新高考生物一轮复习考点课件第55讲 动物细胞工程(含解析)
展开第55讲 动物细胞工程
1.阐明动物细胞培养是从动物体获得相关组织,分散成单个细胞后,在适宜的 培养条件下让细胞生长和增殖的过程。动物细胞培养是动物细胞工程的基础。2.阐明动物细胞核移植一般是将体细胞核移入一个去核的卵母细胞中,并使重 组细胞发育成新胚胎,继而发育成动物个体的过程。3.阐明动物细胞融合是指通过物理、化学或生物学等手段,使两个或多个动物 细胞结合形成一个细胞的过程。4.概述细胞融合技术是单克隆抗体制备的重要技术。5.简述干细胞在生物医学工程中有广泛的应用价值。
考点二 动物细胞融合技术和单克隆抗体
考点三 动物体细胞核移植技术和克隆动物
主要考点 必备知识
动物细胞工程常用的技术手段有动物细胞培养、动物细胞融合、动物细胞核移植、生产单克隆抗体等,其中动物细胞培养技术是其他动物细胞工程技术的基础。
其它动物细胞工程的基础
2.原理:细胞增殖(有丝分裂)。
1.动物细胞培养概念:从动物体中取出相关的组织,将它分散成单个细胞,然后在适宜的培养条件下,让这些细胞生长和增殖的技术。
3.目的:获得细胞或细胞产物;不能获得完整动物个体。
动物细胞培养需要什么样的条件?
4.动物细胞培养的条件:营养、无菌、无毒 的环境、温度和pH、气体环境。
营养(1)成分:已知成分:将细胞所需的营养物质按种类和所需量严格配制的培养基。称为合成培养基。 未知成分:使用合成培养基时,通常需加入血清等一些天然成分。血清中含有人类尚未全部研究清楚、细胞生长和增殖所必需的物质。 (2)培养基的物理性质:培养动物细胞一般使用液体培养基,也称为培养液。
动物细胞进行培养时通常要添加血清
血清中含有蛋白质、氨基酸、葡萄糖、激素等,其中蛋白质主要为白蛋白和球蛋白。氨基酸有多种,是细胞合成蛋白质的基本成分,其中有些氨基酸动物细胞本身不能合成(称为必需氨基酸),必须由培养液提供。血清激素有胰岛素、生长激素等及多种生长因子(如表皮生长因子、成纤维细胞生长因子、类胰岛素生长因子等);血清还含有多种未知的促细胞生长因子、促贴附因子及其他活性物质,能促进细胞的生长、增殖和贴附。因此,细胞培养时,要保证细胞能够顺利生长和增殖,一般需添加10%~20%的血清。
(1)保证无菌、无毒环境的具体措施 ①对培养液和所有培养用具进行灭菌处理。 ②在无菌环境下进行操作。 ③培养液需要定期更换,以便清除代谢物,防止细胞代谢物积累对细胞自身造成危害。
思考题:如何防止培养过程中的微生物污染?
在细胞培养液中添加一定量的抗生素
适宜的温度、pH和渗透压
(1)适宜的温度:哺乳动物细胞培养的温度多以36.5±0.5℃为宜。 (2)适宜的pH:多数动物细胞生存的适宜pH为7.2-7.4。 (3)适宜的渗透压:维持细胞正常的形态和功能。
通常采用培养皿或松盖培养瓶。并将它们置于含有95%空气和5%CO2的混合气体的CO2培养箱中进行培养。
O2:细胞代谢所必需的。 CO2:主要作用是维持培养液的pH。
放入CO2培养箱中培养
用机械的方法,或用胰蛋白酶、胶原蛋白酶等处理的方法,将组织分散成单个细胞
一般取材于动物胚胎或幼龄动物的组织、器官。 因为这些细胞分化程度低,增殖能力强,容易培养。
(1)将细胞分散成单个细胞。方法:①机械的方法。 ②用胰蛋白酶、胶原蛋白酶等处理一段时间。
(2)用培养液将细胞制成细胞悬液。
原因:①从动物体取出的成块组织中,细胞与细胞靠在一起,彼此限制了生长和增殖; ②能使细胞与培养液充分接触,更易进行物质交换。
注意: 胰蛋白酶除了可以消化细胞间的蛋白外,长时间的作用也会消化细胞膜蛋白,对细胞有损伤作用,因此必须控制好胰蛋白酶的消化时间。 一般来说幼年动物的组织细胞比老年动物的组织细胞易于培养。同样,组织细胞的分化程度越低,则增殖能力越强,所以更容易培养。 一般而言,动物细胞培养不需经过脱分化过程。因高度分化的动物细胞发育潜能变窄,失去了发育成完整个体的能力,所以,动物细胞也就没有类似植物组织或细胞培养时的脱分化过程了。要想使培养的动物细胞定向分化,通常采用定向诱导动物干细胞,使其分化成所需要的组织或器官。
(1)操作过程:将细胞悬液放入培养皿或培养瓶内,置于适宜环境中培养。原代培养:通常将分瓶之前的细胞培养,即动物组织经处理后的初次培养称为原代培养。
(2)体外培养的动物细胞类型
①悬浮生长类:能够悬浮在培养液中生长增殖。 ②贴壁生长类:需要贴附于某些基质表面才能生长增殖(细胞贴壁),大多数细胞属于此类。
为什么要进行分瓶培养?
