動物細胞工程動物細胞培養(yǎng)和核移植技術.ppt

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,回憶：植物細胞工程包括哪些內(nèi)容？,2.2動物細胞工程,動物細胞工程常用的技術手段,,動物細胞培養(yǎng)（基礎）,動物細胞融合,生產(chǎn)單克隆抗體,動物細胞核移植,2.2.1動物細胞培養(yǎng)和核移植技術動物細胞培養(yǎng),在治療燒傷病人時，通常采用的方法是取燒傷病人的健康皮膚進行自體移植。但對一個大面積燒傷的病人來說，自體健康皮膚非常有限，使用他人皮膚來源不足，而且會產(chǎn)生排異反應。那么，怎樣才能獲得大最的自體健康皮膚呢？,許多動物的細胞能夠分泌蛋白質，如抗體等。但是，單個細胞產(chǎn)生的蛋白質量是很少的，怎樣才能獲得大最的分泌蛋白呢？,1、動物細胞培養(yǎng)概念：就是從動物機體中取出相關的組織，將它分散成單個細胞，然后，放在適宜的培養(yǎng)基中，讓這些細胞生長和增殖。,你認為動物細胞培養(yǎng)的原理是什么？細胞增殖,動物機體組織,單個細胞,原代培養(yǎng),,傳代培養(yǎng),,請閱讀相關內(nèi)容，思考以下問題：1.動物組織要怎樣處理使組織塊變成單個細胞？2.什么叫細胞貼壁？3.接觸抑制？,2.2.1動物細胞培養(yǎng)和核移植技術動物細胞培養(yǎng)動物細胞培養(yǎng)的過程,剪碎、胰蛋白酶或膠原蛋白酶,懸液中分散的細胞很快就貼附在瓶壁上，稱為細胞貼壁。,細胞進行有絲分裂，數(shù)量不斷增多，當貼壁細胞分裂生長到表面相互接觸時，細胞就會停止分裂增殖，這種現(xiàn)象稱為細胞的接觸抑制。,3.什么原代培養(yǎng)和傳代培養(yǎng)？4.細胞在傳至10---50代左右時會發(fā)生什么變化？,人們通常將動物組織消化后的初次培養(yǎng)稱為原代培養(yǎng)。,一般來說，細胞在傳至10---50代左右時，增殖會逐漸緩慢，以至于完全停止，這時部分細胞的細胞核型可能會發(fā)生變化。當繼續(xù)傳代培養(yǎng)時，少部分細胞會克服細胞壽命的自然極限，獲得不死性，這此細胞已經(jīng)發(fā)生了突變，正在朝著等同于癌細胞的方向發(fā)展。目前使用的或冷凍保存的正常細胞通常為10代以內(nèi)，以保持細胞正常的二倍體核型。,貼滿瓶壁的細胞需要重新用胰蛋白酶等處理，然后分瓶繼續(xù)培養(yǎng)，讓細胞繼續(xù)增殖。這樣的培養(yǎng)過程通常被稱為傳代培養(yǎng)。,2.2.1動物細胞培養(yǎng)和核移植技術動物細胞培養(yǎng)動物細胞培養(yǎng)的過程,動物組織細胞間隙中含有一定量的彈性纖維等蛋白質，將細胞網(wǎng)絡起來形成具有一定彈性和韌性的組織和器官。,動物胚胎或幼齡動物的組織、器官,,細胞懸浮液,胰蛋白酶(分解彈性纖維),,10代細胞,原代培養(yǎng),,50代細胞,傳代培養(yǎng),,無限傳代,,單個細胞,,加培養(yǎng)液,遺傳物質細胞株未改變,遺傳物質細胞系改變,,,2.2.1動物細胞培養(yǎng)和核移植技術動物細胞培養(yǎng)動物細胞培養(yǎng)的過程,思考并回答：1、為什么選用動物胚胎或幼齡個體的器官或組織做動物細胞培養(yǎng)材料？2、為什么培養(yǎng)前要將組織細胞分散成單個細胞？,因為動物細胞工程的原理是細胞的增殖，而這些組織或器官上的細胞生命力旺盛，分裂能力強；便于進行動物細胞培養(yǎng)。,成塊組織不利培養(yǎng)，分散了做成細胞懸浮液利于培養(yǎng)，使細胞與培養(yǎng)液充分的接觸，有利于培養(yǎng)液的利用，加快了培養(yǎng)的進程。,2.2.1動物細胞培養(yǎng)和核移植技術動物細胞培養(yǎng)動物細胞培養(yǎng)的過程,思考并回答：3、動物細胞培養(yǎng)能否像綠色植物組織培養(yǎng)那樣最終培養(yǎng)成新個體？4、在動物細胞培養(yǎng)的過程中，需用到兩次胰蛋白酶，作用分別是什么？