2.2动物细胞工程课件-2024-2025学年高二下学期生物人教版（2019）选择性必修3

2.2 动物细胞工程 运用植物体细胞杂交技术，可以跨越不同种植物之间生殖隔离的屏障，培育出新的作物类型。 Q：需要什么技术？有没有技术能让不同种动物的体细胞进行杂交，培育出集不同细胞的优势于一身的动物细胞呢？ 马的动物细胞A 天鹅的动物细胞B 飞马？ 三、动物细胞融合技术（P46） 1.概念 动物细胞融合技术就是使两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的技术。 2.结果 融合后形成的杂交细胞具有原来两个或多个细胞的遗传信息。 三、动物细胞融合技术（P46） 3.原理 细胞膜具有一定的流动性 4.诱导方法 ①物理法：电融合法 ②化学法：PEG融合法（聚乙二醇） ③生物法：灭活的病毒 与植物原生质体融合的方法相同 动物特有 动物细胞融合实质及完成的标志： 细胞核的融合 三、动物细胞融合技术（P46） 5.意义 突破了有性杂交的局限，使远缘杂交成为可能。 6.应用 ①种间、属间、科间，甚至动物和植物之间的细胞融合都已获得成功 ②研究细胞遗传、细胞免疫、肿瘤和培育生物新品种等的重要手段 ③为制造单克隆抗体开辟了新途径 拓展 植物体细胞杂交技术 动物细胞融合技术 原理 细胞融合前的处理方法 诱导细胞融合的方法 细胞融合成功的标志 结果 意义 细胞膜具有一定的流动性 植物细胞的全能性 细胞膜具有一定的流动性 用果胶酶和纤维素酶去除细胞壁 用胰蛋白酶或胶原蛋白酶使细胞分散成单个细胞 电融合法、离心法、PEG融合法、高Ca2+-高pH融合法 PEG融合法、电融合法、 灭活病毒诱导法 杂种植株 杂交细胞 打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，培育植物新品种 突破了有性杂交的局限，使远缘杂交成为可能 再生出细胞壁 细胞核的融合 外出做核酸： 这个场景大家再熟悉不过了 居家隔离： 不能出去做核酸怎么检测？ 核酸检测是检测：RNA 抗原检测是检测：蛋白质 抗原检测试纸 阳性 阴性 无效 Q1：为什么抗原试纸能准确检测出新冠病毒呢？ Q2：还记得抗体是什么细胞产生？主要分布在哪吗？ 新冠病毒 （抗原） 抗体 机体感染病原体后，体内会形成相应的B淋巴细胞，这些细胞能分泌抗体，抗体识别并特异性结合病原体，从而抑制病原体的增殖等。 血清 （抗体主要分布部位） 传统抗体制备方法： 向动物体内反复注射某种抗原，使动物产生抗体，然后从动物血清中分离所需抗体。 缺陷：产量低、纯度低，特异性差。 血清含量有限 血清 （抗体主要分布部位） 抗体1 抗体2 抗体3 抗体4 ……. 动物体内产生的特异性抗体的种类超过百万种 抗原1 抗原2 抗原3 抗原4 B细胞1 B细胞2 B细胞3 B细胞4 ……. 每一个B淋巴细胞只分泌一种特异性抗体 刺激 刺激 刺激 刺激 血清中获取：纯度低、特异性差 需要 Q：若我们只需要大量的抗体1有什么办法吗？ 若能得到大量的B细胞1就可以。 抗体1 产生 能产生抗体1，但不能大量增殖 Q：有没有什么方法让B细胞获得无限增殖的能力？什么细胞能无限增殖呢？ 