1.3基因工程的应用

1.3 基因工程的应用

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【学习目标】

1.举例说出基因工程应用及取得的丰硕成果。

2.关注基因工程的进展。

3.认同基因工程的应用促进生产力的提高。

【重点难点】

教学重点：基因工程在农业和医疗等方面的应用。

教学难点：基因治疗。

【学法指导】课前认真阅读课文，自主完成导学案，注意知识疑点。

【知识联系】本节的学习是对第一节和第二节的复习强化与提升。

【问题情境】基因工程应用在哪些方面？什么叫乳腺生物反应器？什么叫工程菌？基因诊断和基因治疗？

【基础梳理】

基因工程的实际应用领域包括农牧业、工业、环境、能源和医药卫生等方面

一、植物基因工程硕果累累

植物基因工程技术主要用于提高农作物的 （如：抗除草剂、抗虫、抗病、抗干旱和抗盐碱等）能力，以及改良农作物的 和利用植物生产 等方面。

1、抗虫转基因植物

⑴方法：从某些生物中分离出 ，将其导入作物中，使其具有抗虫性。

⑵杀虫基因种类：Bt毒蛋白基因、 、 、植物凝集素基因等。 ⑶成果： 、 等。

⑷意义：减少了 的使用，降低了生产成本，减少了环境污染，降低了对人体健康的危害。

2、抗病转基因植物

⑴植物的病原微生物： 、 和细菌等。

⑵方法：将 导入植物中，使其具有抗病特性。

⑶抗病基因种类：①抗病毒基因：病毒 基因和 基因。

②抗真菌基因： 基因和 基因。

⑷成果：抗烟草花叶病毒的烟草和抗病毒的转基因小麦、甜椒、番茄等。

3、抗逆转基因植物

⑴方法：将 导入植物，获得抗逆作物。

⑵抗逆基因：调节细胞 基因，提高作物抗盐碱、抗干旱；鱼的 使作物耐寒；抗除草剂基因，使作物抗除草剂。

⑶成果：抗盐碱抗干旱的烟草、抗寒的烟草、抗寒番茄、抗除草剂的玉米等。

4、利用转基因改良植物的品质

⑴优良基因： 、控制番茄成熟的基因和植物花青素代谢有关的基因等。 ⑵成果： 、 和转基因矮牵牛。

二、动物基因工程前景广阔

基因工程应用在动物品种的 、建立 、器官移植等方面

1、用于提高动物的生长速度

⑴基因：外源 基因。

⑵成果： 。

2、用于改善畜产品的品质

⑴优良基因： 。

⑵成果：转基因牛分泌的乳汁中 含量少。

3、用转基因动物生产药物

⑴基因来源：药用 基因+ 基因的启动子。

⑵成果： 。

【资料卡】乳腺生物反应器

动物乳腺生物反应器是基于转基因技术平台，使外源基因导入动物基因组中并定位表达于动物乳腺，利用动物乳腺天然、高效合成并分泌蛋白的能力，在动物的乳汁中生产一些具有重要价值产品的转基因动物的总称。为了将目标产品在奶中形成，需要使用乳腺组织中特异表达的启动子，要在编码目的蛋白质的基因序列前加上乳腺组织中特异表达的启动子构建成表达载体。

操作过程大致归纳为：获取目的基因（如血清白蛋白基因）→构建基因表达载体（在血清白蛋白基因前加乳腺组织中特异表达的启动子）→显微注射导入哺乳动物的受精卵中→形成胚胎→将胚胎送入母体动物→发育成转基因动物（只有在产下的雌性动物个体中，转入的基因才能表达）

乳腺生物反应器生产的外源蛋白种类广泛，从小分子肽到大分子复杂蛋白质，从生物活性酶到抗体、病毒抗原蛋白均可有效生产。主要用途：①生产多肽类药物；②生产基因工程疫苗；③生产抗体，大量获得抗体对症治疗，以克服抗生素治疗产生的体内微生物失衡或大剂量所致的副作用；④生产酶制剂，如工业用淀粉酶、蛋白酶等；⑤生产营养品，如生产人牛混合奶，分离出人奶蛋白基因并把它转移到奶牛中，牛奶中就会有30%~50%的人奶成分。

利用动物乳腺生物反应器生产重组蛋白的优点有：①生物活性高，无污染。动物乳腺有完整的蛋白质翻译后修饰系统，包括糖基化、磷酸化、羧基化等，从而保证了产品的高生物活性。②易分离提纯，成本低廉；现有的一些人药物蛋白之所以昂贵，除了原料难以收集外，另一原因是分离提纯极为困难成本极高。而动物乳腺生物反应器的产物直接经乳汁分泌出体外，只需用常规方法除去酪蛋白沉淀乳清，再经层析即可得到重组蛋白，已经建立起完整的分离纯化生产程序。③产量高。外源基因在动物乳腺中的表达量可以达到每升几克到几十克，小群转基因大家畜的产量即可满足全世界市场的需求。动物乳腺生物反应器已经成为生物技术领域最具开发应用前景的尖端方向。

4、用转基因动物作器官移植的供体

⑴器官供体：抑制或去除 基因。

⑵成果（预期）：利用克隆技术培育没有免疫排斥反应的猪器官。

⑶基因工程方法改造猪的器官的方法：将器官供体基因组导入某种 ，以抑制 的表达，或设法除去 ，再结合克隆技术，培育出没有 的转基因克隆猪器官。

三、基因工程药物异军突起

1、来源：转基因 。

2、工程菌：用 的方法，使外源基因得到高效表达的 细胞株系一般称为“工程菌”。如含有人胰岛素基因的大肠杆菌菌株；含有抗虫基因的土壤农杆菌菌株。

3、成果：生产的药物包括人的胰岛素、 、抗体、疫苗、激素等。可用来预防和治疗人类 、 、遗传病、各种传染病、糖尿病、类风湿等疾病，如已生产的 、 乙肝疫苗等。

【交流思考】请列举至少三种常见的基因工程药物、来源及其治疗的疾病。

【资料卡】利用微生物生产药物的优越性何在?

所谓利用微生物生产蛋白质类药物，是指将人们需要的某种蛋白质的编码基因，构建成表达载体后导入微生物，然后利用微生物发酵来生产蛋白质类药物。与传统的制药相比有以下优越性：

（1）利用活细胞作为表达系统，表达效率高，无需大型装置和大面积厂房就可以生产出大量药品。

（2）可以解决传统制药中原料来源的不足。例如，胰岛素是治疗糖尿病患者的药物，一名糖尿病患者每年需用的胰岛素需要从40头牛或50头猪的胰脏中才能提取到。1978年科学家用2 000 L大肠杆菌发酵液得到100 g胰岛素，相当于从1 000 kg猪胰脏中提取的量。又如，生长素是治疗侏儒症患者的药物，治疗一名侏儒症患者每年需要从80具尸体的脑下垂体中提取生长素。利用基因工程菌发酵生产就不需要从动物或人体上获取原料。

（3）降低生产成本，减少生产人员和管理人员。

四、基因治疗曙光初照

1、概念：把 导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的。是治疗 病的最有效手段。