,不能，動物細胞培養(yǎng)只能使細胞數(shù)目增多，不能發(fā)育成新的動物個體。能否說明動物細胞沒有全能性？那說明了什么？,2.2.1動物細胞培養(yǎng)和核移植技術動物細胞培養(yǎng)動物細胞培養(yǎng)的過程,5、傳代培養(yǎng)的細胞，如果細胞形態(tài)發(fā)生了變化，這說明了什么？,正在朝著等同于癌細胞的方向發(fā)展,形成單個細胞,思考并回答：6、動物細胞培養(yǎng)液的主要成分是什么？較植物組織培養(yǎng)的培養(yǎng)基有何獨特之處？,動物細胞培養(yǎng)的培養(yǎng)基主要成分：葡萄糖、氨基酸、無機鹽、維生素和動物血清等。獨特之處有：1、液體培養(yǎng)基2、成分中有動物血清等,2.2.1動物細胞培養(yǎng)和核移植技術動物細胞培養(yǎng)動物細胞培養(yǎng)的過程,P44尋根問底胰蛋白酶真的不會把細胞消化掉嗎？為什么？,P44旁欄思考題進行動物細胞傳代培養(yǎng)時用胰蛋白酶分散細胞，說明細胞間的物質主要是什么成分？用胃蛋白酶行嗎？,胰蛋白酶除了可以消化細胞間的蛋白外，長時間的作用也會消化細胞膜蛋白，對細胞有損傷作用，因此必須控制好胰蛋白酶的消化時間。,主要是蛋白質。胃蛋白酶作用的適宜pH約為2，當pH大于6時，胃蛋白酶就會失去活性。胰蛋白酶作用的適宜環(huán)境pH為7.2～8.4。多數(shù)動物細胞培養(yǎng)的適宜pH為7.2～7.4，胃蛋白酶在此環(huán)境中沒有活性，而胰蛋白酶在此環(huán)境中活性較高，因此胰蛋白酶適宜用于細胞培養(yǎng)時的消化。,2.2.1動物細胞培養(yǎng)和核移植技術動物細胞培養(yǎng)動物細胞培養(yǎng)的過程,P46討論多細胞動物和人體的細胞都生活在內(nèi)環(huán)境中，根據(jù)你所學的內(nèi)環(huán)境的知識，思考并討論以下問題：體外培養(yǎng)細胞時需要提供哪些物質及環(huán)境條件？,無菌、無毒的環(huán)境。,充足的營養(yǎng)供給,2.2.1動物細胞培養(yǎng)和核移植技術動物細胞培養(yǎng)動物細胞培養(yǎng)的過程,適宜的溫度、適宜的pH和氣體環(huán)境。,無茵、無毒的環(huán)境,對培養(yǎng)液和所有培養(yǎng)用具進行______處理。通常還要在細胞培養(yǎng)液中添加一定量的__________，以防培養(yǎng)過程中的污染。此外，應__________培養(yǎng)液，以便清除______，防止細胞代謝產(chǎn)物積累對__________造成危害。,無菌,抗生素,定期更換,代謝產(chǎn)物,細胞自身,營養(yǎng),細胞體外培養(yǎng)所需營養(yǎng)物質與體內(nèi)__________，例如，需要有糖、______、__________、無機鹽、______等。將細胞所需的上述營養(yǎng)物質按其種類和所需數(shù)量嚴格配制而成的培養(yǎng)鑒，稱為___________。由于人們對細胞所需的營養(yǎng)物質還沒有完全搞清楚，因此，在使用合成培養(yǎng)基時，通常需加入等一些_____________天然成分。,基本相同,氨基酸,促生長因子,微量元素,合成培養(yǎng)基,血清、血漿,2.2.1動物細胞培養(yǎng)和核移植技術動物細胞培養(yǎng)動物細胞培養(yǎng)的條件,①無茵、無毒的環(huán)境②營養(yǎng)③溫度和PH④氣體環(huán)境,細胞體外培養(yǎng)的適宜溫度一般與動物的______相近，哺乳動物多以____________℃為宜。多數(shù)細胞生存的適宜pH為_____________。,溫度和PH,體溫,7.2----7.4,36.5土0.5,氣體環(huán)境細胞培養(yǎng)所需氣體主要有02和CO2，02是細胞______所必需的，CO2的主要作用是維持培養(yǎng)液的______。