動(dòng)物細(xì)胞工程技術(shù)主要包括:細(xì)胞組織培養(yǎng)、細(xì)胞融合、單克隆抗體技術(shù)、胚胎移植、核移植等。
一、動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng) ㈠動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)的過程
?、湃〔模簭娜嘶騽?dòng)物體組織上分離小塊樣品(胚胎細(xì)胞或幼體細(xì)胞) ?、齐x散細(xì)胞:用胰蛋白酶等處理組織塊樣品,水解細(xì)胞和細(xì)胞之間的蛋白質(zhì),使其細(xì)胞分散; ⑶將細(xì)胞放入盛有一定濃度的細(xì)胞懸浮液的培養(yǎng)瓶中(液體培養(yǎng)基:水、無機(jī)鹽、氨基酸和葡萄糖、維生素和動(dòng)物血清),再將其置于培養(yǎng)箱中培養(yǎng),這個(gè)過程稱為原代培養(yǎng); ?、燃?xì)胞在培養(yǎng)瓶中貼壁培養(yǎng),隨著細(xì)胞生長和增殖,要定期地用胰蛋白酶使細(xì)胞脫離瓶壁,分裝到多個(gè)培養(yǎng)瓶中繼續(xù)培養(yǎng),這個(gè)過程稱為傳代培養(yǎng)。
㈡細(xì)胞株和細(xì)胞系的概念:
㈢動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)的應(yīng)用: 1、生產(chǎn)一些蛋白質(zhì)生物制品—病毒疫苗、干擾素、單克隆抗體 2、檢測有毒物質(zhì) 3、燒傷病人的植皮
二、動(dòng)物細(xì)胞融合 ㈠動(dòng)物細(xì)胞融合的過程 細(xì)胞融合是研究細(xì)胞間遺傳信息轉(zhuǎn)移、基因在染色體上定位,以及創(chuàng)造新細(xì)胞株的有效途徑。用病毒誘導(dǎo)細(xì)胞融合是最早采用的一種方法。
滅活病毒的作用:凝集蛋白質(zhì),使膜分子重新排布。
㈡植物體細(xì)胞雜交和動(dòng)物細(xì)胞融合的比較
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原理 |
方法 |
誘導(dǎo)方法 |
結(jié)果 |
用途 |
植物體細(xì)胞雜交 |
細(xì)胞膜流動(dòng)性和植物細(xì)胞全能性 |
酶解法去壁后誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合,形成雜種體細(xì)胞再經(jīng)過組織培養(yǎng)形成雜種植株 |
物理方法 化學(xué)方法 |
誘導(dǎo)成植株 |
克服遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙,培育優(yōu)良性狀的雜種植株 |
動(dòng)物細(xì)胞融合 |
細(xì)胞膜流動(dòng)性 |
分散成單個(gè)細(xì)胞后誘導(dǎo)細(xì)胞融合 |
物理、化學(xué)、生物方法 |
形成雜種細(xì)胞 |
培育雜種細(xì)胞或大量獲得細(xì)胞產(chǎn)品 |
㈢應(yīng)用
三、單克隆抗體的制備 ㈠傳統(tǒng)獲得抗體—血清抗體的特殊性: 產(chǎn)量低、特異性差、純度低、反應(yīng)不靈敏
㈡單克隆抗體是指通過克隆,形成遺傳物質(zhì)完全相同的細(xì)胞群,由該細(xì)胞群產(chǎn)生出化學(xué)性質(zhì)單一、特異性強(qiáng)的抗體。 單克隆抗體技術(shù)尚處于研究階段,這項(xiàng)技術(shù)包含著細(xì)胞培養(yǎng)、動(dòng)物細(xì)胞雜交技術(shù)等,是細(xì)胞培養(yǎng)和動(dòng)物細(xì)胞雜交技術(shù)的綜合應(yīng)用。