会因细胞密度过大、有害代谢物积累和培养液中营养物质缺乏
细胞贴壁:悬液中分散的细胞贴附在瓶壁生长的现象。
接触抑制:当贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时,细胞通常会停止分裂增殖。
(2)分瓶的具体做法
(1)将分瓶后的细胞培养称为传代培养。
在沉淀中得到细胞,同时去掉上清液中的胰蛋白酶。
注意:细胞以一个培养瓶移至另一个培养瓶,由此培养液有所稀释,即称为“一代”不是细胞分裂次数,一般一代细胞分裂2~3次。
思考:正常细胞能否一直传代培养下去?
不可以; 细胞的传代培养一般传至10代后就不易传下去,这时细胞能保持细胞正常的二倍体核型; 传至10-50代左右时,增殖会逐渐缓慢,以至于完全停止,这时部分细胞的细胞核型可能会发生变化,这一阶段的细胞称为细胞株; 继续传代培养时,少部分细胞会克服细胞寿命的自然极限,获得不死性,这些细胞已经发生了突变,正在朝着等同于癌细胞的方向发展,这一阶段的细胞称为细胞系,细胞系的遗传物质一定改变了;
动物胚胎或幼龄动物的组织、器官
少部分突破细胞寿限“癌变”,无限传代
动物细胞培养不能最终培养成动物体
分化程度低,增殖能力强
植物组织培养和动物细胞培养的比较
用机械法或胰蛋白酶、胶原蛋白酶将组织细胞分散开。
离体植物器官、组织、细胞
有机营养成分;无机营养成分;植物激素。
糖类、氨基酸、无机盐、维生素等营养物质及一些天然成分如血清。
①培养过程中细胞都进行有丝分裂,不涉及减数分裂;②均需无菌操作,需要适宜的温度、pH等条件。
6.干细胞培养及其应用
(2)干细胞分布:存在于早期胚胎、骨髓和脐带血等多种组织和器官中。
(1)干细胞概念:机体中能进行自我更新(产生与自身相同的子代细胞)并具有多向分化潜能(分化形成不同细胞类型)的一类细胞称为干细胞。
干细胞基本特征:干细胞能产生与自己相同的子代细胞,即自我更新能力。同时也具有分化成不同细胞类型的潜能.