進行細胞培養(yǎng)時，通常采用培養(yǎng)皿或松蓋培養(yǎng)瓶，將其置干含95％_______加5%_____的混合氣體的________中進行培養(yǎng)。,氣體環(huán)境,代謝,PH,培養(yǎng)箱,CO2,空氣,2.2.1動物細胞培養(yǎng)和核移植技術動物細胞培養(yǎng)動物細胞培養(yǎng)的條件,1、生產(chǎn)生物制品(病毒疫苗、干擾素、單克隆抗體等)2、檢測有毒物質3、培養(yǎng)正?；蚋鞣N病變的細胞，用于生理，病理，藥理等方面的研究，如用于篩選抗癌藥物等，為治療和預防癌癥及其他疾病提供理論依據(jù)。,說出動物細胞培養(yǎng)與植物組織培養(yǎng)的異同?,2.2.1動物細胞培養(yǎng)和核移植技術動物細胞培養(yǎng)動物細胞培養(yǎng)技術的應用,閱讀—回答:動物細胞培養(yǎng)技術的應用?P47,說出動物細胞培養(yǎng)與植物組織培養(yǎng)的異同,2.2.1動物細胞培養(yǎng)和核移植技術動物細胞培養(yǎng)動物細胞培養(yǎng)技術的應用,2.2.1動物細胞培養(yǎng)和核移植技術動物細胞核移植技術和克隆動物,離體的植物組織或細胞在適當?shù)呐囵B(yǎng)條件下可發(fā)育成完整的植株，那么能不能用高產(chǎn)奶牛的一個體細胞，培育出一頭高產(chǎn)奶牛呢？,我們已經(jīng)知道，高度分化的植被物組織仍保持著全能性，但動物細胞與植物細胞不同，動物細胞的全能性會隨著動物細胞分化程度的提高而逐漸受到限制，分化潛能逐漸變?nèi)酢Ｒ虼?，目前還不能用類似植物組織培養(yǎng)的方法獲得完整的動物個體，用動物體細胞克隆的動物，實際是通過核移植來實現(xiàn)的。,動物細胞核移植的概念動物細胞核移植是將動物的一個細胞的細胞核，移入一個已經(jīng)去掉細胞核的卵母細胞中，使其重組并發(fā)育成為一個新的胚胎，這個新的胚胎最終發(fā)育為動物個體(克隆動物),哺乳動物核移植可以分為___________核移植和_________核移植。動物胚胎細胞分化程度______，恢復其全能性___________。動物體細胞__________高，恢復其______十困難。因此，動物________________的難度也明顯高于___________________。,2.2.1動物細胞培養(yǎng)和核移植技術動物細胞核移植技術和克隆動物,動物細胞核移植的類型,胚胎細胞,體細胞,低,相對容易,分化程度,全能性,體細胞核移植,胚胎細胞核移植,2.2.1動物細胞培養(yǎng)和核移植技術動物細胞核移植技術和克隆動物體細胞核移植的過程,卵母細胞去核,體細胞中取核,重組細胞,,重組胚胎,新個體,,過程：,刺激使兩細胞融合,2.2.1動物細胞培養(yǎng)和核移植技術動物細胞核移植技術和克隆動物體細胞核移植的過程,（1）能利用體細胞核移植技術克隆高產(chǎn)奶牛盧辛達嗎？請說明理由。,（2）如果將克隆高產(chǎn)奶牛盧辛達的任務交給你，你將如何對它進行克??？,2.2.1動物細胞培養(yǎng)和核移植技術動物細胞核移植技術和克隆動物體細胞核移植的過程,實例：1997年，美國威斯康星州的一個奶牛場有一頭名叫盧辛達（Lucinda）的奶牛，年產(chǎn)奶量為30.8t，創(chuàng)造了世界奶牛產(chǎn)奶量最高新紀錄。目前世界各國高產(chǎn)奶牛場奶牛，年平均產(chǎn)奶量一般為十幾噸，而我國奶牛產(chǎn)奶量年平均水平僅為3～4t。,克隆羊培育過程核移植技術,黑面綿羊去核卵細胞,白面綿羊乳腺細胞核,細胞核移植,,電脈沖刺激,,胚胎移植,,妊娠、出生,重組細胞,早期胚胎,另一頭綿羊的子宮,克隆羊多利,P49討論,2.2.1動物細胞培養(yǎng)和核移植技術動物細胞核移植技術和克隆動物體細胞核移植的過程,討論1.在體細胞的細胞核移植到受體卵母細胞之前，為什么必須先去掉受體卵母細胞的核？