专题5 第15讲 细胞工程与胚胎工程 （课件）-【步步高】2024年新高考生物考前三个月（粤渝闽鄂京津琼黑晋皖云新赣甘豫桂贵）

专题五　生物技术与工程 第15讲 细胞工程与胚胎工程 内容索引 动物细胞工程和胚胎工程 单克隆抗体和双抗体夹心法 预测演练 考点1 考点2 1.自1996年世界上第一只体细胞克隆羊多莉诞生以来，人类已经成功克隆了马、牛和猪等大型家畜，但体细胞克隆灵长类动物一直没有取得进展，究其原因，主要是灵长类动物的卵细胞极为敏感，极轻微挤压都可能导致异常分裂，且细胞核移植到去核卵细胞后不能完全恢复到分化前的功能状态，导致胚胎发育率低。 典例示范 考点1　动物细胞工程和胚胎工程 PART ONE 2017年，我国科学家利用“聪明的化学方法和操作技巧”成功培育出了体细胞克隆猴“中中”和“华华”， 该成果一经公布轰动了全世界。如图为克隆猴的培育过程。 注：Kdm4d为组蛋白去甲基化酶；TSA为组蛋白脱乙酰酶抑制剂。 (1)取供体的体细胞进行培养时，选择猕猴胚胎而非成年期的成纤维细胞进行培养，其原因是________________________________________。在进行细胞原代培养时会出现__________和细胞接触抑制现象。传代培养时，常利用________酶等处理，制成细胞悬液后转入新的培养瓶中。 胚胎比成纤维细胞分化程度低，更易于培养 细胞贴壁 胰蛋白 (2)为获得数量较多的卵母细胞，采集前应先用____________激素处理母猴，从卵巢采集到的卵母细胞经成熟培养后进行“去核”处理，这里的“核”是指______________________，去掉卵母细胞细胞核的目的是______________________________________________________。 (外源)促性腺 纺锤体－染色体复合物 使克隆动物个体细胞核内的遗传物质几乎全部来自供体细胞 (3)研究人员在将胎猴的体细胞注入去核卵母细胞前，用灭活的病毒进行了短暂处理。在此过程中，灭活的病毒所起的作用是_________________ __________________。将体细胞注入去核卵母细胞比早期核移植中将核注入去核卵母细胞更有进步意义，原因是__________________________。 去核卵母细胞融合 诱导胎猴体细胞与 操作简便，对卵母细胞损伤小 (4)上述过程还利用了胚胎工程中的__________技术，其实质是早期胚胎在相同_________下空间位置的转移。 胚胎移植 生理条件 (5)移植前进行性别鉴定、遗传筛查等，宜取________细胞进行DNA分析。假如用胚胎分割移植的方式来克隆猴，胚胎分割时应注意的事项是_____ __________________。 滋养层 要将 内细胞团均等分割 (6)研究人员将Kdm4d的mRNA注入了重构胚，同时用TSA处理。这两种物质都是通过改变组蛋白的表观遗传修饰来调控基因表达，即Kdm4d 的 mRNA 的作用是________________________________________________ ________；TSA的作用是_________________________________________ _________，最终调节相关基因的表达，提高胚胎的发育率和妊娠率。 可以表达组蛋白去甲基化酶，该酶能降低组蛋白的甲基化水平 抑制组蛋白脱乙酰酶的作用，提高组蛋白的乙 酰化水平 应用提炼 1.动物细胞培养 (1)动物细胞培养中两次使用胰蛋白酶的作用不同： 第一次：处理剪碎的组织，使其分散成单个细胞； 第二次：使贴壁生长的细胞从瓶壁上脱落下来。 (2)区分原代培养和传代培养的关键是：是否分瓶培养。 2.克隆动物培育的流程 3.胚胎早期发育过程 4.胚胎工程的操作流程 (1)受精的标志是卵细胞膜和透明带的间隙可以观察到两个极体，受精完成的标志是雌、雄原核融合完成。 (2)用非激素处理法采集的卵母细胞需要在体外人工培养到MⅡ期才能与获能的精子受精。 (3)胚胎移植仅属于一种技术，移植的是通过有性生殖或无性生殖产生的胚胎，其本身并不是一种生殖方式。 (4)胚胎移植过程中两次使用激素：第一次是对供受体母畜进行同期发情处理；第二次对供体母畜进行超数排卵处理。 (5)胚胎移植过程中两次检查：第一次对收集的胚胎进行质量检查；第二次对受体母畜进行是否妊娠的检查。 5.胚胎移植的生理学基础 对点精练 1.(2019·江苏，29节选)利用基因编辑技术将病毒外壳蛋白基因导入猪细胞中，然后通过核移植技术培育基因编辑猪，可用于生产基因工程疫苗。如图为基因编辑猪培育流程，请回答下 列问题： (1)对1号猪使用____________处理，使其超数排卵，收集并选取处在_____ ___________________(时期)的卵母细胞用于核移植。 促性腺激素 减数 分裂Ⅱ中期(MⅡ期) 为获取更多的卵(母)细胞，要对供体母猪注射促性腺激素，使其超数排卵。用于核移植的卵母细胞通常处于减数分裂Ⅱ中期。 (2)采集2号猪的组织块，用_________ _______________处理获得分散的成纤维细胞，放置于37 ℃的CO2培养箱中培养，其中CO2的作用是___________ ______。 胰蛋白酶 (或胶原蛋白酶) 维持培养液 的pH 常用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理动物组织块，使其分散成单个细胞。动物细胞培养所需气体主要有O2和CO2，O2是细胞代谢所必需的，CO2的作用是维持培养液的pH。 (3)为获得更多基因编辑猪，可在胚胎移植前对胚胎进行_______。产出的基因编辑猪的性染色体来自_____号猪。 分割 2 若要获得更多基因编辑猪，可采用胚胎分割技术对移植前的胚胎进行分割。子代猪的性别取决于核供体亲本，即2号猪。 2.(2023·天津高三模拟)血友病主要是由人体缺乏一种合成凝血因子的基因导致的。血友病发病时间和程度与患者血浆中凝血因子Ⅷ的活性水平有关。目前常采用基因疗法治疗血友病，方法如图所示。回答下列有关问题： (1)血友病的出现是因为X染色体上发生了__________。 基因突变 (2)凝血因子Ⅷ主要存在于人体的______中。通过上述基因治疗，治愈的女性患者的生殖细胞中______(填“含有”或“不含”)致病基因。 血浆 含有 血友病发病时间和程度与患者血浆中凝血因子Ⅷ的活性水平有关，即凝血因子Ⅷ主要存在于人体的血浆中。据图分析可知，通过上述的基因治疗，治愈的女性患者的生殖细胞中仍然含有致病基因。 (3)有一对正常的夫妇生了一 个患血友病的儿子，他们希 望通过设计试管婴儿的方法 生一个健康的孩子。设计试 管婴儿的基本程序：首先为 女性注射____________，实现控制性排卵，然后从卵巢中吸取卵母细胞，培养至减数分裂Ⅱ中期；再让成熟的卵子与获能的精子经受精作用形成受精卵，然后将受精卵移入发育培养液中继续培养以获得早期胚胎；最后从早期胚胎取出一个细胞进行____________，选择无致病基因的胚胎进行移植。 促性腺激素 遗传学诊断 (4)将选择好的早期胚胎移植到母体，它能够在母体中正常发育的生理基础是___________________________________________________________ _____________________________________________________________________。若要在早期胚胎时就知道胎儿性别，可通过_________________ ______________________实现。 母体对移入的外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应；供体胚胎可与受体子宫建立正常的生理和组织联系，且供体胚胎的遗传特性不受任何影响 DNA分析进行性别鉴定 取滋养层细胞做 考点2　单克隆抗体和双抗体夹心法 2.(2023·兰州高三期中)人心肌细胞中的肌钙蛋白由三种结构不同的亚基组成，即肌钙蛋白T(cTnT)、肌钙蛋白I(cTnI)和肌钙蛋白C(cTnC)，其中cTnI在血液中含量上升是心肌损伤的特异性指标。为制备抗cTnI的单克隆抗体，科研人员完成了以下过程。