还是体外进行,细胞丁都可大量增殖
【解题导引】明确两次筛选的目的和方法不同:
【解析】选D。过程①注射相应抗原后,需要机体进行免疫,产生具有免疫能力的B淋巴细胞后,才可以从小鼠脾脏中提取细胞甲,选项A错误;过程②诱导细胞融合,利用了细胞膜的流动性,选项B错误;过程③用选择培养基获得杂交瘤细胞,过程④用抗体检测和克隆培养得到能产生特定抗体的杂交瘤细胞,选项C错误;杂种细胞既能够增殖又能产生抗体,过程⑤无论在体内还是体外进行,细胞丁都可大量增殖,选项D正确。
【素养·探究——母题追问】
(1)社会责任——关注社会热点问题
新型冠状病毒导致的全球疫情,如果你是一个研究员,请从单克隆抗体的角度进行药物研发,过程①注射的抗原是什么?
提示:减毒或灭活的新型冠状病毒。
(2)科学思维——演绎与推理
已知小鼠的体细胞含2N=40条染色体,那么融合的杂交瘤细胞中染色体和染色体组数分别是多少?
提示:80条染色体,4个染色体组。
【素养·迁移】
将小鼠骨髓瘤细胞与一种B淋巴细胞融合,可使融合的细胞经培养产生单克隆抗体,其依据是
( )
A.B淋巴细胞可产生抗体,但不能无限增殖;骨髓瘤细胞不产生抗体,但能无限增殖
B.B淋巴细胞和骨髓瘤细胞都能进行体外培养
C.B淋巴细胞既能无限增殖,也可以产生抗体
D.骨髓瘤细胞只有与B淋巴细胞融合,才能产生抗体
【解析】选A。用杂交瘤细胞生产单克隆抗体,依据的原理是B淋巴细胞可产生抗体,但不能无限增殖;骨髓瘤细胞不产生抗体,但能无限增殖。
【课堂回眸】
课堂检测·素养达标
【概念·诊断】
1.动物细胞融合技术突破了有性杂交的局限,为制备单克隆抗体开辟了新途径,下列有关动物细胞融合技术的描述合理的是________。?
①细胞融合技术与传统的有性杂交相比,其优越性在于能定向地改造生物的性状。
②动物杂交瘤细胞产生单克隆抗体能体现细胞的全能性。
③制备单克隆抗体时,要选用已免疫的B淋巴细胞和骨髓瘤细胞融合形成杂交瘤细胞。
课堂检测·素养达标
④单克隆抗体能够与抗原发生特异性结合,因此单克隆抗体仅用于疾病的治疗。
⑤单克隆抗体制备的过程中需要进行两次目的不同的筛选。
【解析】选③⑤。细胞融合技术可以设计不同的细胞融合,但是生物的性状不一定按照人们的设计表现出来,①错误;动物杂交瘤细胞产生单克隆抗体没有体现细胞的全能性,②错误;制备单克隆抗体时先注射抗原,获得能够分泌抗体的B淋巴细胞,然后与骨髓瘤细胞融合,③正确;单克隆抗体不仅用于疾病的治疗还可用于疾病的诊断,④错误;单克隆抗体制备的过程中需要进行两次筛选,第一次的目的是获得杂交瘤细胞,第二次的目的是获得产生特定抗体的杂交瘤细胞,⑤正确。
2.下列关于动物细胞融合与植物体细胞杂交技术的说法正确的是
( )
A.基本原理相同
B.诱导细胞融合的方法相同
C.细胞融合前的处理过程相同
D.融合后都需要进行筛选
【解析】选D。植物体细胞杂交的原理为细胞膜的流动性、植物细胞的全能性,而动物细胞融合利用的是细胞膜的流动性;动物细胞融合常用灭活的病毒诱导,而植物体细胞杂交不能;动物细胞融合前需要用胰蛋白酶或胶原蛋白酶使细胞分散开,植物体细胞杂交常用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁;诱导融合后会形成多种融合细胞,还有未融合细胞,因此要进行筛选。
3.运用细胞工程技术获得单克隆抗体时,下列操作不必要的是
( )
A.对小动物注射抗原
B.融合并筛选杂交瘤细胞
C.培养杂交瘤细胞
D.将胰蛋白酶注入小鼠腹腔
【解析】选D。胰蛋白酶在动物细胞培养时用到,是加入培养基中用于分离细胞的。
4.据媒体报道,《自然》子刊杂志发表了一篇最新论文,介绍了一种能够阻断新冠病毒感染的全人源单克隆抗体。下列叙述错误的是
( )
A.人B细胞在超免疫缺陷鼠体内受到抗原刺激会增殖分化产生抗体
B.人抗体基因克隆前需要进行多次筛选和检测