㈢單克隆抗體技術(shù)的過程 1、將某抗原注入小鼠體內(nèi),從其脾臟獲得產(chǎn)生相應(yīng)抗體的B淋巴細(xì)胞; 2、用仙臺(tái)病毒或聚乙二醇誘導(dǎo)B淋巴細(xì)胞與小鼠骨髓瘤細(xì)胞融合,篩選出雜交瘤細(xì)胞 3、在選擇性培養(yǎng)基中對雜交瘤細(xì)胞進(jìn)行篩選,從雜交瘤細(xì)胞中挑選產(chǎn)生某種抗體的細(xì)胞; 4、將選擇細(xì)胞進(jìn)行規(guī)模培養(yǎng)或注射到小鼠腹腔內(nèi)增殖(活體培養(yǎng)基); 5、從細(xì)胞培養(yǎng)液或小鼠腹水中提取大量的單克隆抗體。
流程圖如下:
㈣制備單克隆抗體的意義 1、在基礎(chǔ)理論研究中具有重要意義 2、在疾病診斷、治療和預(yù)防方面,具有特異性高、靈敏度高等優(yōu)越性。(早早孕試紙—抗人絨毛膜促性腺激素單克隆抗體) 3、實(shí)驗(yàn)在單克隆抗體上連接抗癌藥物,制成“生物導(dǎo)彈”,定向地將藥物帶到癌細(xì)胞,消除癌細(xì)胞但不傷害健康細(xì)胞。
四、核移植 ⑴核移植技術(shù)—鯉鯽魚的培養(yǎng)過程: 20世紀(jì)70年代,我國科學(xué)家用核移植技術(shù)成功地培育出將鯉魚和鯽魚優(yōu)點(diǎn)集于一身的、可正常繁殖的鯉鯽移核魚。具體方法是:用極細(xì)的玻璃管,從鯽魚未受精的卵細(xì)胞中吸出細(xì)胞核,再用同樣的方法,從鯉魚的囊胚細(xì)胞中吸出細(xì)胞核,然后把鯉魚囊胚細(xì)胞的核移植入去核的鯽魚未受精卵中,形成一個(gè)重組卵細(xì)胞,經(jīng)過精心培育長成鯉鯽移核魚。
⑵克隆羊多莉—Dolly的誕生過程

五、胚胎移植和胚胎分割移植 1、試管嬰兒 ⑴概念:“試管嬰兒” 是指分別將卵子、精子取出后,在體外使其受精,并發(fā)育成胚胎后,再植回母體子宮內(nèi)發(fā)育。
⑵試管嬰兒進(jìn)行的步驟 藥物誘發(fā)超排卵→監(jiān)測卵泡→取卵→取精→體外受精→胚胎體外培養(yǎng)→胚胎移植→胚胎移植后補(bǔ)充激素(黃體酮)→胚胎移植后14天驗(yàn)晨尿確定是否妊娠→妊娠后14天,B超檢查胎兒數(shù)及胚胎著床部位。
2、哺乳動(dòng)物的胚胎移植: 由于哺乳動(dòng)物如牛、羊等,妊娠時(shí)間長,每胎產(chǎn)子數(shù)少,繁殖速度比較慢。為解決這一問題,科學(xué)家們采用了胚胎移植技術(shù)。以優(yōu)良種牛的繁殖為例:首先用激素促進(jìn)良種母牛多排卵,然后把卵細(xì)胞從母牛體內(nèi)取出,在試管內(nèi)與人工采集的精子進(jìn)行體外受精,培育成胚胎,再把胚胎送入經(jīng)過激素處理、可以接受胚胎植入的母牛子宮內(nèi),孕育成小牛產(chǎn)出。用這種方法得到的小牛叫做試管牛,一頭良種母牛一年可繁殖這樣的試管牛上百頭。除了牛之外,羊、兔、豬、馬、貓等動(dòng)物的胚胎移植也獲得了成功。
【重點(diǎn)、難點(diǎn)、拓展知識(shí)解析】 1、克隆的概念 “克隆”從英文“clone”音譯而來,其定義是無性繁殖系,在生物學(xué)領(lǐng)域有3個(gè)不同層次的含義?,F(xiàn)在引申出的概念:遺傳背景完全相同的一個(gè)群體。 1)DNA水平,特定DNA片段通過重組DNA技術(shù)插入到一個(gè)載體(如質(zhì)粒和病毒等)中,然后在宿主細(xì)胞中進(jìn)行自我復(fù)制所得到的大量完全相同的該DNA片段的“群體”。