胚胎干细胞(简称ES细胞):也叫全能干细胞。①分布:存在于早期胚胎中,②特点:具有分化为成年动物体内的任何一种类型的细胞,并进一步形成机体的所有组织和器官甚至个体的潜能。③应用实例:ES细胞在体外分化成心肌细胞、神经元细胞和造血干细胞等。
包括胚胎干细胞和成体干细胞等。
成体干细胞:①分布:存在于成体组织或器官内中,②常见类别:包括骨髓中的造血干细胞(多能干细胞)、神经系统中的神经干细胞和睾丸中的精原干细胞(专能干细胞)等。③特点:一般认为,成体干细胞具有组织特异性,只能分化成特定的细胞或组织,不具有发育成完整个体的能力。
④发现最早、研究最多的、应用最成熟的实例:造血干细胞,主要存在于成体的骨髓、外周血和脐带血中。
①概念:通过体外诱导小鼠成纤维细胞,获得了类似胚胎干细胞的一种细胞,称为诱导多能干细胞,简称iPS细胞。
(4)诱导多能干细胞(iPS细胞)
②诱导多能干细胞优点:a.诱导过程无须破坏胚胎;b.iPS细胞可以来源于病人自身的体细胞,将它移植回病人体内后,理论上可以避免免疫排斥反应。
③诱导性多潜能干细胞的制备
转入相关因子,细胞发生转化
制备iPS细胞的其他方法
借助载体将特定基因导入细胞中诱导形成iPS细胞
直接将特定蛋白导入受体细胞中诱导形成iPS细胞
用小分子化合物来诱导形成iPS细胞诱导形成iPS细胞
成纤维细胞以及已分化的T细胞、B细胞
因此,普遍认为iPS细胞的应用前景优于胚胎干细胞。
干细胞应用面临的问题:存在导致肿瘤发生的风险。
实例:有着自我更新能力及分化潜能的干细胞,与组织、器官的发育、再生和修复等密切相关,因而在医学上有着广泛的应用。
治疗白血病及一些恶性肿瘤放疗或化疗后引起的造血系统、免疫系统功能障碍等疾病
治疗神经组织损伤和神经系统退行性疾病(如帕金森病、阿尔茨海默病等)
可治疗小鼠的镰状细胞贫血症,在治疗阿尔兹海默病、心血管疾病、白血病、帕金森病等领域的研究也取得了新进展
1.下列有关动物细胞培养的表述,正确的是( )A.培养环境中需要氧气,不需要二氧化碳B.培养的细胞有两类:悬浮生长和贴壁生长,都需定期用胰蛋白酶处理,分瓶后才能继续增殖C.干细胞是从胚胎中分离提取的细胞D.幼龄动物细胞比老龄动物细胞更易于培养
解析:动物细胞培养过程既需要O2,也需要CO2,A错误;动物细胞培养中,细胞具有贴壁生长以及接触抑制的特点,因此在培养中需要用胰蛋白酶处理贴壁的细胞并进行分瓶培养,B错误;胚胎干细胞是从早期胚胎或原始性腺中分离提取的细胞,干细胞不一定来自胚胎,如造血干细胞,C错误;幼龄动物组织细胞分裂能力强,因此选择幼龄动物的组织细胞更易于培养,D正确。故选D。
[对点训练]1.下列有关动物细胞培养所需条件的叙述,错误的是( )A.为保证培养的动物细胞处于无菌、无毒的环境,培养液和培养用具等需要进行消毒处理B.动物细胞培养应在含95%空气和5%CO2的恒温箱中培养,CO2的作用是维持培养液的pHC.培养液中有糖类、氨基酸、无机盐、维生素等D.使用合成培养基时,应加入动物的血清等一些天然成分
解析:为保证培养的动物细胞处于无菌、无毒的环境,培养液和培养用具等需要进行灭菌处理。
考向 干细胞培养及其应用
2.治疗性克隆有望最终解决供体器官的短缺和器官移植出现的排异反应。如图表示治疗性克隆的过程,下列有关叙述不正确的是( )
A.上述过程利用了动物细胞核移植、动物细胞培养等技术B.上述过程充分说明动物细胞具有全能性C.①过程的完成离不开胚胎干细胞的增殖和分化潜能D.①、②过程都发生DNA复制和蛋白质合成
解析:根据题意和图示分析可知:该过程涉及到许多生物技术,如动物细胞核移植、胚胎干细胞经过①②等过程涉及到动物细胞培养,A正确;细胞全能性指高度分化的细胞离体后能发育成完整的生物个体的潜能。上述过程仅获得了脏器组织细胞、神经细胞等,没有得到个体,因而没有体现动物细胞的全能性,B错误;①过程依赖于胚胎干细胞的增殖使细胞数量增多,依赖于细胞分化得到脏器组织干细胞和神经组织干细胞,C正确;①、②过程都有细胞增殖,在细胞增殖的间期发生DNA复制和蛋白质合成,D正确。故选B。
1.制备肝细胞悬液时先用剪刀剪碎肝组织,再用胃蛋白酶处理( )2.动物细胞培养时,O2是细胞代谢所必需的,CO2的主要作用是维持培养液的pH( )
3.肝细胞培养过程中通常在培养液中通入5%的CO2刺激细胞呼吸( )4.在25 ℃的实验条件下可顺利完成大鼠神经细胞的培养( )
1.(选择性必修3 P44)细胞贴壁: 。2.(选择性必修3 P44)接触抑制:_________________________________ 。3.(选择性必修3 P44)细胞在培养过程中分裂受阻的原因:_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
细胞贴附在培养瓶的瓶壁上的现象
当贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时,
细胞通常会停止分裂增殖的现象