為使核移植的胚胎或動物的遺傳物質全部來自有重要利用價值的動物提供的體細胞，在供體細胞的細胞核移至受體細胞之前，必須將受體細胞的遺傳物質去掉或將其破壞。,2.用于核移植的供體細胞一般都選用傳代10代以內(nèi)的細胞，想一想，這是為什么？培養(yǎng)的動物細胞一般當傳代至10～50代左右時，部分細胞核型可能會發(fā)生變化，其細胞遺傳物質可能會發(fā)生突變，而10代以內(nèi)的細胞一般能保持正常的二倍體核型。因此，在體細胞核移植中，為了保證供體細胞正常的遺傳基礎，通常采用傳代10代以內(nèi)的細胞。,2.2.1動物細胞培養(yǎng)和核移植技術動物細胞核移植技術和克隆動物體細胞核移植的過程,討論3.你認為用上述體細胞核移植方法生產(chǎn)的克隆動物，是對體細胞供體動物進行了100%的復制嗎？為什么？克隆動物絕大部分DNA來自于供體細胞核，但其核外還有少量的DNA，即線粒體中的DNA是來自于受體卵母細胞。所以，用教材中所述的方法克隆的動物不是供核動物完全相同的復制。此外，即便動物的遺傳基礎完全相同，但動物的一些行為、習性的形成與所處環(huán)境有很大關系，核供體動物生活的環(huán)境與克隆動物所生活的環(huán)境不會完全相同，其形成的行為、習性也不可能和核供體動物完全相同，從這一角度看，克隆動物不會是核供體動物100%的復制。,2.2.1動物細胞培養(yǎng)和核移植技術動物細胞核移植技術和克隆動物體細胞核移植的過程,2.2.1動物細胞培養(yǎng)和核移植技術動物細胞核移植技術和克隆動物體細胞核移植技術的應用前景,說出體細胞核移植技術的應用前景?,體細胞核移植技術在畜牧業(yè)、醫(yī)藥衛(wèi)生，以及其他領域有著廣泛的應用前景。,在畜牧生產(chǎn)中，利用體細胞克隆技術可以加速家畜_____________進程，促進______________繁育；在保護_______瀕危物種方而，可望利用體細胞核移植技術增加這些動物的_______________。,遺傳改良,優(yōu)良畜群,瀕危,存活數(shù)量,在醫(yī)藥衛(wèi)生領城，轉基因克隆動物可以作為_________，生產(chǎn)許多珍貴的___________；在治療人類疾病時，轉基因克隆動物細胞、組織和器官可以作為____________的供體；人的核移植胚胎__________經(jīng)過誘導分化，形成相應的組織、器官后，可以用于_____________的移植。,生物反應器,醫(yī)用蛋白,異種移植,干細胞,組織器官,2、瀕危物種增數(shù)量。,3、醫(yī)用蛋白和移植。,1、家畜的遺傳改良。,2.2.1動物細胞培養(yǎng)和核移植技術動物細胞核移植技術和克隆動物體細胞核移植技術的應用前景,此外，研究克隆動物和克隆細胞可使人類吏深人地了解________________過程；用克隆動物做____________，能使人們更好的______________的發(fā)展過程和治療疾病。,胚胎發(fā)育及衰老,疾病模型,追蹤研究疾病,3、胚胎發(fā)育及衰老。,4、克隆動物做模型。,2.2.1動物細胞培養(yǎng)和核移植技術動物細胞核移植技術和克隆動物體細胞核移植技術的存在的問題,1996年在英國出生的克隆羊，已經(jīng)死亡。它比自然出生的羊壽命縮短了5-6年，你認為可能是什么原因造成的？,說出:體細胞核移植技術的存在的問題?,盡管體細胞核移植技術已經(jīng)在許多種動物中獲得成功，但其成功率仍然非常低，產(chǎn)下的活克隆動物占移植克降胚胎的比率平均不到1%。克降枝術的各個環(huán)節(jié)也有待進一步改進。此外，一些人士指出，絕大多數(shù)克隆動物還存在健康問題，許多克隆動物表現(xiàn)出遺傳和生理缺陷，如體型過大，異常肥胖、困難、臟器缺陷，免疫失調(diào)等。對克隆動物食品的安全性問題也存有爭議?？傊?，體細胞核移植技術的研究仍存繼續(xù)深入，人類對克隆技術的應用還有許多問題需要解決。期待在不遠的將來，克隆技術能更好地造福于人類。,P50思考與探究1.