英国科学家米尔斯坦 德国科学家科勒 极富创造性的实验方案 B细胞1 抗体1 产生 能产生抗体1，但不能大量增殖 B细胞1 骨髓瘤细胞（癌细胞） 能无限增殖，但不能产生抗体 Q：有没有什么方法让B细胞获得无限增殖的能力？什么细胞能无限增殖呢？ 杂交瘤细胞 既能无限增殖， 又能产生专一性抗体 B细胞1 骨髓瘤细胞（癌细胞） 单 克 隆 抗 体 一个B淋巴细胞 细胞群 抗体 克隆 动物细胞融合 杂交细胞 动物细胞培养 单克隆抗体 骨髓瘤细胞 （能无限增殖） 一种B淋巴细胞 （只分泌一种特异性抗体） 杂交瘤细胞 既能迅速大量增殖，又能产生专一抗体 极富创造性的实验方案： 1975年英国科学家米尔斯坦和柯勒发明了单克隆抗体的制备技术，于1984年获得了诺贝尔生理学或医学奖。 四、单克隆抗体及其应用（P48） 1.制备原理 将抗体检测呈阳性的杂交瘤细胞在体外条件下大规模培养，或注射到小鼠腹腔内增殖 四、单克隆抗体及其应用（P48） 2.制备过程 用特定的抗原对小鼠进行免疫，并从该小鼠的脾中得到能产生特定抗体的 B 淋巴细胞。 抗原1 从小鼠脾脏中获取B淋巴细胞 B细胞1 B细胞2 B细胞3 B细胞4 …… 等多种B细胞 培养骨髓瘤细胞 四、单克隆抗体及其应用（P48） 2.制备过程 从小鼠脾脏中获取B淋巴细胞 B细胞1 B细胞2 B细胞3 B细胞4 …… 等多种B细胞 培养骨髓瘤细胞 诱导融合 融合后会出现哪些不同细胞？ 四、单克隆抗体及其应用（P48） 2.制备过程 两两融合的细胞 未融合的亲本细胞 如何筛选？ 拓展 第一次筛选：用特定的选择培养基（HAT培养基） 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 四、单克隆抗体及其应用（P48） 2.制备过程 两两融合的细胞 未融合的亲本细胞 四、单克隆抗体及其应用（P48） 2.制备过程 B细胞1 B细胞2 B细胞3 B细胞4 诱导融合 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。 第一次筛选 Q：如何从不同的杂交瘤细胞中筛选出我们所需要的杂交瘤细胞呢？ 四、单克隆抗体及其应用（P48） 2.制备过程 将这些杂交瘤细胞进行培养并稀释 稀释到之后将培养液滴入96孔板的每个孔中，每一个孔中尽量只接种一个杂交瘤细胞。 四、单克隆抗体及其应用（P48） 2.制备过程 四、单克隆抗体及其应用（P48） 2.制备过程 四、单克隆抗体及其应用（P48） 2.制备过程 抗原1 四、单克隆抗体及其应用（P48） 2.制备过程 抗体检测呈阳性 拓展 第二次筛选：用96孔板培养和筛选 经过克隆化培养和抗体检测筛选产生特定抗体的杂交瘤细胞 抗体检测呈阳性的杂交瘤细胞 将杂交瘤细胞稀释，用96孔板培养，每一个孔中尽量只接种一个杂交瘤细胞，通过培养让其增殖。然后检测各孔上清液中细胞分泌的抗体，那些上清液可与特定抗原结合的培养孔为阳性孔。为保证是来自单个细胞，挑选阳性孔的细胞继续进行有限稀释，一般需进行3～4次，直至确信每个孔中增殖的细胞为能产生特定抗体的杂交瘤细胞。该过程即为杂交瘤细胞的克隆化培养。 四、单克隆抗体及其应用（P48） 2.制备过程 对上述经选择培养的杂交瘤细胞进行克隆化培养和抗体检测，经多次筛选，就可获得足够数量的能分泌所需抗体的细胞。 