会因细胞密度过大、有害代谢物积累和培养液中营养物质缺乏等因素而分裂受阻;对于贴壁细胞来说,除上述因素外,还会因为接触抑制而停止分裂增殖
4.选择性必修3 P44“旁栏思考”:进行动物细胞培养时常用胰蛋白酶分散细胞,是因为细胞间物质主要是 。不能用胃蛋白酶的原因是 。
胃蛋白酶作用的适宜pH为1.5左右,而动物细胞培养的适宜pH为7.2~7.4,
胃蛋白酶在此环境中没有活性
动物细胞融合技术和单克隆抗体
(1)概念: 动物细胞融合也称细胞杂交,是指使两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的技术,融合后形成的具有原来两个或多个细胞遗传信息的单核细胞,称为杂交细胞。 (2)原理:细胞膜具有一定的流动性。 (3)融合方法:物理法:电融合法; 化学法:聚乙二醇(PEG)融合法、 生物法:灭活病毒诱导法等。
注意:灭活病毒诱导细胞融合的原理是病毒表面含有的糖蛋白和一些酶能够与细胞膜上的糖蛋白发生作用使细胞互相凝聚,细胞膜上的蛋白质分子和脂质分子重新排布,细胞膜打开,细胞发生融合。灭活是指用物理或化学手段使病毒或细菌失去感染能力,但是并不破坏这些病原体的抗原结构。
(4)融合实质及完成的标志:细胞核的融合 (6)意义:①突破有性杂交的局限,使远缘杂交成为可能。 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利用动物细胞融合技术而发展起来的杂交瘤技术,为制造单克隆抗体开辟了新途径。
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
聚乙二醇(PEG)融合法、电融合法、离心法;高Ca2+-高pH融合法
聚乙二醇(PEG)融合法、电融合法、灭活病毒诱导法
主要用于制造单克隆抗体
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
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, 且抗体的特异性差、灵敏度低。
(1)单克隆抗体的制备原理:一种B淋巴细胞只能分泌一种抗体,B淋巴细胞在体外不能无限增殖;骨髓瘤细胞能无限增殖;B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合得到的杂交瘤细胞,既能迅速大量繁殖,又能产生专一的抗体。
(2)单克隆抗体的优点: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。
图中给小鼠注射特定的抗原蛋白,其目的是什么?
能分泌所需抗体的杂交瘤细胞
刺激机体发生免疫应答,从而产生特定的B淋巴细胞。
诱导其融合的方法有哪些?
物理:电融合法化学:聚乙二醇 生物:灭活的病毒 (动物细胞特有)
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,只有融合的杂种细胞才能生长。
补充资料:第一次筛选获得杂交瘤细胞
1.细胞合成DNA有D和S两条途径,其中D途径能被氨基嘌呤阻断。2.人淋巴细胞中有这两种DNA的合成途径,但不能分裂增殖。 3.鼠骨髓瘤细胞中只有D途径,没有S途径,但能不断分裂增殖。
筛选出杂交瘤细胞方法?
细胞无增殖能力的细胞在培养基中存活仅5-7天,细胞的多聚体也容易死去。
将诱导融合后的细胞接种于HAT培养基后两周,则细胞生存状况及原因为:B细胞和B-B细胞________________________________________骨髓瘤细胞和瘤-瘤细胞_____________________________________________杂交瘤细胞________________________________________________
死亡;能进行补救合成途径,但是无增殖能力;
死亡;两种途径均无法进行,无法合成DNA,无法增殖;
存活;能进行补救合成途径,能合成DNA,可大量增殖;
第2次筛选的目的是得到能产生所需抗体的杂交瘤细胞。
筛选原理:用96孔板培养,在每一个孔中尽量只接种一个杂交瘤细胞的情况下,进行克隆化培养和抗体检测(进行多次筛选)。选择抗体检测呈阳性的杂交瘤细胞,即分泌的抗体能与特定的抗原结合。
每一个孔中尽量只接种一个杂交瘤细胞
补充资料:第二次筛选——克隆化培养和抗体检测
单克隆抗体制备过程中两次筛选的方法及目的
诱导融合后得到的细胞中,除杂交瘤细胞之外,还有未融合的亲本细胞,也有融合的具有同种核的细胞
由于小鼠在生活中还受到其他抗原的刺激,所以经第一次筛选之后获得的杂交瘤细胞中有能产生其他抗体的细胞
用特定的选择培养基进行筛选
用96孔板培养,在每一个孔中尽量只接种一个杂交瘤细胞的情况下,进行克隆化培养和抗体检测(进行多次筛选)
获得足够数量的能分泌所需抗体的杂交瘤细胞
既可以产生特异性抗体,又可以大量增殖
获取大量所需杂交瘤细胞?