C.产生的重组抗体,需要细胞膜上载体蛋白的协助才能释放到细胞外
D.全人源单克隆抗体能有效降低人体的免疫排斥反应
【解析】选C。根据图示,人B细胞在超免疫缺陷鼠体内受到抗原刺激会增殖分化产生抗体,A正确;人抗体基因克隆前需要进行多次筛选和检测,B正确;抗体属于分泌蛋白,是通过胞吐作用释放到细胞外,不需要载体蛋白,C错误;全人源单克隆抗体能有效降低人体的免疫排斥反应,D正确。
【思维·跃迁】
5.如图为细胞融合的简略过程,请据图回答:
(1)植物细胞工程常用的技术手段有__________________;动物细胞工程的各技术手段的基础是__________。?
(2)若图中甲、乙是植物细胞,在细胞融合之前应用__________________处理,除去______________;甲细胞、乙细胞到丙细胞的过程中,常用的化学方法是______________;融合完成的标志是______________。?
(3)与植物细胞相比,动物细胞融合特有的诱导因素是______________。?
(4)若利用动物细胞融合技术来生产单克隆抗体,应将______________和______________进行融合,融合后需经多次筛选,以得到能产生特异性抗体的杂交瘤细胞,第一次筛选一般利用______________进行,第二次筛选需对细胞进行反复的____________培养和______________?检测,以筛选出能产生特定抗体的杂交瘤细胞。
(5)生产少量单克隆抗体时,可将筛选得到的杂交瘤细胞注射到小鼠腹腔内繁殖,该方法的优点是______________。?
【解析】(1)植物细胞工程常用的技术手段有植物组织培养、植物体细胞杂交。动物细胞工程的各技术手段的基础是动物细胞培养。
(2)植物体细胞杂交前,先采用酶解法去除细胞壁,即采用纤维素酶、果胶酶去除细胞壁;诱导细胞融合常用的化学方法是PEG融合法;原生质体融合完成的标志是再生出新的细胞壁。
(3)诱导原生质体融合的方法有物理法(离心、振动、电激等)、化学法(聚乙二醇),诱导动物细胞融合的方法有物理法(离心、振动、电激等)、化学法(PEG融合法)和生物法(灭活的病毒)。因此,与植物细胞相比,动物细胞融合特有的诱导因素是灭活的病毒。
(4)若利用动物细胞融合技术来生产单克隆抗体,应将经免疫的B淋巴细胞和骨髓瘤细胞进行融合,融合后需经多次筛选,以得到能产生特异性抗体的杂交瘤细胞,第一次筛选一般利用选择培养基进行,第二次筛选需对细胞进行反复的克隆化培养和抗体检验,以筛选出能产生特定抗体的杂交瘤细胞。
(5)生产少量单克隆抗体时,可将筛选得到的杂交瘤细胞注射到小鼠腹腔内繁殖,该方法的优点是节约培养基(成本),易于控制培养条件等。
答案:(1)植物组织培养、植物体细胞杂交 动物细胞培养
(2)纤维素酶、果胶酶 细胞壁 PEG融合法 再生出新的细胞壁
(3)灭活的病毒
(4)经免疫的B淋巴细胞 骨髓瘤细胞 选择培养基 克隆化 抗体
(5)节约培养基(成本),易于控制培养条件等
【拓展·探究】
6.(2020·全国Ⅰ卷)为研制抗病毒A的单克隆抗体,某同学以小鼠甲为实验材料设计了以下实验流程。
回答下列问题:
(1)上述实验前必须给小鼠甲注射病毒A,该处理的目的是_______________
______________________________________。?
(2)写出以小鼠甲的脾脏为材料制备单细胞悬液的主要实验步骤:_________
_____________________________。?
(3)为了得到能产生抗病毒A的单克隆抗体的杂交瘤细胞,需要进行筛选。图中筛选1所采用的培养基属于__________________,使用该培养基进行细胞培养的结果是__________________。图中筛选2含多次筛选,筛选所依据的基本原理是__________________________。?