请回答相关问题： 典例示范 PART TWO (1)单克隆抗体技术的基础是______________技术。 (2)动物细胞培养时，培养基除了添加葡萄糖、氨基酸、无机盐、维生素等必要的营养成分外，往往还需加入一定量的______，以满足动物细胞培养的营养需要。动物细胞培养应在含有__________________的混合气体的CO2培养箱中进行。为了防止有害代谢物的积累，可采用_________ ________的方法，以便清除代谢物。 动物细胞培养 血清 95%空气和5%CO2 定期更换 培养液 (3)每隔2周用______作为抗原注射小鼠1次，共注射3次，其目的是_____ _______________________________________________。最后一次免疫后第3天，取脾脏内部分组织制成细胞悬液与骨髓瘤细胞诱导融合，常用的化学诱导剂是__________。与植物原生质体融合方法不同的是还可以用___________。如果只考虑细胞两两融合，甲中存在未融合的亲本细胞、____________________细胞和融合的杂交瘤细胞，存在上述多种细胞的原因是_______________________________________。 cTnI 小鼠机体产生更多的能分泌抗cTnI抗体的B淋巴细胞 刺激 聚乙二醇 灭活的病毒 融合的具有同种核的 细胞融合是随机的，且融合率达不到100% (4)甲、乙、丙中，只含杂交瘤细胞的是________，过程①表示将甲放在______培养基上进行培养。过程②表示将乙细胞接种到多孔培养板上，进行多次____________和___________，其目的是筛选获得足够数量的能分泌抗cTnI抗体的杂交瘤细胞。通过该技术获得的单克隆抗体的优点是_________________________________________________________________________。 乙和丙 选择 克隆化培养 抗体检测 能准确地识别抗原的细微差异，与特定抗原发生特异性结合，并且可以大量制备 (5)酶联免疫吸附双抗体夹心法是医学上常用的定量检测抗原的方法，具体原理如图： 据图分析，固相抗体和酶标抗体均能与抗原结合，这是由于不同抗体与同一抗原表面的___________结合。该检测方法中，酶标抗体的作用是_________________和_______________，可通过测定________来判断待测抗原量。 不同部位 与待测抗原结合 催化底物水解 产物量 应用提炼 1.单克隆抗体制备的过程 2.抗原检测的双抗体夹心法 抗原检测常用的胶体金检测法是一种定性检测方法，涉及了抗原抗体的特异性反应。但抗原抗体的结合肉眼并不可见，因此将抗体与胶体金进行偶联。胶体金是金盐被还原成金单质后形成的金颗粒悬浮液，通常为红色，在碱性条件下表面带负电，可以与带正电的物质结合，这两个特性使肉眼无法看见的抗体可以通过胶体金的颜色进行呈现。 抗原检测板上面分为四个部分。第一部分是样品孔，第二部分是胶体金与抗体1(一抗)的偶联物，第三部分是检测线，标记为T，即Test是固定有抗体2(也是一抗，但没有标记，结构有别于前面的一抗)的条带，第四部分是质控线，标记为C，即Control，固定的是能特异性结合抗体的另一种抗体(二抗)。 C线显色的原理：样品向前流动带动胶体金颗粒向前移动，过量的胶体金颗粒到达C线后，其偶联的抗体1与C线的抗体结合，大量积聚后显示红色。若C线处无红色条带，说明抗原检测板质量出现问题，检测结果不可信。 T线显色的原理：加样后，样品向前流动至第二部分时，若样品中含有抗原，与胶体金偶联的抗体1会与之识别并结合，样品继续向前流动至T线时，T线的抗体2也会结合抗原，即形成“T线抗体2—待测抗原—胶体金偶联抗体1”的三元复合物，大量的胶体金在此处固定，显示出红色条带，判断为阳性。如果样品中没有抗原时，T线的抗体则无法抓住胶体金偶联抗体，T线不显色，判断为阴性。 对点精练 3.(2023·宜昌高三质检)人类乳头瘤病毒(HPV)有多种亚型，HPV45属于高危型，与宫颈癌的发生密切相关。