体外培养或小鼠腹腔内增殖.
体外培养:从细胞培养液中获取。小鼠腹腔内培养:从小鼠腹水中获取。
(1)作为诊断试剂:在多种疾病的诊断和病原体鉴定中发挥重要的作用。
原理:单克隆抗体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。
①多种疾病的诊断实例: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病原体的鉴定实例:乙肝病毒表面抗原定量检测试剂盒。③其他类型诊断实例:早早孕诊断试剂盒。
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”,灵敏度很高,在妊娠的第8天就可以做出诊断,比原来的诊断方法提前了10天左右,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。
(2)运载药物:抗体—药物偶联物(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。
ADC的作用机制示意图
ADC的抗体和药物各具有什么作用?
ADC的抗体和药物具有的作用分别是导向和治疗。
除了细胞毒素,还有哪些物质理论上可以作为ADC偶联的药物?
放射性同位素和化学药物等。
ADC在临床应用上的作用机理是什么?
其作用机理是通过单克隆抗体的靶向作用特异性地识别肿瘤细胞表面抗原,然后利用细胞本身具备的内吞作用使化学药物进入肿瘤细胞体内发生药力,从而达到杀死肿瘤细胞的目的。
1.动物细胞融合属于动物细胞工程的技术手段之一,下列有关动物细胞融合的叙述正确的是( )A.动物细胞融合产生的细胞称为重组细胞B.融合后形成的细胞为单核或多核细胞C.常用的诱导融合的生物诱导剂是聚乙二醇、灭活的病毒等D.也称细胞杂交,可由两个或多个动物细胞结合成一个细胞
解析:动物细胞融合产生的细胞称为杂交细胞,核移植产生的细胞称为重组细胞,A错误;融合后形成具有两个或多个细胞遗传信息的单核细胞,B错误;诱导动物细胞融合的生物诱导剂是灭活的病毒,聚乙二醇属于化学诱导剂,C错误;动物细胞融合也称细胞杂交,是指两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的过程,D正确。故选D。
[对点训练]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.都可以用电融合法或PEG融合法诱导B.杂种细胞都能形成新个体C.都突破了有性杂交的局限,使远缘杂交成为可能D.它们的原理都涉及细胞膜的流动性
解析:动物细胞融合与植物体细胞杂交都可用电融合法或聚乙二醇(PEG)作为融合诱导剂,A正确;动物细胞融合形成杂交细胞,植物体细胞杂交可形成杂交个体,B错误;动物细胞融合与植物体细胞杂交突破了有性杂交方法的局限,克服了远缘杂交不亲和的障碍,使远缘杂交成为可能,C正确;动物细胞融合与植物体细胞杂交的原理都涉及细胞膜的流动性,D正确。故选B。
2.如图表示抗人体胃癌的单克隆抗体的制备过程。下列叙述错误的是( )
A.反复给小鼠注射甲的目的是让小鼠体内产生更多的抗体B.人工诱导细胞融合获得乙的常用方法是用灭活的病毒C.丁细胞既能无限增殖又能产生抗甲抗原的抗体D.制备的单克隆抗体可以早期诊断人体胃癌的发生情况
解析:甲为抗原,反复给小鼠注射甲的目的是对小鼠进行免疫,以便产生更多的能分泌相应抗体的浆细胞,A错误;人工诱导动物细胞融合的常用方法是用灭活的病毒,还可以用聚乙二醇、电激,B正确;丁细胞为筛选出来的杂交瘤细胞,杂交瘤细胞既能无限增殖又能产生抗甲抗原的特异性抗体,C正确;单克隆抗体特异性强,灵敏度高,可以在早期检测出人体胃癌的发生情况,D正确。故选A。
[对点训练]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。临床上运用抗体—药物偶联物(ADC)将药物与抗体结合,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。下列叙述错误的是( )A.ADC中的抗体主要是发挥治疗效应B.ADC中的抗体能特异性识别肿瘤抗原C.ADC中的抗体可以通过杂交瘤技术大量制备D.可以将ADC中的药物换成放射性同位素,标记单克隆抗体进行靶向放疗