(4)若要使能产生抗病毒A的单克隆抗体的杂交瘤细胞大量增殖,可采用的方法有____________________________________________(答出2点即可)。
【解析】本题主要考查动物细胞培养、动物细胞融合与单克隆抗体的制备。
(1)实验前给小鼠甲注射病毒A,是为了诱导小鼠甲产生能够分泌抗病毒A抗体的B淋巴细胞。
(2)制备单细胞悬液时可以取小鼠的脾脏,剪碎组织,用胰蛋白酶处理获得单个细胞,加入培养液即可。
(3)图中筛选1需要用到选择培养基,只有杂交瘤细胞可以存活。筛选2是为了获得能产生特定抗体的杂交瘤细胞,该过程要用到抗原—抗体杂交,故筛选所依据的原理是抗原与抗体反应具有特异性。
(4)获得能产生抗病毒A的单克隆抗体的杂交瘤细胞后,生产单克隆抗体的过程有体外培养和体内培养两条途径。体外培养是指在体外培养液中进行培养,从培养液中提取单克隆抗体;体内培养是指将杂交瘤细胞注射到小鼠腹腔内增殖,从小鼠腹水中提取单克隆抗体。
答案:(1)诱导小鼠甲产生能够分泌抗病毒A抗体的B淋巴细胞
(2)取小鼠甲脾脏剪碎,用胰蛋白酶处理使其分散成单个细胞,加入培养液制成单细胞悬液
(3)选择培养基 只有杂交瘤细胞能够生存 抗原与抗体的反应具有特异性
(4)将杂交瘤细胞注射到小鼠腹腔内增殖;将杂交瘤细胞在体外培养
课时素养评价
八 动物细胞融合技术与单克隆抗体
【基础达标】
(20分钟·70分)
一、选择题(共7小题,每小题5分,共35分)
1.如图是单克隆抗体制备过程示意图,其中①过程注射的物质和甲细胞的名称分别为
( )
A.抗体、T淋巴细胞
B.抗原、T淋巴细胞
C.抗体、B淋巴细胞
D.抗原、B淋巴细胞
【解析】选D。①过程注射的是抗原,使小鼠产生免疫反应。甲细胞是B淋巴细胞。
2.由单克隆抗体研制而成的“生物导弹”由两部分组成,一是“瞄准装置”,二是杀伤性“弹头”,下列对此描述不正确的是
( )
A.“瞄准装置”由识别癌细胞的单克隆抗体构成
B.“弹头”由放射性同位素、化学药物或细胞毒素等物质构成
C.“弹头”中的药物有选择性杀伤癌细胞的功能
D.“生物导弹”是利用细胞工程制造出来的
【解析】选C。单克隆抗体可与抗原(癌细胞)发生特异性结合,起到导向作用,A正确;“弹头”由放射性同位素、化学药物或细胞毒素等物质构成,可以杀伤癌细胞,B正确;“弹头”中的药物不具有选择作用,C错误;单克隆抗体运用了动物细胞工程中的动物细胞培养和动物细胞融合等技术,D正确。
3.已知从脾脏中获取的B淋巴细胞包括两大类,一类是能产生抗体的浆细胞,另一类是不能产生抗体的B淋巴细胞。在单克隆抗体制备过程中,骨髓瘤细胞和B淋巴细胞诱导融合后,先用特定的选择培养基筛选出杂交瘤细胞。在这种培养基上不能存活、增殖的细胞有
( )
①B淋巴细胞 ②骨髓瘤细胞 ③B淋巴细胞自身融合 ④骨髓瘤细胞自身融合 ⑤骨髓瘤细胞与B淋巴细胞融合 ⑥骨髓瘤细胞与浆细胞融合
A.①②③④
B.①②③④⑤
C.①③
D.①②④⑤
