1、第第3节节 基因工程的应用基因工程的应用第第3 3章章 基因工程基因工程从社会中来 胰岛素是治疗糖尿病的特效药物。传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，病人使用一年的胰岛素需要上千头牛，生产的成本非常高。生产的成本非常高。19781978年，科学家将年，科学家将编码人胰岛素的基因导入大肠杆菌细胞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中，使大肠杆菌表达重组人胰岛素。我国拥有
2、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。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？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、促红细胞生成素抗虫棉、转基因大豆、重组人干扰素、促红细胞生成素等。等。自20世纪70年代兴起后，得到飞速发展，展示出广阔前景。医药卫生领域医药卫生领域食品工业方面食品工业方面农牧业方面农牧业方面基基因因工工程程的的应应用用一、基因工程在农牧业方面的应用一、基因工程在农牧业方面的应用植物方面1996-2017年，全世界转基因作物种植面积增年
3、，全世界转基因作物种植面积增加了加了100多倍。多倍。 转基因作物的种植使转基因作物的种植使化学农药的施用量减化学农药的施用量减少少了了8.2%，作物产量增加作物产量增加了了6.6108t,增加经济增加经济效益效益1.3万亿。万亿。美国是世界上转基因作物种植面积最大的国家美国是世界上转基因作物种植面积最大的国家世界转基因作物种植面积最大的是大豆，其次是玉米、棉花；世界转基因作物种植面积最大的是大豆，其次是玉米、棉花；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有棉花和番木瓜棉花和番木瓜；动物方面几乎每年都有令人瞩
4、目的研究成果报道，几乎每年都有令人瞩目的研究成果报道，有些成果正在进入有些成果正在进入实用化和商业化实用化和商业化开发的阶段；开发的阶段；20152015年年1111月，月，第一种第一种用于用于食用食用的转基因动物的转基因动物转基因大西转基因大西洋鲑洋鲑（俗称（俗称“三文鱼三文鱼”）在美国获得批准上市。）在美国获得批准上市。转基因鲑鱼（后排）和正常鲑鱼（前排）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。转基因抗虫植物转基因抗虫植物农农牧牧业业方方面面的的应应用用转基因抗病植物转基因抗病植物转基因抗除草剂植物转基因
5、抗除草剂植物改良植物的品质改良植物的品质提高动物的生长速率提高动物的生长速率改良畜产品的品质改良畜产品的品质抗逆性抗逆性 将来源于某些病毒、真菌等将来源于某些病毒、真菌等的抗病基因导入植物中的抗病基因导入植物中，培育出转基因抗培育出转基因抗病植物病植物。 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.转基因抗虫植物转基因抗虫植物培育方法：培育方法：实例：实例：转基因抗虫棉、玉米、大豆、水稻和转基因抗虫棉、玉米、大豆、水稻和马铃薯等。马铃薯等。2.2.转基因抗病植物转基因抗病植物培育方法：培育方法：实例：实例：抗病毒转基因甜椒、番木瓜和烟草等抗病毒转基因甜椒、番木瓜和烟草等
6、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、大转基因抗除草剂玉米、大豆、油菜和甜菜等豆、油菜和甜菜等3.3.转基因抗除草剂植物转基因抗除草剂植物培育方法：培育方法：实例：实例： 利用利用转基因技术转基因技术改良植物改良植物的营养价值、观赏价值的营养价值、观赏价值等。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.改良植物的品质改良植物的品质培育方法：培育方法：实例：实例： 将将
7、肠乳糖酶基因肠乳糖酶基因导入奶导入奶牛基因组牛基因组，使使获得的转基因牛分泌的获得的转基因牛分泌的乳汁中，乳糖乳汁中，乳糖的的含量大大降低，含量大大降低，而而其其他营养成分不受影响。他营养成分不受影响。 乳汁中乳糖乳汁中乳糖的的含量大大降低含量大大降低的的转基因牛转基因牛 转基因鲤鱼转基因鲤鱼的的生长速率比非生长速率比非转基因鲤鱼提高了转基因鲤鱼提高了42%42%115%115%。 将将外源生长激素基因外源生长激素基因导入导入动物体内动物体内，以，以提高动物的生长速率提高动物的生长速率。5.提高动物的生长速率提高动物的生长速率培育方法：培育方法：实例：实例：6.6.改善畜产品的品质改善畜产品的