解析:ADC中抗体的作用是特异性识别肿瘤细胞表面的抗原并与之结合,A错误;抗体能特异性识别抗原并与其结合,题中ADC中的抗体能特异性识别肿瘤抗原,B正确;杂交瘤细胞可以大量制备单克隆抗体,C正确;用放射性同位素标记的单克隆抗体可对肿瘤进行靶向治疗,D正确。故选A。
3.制备单克隆抗体时,要选用已免疫的B淋巴细胞和骨髓瘤细胞融合形成杂交瘤细胞( )4.灭活的病毒能促进动物细胞融合,但不能促进植物细胞融合( )
1.植物原生质体融合与动物细胞融合的原理是相同的( )2.杂交瘤细胞进行体内培养,更容易控制培养条件( )
1.选择性必修3 P48“相关信息”:(1)灭活是指用物理或化学手段使病毒或细菌失去 ,但并不破坏病原体的 。(2)灭活病毒诱导细胞融合与病毒和细胞所含的 有关。
2.选择性必修3 P48~49图2-16(1)制备单克隆抗体过程中,若仅考虑细胞的两两融合,B淋巴细胞和骨髓瘤细胞经细胞融合后产生的细胞有_______________________________ 3种类型,出现不同种类型是因为 。
B细胞自身融合、骨髓瘤细胞自身融
3.(选择性必修3 P49)杂交瘤细胞的特点是__________________________ 。
既能大量繁殖,又能产生足够数
4.(选择性必修3 P50)单克隆抗体的优点是__________________________ 。
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
动物体细胞核移植技术和克隆动物
1.动物细胞核移植技术
注意:克隆动物属于无性繁殖,遗传物质主要来自于A,一小部分来自于B,与C无关。证明了动物细胞核具有全能性,卵母细胞的细胞质有助于体细胞核的全能性表达。
将动物的一个细胞的细胞核,移入一个已经去掉细胞核的卵母细胞中,使其重组并发育成一个新的胚胎, 这个新的胚胎最终发育成动物个体。
2.动物体细胞核移植技术种类:
细胞分化程度低,恢复全能性容易。
细胞分化程度高,恢复全能性十分困难。
3.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。
4.体细胞核移植的过程
将胚胎移入受体(代孕)母牛体内
采集牛卵巢中的卵母细胞,在体外培养到MⅡ期
生出与供体奶牛遗传物质基本相同的犊牛
从供体身体某一部位上取体细胞
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
用物理或化学方法激活重构胚,使其完成细胞分裂和发育过程
(1)选择MⅡ期卵母细胞的原因
①含有促进细胞核表现全能性的物质和营养条件。
②细胞体积大,易于操作。
(2)卵母细胞去核方法:显微操作(去核)法。通常是显微操作去除纺锤体-染色体复合物。也可以采用梯度离心、紫外线短时间照射和化学物质处理等方法在没有穿透卵母细胞透明带的情况下去核或使其中的DNA变性。
(3)“去核”去的是什么?
去除的为纺锤体-染色体复合物。
*去核时,由于MⅡ期卵母细胞核的位置靠近第一极体,用微型吸管一般一并吸出第一极体。
使核移植得到的胚胎或动物核内遗传物质全部来自有重要利用价值的动物。
(5)供体细胞注入卵母细胞的优点:
对卵母细胞损伤较小,保证供核不被破坏,操作也更方便。
*直接将供体细胞注入去核卵母细胞的透明带内。
人工重新构建的胚胎,具有发育成完整个体的能力。
(7)激活重构胚的方法:
②化学方法:Ca2+载体、乙醇和蛋白酶合成抑制
(8)以上方法处理重构胚的目的
激活重构胚,使其完成细胞分裂和发育过程。
证明了动物已分化的体细胞的细胞核具有全能性。
(10)克隆动物的培养 并非全在体外, 还需在代孕个体 子宫内孕育。
你认为用上述体细胞核移植技术培育的克隆动物,是对体细胞供体动物进行了100%的复制吗?为什么?