2)在細(xì)胞水平,克隆是指由一個(gè)單一的共同祖先細(xì)胞分裂所形成的一個(gè)細(xì)胞群體。比如:使一個(gè)單一細(xì)胞在體外的培養(yǎng)液中分裂若干代所形成的一個(gè)遺傳背景完全相同的細(xì)胞集體即為一個(gè)細(xì)胞克隆。又如,在脊椎動(dòng)物體內(nèi),當(dāng)有外源物(如細(xì)菌或病毒)侵入時(shí),會(huì)通過免疫反應(yīng)產(chǎn)生特異的識(shí)別抗體。產(chǎn)生某一特定抗體的所有漿細(xì)胞都是由同一個(gè)B細(xì)胞分裂而成,這樣一個(gè)漿細(xì)胞群體也是一個(gè)細(xì)胞克隆。
3)在個(gè)體水平,克隆是指基因型完全相同的兩個(gè)或更多的個(gè)體組成的一個(gè)群體。比如:兩個(gè)同卵雙胞胎即為一個(gè)克隆。因?yàn)樗ㄋ﹤儊碜酝粋€(gè)受精卵細(xì)胞,所以遺傳背景完全一樣。生物個(gè)體的克隆可分為植物個(gè)體的克隆、動(dòng)物個(gè)體的克隆。
2、克隆動(dòng)物的早衰:2003年2月14日晚間,世界上第一頭體細(xì)胞克隆動(dòng)物多利因肺部感染而被實(shí)施安樂死,與普通綿羊十一二年的壽命相比,早夭的多利只活了6年零5個(gè)月,肺部感染是綿羊常見的一種“老年病”,而年僅6歲、剛剛步入中年的多利出現(xiàn)早衰的現(xiàn)象,使人們對于克隆動(dòng)物的壽命產(chǎn)生了疑問。專家對此的解釋是;一般而言,細(xì)胞中的染色體每分裂一次,其端部的端粒就縮短一點(diǎn),縮短到一定程度,染色體就無法分裂,細(xì)胞就開始凋亡,生命開始衰老。因此,生命的長短主要取決于染色體分裂的次數(shù),多利羊之所以出現(xiàn)早衰的現(xiàn)象,那是因?yàn)樗倪z傳物質(zhì)取自于一頭6歲綿羊,按照普通綿羊十一二歲的壽命。這頭綿羊體細(xì)胞中的染色體已經(jīng)分裂了六七年,因此,它在多利的體內(nèi)也只能再持續(xù)分裂六七年,所以說,克隆技術(shù)無法讓細(xì)胞“返老還童”。
3、克隆動(dòng)物的負(fù)面影響:科學(xué)研究證明,用克隆技術(shù)復(fù)制出兩個(gè)外貌一模一樣的動(dòng)物是不可能的。羅斯林研究所繁育的四只利用基因完全相同的綿羊胚胎細(xì)胞培育的道賽特公羊長大后,體貌特征出現(xiàn)了明顯的差異。引起這些差別的原因尚未清楚,但很可能是因?yàn)椋河脕砜寺∵@4只公羊的4個(gè)細(xì)胞核被放入了從不同的母羊體內(nèi)提取的卵細(xì)胞中。每個(gè)卵細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)與植入的核物質(zhì)發(fā)生相互作用的方式會(huì)略有不同;特別是細(xì)胞質(zhì)中的線粒體中包含的獨(dú)立DNA,它與核物質(zhì)相互作用的差異也許足以改變正在發(fā)育的胚胎。此外,基因突變和環(huán)境對生長發(fā)育的影響也可能導(dǎo)致克隆動(dòng)物之間的差異。
4、試管嬰兒技術(shù)的發(fā)展 試管嬰兒如今已發(fā)展到第四代。 第一代是指常規(guī)體外受精—胚胎移植及衍生技術(shù),該技術(shù)適應(yīng)于女性不孕問題,如輸卵管性不育、排卵障礙、子宮內(nèi)膜異位癥、宮腔內(nèi)人工授精失敗、抗精子抗體的免疫因素、原因不明的女性不孕癥等;
第二代是指單精子卵細(xì)胞漿內(nèi)顯微注射受精技術(shù),這種技術(shù)是幫助少、弱、畸精子的受孕,解決的是男性不育問題;