8、品质培育方法：培育方法：实例：实例：二、基因工程在医药卫生领域的应用二、基因工程在医药卫生领域的应用让让转基因哺乳动物转基因哺乳动物批量生产药物批量生产药物用转基因动物作为用转基因动物作为器官移植的供体器官移植的供体对对微生物或动植物的细胞微生物或动植物的细胞进行基因改造生产药物进行基因改造生产药物医医药药卫卫生生领领域域的的应应用用 我国生产我国生产的重组人干扰素、的重组人干扰素、血小板生成素、促血小板生成素、促红细胞生成素和粒红细胞生成素和粒细胞集落刺激因子细胞集落刺激因子等等 可以用来预防和治疗人类肿瘤、心血管疾病、传染病、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
9、节炎等；糖尿病和类风湿关节炎等；1.1.对对微生物或动植物的细胞微生物或动植物的细胞进行基因改造生产药物进行基因改造生产药物药物举例：药物举例： 细胞因子、抗体、疫苗和激素等。细胞因子、抗体、疫苗和激素等。应用：应用：实例：实例：资料卡干扰素 干扰素是一种具有干扰素是一种具有干扰病毒复制干扰病毒复制作用的作用的糖蛋白糖蛋白，在临床上被广泛用于治疗，在临床上被广泛用于治疗病毒感染病毒感染性疾病性疾病。此外，干扰素对于治疗。此外，干扰素对于治疗乳腺癌、淋乳腺癌、淋巴癌、多发骨髓瘤和某些白血病巴癌、多发骨髓瘤和某些白血病等也有一定等也有一定的疗效。的疗效。 19931993年我国批准生产年我国批准生
10、产重组人干扰素重组人干扰素-1b-1b，它是我国批准生产的，它是我国批准生产的第一个第一个基因工程药物基因工程药物，目前主要用于治疗，目前主要用于治疗慢性乙型肝炎、慢性丙型肝炎慢性乙型肝炎、慢性丙型肝炎等。等。 1980-19821980-1982年，科学家用年，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，从了干扰素，从1Kg1Kg培养物中可以得到培养物中可以得到2040mg2040mg干扰素。干扰素。 传统生产干扰素的方法是从传统生产干扰素的方法是从人血液中的人血液中的白细胞内白细胞内提取，每提取，每300L300L血液只能提取血液只能提
11、取1m1mg g干干扰素。扰素。 1.1.干扰素的化学本质是什么？干扰素的化学本质是什么？2.2.干扰素的作用机理是怎样的？干扰素的作用机理是怎样的？3.3.干扰素用于哪些疾病的治疗？干扰素用于哪些疾病的治疗？4.4.传统生产干扰素的方法是什么？传统生产干扰素的方法是什么？5.5.目前大量生产干扰素的方法是什么？目前大量生产干扰素的方法是什么？6.6.我国批准生产的第一个基因工程药物的名称叫什么？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？用于治疗哪些疾病？糖蛋白糖蛋白干扰病毒复制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病毒感染性疾病、乳腺癌、
12、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重组人干扰素-1b-1b 主要用于治疗慢性乙型肝炎、慢性丙型肝炎等主要用于治疗慢性乙型肝炎、慢性丙型肝炎等思考：思考： 目前已经在目前已经在牛、山羊牛、山羊等动物的乳腺生物反应器中，获得了等动物的乳腺生物反应器中，获得了抗抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素和凝血酶、血清白蛋白、生长激素和-抗胰蛋白酶抗胰蛋白酶等重要医药产品等重要医药产品2.2.让让转基因哺乳动物转基因哺乳动物批量生产药物批量生产药物实例：实例： 乳腺生物反应
13、器乳腺生物反应器或或乳房生物反应器乳房生物反应器培育培育过程：过程：药用蛋白基因药用蛋白基因乳腺中特异表达乳腺中特异表达的基因的启动子的基因的启动子等调控元件等调控元件基基因因表表达达载载体体显微显微注射注射受受精精卵卵泌乳期分泌乳期分泌乳汁泌乳汁转转基基因因动动物物药药物物发育发育应用：应用： a. a.在器官供体的在器官供体的基因组中导入某种调节因子基因组中导入某种调节因子，以，以抑制抗原决定基因的表达抑制抗原决定基因的表达； 寻求可替代的移植器官，如用寻求可替代的移植器官，如用猪猪的器官来解决人类的器官来解决人类器官移植的来源问题器官移植的来源问题3.3.用转基因动物作为器官移植的供体用
14、转基因动物作为器官移植的供体人体人体器官移植的难题：器官移植的难题： 人体移植器官短缺人体移植器官短缺是世界性难题是世界性难题解决途径：解决途径：a.a.猪的内脏构造、大小、血管分布与人极为相似猪的内脏构造、大小、血管分布与人极为相似b.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猪的优点：的优点：最大难题：最大难题：免疫排斥免疫排斥改造方法：改造方法：b.b.设法除去抗原决定基因设法除去抗原决定基因，然后再，然后再结合克隆技术，结合克隆技术，培育出不会培育出不会引起免疫排斥反应的转基因克隆猪器官引起免疫排斥反应的转基因克隆猪器