(1)克隆动物绝大部分DNA来自供体动物的细胞核,但线粒体中的DNA (细胞质中的DNA)同时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,克隆动物所处的环境与核供体 细胞生活的环境不会完全相同。
(3)克隆动物在个体发育过程中有可能发生基因突 变、染色体变异等可遗传变异。
2.体细胞核移植技术的应用前景和存在的问题
加速家畜遗传改良进程,促进优良畜群繁育
有望增加濒危物种的存活数量
转基因克隆动物可以作为生物反应器,生产珍贵的医用蛋白
①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。②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。
①研究克隆动物可使人类更深入地了解胚胎发育及衰老过程。②克隆一批遗传背景相同的动物,可以通过它们之间的对比来分析致病基因。③克隆特定疾病模型的动物,还能为研究该疾病机制和开发相应的药物提供帮助。
①体细胞核移植技术的成功率非常低②各个技术环节有待进一步改进③绝大多数克隆动物存在健康问题,表现出遗传和生理缺陷
考向 动物体细胞核移植技术和克隆动物
1.下列关于体细胞核移植技术应用的叙述,错误的是( )A.利用体细胞核移植技术可以加速家畜遗传改良进程B.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C.转基因克隆动物不能作为异种移植的供体进行器官移植,因为会发生免疫排斥反应D.利用体细胞核移植技术培育后代可以避免细胞核供体的线粒体遗传病基因传递给后代
解析:利用体细胞核移植技术已展示出广阔的应用前景,可以快速繁殖具有优良品质的家畜,可以加速家畜遗传改良进程,A正确;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,生产珍贵的医用蛋白,如乳腺生物反应器、膀胱生物反应器等,B正确;设法去除猪抗原决定基因,再结合克隆技术,培育出没有免疫排斥反应的转基因克隆猪器官,可作为异种移植的供体进行器官移植,C错误;利用体细胞核移植技术培育后代由于细胞质来自卵细胞的供体,可以避免细胞核供体的线粒体遗传病基因传递给后代,D正确。
[对点训练]1.科学家们发现,在核移植过程中,卵母细胞通过表达一些特异因子“修补”了体细胞核中缺失的端粒酶基因,最终成功地从端粒酶杂合缺失的小鼠体细胞中得到多能干细胞,该多能干细胞的端粒长度被有效延长,功能得以恢复。通过核移植后形成的多能干细胞,能分化发育成身体内多种细胞,可用于自身组织修复,并具有安全性。这一成果从实验和理论层面都表明人类“返老还童”不再是梦想。请回答下列问题:(1)动物体细胞核移植所用的受体细胞通常是_____________________,选择该细胞的主要原因是__________________________________________。(2)目前动物核移植技术中普遍使用的去核方法是__________。哺乳动物的核移植可以分为________________和体细胞核移植,其中移植成功率较高的是________________。
(MⅡ期)去核的卵母细胞
卵细胞内含有激发体细胞核全能性表达的成分
[对点训练]1.科学家们发现,在核移植过程中,卵母细胞通过表达一些特异因子“修补”了体细胞核中缺失的端粒酶基因,最终成功地从端粒酶杂合缺失的小鼠体细胞中得到多能干细胞,该多能干细胞的端粒长度被有效延长,功能得以恢复。通过核移植后形成的多能干细胞,能分化发育成身体内多种细胞,可用于自身组织修复,并具有安全性。这一成果从实验和理论层面都表明人类“返老还童”不再是梦想。请回答下列问题:(3)端粒学说认为,细胞衰老的原因是染色体上的端粒结构缩短,而端粒酶能够修复缩短的端粒,从而延缓细胞衰老。由此分析,题干中核移植小鼠的端粒酶活性应较正常小鼠的________。(4)早期胚胎最终要通过________技术才能发育成一个完整的个体。
1.克隆动物都只具备一个亲本的遗传特性( )2.克隆动物的制备属于有性繁殖( )
3.体细胞核移植过程中通常采用MⅡ期的去核卵母细胞作为受体细胞( )
3.选择性必修3 P54“相关信息”:目前动物细胞核移植技术中普遍使用的去核方法是 。也有人采用梯度离心、紫外线短时间照射和化学物质处理等方法。这些方法是在没有穿透卵母细胞透明带的情况下去核或使其中的 。
1.(选择性必修3 P54)核移植技术中必须先去掉受体卵母细胞的细胞核的原因是 。2.(选择性必修3 P54)通过体细胞核移植技术培育的克隆动物,不是对体细胞供体动物进行了100%的复制,原因是__________________________________________________________________________________________。此外,动物的一些行为、习性的形成与所处环境有很大关系。