第一次筛选 原理：抗原—抗体的特异性结合 第二次筛选 四、单克隆抗体及其应用（P48） 2.制备过程 第二次筛选 将抗体检测呈阳性的杂交瘤细胞在体外条件下大规模培养，或注射到小鼠腹腔内增殖。 单克隆抗体 四、单克隆抗体及其应用（P48） 2.制备过程 ①获取已免疫的B淋巴细胞和骨髓瘤细胞 → ②融合、筛选 → ③杂交瘤细胞克隆化培养和抗体检测 → ④动物细胞培养 → ⑤提取单克隆抗体 第1次筛选：得到杂交瘤细胞（多种） 第2次筛选：得到能产生所需抗体的杂交瘤细胞 四、单克隆抗体及其应用（P48） 2.理论基础 细胞膜的流动性 + 细胞增殖 3.优点 ①能准确地识别抗原的细微差异（灵敏度高） ②与特定抗原发生特异性结合（特异性强） ③可以大量制备 4.应用 ①广泛用作诊断试剂（利用同位素或荧光标记的单克隆抗体在特定组织中成像的技术，可定位诊断肿瘤、心血管畸形等疾病） ②运载药物 ③直接用于治疗疾病 抗人绒毛促性腺激素 单克隆抗体 单克隆抗体+药物 =“生物导弹” 活动1：分析单克隆抗体的应用 资料1：用抗人绒毛膜促性腺激素单克隆抗体做成的“早早孕诊断试剂盒”，在妊娠第8天就可以作出诊断，这比原来的诊断方法提前了10d左右，可以避免孕妇在不知道妊娠的情况下因服用药物而对胎儿造成不利影响。该方法检测的准确率在90%以上。 抗人绒毛促性腺激素单克隆抗体 活动1：分析单克隆抗体的应用 活动1：分析单克隆抗体的应用 资料2：使用高效的细胞毒素类药物进行化疗可以有效杀伤肿瘤细胞。但细胞毒素没有特异性，在杀伤肿瘤细胞的同时还会对健康细胞造成伤害，这限制了它在临床上的应用。抗体—药物偶联物（antibody-drug conjugate，ADC）通过将细胞毒素与能特异性识别肿瘤抗原的单克隆抗体结合，实现了对肿瘤细胞的选择性杀伤。ADC通常由抗体、接头和药物（如细胞毒素）三部分组成，它的作用机制如下图所示。 活动1：分析单克隆抗体的应用 1.ADC的抗体和药物各具有什么作用？ 抗体：主要发挥靶向运输作用，即通过特异性结合靶细胞表面的抗原，将连接的药物输送到靶细胞。 药物：发挥治疗效应，如杀伤靶细胞。 活动1：分析单克隆抗体的应用 2.除了细胞毒素外，还有哪些物质理论上可以作为ADC偶联的药物？ ①可以用放射性同位素标记单克隆抗体进行靶向放疗。 ②一些作用于细胞信号转导通路的药物可以通过阻断肿瘤细胞的信号通路来抑制其生长，理论上也可以将这些药物与单克隆抗体结合进行治疗。 活动1：分析单克隆抗体的应用 3.单克隆抗体诊断试剂盒和ADC在临床应用上各具有什么优势？ ①单克隆抗体诊断试剂盒中的单克隆抗体只与特定的抗原发生反应，因此检测的特异性和灵敏度大大提高；生产单克隆抗体的杂交瘤细胞可以传代培养、冷冻保存和复苏利用，有利于控制产品的质量和标准化生产诊断试剂盒。 ②ADC能够协同发挥抗体特异性识别的靶向作用和细胞毒素对肿瘤细胞的杀伤作用，因此它在临床上具有靶点清楚、毒副作用小等优点。 课堂总结 练习与应用 一、概念检测 1. 下列有关动物细胞融合与植物体细胞杂交比较的叙述，错误的是（ ） A.它们的原理都涉及细胞膜的流动性 B.都可以用电融合法或PEG融合法诱导融合 C.融合前都需用纤维素酶或果胶酶处理细胞 D.