幼齡與老齡動物的組織細胞比較，分化程度低的與分化程度高的組織細胞比較，哪一種更易于培養(yǎng)？思考一下，這是什么道理？細胞的衰老與動物機體的衰老有著密切的關系，細胞的增殖能力與供體的年齡有關，幼齡動物細胞增殖能力強，有絲分裂旺盛，老齡動物則相反。所以，一般來說幼年動物的組織細胞比老年動物的組織細胞易于培養(yǎng)。同樣，組織細胞的分化程度越低，則增殖能力越強，所以更容易培養(yǎng)。,P50思考與探究2.動物細胞培養(yǎng)要經(jīng)過脫分化的過程嗎？為什么？脫分化又稱去分化，是指分化細胞失去特有的結構和功能變?yōu)榫哂形捶只毎匦缘倪^程。植物的任何一部分，甚至單個細胞都具有長成完整植株的能力。但要發(fā)育成完整植株，必須先脫分化，脫分化的細胞具有發(fā)育成任何組織的能力，然后進行再分化，形成完整植株。植物細胞培養(yǎng)主要用于農(nóng)林生產(chǎn)中的作物、苗木育種，快速繁育種苗、培育無病毒植株等，這就要求植物的組織或細胞先進行脫分化。動物細胞的培養(yǎng)有各種用途，一般而言，動物細胞培養(yǎng)不需經(jīng)過脫分化過程。因高度分化的動物細胞發(fā)育潛能變窄，失去了發(fā)育成完整個體的能力，所以，動物細胞也就沒有類似植物組織或細胞培養(yǎng)時的脫分化過程了。要想使培養(yǎng)的動物細胞定向分化，通常采用定向誘導動物干細胞，使其分化成所需要的組織或器官。,P50思考與探究3.1997年，美國威斯康星州的一個奶牛場有一頭名叫盧辛達（Lucinda）的奶牛，年產(chǎn)奶量為30.8t，創(chuàng)造了世界奶牛產(chǎn)奶量最高新紀錄。目前世界各國高產(chǎn)奶牛場奶牛，年平均產(chǎn)奶量一般為十幾噸，而我國奶牛產(chǎn)奶量年平均水平僅為3～4t。（1）能利用體細胞核移植技術克隆高產(chǎn)奶牛盧辛達嗎？請說明理由?？梢杂皿w細胞核移植技術克隆高產(chǎn)奶牛盧辛達。盧辛達的產(chǎn)奶量很高，說明它有高產(chǎn)奶的遺傳基礎，利用盧辛達的體細胞克隆的奶牛其遺傳物質基本上全部來自該奶牛，其克隆牛具有高產(chǎn)的遺傳基礎，如果精心培育和飼養(yǎng)，有可能在世界范圍內(nèi)推廣,克隆牛再與高產(chǎn)的公牛自然繁殖,可得到很多高產(chǎn)的后代，從而加快奶牛改良進程。但同時需注意，該克隆牛不能無限制地推廣，其數(shù)量不宜過多，尤其是在小范圍內(nèi)不能無限的繁殖，以避免奶牛群出現(xiàn)近親繁殖而引起種質衰退。,P50思考與探究3.1997年，美國威斯康星州的一個奶牛場有一頭名叫盧辛達（Lucinda）的奶牛，年產(chǎn)奶量為30.8t，創(chuàng)造了世界奶牛產(chǎn)奶量最高新紀錄。目前世界各國高產(chǎn)奶牛場奶牛，年平均產(chǎn)奶量一般為十幾噸，而我國奶牛產(chǎn)奶量年平均水平僅為3～4t。（2）如果將克隆高產(chǎn)奶牛盧辛達的任務交給你，你將如何對它進行克?。渴紫葟谋R辛達耳朵（也可用別的組織、器官，耳朵在活體上容易?。┥霞羧∫恍K組織，在體外培養(yǎng)獲得該組織（如軟骨組織）的細胞。從屠宰場取廢棄的牛卵巢，抽取卵母細胞體外培養(yǎng)成熟。用顯微針去除卵母細胞的核，再將耳細胞注入卵母細胞，用電刺激方法使卵母細胞與體細胞融合，這時供體核就進入了受體卵母細胞，再用電刺激或化學物質激活注入了體細胞核的卵母細胞，使其完成減數(shù)分裂和發(fā)育過程。核移植胚胎在體外短時間培養(yǎng)后，挑選正常卵裂的胚胎植入經(jīng)同期發(fā)情處理的受體母牛體內(nèi)。,P50思考與探究4.體細胞核移植技術在研究和應用上還存在什么問題？請你查閱資料，了解這方面的前沿動態(tài)。提示：在研究方面，克隆動物基因組重新編程的機制尚不清楚，克隆技術效率低，克隆動物畸形率高、死亡率高、易出現(xiàn)早衰等問題。這些問題尚在研究中。在應用上，生產(chǎn)克隆動物費用昂貴，距大規(guī)模應用還有一定距離。,