15、官。异想天开异想天开 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？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，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、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；治疗疾病等方面的应用价值； 一种普遍使用的一种普遍使用的甜味剂甜味剂，
16、主要由天冬氨酸和苯主要由天冬氨酸和苯丙氨酸形成丙氨酸形成，这两种氨基酸可通过基因工程实现大规模生产。，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，除了可以生产利用基因工程菌，除了可以生产药物药物，还能生产，还能生产食品食品工业用酶、氨基酸和维生素工业用酶、氨基酸和维生素等等三、基因工程在食品工业方面的应用三、基因工程在食品工业方面的应用1.基因工程菌：基因工程菌：用用基因工程基因工程的方法，使的方法，使外源基因外源基因得到得到高效表达高效表达的菌类。的菌类。概念：概念：应用：应用：2.2.实例：实例：（1）阿阿斯斯巴甜巴甜：（2）凝乳酶凝乳酶：应用：应用：奶酪生产奶酪生产中用来
17、凝聚固化奶中的蛋白质中用来凝聚固化奶中的蛋白质 将将编码牛凝乳酶的基因编码牛凝乳酶的基因导入导入大肠杆菌、黑曲霉或大肠杆菌、黑曲霉或酵母菌酵母菌的基因组中，再通过的基因组中，再通过工业发酵工业发酵批量生产凝乳酶批量生产凝乳酶制备方法：制备方法： 基因工程获得的工业用酶的基因工程获得的工业用酶的纯度更高纯度更高，生产成本显著降生产成本显著降低低，生产效率较高生产效率较高。（3）淀粉酶、脂酶淀粉酶、脂酶：应用：应用：制备方法：制备方法：加工转化糖浆加工转化糖浆需要淀粉酶，需要淀粉酶，加工烘烤食物加工烘烤食物要用到脂酶要用到脂酶构建构建基因工程基因工程菌，然后用菌，然后用发酵技术发酵技术大量生产大量
18、生产优点：优点：（4）其他其他：培育可以培育可以降解多种污染物降解多种污染物的的“超级细菌超级细菌”来来处理环境污染处理环境污染利用利用经过基因改造的微生物经过基因改造的微生物来来生产能源生产能源比较项目比较项目乳腺（房）生物反应器乳腺（房）生物反应器基因工程菌生产药物基因工程菌生产药物基因结构基因结构基因产物基因产物受体细胞受体细胞导入导入方式方式生产条件生产条件产物提取产物提取哺乳动物基因的结构与人类哺乳动物基因的结构与人类结构基本相同结构基本相同细菌或酵母菌等生物的基因结构与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人类基因结构有较大差异与天然蛋白质完全相同与天然蛋白质完全相同
19、细菌细胞内缺少内质网、高尔基体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等细胞器，合成的蛋白质可能不具有生物活性有生物活性哺乳动物的受精卵哺乳动物的受精卵微生物细胞微生物细胞显微注射法显微注射法CaCa2+2+处理法（感受态细胞法）处理法（感受态细胞法）不需要严格的灭菌，温度不需要严格的灭菌，温度等外界条件对其影响不大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需严格灭菌，严格控制工程菌所需的温度、温度、pHpH、营养物质浓度等外界条件、营养物质浓度等外界条件从动物乳汁中提取，相对简单从动物乳汁中提取，相对简单（一般经过工业发酵后）从微生物细（一般经过工业发酵后）从
20、微生物细胞（或发酵液）中提取，相对复杂胞（或发酵液）中提取，相对复杂2022-1-11拓展比较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？进口安全证书？ 截至截至20192019年年底，我国年年底，我国批准发放过转基因耐储藏番茄、转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；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、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，大豆、玉米、油菜、甜菜和番木瓜的进口安全证书，但我国进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。种子进口到我国境内商业化种植。
