3.3 基因工程的应用课件-2023-2024学年高二下学期生物人教版选择性必修三

基因工程的应用 ——以异体器官移植为例 生物学（人教版2019） 选择性必修三 基因工程除了用于制作抗虫棉等农牧业、及食品工业方面上的应用外，在医疗领域也有着广阔的应用及前景，比如基因工程技术就可能使建立移植器官工厂的设想成为现实。 器官移植是治疗人类疾病的有效办法 器官移植是20世纪医学领域重大进展之一 归功于抗排异药物的进步，器官移植的效果实现了质的突破 供体短缺仍是器官移植领域的主要问题 移植供体需求逐年增高，供体数量尤显不足，心脏移植领域最为突出 活动1 观看视频 异种器官移植解决供体短缺：下一次医学革命 异种器官移植被学术界认为是解决供体短缺的主要方法：需要解决瓶颈性问题 一、免疫排斥 资料一：α-Gal叫α-半乳糖基抗原，是半乳糖基与细胞膜上的蛋白或脂结合构成的一组完全抗原。除人、类人猿和旧世界猴以外，α-gal在所有哺乳动物中广泛存在。α-gal是引起异种器官移植时超急性免疫排斥反应的主要靶抗原。 问题一：如果你是科学家，从基因层面上分析，你将如何抑制免疫排斥反应呢？ 抑制抗原基因的表达或敲除抗原基因 拓展 资料二：基因组编辑技术——CRISPR技术 ①Cas9蛋白能准确切割并断开目标DNA位点上的 键，依赖于特定的向导RNA，Cas9蛋白的功能类似于基因工程中 的作用。在设计向导RNA识别序列时，若目标DNA的α链切点附近序列为 —GGAACTTCA—，则向导RNA上识别序列为 。 基因编辑技术（CRISPR-Cas9）可以按照人们的意愿精准剪切、改变任意靶基因的遗传信息，CRISPR-Cas9系统主要由向导RNA（sgRNA）和Cas9蛋白两部分组成，sgRNA可引导Cas9蛋白到特定基因位点进行切割，其机制如图所示。 练一练 磷酸二酯键 —GGAACUUCA— 限制酶 ②研究发现CRISPR-Cas9系统仅存在于原核生物中，真核细胞中没有。在将编码Cas9的基因导入真核细胞的转基因操作中，可用 技术大量扩增该目的基因，再构建 将Cas9基因导入真核细胞。 基因编辑技术（CRISPR-Cas9）可以按照人们的意愿精准剪切、改变任意靶基因的遗传信息，CRISPR-Cas9系统主要由向导RNA（sgRNA）和Cas9蛋白两部分组成，sgRNA可引导Cas9蛋白到特定基因位点进行切割，其机制如图所示。 练一练 PCR 基因表达载体 ③CRISPR-Cas9系统有时存在编辑对象出错而造成的“脱靶”现象，试从向导RNA的角度分析“脱靶”的原因是 。 基因编辑技术（CRISPR-Cas9）可以按照人们的意愿精准剪切、改变任意靶基因的遗传信息，CRISPR-Cas9系统主要由向导RNA（sgRNA）和Cas9蛋白两部分组成，sgRNA可引导Cas9蛋白到特定基因位点进行切割，其机制如图所示。 练一练 其他DNA序列也含有与向导RNA互补的序列，造成向导RNA错误结合 ④Cas9作用于磷酸二酯键将α-Gal抗原基因从供体DNA中敲除。将含有α-Gal抗原基因的DNA片段用放射性同位素标记作为探针，使探针与Gal抗原基因敲除细胞的DNA杂交，若 ，则表明该基因已成功敲除。 基因编辑技术（CRISPR/Cas9）可以按照人们的意愿精准剪切、改变任意靶基因的遗传信息，CRISPR/Cas9系统主要由向导RNA（sgRNA）和Cas9蛋白两部分组成，sgRNA可引导Cas9蛋白到特定基因位点进行切割，其机制如图所示。 练一练 不能显示出杂交带 资料卡 南京医科大学 戴一凡教授 靶向破坏克隆猪的 α1,3-gal基因 二、凝血问题 资料三：血栓调节蛋白（TM）只能在血管内皮细胞中合成，具有调节凝血的功能。为了解决异种器官移植时引起凝血紊乱的问题，科研人员研究制备了猪血管内皮特异性表达人血栓调节蛋白（hTM）的转基因猪。 思考：如果你是科学家，你将如何获得大量的人血栓调节蛋白（hTM)基因？ PCR（聚合酶链式反应）技术 供受体凝血系统不匹配 练一练 注：ori是复制原点，T为终止子，puro为嘌呤霉素抗性基因，pTM为猪血栓调节蛋白，相关限制酶识别序列及切割位点如下表 (1)步骤①