保证核移植动物的核遗传物质全部来自供体细胞
克隆动物绝大部分DNA来自供体
细胞核,其核外还有少量的DNA,即线粒体中的DNA来自受体卵母细胞
1.(2019·江苏卷改编)下图为杂交瘤细胞制备示意图。骨髓瘤细胞由于缺乏次黄嘌呤磷酸核糖转移酶(HGPRT-),在HAT筛选培养液中不能正常合成DNA,无法生长。下列叙述错误的是( )A.可用灭活的仙台病毒诱导细胞融合B.两两融合的细胞都能在HAT培养液中生长C.杂交瘤细胞需进一步筛选才能用于生产D.细胞膜的流动性是细胞融合的基础
解析:动物细胞融合的方法有灭活病毒诱导法、聚乙二醇(PEG)融合法、电融合法等,A正确;两两融合的细胞包括:免疫B细胞与免疫B细胞的融合细胞、骨髓瘤细胞与骨髓瘤细胞的融合细胞、杂交瘤细胞,据题干信息骨髓瘤细胞在HAT筛选培养液中无法生长,因此骨髓瘤细胞与骨髓瘤细胞的融合细胞在HAT培养液中无法生长,而免疫B细胞与免疫B细胞的融合细胞不能无限增殖,故也不能生长,杂交瘤细胞可以在HAT培养液中生长,B错误;融合后产生的杂交瘤细胞并不是都能表达产生所需的单克隆抗体,还需要进一步筛选才能用于生产,C正确;动物细胞融合依据的原理是细胞膜的流动性,D正确。
2.(2018·全国卷Ⅲ)2018年《细胞》期刊报道,中国科学家率先成功地应用体细胞对非人灵长类动物进行克隆,获得两只克隆猴——“中中”和“华华”。回答下列问题:(1)“中中”和“华华”的获得涉及核移植过程,核移植是指______________________________________________________________________________________________________________。通过核移植方法获得的克隆猴,与核供体相比,克隆猴体细胞的染色体数目_______(填“加倍”或“不变”)。(2)哺乳动物的核移植可以分为胚胎细胞核移植和体细胞核移植,胚胎细胞核移植获得克隆动物的难度________(填“大于”或“小于”)体细胞核移植,其原因是__________________________________________。
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
胚胎细胞分化程度低,恢复全能性相对容易
2.(2018·全国卷Ⅲ)2018年《细胞》期刊报道,中国科学家率先成功地应用体细胞对非人灵长类动物进行克隆,获得两只克隆猴——“中中”和“华华”。回答下列问题:(3)在哺乳动物核移植的过程中,若分别以雌性个体和雄性个体的体细胞作为核供体,通常,所得到的两个克隆动物体细胞的常染色体数目________(填“相同”或“不同”),性染色体组合________(填“相同”或“不同”)。
解析:(1)核移植是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。因为染色体在细胞核中,所以克隆动物体细胞的染色体数目与提供细胞核的个体的体细胞相同。(2)由于动物的胚胎细胞分化程度低,恢复全能性相对容易,而动物的体细胞分化程度高,恢复全能性十分困难,因此,动物体细胞核移植的难度明显高于胚胎细胞核移植。(3)哺乳动物雌雄个体的体细胞中,细胞核内常染色体的数目是相同的,性染色体组合是不同的。若分别以雌性个体和雄性个体的体细胞作为核供体,则得到的克隆动物的体细胞中常染色体的数目相同,性染色体组合不同。
3.(2020·全国卷Ⅰ)为研制抗病毒A的单克隆抗体,某同学以小鼠甲为实验材料设计了以下实验流程。
回答下列问题:(1)上述实验前必须给小鼠甲注射病毒A,该处理的目的是________________ ________________。 (2)写出以小鼠甲的脾脏为材料制备单细胞悬液的主要实验步骤:__________ _____________________________________________________________________________________。
诱导小鼠甲产生能够分泌抗病
取小鼠甲脾脏剪碎,用胰蛋白酶或胶原蛋白酶等处理使其分散成单个细胞,加入培养液制成单细胞悬液
回答下列问题:(3)为了得到能产生抗病毒A的单克隆抗体的杂交瘤细胞,需要进行筛选。图中筛选1所采用的培养基属于________,使用该培养基进行细胞培养的结果是_____________________。图中筛选2含多次筛选,筛选所依据的基本原理是____________________________。 (4)若要使能产生抗病毒A的单克隆抗体的杂交瘤细胞大量增殖,可采用的方法有________________________________________________(答出2点即可)。
只有杂交瘤细胞能够生存
抗原与抗体的反应具有特异性
将杂交瘤细胞注射到小鼠腹腔内增殖;将杂交瘤细胞在体外培养
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