L1蛋白是组成HPV病毒衣壳的主要结构蛋白，科研人员进行了抗L1单克隆抗体的制备及研究。 (1)提取HPV45型病毒的________，间隔多次注射到小鼠体内，目的是____________________________________________。 L1蛋白 刺激小鼠产生更多能分泌抗L1抗体的B淋巴细胞 (2)将得到的4种杂交瘤细胞分别进行动物细胞培养，分别取其上清液进行抗体阳性检测，从中选出能产生“最优抗体”的杂交瘤细胞。检测的流程如图1，检测的结果如图2。 ①在检测时需要将L1蛋白固定于固相载体表面制成固相抗原，并加入多孔板培养槽中的________(填“细胞”或“上清液”)，即待测样本。 上清液 ②加入酶标抗体一段时间后，需要用洗涤剂将未与__________结合的酶标抗体洗去。 ③加入相应酶促反应底物显色后，颜色的深浅可代表_____________。 抗L1抗体 抗L1抗体的量 ④底物显色越深吸光值越大，据图2结果分析，研究人员认为杂交瘤细胞____(填序号)产生的抗体为“最优抗体”，依据是_________________ ______________________________________________________________________________________。 1 不同稀释倍数下，1的吸光值最大，说明酶标抗体与1产生的抗体结合最多，1产生的抗体与抗原结合能力最强 (3)研究人员将选出的“最优抗体”用于制备成HPV45型病毒抗原检测试剂盒，利用该试剂盒可以快速初筛是否感染HPV45型病毒，反映出单克隆抗体最广泛的用途是_____________。 作为诊断试剂 4.目前市售的“早早孕试纸”是通过孕妇妊娠早期尿液检验HCG(人绒毛膜促性腺激素)，其原理如图： 注：胶体金可与蛋白质牢固结合，大量聚集时肉眼可见红色；样品垫是滴加样品的位置；结合垫含有可移动的胶体金标记的HCG抗体1、胶体金标记的鼠IgG；T线固定了HCG抗体2；C线固定了抗鼠IgG抗体。 (1)若“早早孕试纸”产品质量合格，使用时_____(填“C”“T”或“C和T”)线一定会显色，若该线显色，则表明待测样品从样品垫顺利到达吸水垫。若使用该试纸检测时结果表明妊娠，则图中________(填“C”“T”或“C和T”)线显色，且发生了_____种抗原—抗体杂交。 C C和T 3 C线为质控线，若C线显色，则表明待测样品从样品垫顺利到达吸水垫，故C线一定要显色；若C线和T线均显色，说明试纸质量合格且已经妊娠，此时发生了HCG抗体1和HCG的结合、HCG和HCG抗体2的结合、鼠IgG和抗鼠IgG抗体的结合。 (2)试纸中用到的抗体一般采用单克隆抗体技术制备，如抗鼠IgG抗体的制备过程为：先将________注入到小鼠体内，从小鼠的_____中获取B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合，并筛选出杂交瘤细胞，再进行_____________ __________，即可获得足够数量的能产生特定抗体的杂交瘤细胞。 鼠IgG 脾 克隆化培养和 抗体检测 为了产生抗鼠IgG的单克隆抗体，应该向小鼠体内注射鼠IgG并从小鼠的脾中得到能产生特定抗体的B淋巴细胞，用B淋巴细胞和骨髓瘤细胞融合，用选择培养基筛选出杂交瘤细胞后可进行克隆化培养和抗体检测来获得能产生特定抗体的杂交瘤细胞。 (3)如今，单克隆抗体被广泛应用于医学领域。人类常用鼠生产鼠源单克隆抗体，由于使用鼠源单克隆抗体时存在一定的免疫排斥反应，科学家发明了嵌合重组抗体技术，以减弱免疫排斥： ①据图分析，使用人鼠嵌合抗体治疗疾病可以降低免疫排斥反应的原因是__________________________________。 人鼠嵌合抗体减少了鼠源性抗体成分 ②科学家在制备人鼠嵌合抗体时采用的方法为：将鼠抗体的可变区基因与人抗体的恒定区基因进行拼接后通过一定的手段导入生物体，让其正常表达。将鼠的基因与人的基因进行拼接应用了__________的原理。在该过程中，人抗体可变区基因________(填“需要”或“不需要”)与鼠抗体可变区基因相同。 