【解析】选A。在制备单克隆抗体时要进行两次筛选,第一次筛选是为了筛选出杂交瘤细胞,即⑤⑥可在该选择培养基中存活和增殖,①②③④不能在该选择培养基上存活和增殖。
4.下列关于单克隆抗体的叙述,不正确的是
( )
A.可以制成诊断盒,用于疾病的诊断
B.可以与药物结合,用于病变细胞的定向治疗
C.可以利用细胞工程技术生产
D.可以在生物体内生产,不能在体外生产
【解析】选D。单克隆抗体可以作为诊断试剂,用于疾病的诊断;又可制成“生物导弹”用于病变细胞的定向治疗;单克隆抗体既可在生物体内生产,又可在体外生产。
5.下列是应用动物细胞工程技术获取单克隆抗X抗体的具体操作步骤,选项中对单克隆抗体制备的相关叙述不正确的是
( )
①将X抗原注入小鼠体内,获得能产生抗X抗体的B淋巴细胞 ②从患骨髓瘤的小鼠体内获取骨髓瘤细胞 ③利用促细胞融合因子使两种细胞发生融合 ④将杂交瘤细胞注入小鼠腹腔培养 ⑤筛选出能产生抗X抗体的杂交瘤细胞 ⑥从腹水中提取抗体
A.实验顺序应当是①②③⑤④⑥
B.④过程中产生的多个杂交瘤细胞也称为克隆
C.③过程获得的细胞均可无限增殖
D.③到⑤的过程中通常要经过两次筛选
【解析】选C。克隆是一种无性生殖,④过程中,杂交瘤细胞在小鼠腹腔培养产生的多个杂交瘤细胞是细胞的增殖,也属于克隆,B正确;③过程是细胞融合过程,会得到多种融合细胞,只有杂交瘤细胞能够无限增殖,C错误;③到⑤的过程中要经过两次筛选才能获得无限增殖以及能产生特定抗体的杂交瘤细胞,D正确。
6.如图是抗HCG(人绒毛膜促性腺激素)单克隆抗体制备流程图,相关叙述正确的是
( )
A.①过程中促融剂常用聚乙二醇,不可用灭活的病毒
B.②过程中筛选出的杂交瘤细胞都能产生抗HCG抗体
C.③过程中利用了DNA分子杂交的原理
D.④过程中培养液中需要添加动物血清、抗生素等物质
【解析】选D。①过程促融剂常用灭活的病毒,也可用聚乙二醇,A错误;②过程中筛选出的杂交瘤细胞不一定都能产生抗HCG抗体,还需通过抗体检测,B错误;③过程中利用了抗原和抗体特异性结合的原理,C错误;④过程为动物细胞培养,培养液中需要添加动物血清、抗生素等物质,D正确。
7.如图为杂交瘤细胞制备示意图。骨髓瘤细胞由于缺乏次黄嘌呤磷酸核糖转移酶(HGPRT-),在HAT筛选培养液中不能正常合成DNA,无法生长。下列叙述不正确的是( )
A.可用灭活的仙台病毒诱导细胞融合
B.两两融合的细胞都能在HAT培养液中生长
C.杂交瘤细胞需进一步筛选才能用于生产
D.细胞膜的流动性是细胞融合的基础
【解析】选B。灭活的仙台病毒是诱导动物细胞融合的方法之一,A项正确;骨髓瘤细胞之间融合因为都缺少次黄嘌呤磷酸核糖转移酶(HGPRT-)而不能生长,B项错误;第二次筛选能产生特异性抗体的杂交瘤细胞,C项正确;细胞融合体现了细胞膜的流动性这一结构特点,D项正确。
二、非选择题(共2小题,共35分)
8.(17分)下图表示用生物工程制备人抗A抗体的过程。请回答下列问题:
(1)人的红细胞膜表面具有识别作用的凝集原,其化学本质是________;从免疫学角度看,这种凝集原是________________________。?