前者主要为了获得细胞产品，后者主要为了获得杂种 植株 C 练习与应用 2. 科学家以SARS病毒的核衣壳蛋白为抗原，制备出了单克隆抗体。下列相关叙述正确的是（ ） A. 利用该单克隆抗体可以诊断是否感染 SARS病毒 B. 体外培养单个B淋巴细胞可以获得针对SARS病毒的单克隆抗体 C. 将等量B淋巴细胞和骨髓瘤细胞混合，经诱导后融合的细胞即为杂交瘤细胞 D. 将纯化的核衣壳蛋白反复注射到小鼠体内，从小鼠血清中分离出的抗体为单克隆抗体 A 课前导入 毫毛来自体细胞，科学技术发展到现在，我们能用体细胞“变”出来猴吗？ 2017年，我国科学家通过“动物体细胞核移植技术”首次培育了体细胞克隆猴。 五、动物体细胞核移植技术和克隆动物（P52） 1.概念 动物核移植技术是指将动物一个细胞的细胞核移入去核的卵母细胞中，使这个重新组合的细胞发育成新胚胎，继而发育成动物个体的技术。 2.原理 动物细胞核具有全能性 3.生殖方式 无性生殖 用核移植的方法得到的动物称为克隆动物。 五、动物体细胞核移植技术和克隆动物（P52） 4.哺乳动物核移植种类 5.非人灵长类动物体细胞核移植的困难原因 ①供体细胞的细胞核在去核卵母细 胞中不能完全恢复其分化前的功能 状态，这导致了胚胎发育率低 ②对非人灵长类动物胚胎进行操作 的技术尚不完善 胚胎细胞核移植： 体细胞核移植： 细胞分化程度低，全能性容易表现 细胞分化程度高，全能性难以表现 照片中两只可爱的小猴，分别叫“中中”和“华华”，它们诞生于2017年，一出生就轰动了全世界，这是我国科学家的研究成果。 你知道它们是如何培育出来的吗？在这之前，科学家培育了胚胎细胞克隆猴，你知道两者有什么不同吗？ 五、动物体细胞核移植技术和克隆动物（P52） 6.核移植的基本过程/步骤 收集牛卵巢，采集卵母细胞，在体外培养到MⅡ期 从供体高产奶牛身体的某一部位（如耳）上取体细胞，进行培养 显微操作去核 将供体细胞注入去核的卵母细胞 通过电融合法使两细胞融合，供体核进入卵母细胞，形成重构胚 将胚胎移入受体（代孕）母牛体内 生出与供体奶牛遗传物质基本相同的犊牛 供体高产奶牛 用物理或化学方法激活重构胚，使其完成细胞分裂和发育进程 拓展 Q1：选择卵母细胞作为核移植受体细胞的原因？采集的卵母细胞应培养至什么时期？ 原因：①其细胞质中含有激发细胞核全能性表达的物质 ②卵母细胞体积大，易操作 ③卵母细胞营养物质丰富 时期：减数分裂Ⅱ中期（MⅡ期） 拓展 Q2：卵母细胞为什么要“去核”？ 原因：保证核移植的胚胎或动物的核遗传物质全部来自供体细胞 Q3：卵母细胞“去核”的方法？“去核”去的是什么？ 方法：显微操作（去核）法 去除：纺锤体—染色体复合物 拓展 Q4：在进行动物细胞核移植操作时，注入卵母细胞的是供体细胞还是其细胞核？为什么？ 注入：供体细胞 优点： ①对卵母细胞损伤较小 ②保证供体细胞的细胞核不被破坏，操作方便 拓展 Q5：诱导融合的方法？融合的结果？ 方法：电融合法 结果：形成重构胚 Q6：什么是重构胚？激活重构胚的方法？ 方法：用物理或化学方法（如电刺激、Ca2+ 载体、乙醇、蛋白酶合成抑制剂等）激活重构胚，使其完成细胞分裂和发育进程 拓展 Q6：克隆动物是对体细胞供体动物100%的复制吗？为什么？ 