基因重组 不需要 鼠源性成分对于人类来说属于异源性成分，人鼠嵌合抗体减少了鼠源性抗体成分，因此减弱了免疫排斥反应。鼠的基因和人的基因进行拼接属于广义的基因重组。制备人鼠嵌合抗体的过程使用的是人抗体的恒定区和鼠抗体的可变区，因此人抗体可变区基因与鼠抗体可变区基因不需要相同。 1.如图表示畜牧业生产上培育某种优良种牛的两种方法，请分析回答下列有关问题： 1 2 3 4 5 预测演练 PART THREE 1 2 3 4 5 (1)方法Ⅰ和方法Ⅱ培育优良种牛的本质区别是方法Ⅰ涉及的生殖方式为______生殖，方法Ⅱ涉及的生殖方式为______生殖。 (2)过程①应用的技术是__________________。克隆牛F的核基因来源于________(填“奶牛B”“奶牛C”或“奶牛D”)。 有性 无性 体细胞核移植技术 奶牛C 1 2 3 4 5 (3)公牛A的精子在体外完成获能，通常采用的获能液中常见的有效成分有________________(写出两种)等。 (4)胚胎移植前需对受体母牛C进行__________处理，为供体的胚胎提供相同的生理环境，以确保胚胎移植后能正常发育。移植后的胚胎能在受体子宫中存活的生理基础是_______________________________________。 肝素、Ca2＋载体 同期发情 受体子宫对外来胚胎基本上不发生排斥反应 1 2 3 4 5 (5)应用胚胎分割技术，应选择发育良好、形态正常的______________进行分割。如需对早期胚胎进行性别鉴定，宜取囊胚期的________细胞进行鉴定。 桑葚胚或囊胚 滋养层 2.(2023·湖北，22节选)某病毒对动物养殖业危害十分严重。我国学者拟以该病毒外壳蛋白A为抗原 来制备单克隆抗体，以期快 速检测该病毒，其主要技术 路线如图所示。 回答下列问题： (1)与小鼠骨髓瘤细胞融合前，已免疫的脾细胞(含浆细胞)________(填“需要”或“不需要”)通过原代培养扩大细胞数量；添加脂溶性物质PEG可促进细胞融合，该过程中PEG对细胞膜的作用是_______________ ____________________________________________。 不需要 磷脂分子重新排布，细胞膜打开，细胞发生融合 使细胞接触处的 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 浆细胞是高度分化的细胞，不能增殖，所以不能通过原代培养扩大细胞数量。脂溶性物质PEG可使细胞接触处的磷脂分子重新排布，细胞膜打开，细胞发生融合。 1 2 3 4 5 (2)在杂交瘤细胞筛选过程中， 常使用特定的选择培养基 (如HAT培养基)，该培养基对 __________________和_____ ____________________生长具有抑制作用。 未融合的亲本细胞 融合 在杂交瘤细胞筛选过程中，常用特定的选择培养基进行筛选，在该培养基上，未融合的亲本细胞和融合的具有同种核的细胞都会死亡，只有融合的杂交瘤细胞才能生长。 的具有同种核的细胞 1 2 3 4 5 (3)单克隆抗体筛选中，将抗体与该病毒外壳蛋白进行杂交，其目的是__________________________________________________。 通过抗体检测呈阳性来获得分泌所需抗体的杂交瘤细胞 单克隆抗体筛选中，将抗体与该病毒外壳蛋白进行杂交，是运用了抗原－抗体杂交技术，抗体检测呈阳性的细胞，即为所需的杂交瘤细胞。 3.如图是制作抗病菌X的单克隆抗体的示意图，回答下列问题： (1)单克隆抗体制备过程运用了动物细胞培养和_________ ______技术；图B中注射的物质是_____________________ ________。 1 2 3 4 5 动物细胞 融合 病菌X(或病菌X上的抗 原蛋白) (2)细胞合成DNA有D和S两条途径，其中D途径能被氨基蝶呤阻断。人体淋巴细胞尽管有这两条途径，但不能无限增殖，肿瘤细胞尽管没有S途径，但能无限增殖。