(2)图中细胞1是小鼠体内注入人A型血红细胞后获得的________细胞,这种细胞具有____________的特点,但难以在体外培养。甲培养皿中培养的细胞2是从患骨髓瘤的小鼠体内获取的骨髓瘤细胞,这种细胞在体外培养时能________,但不会产生抗体。?
(3)为了能充分发挥上述两种细胞各自的特点,经特殊处理,在促细胞融合因子的作用下,使两种细胞发生融合,形成图中的细胞3,这种细胞称为________
______________。?
(4)过程①的主要目的是__________________________________________。?
通过过程②或③的培养方法能产生大量______________________________。?
【解析】(1)人红细胞膜表面的凝集原具有特异性,化学本质是糖蛋白,从免疫学角度看,它是抗原。(2)(3)免疫后的B淋巴细胞能分泌特异性抗体,小鼠骨髓瘤细胞则可在培养条件下无限分裂、增殖,在选择培养基中,只有免疫后的B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合产生的杂交瘤细胞(细胞3)才同时具备分泌抗体的功能和保持细胞无限增殖两种特征。(4)过程①的主要目的是筛选出能产生单一抗A抗体的杂交瘤细胞,过程②或③分别是体内培养和体外培养,以产生大量抗A单克隆抗体。
答案:(1)糖蛋白 抗原 (2)B淋巴(或免疫后的B淋巴) 产生单一的抗A抗体(或单一的特异性抗体) 大量增殖 (3)杂交瘤细胞 (4)筛选出能产生单一抗A抗体的杂交瘤细胞 抗A单克隆抗体
9.(18分)新型冠状病毒和SARS病毒都会造成肺炎。如图是SARS-CoV
S蛋白特异性单克隆抗体的制备过程。回答下列问题:
(1)若只考虑细胞两两融合,图中甲理论上有______________________种。?
(2)已知细胞合成DNA有D和S两条途径,其中D途径能被氨基嘌呤阻断。小鼠的淋巴细胞有上述两种途径,但一般不分裂增殖,小鼠的骨髓瘤细胞中尽管没有S途径,但能不断分裂增殖。根据该原理,在含甲的混合培养液中添加氨基嘌呤__________(填“能”或“不能”)筛选出A,原因是__________________。?
(3)在
SARS-CoV
S蛋白特异性单克隆抗体的制备过程中,需要用到动物细胞培养和动物细胞融合技术。一般来说,动物细胞培养需要的条件有___________
________________________(至少答出两点);诱导动物细胞融合的方法有____________________________(至少答出两种)。?
(4)
SARS-CoV
S蛋白单克隆抗体__________________(填“能”或“不能”)对新型冠状病毒发挥作用,理由是______________________________________
________________________________________。
【解析】(1)只考虑细胞两两融合,甲理论上有3种融合细胞,包括两个骨髓瘤细胞融合的类型,两个已免疫的B淋巴细胞融合的类型,一个骨髓瘤细胞与一个已免疫B淋巴细胞融合的类型。
(2)在含甲的混合培养液中添加氨基嘌呤后,已免疫的B淋巴细胞及其彼此融合的细胞能利用S途径进行DNA合成,但是无法进行分裂增殖,骨髓瘤细胞的D合成途径被阻断,所以骨髓瘤细胞及其彼此融合的细胞就不能增殖,只有骨髓瘤细胞与已免疫的B细胞融合形成杂种细胞能利用S途径合成DNA并进行分裂增殖从而存活下来,所以在含甲的混合培养液中添加氨基嘌呤能筛选出杂交瘤细胞A。
(3)动物细胞培养的条件包括以下几点:①无菌、无毒的环境;②营养物质:无机物(无机盐、微量元素等),有机物(糖、氨基酸、促生长因子等);③血清和血浆