第三代試管嬰兒是指胚胎植入前遺傳學(xué)診斷技術(shù),此技術(shù)主要針對單基因遺傳?。喝绲刂泻X氀Y、血友病以及染色體異常等疾病,其胚胎在分裂為8個(gè)細(xì)胞時(shí)做遺傳缺陷診斷,其基本理論為:從多個(gè)受精卵中選擇出基因型最好的移植。如伴Y染色體遺傳病 ,只要通過PGD技術(shù)選擇生女兒便可以避免遺傳病遺傳給新生兒。該技術(shù)在優(yōu)生方面有所進(jìn)步,在不育人群中,需要作第三種試管嬰兒的不育患者,相對是比較少的。
第四代試管嬰兒技術(shù)是指卵漿置換,該技術(shù)適用于那些排卵功能正常,但因?yàn)樯眢w不好或者年齡偏大,致使卵子的質(zhì)量不高,活力差的女性。具體方法是將妻子的卵細(xì)胞的細(xì)胞核取出,移植到一位年輕的、身體健康的女性卵子的細(xì)胞漿中,形成一個(gè)新的、優(yōu)質(zhì)的重組卵細(xì)胞。
【例題解析】 1、表現(xiàn)型不同的母牛生育出基因型完全相同的小牛,產(chǎn)生這一結(jié)果的最可能的技術(shù)是: A 試管動(dòng)物培養(yǎng) B 胚胎移植 C 胚胎分割移植 D 受精卵移植
解析:胚胎分割是指利用早期胚胎克隆多個(gè)個(gè)體,比如,將一個(gè)八細(xì)胞的胚胎的細(xì)胞分離,每一個(gè)細(xì)胞都獨(dú)立發(fā)育為一個(gè)新的胚胎進(jìn)行移植,這樣獲得的個(gè)體遺傳物質(zhì)完全相同,答案為C。
2、下列關(guān)于細(xì)胞工程的敘述中,錯(cuò)誤的是: A 植物細(xì)胞融合必須先制備原生質(zhì)體 B 試管嬰兒技術(shù)包括人工授精和胚胎移植兩方面 C 經(jīng)細(xì)胞核移植培育出的新個(gè)體只具有一個(gè)親本的遺傳性狀 D 用于培養(yǎng)的植物器官或組織叫做外植體
解析:細(xì)胞核移植獲得的新個(gè)體遺傳物質(zhì)主要來自供核的親本,但還需另加一個(gè)親本提供卵細(xì)胞質(zhì),細(xì)胞質(zhì)中也含有一些遺傳物質(zhì),由細(xì)胞質(zhì)基因控制的遺傳性狀可以通過細(xì)胞質(zhì)傳遞。答案為C。
3.用動(dòng)物細(xì)胞工程技術(shù)獲取單克隆抗體,下列實(shí)驗(yàn)步驟中錯(cuò)誤的是 A 將抗原注入小鼠體內(nèi),獲得能產(chǎn)生抗體的B淋巴細(xì)胞 B 用纖維素酶處理B淋巴細(xì)胞與小鼠骨髓瘤細(xì)胞 C 用聚乙二醇作誘導(dǎo)劑,促使能產(chǎn)生抗體的B淋巴細(xì)胞與小鼠骨髓瘤細(xì)胞融合 D 篩選雜交瘤細(xì)胞,并從中選出能產(chǎn)生所需抗體的細(xì)胞群,培養(yǎng)后提取單克隆抗體
解析:答案為B。
4.關(guān)于單克隆抗體,下列敘述不正確的是 A 可以制成診斷盒.用于疾病的診斷 B 可以與藥物結(jié)合,用于病變細(xì)胞的定向治療 C 可以利用基因工程技術(shù)生產(chǎn) D 可以在生物體內(nèi)生產(chǎn),不能體外生產(chǎn)
解析:單克隆抗體的生產(chǎn)可以利用體外培養(yǎng)的方法。答案為D。
5. 細(xì)胞核移植實(shí)驗(yàn),容易在體積較大的兩棲類動(dòng)物中獲得成功,科學(xué)家們用兩棲動(dòng)物卵所進(jìn)行的蛙的克隆過程如下:

⑴該過程發(fā)育而成的青蛙遺傳物質(zhì)主要來自于_____________,該過程屬于___________生殖(無性/有性)。 ?、七@個(gè)實(shí)驗(yàn)說明___________________。
解析:參考答案 ?、殴w青蛙腸上皮細(xì)胞核 無性 ⑵動(dòng)物體細(xì)胞核具有全能性
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