原因：①克隆动物细胞核的遗传物质来自供体动物，但细胞质中的遗传物质来自供体细胞和受体卵母细胞 ②性状是基因与环境共同作用的结果 ③发育中可能发生基因突变、染色体变异等可遗传变异 用物理或化 学方法激活重构胚，使其完成细 胞分裂和发育 采集卵母细胞，在体外培养到MⅡ期 从供体高产奶牛身上取体细胞 显微操作 去核 对体细胞 进行培养 去核的卵母细胞 供体细胞 电融合法 将供体细胞注入去核的卵母细胞 重构胚 早期胚胎 将胚胎移入受体（代孕）母牛体内 生出与供体奶牛遗传物质基本相同的犊牛 早期胚胎培养 动物细胞培养 胚胎移植 动物细胞融合 动物细胞核移植技术 五、动物体细胞核移植技术和克隆动物（P52） 5.应用前景 （1）在畜牧生产领域： 加速家畜遗传改良进程、促进优良畜群繁育。 五、动物体细胞核移植技术和克隆动物（P52） 5.应用前景 （2）在医药卫生领域： ①通过建立转基因体细胞系，再利用体细胞核移植技术培育的转基因克隆动物可以作为生物反应器，生产许多珍贵的医用蛋白。 ②在治疗人类疾病时，转基因克隆动物的细胞、组织或器官可以作为异种移植的供体。 ③以患者作为供体培育的人核移植胚胎干细胞，经过诱导分化能形成相应的细胞、组织或器官，将它们移植给患者时可以避免免疫排斥反应。 拓展 生物反应器： 换成核移植 过程相关细胞 5.应用前景 （3）在科研领域： ①研究克隆动物可以使人类更深入地了解胚胎发育及衰老过程。 ②在治疗人类疾病时，转基因克隆动物的细胞、组织或器官可以作为异种移植的供体。 ③克隆特定疾病模型的动物，还能为研究该疾病的致病机制和开发相应的药物提供帮助。 五、动物体细胞核移植技术和克隆动物（P52） 五、动物体细胞核移植技术和克隆动物（P52） 5.应用前景 （4）在保护濒危物种领域： 该技术有望增加濒危物种的存活数量。 五、动物体细胞核移植技术和克隆动物（P52） 5.应用前景 保护濒危物种，增加存活数量 克隆动物作为生物反应器，生产医用蛋白 畜牧生产 医药卫生 科学研究 保护 物种 加速家畜遗传改良进程，促进优良畜群繁育 研究克隆动物可深入了解胚胎发育及衰老过程 乳腺生物反应器 克隆动物乳汁中含有人抗胰蛋白酶 五、动物体细胞核移植技术和克隆动物（P52） 6.存在问题 ①体细胞核移植技术成功率非常低 ②核移植的理论研究较为滞后 ③绝大多数克隆动物存在健康问题，许多克隆动物表现出遗传和生理缺陷 存在问题 课堂总结 练习与应用 一、概念检测 1.假设世界上最后一头野驴刚死亡，以下使它"复生"的方案中可行的是（ ） A. 将野驴的基因导入家驴的受精卵中，培育出新个体 B. 将野驴的体细胞取出，利用组织培养培育出新个体 C. 将野驴的体细胞两两融合，再经组织培养培育出新个体 D. 将野驴的体细胞核移植到家驴的去核卵母细胞中, 经孕育培育出新个体 D 练习与应用 2.2017年，某国批准了首例使用细胞核移植技术培育"三亲婴儿"的申请。其培育过程可选用如下技术路线。据图分析下列叙述错误的是（ ） C A. 该技术涉及动物细胞培养、细胞核移植等操作 B. 该技术可避免母亲的线粒体遗传病基因传递给后代 C. 卵母细胞捐献者携带的红绿色盲基因能够遗传给 "三亲婴儿" D. "三亲婴儿"同时拥有自己父亲、母亲及卵母细胞捐献者的部分基因 $$