请依据该原理，设计化学方法获得图C所示细胞的流程：动物细胞培养液中加入图 中所示________细胞(填字母)，再加入_______________和__________两种药剂，置于CO2恒温培养箱中培养一段时间，能够增殖的细胞只有_____(填字母)。 A、E 聚乙二醇(PEG) 氨基蝶呤 C 1 2 3 4 5 (3)上述选出的细胞仍然不能作为生产目标单克隆抗体的种子细胞，因为___________ __________________________________________________；图D所示细胞具有__________ _______________________的特点。 1 2 3 4 5 既能无限 图C所示细胞可能混有不能产生抗体或产生其他抗体的杂交瘤细胞 增殖，又能产生特定抗体 4.(2023·泉州高三调研)为降低宫颈癌治疗药物的副作用，科研人员尝试在单克隆抗体技术的基础上，构建抗体药物偶联物(ADC)，以便精准治疗。过程如图1所示。 1 2 3 4 5 (1)本实验中，小鼠注射的特定抗原应取自_________________。 人的宫颈癌细胞 1 2 3 4 5 (2)步骤②的细胞必须经过步骤③______________________才能筛选得到符合要求的杂交瘤细胞。杂交瘤细胞可采用注射到小鼠______内培养或在体外培养液中培养的方式进行扩大培养。 (3)步骤④是将获得的a____________和b_________________这两部分，通过接头结合在一起，从而获得ADC。 克隆化培养、抗体检测 腹腔 单克隆抗体 治疗宫颈癌的药物 (4)研究发现，ADC在患者体内的作用机理如图2所示。 1 2 3 4 5 ①ADC能降低宫颈癌治疗药物的副作用，是因为____________能精确地定位宫颈癌细胞，该过程的原理是________________________。 单克隆抗体 抗体与抗原的特异性结合 1 2 3 4 5 ②根据图2，尝试解释ADC的作用机理：ADC进入宫颈癌细胞后，细胞中的________释放水解酶可将其水解，释放出的药物最终作用于_______，可导致癌细胞凋亡。 溶酶体 细胞核 1 2 3 4 5 5.(2023·汕尾高三期中)埃博拉病毒(EBOV)是一种能导致人类出血热的致死性病毒，对公共卫生具有较严重的危害。EBOV的NP蛋白在病毒复制中具有重要作用，也是检测EBOV的重要靶蛋白。实验人员用NP蛋白免疫小鼠来制备抗EBOV单克隆抗体，过程如图所示。回答下列问题： 1 2 3 4 5 (1)选择骨髓瘤细胞和B淋巴细胞融合，原因是骨髓瘤细胞具有__________ 的特征。体外培养骨髓瘤细胞时，应该在合成培养基的基础上添加_____等天然成分。与植物细胞融合相比，诱导骨髓瘤细胞和B淋巴细胞融合特有的方法是_______________。 能无限增殖 血清 灭活病毒诱导法 1 2 3 4 5 (2)获得的杂交瘤细胞还需要进行克隆化培养和抗体检测，原因是______ ______________________________________________________________________________。 瘤细胞融合的B淋巴细胞有多种，且杂交瘤细胞不一定能产生抗EBOV (NP蛋白)的抗体 与骨髓 1 2 3 4 5 (3)抗EBOV单克隆抗体可用于检测血浆中EBOV的含量，检测原理如图所示。 ①检测前，先将抗EBOV单克隆抗体固定在支持物上，然后向检测体系中加入一定量含有EBOV的血浆(其NP蛋白称为待测抗原)和等量酶标记的NP蛋白(酶标记抗原)，目的是让待测抗原、酶标记抗原与抗EBOV单克隆抗体_______结合。 竞争性 1 2 3 4 5 ②保温一段时间后洗涤，再向检测体系中加入一定量的白色底物，若检测体系蓝色越浅，则说明_____________________________。 血浆中NP蛋白(EBOV)含量越高 根据图示反应原理，待测抗原中的目标抗原和酶标记抗原竞争结合固相抗体。酶标记抗原的酶可催化白色底物变为蓝色产物，所以如果待测抗原中目标抗原越多，则酶标记抗原和抗体结合得越少，催化生成的蓝色产物就越少，检测体系蓝色就越浅。 $$