(提供细胞生长必需的营养成分);④适宜的温度和pH等;诱导动物细胞融合的方法有物理诱导法、化学试剂诱导法和生物诱导法。(4)抗体具有特异性,针对特定的病毒人体会产生相对应的抗体,故相应的SARS-CoV
S蛋白单克隆抗体只会对SARS这种病毒起作用,不能对新型冠状病毒发挥作用。
答案:(1)3
(2)能 杂交瘤细胞D途径被氨基嘌呤阻断后不能合成DNA,但可通过S途径合成DNA,不断分裂增殖
(3)无菌、无毒环境,营养,温度、pH,气体环境 PEG、灭活的病毒、电激
(4)不能 新型冠状病毒与SARS病毒的抗原不同,SARS-CoV
S蛋白单克隆抗体,只能与SARS-CoV
S蛋白发生特异性结合
【能力提升】(10分钟·30分)
1.(10分)(不定项)对于如图所示制备单克隆抗体过程示意图,正确的叙述是( )
A.①表示B淋巴细胞和骨髓瘤细胞均是从小鼠的脾脏中提取的
B.④中的筛选是通过抗原—抗体反应进行的
C.②促进细胞融合的方法可以利用聚乙二醇作诱导剂
D.⑤可以无限增殖
【解析】选B、C、D。骨髓瘤细胞是从患骨髓瘤的小鼠的骨髓中提取的,故A错误;④如果要筛选能产生特定抗体的杂交瘤细胞,可以通过检测抗原—抗体反应,如果有反应说明表达了抗体,故B正确;单克隆抗体是利用已融合B淋巴细胞和小鼠骨髓瘤细胞得到的,融合方法可以用化学方法,如聚乙二醇,生物方法,如灭活的病毒等,故C正确;融合细胞既能无限增殖,又能产生单一抗体,故D正确。
【实验·探究】
2.(20分)新型冠状病毒含正链RNA,其结构模式图如图。生物学家根据RNA能否直接起mRNA作用而分成正链(+)RNA病毒与负链(-)RNA病毒两种。负链RNA病毒(如毒弹状病毒)的RNA不能作为mRNA,
需先合成互补链(正链)作为mRNA,再翻译蛋白质分子。回答下列问题:
(1)新型冠状病毒与HIV在遗传物质复制过程的不同之处是__________________
________________________________________。?
(2)与新冠肺炎康复者捐献的血浆中的抗体相比,抗S蛋白的单克隆抗体的优点是______________________,其制备的过程中,第二次筛选的目的是______
____________________________。制备疫苗最重要的目的是对新冠病毒引起的肺炎进行免疫______________(填“治疗”或“预防”)。?
(3)新冠肺炎重症患者病情恶化的主要原因之一是病毒感染过度激活人体免疫系统,导致肺部出现炎性组织损伤。在修复这些患者的肺损伤方面,干细胞被寄予厚望,因此干细胞治疗成为一种可能。人的ES细胞在培养液中加入__________________就可诱导分化成不同类型的细胞,达到治疗目的。?
【解析】(1)HIV是逆转录病毒,因此新型冠状病毒与HIV在遗传物质复制过程的不同之处是新型冠状病毒的RNA能够在宿主细胞内完成自我复制,而HIV的RNA需要在宿主细胞内先完成逆转录过程,然后再转录出自身的RNA。
(2)单克隆抗体的典型特点是特异性强、灵敏度高,可以大量制备,因此与新冠肺炎康复者捐献的血浆中的抗体相比,抗S蛋白的单克隆抗体同样具有上述优点,在单克隆抗体制备过程中有两次筛选,第一次是要筛选出杂交瘤细胞,第二次是要筛选出能产生特异性抗体(抗S蛋白抗体)的杂交瘤细胞。然后对该杂交瘤细胞进行克隆化培养,使用疫苗最重要的目的是对新型冠状病毒进行免疫预防,降低患新冠肺炎的风险。
(3)为修复新冠肺炎患者的肺损伤,人们设想用干细胞进行治疗。因为人的ES细胞在培养液中加入分化诱导因子就可诱导分化成不同类型的细
胞,从而获得健康的肺部组织,进而获得治疗。
答案:(1)新型冠状病毒的RNA能够在宿主细胞内完成自我复制,而HIV的RNA需要在宿主细胞内先完成逆转录过程,然后再转录出自身的RNA
(2)特异性强、灵敏度高,可以大量制备 筛选出能产生特异性抗体(抗S蛋白抗体)的杂交瘤细胞 预防
(3)分化诱导因子
