动物细胞工程的教案

动物细胞工程

北京四中 编稿老师：毕诗秀 审稿老师：陈月艳 责 编：陈 莉

[知识结构]

（一）动物细胞培养 1．过程：

思考：

1、细胞株和细胞系的区别?

(细胞株的遗传物质与原细胞相比并没有发生改变，而细胞系的遗传物质发生改变，并带有癌变的特点)

2、动物细胞培养液的成分和性质?

(水、无机盐、葡萄糖、氨基酸、维生素和动物血清，属于液体培养基)

2、动物细胞培养技术的应用：

①生产一些蛋白质生物制品——病毒疫苗、干扰素、单克隆抗体；

②检测有毒物质；

③烧伤病人的植皮。

思考：

请设计实验，通过细胞培养技术检测某一河流是否受污染以及污染的程度?

（提示：可以将实验分为两大组，一组用蒸馏水配置动物细胞培养液（对照组），一组用河水配置动物细胞培养液（实验组），分别用这两种培养液培养小鼠细胞，过一段时间后，通过显微镜观察两组培养液中细胞的形态，计算畸形率，如果两组培养液中细胞的畸形率大体相等，则说明河水没有被污染，如果实验组的畸形率高于对照组，可以判断河水被污染，可以根据畸形率的大小判断污染程度，畸形率越大，污染越严重）

（二）动物细胞融合

灭活病毒的作用：凝集蛋白质，使膜分子重新排布。

填表比较植物体细胞杂交和动物细胞融合的异同：

（三）单克隆抗体的制备 1、克隆的概念

“克隆”从英文“clone”音译而来，其定义是无性繁殖系，在生物学领域有3个不同层次的含义。现在引申出的概念：遗传背景完全相同的一个群体。

1）DNA水平，特定DNA片段通过重组DNA技术插入到一个载体（如质粒和病毒等）中，然后在宿主细胞中进行自我复制所得到的大量完全相同的该DNA片段的“群体”。

2）在细胞水平，克隆是指由一个单一的共同祖先细胞分裂所形成的一个细胞群体。比如：使一个单一细胞在体外的培养液中分裂若干代所形成的一个遗传背景完全相同的细胞集体即为一个细胞克隆。又如，在脊椎动物体内，当有外源物（如细菌或病毒）侵入时，会通过免疫反应产生特异的识别抗体。产生某一特定抗体的所有浆细胞都是由同一个B细胞分裂而成，这样一个浆细胞群体也是一个细胞克隆。

3）在个体水平，克隆是指基因型完全相同的两个或更多的个体组成的一个群体。比如：两个同卵双胞胎即为一个克隆。因为他（她）们来自同一个受精卵细胞，所以遗传背景完全一样。生物个体的克隆可分为植物个体的克隆、动物个体的克隆。

2、传统获得抗体一血清抗体的方法及不足： 产量低、特异性差、纯度低、反应不灵敏

3、单克隆抗体是指通过克隆，形成遗传物质完全相同的细胞群，由该细胞群产生出化学性质单一、特异性强的抗体。

单克隆抗体技术尚处于研究阶段，这项技术包含着细胞培养、动物细胞杂交技术等，是细胞培养和动物细胞杂交技术综合应用。

（1）米尔斯坦和柯勒的实验方案

（2）制备单克隆抗体的意义：疾病的预防、诊断治疗

例如：早早孕试纸、治疗癌症的生物导弹。

（四）哺乳动物和人的胚胎移植和胚胎分割移植 1、试管婴儿

概念：

“试管婴儿”是指分别将卵子、精子取出后，在体外使其受精，并发育成胚胎后，再植回母体子宫内。

试管婴儿进行的步骤：

药物诱发超排卵→监测卵泡→取卵→取精→体外受精→胚胎体外培养→胚胎移植→胚胎移植后补充激素(黄体酮)→胚胎移植后14天验晨尿确定是否妊娠→妊娠后14天，B超检查胎儿数及胚胎着床部位。

补充资料：试管婴儿的发展

试管婴儿如今已发展到第四代。第一代是指常规体外受精一胚胎移植及衍生技术，该技术适应于女性不孕问题，如输卵管性不育、排卵障碍、子宫内膜异位症、宫腔内人工授精失败、抗精子抗体的免疫因素、原因不明的女性不孕症等；第二代是指单精子卵细胞浆内显微注射受精技术，这种技术是帮助少、弱、畸精子的受孕，解决的是男性不育问题；第三代试管婴儿是指胚胎植入前遗传学诊断技术，此技术主要针对单基因遗传病：如地中海贫血症、血友病以及染色体异常等疾病，其胚胎在分裂为8个细胞时做遗传缺陷诊断，其基本理论为：从多个受精卵中选择出基因型最好的移植。如伴Y染色体遗传病，只要通过PGD技术选择生女儿便可以避免遗传病遗传给新生儿。该技术在优生方面有所进步，在不育人群中，需要作第三种试管婴儿的不育患者，相对是比较少的。第四代试管婴儿技术是指卵浆置换，该技术适用于那些排卵功能正常，但因为身体不好或者年龄偏大，致使卵子的质量不高，活力差的女性。具体方法是将妻子的卵细胞的细胞核取出，移植到一位年轻的、身体健康的女性卵子的细胞浆中，形成一个新的、优质的重组卵细胞。

专家认为：应用诱发排卵或超排卵药物后引起的恶心、呕吐、腹部不适、体重增加、少尿、肾衰等的卵巢过度刺激综合征，取卵穿刺的损伤与出血、感染、自然流产等均是试管婴儿的并发症；由于其成功率每例只有30％一40％，因此移植的通常不是一枚受精卵，这种做法在带来较高成功率的同时，也带来如多胎妊娠、婴儿早产、出生时体重过轻、产后出血、妊娠高血压等并发症，严重影响母亲和孩子的健康，同时多胎也不符合国家的计划生育政策，因此医生在尽量减少植入胚胎的同时，面对多胎必然要减胎。

1978年7月25日，英国首例试管婴儿诞生，女性。

1988年3月10日，中国首例试管婴儿在北医三院诞生，女性。

2、哺乳动物的胚胎移植和胚胎分割移植：

由于哺乳动物如牛、羊等，妊娠时间长，每胎产子数少，繁殖速度比较慢。为解决这一问题，科学家们采用了胚胎移植技术。以优良种牛的繁殖为例：首先用激素促进良种母牛多排卵，然后把卵细胞从母牛体内取出，在试管内与人工采集的精子进行体外受精，培育成胚胎，再把胚胎送入经过激素处理、可以接受胚胎植入的母牛子宫内，孕育成小牛产出。用这种方法得到的小牛叫做试管牛，一头良种母牛一年可繁殖这样的试管牛上百头。除了牛之外，羊、兔、猪、马、猫等动物的胚胎移植也获得了成功。

思考：

1、试管婴儿和正常的怀孕生产的异同?

（相同点：都是有性生殖，胚胎都是在母体内发育，由母亲生产幼儿 不同点：试管婴儿是体外授精，而正常情况下是体内受精）

2、试管婴儿和胚胎移植属于有性生殖还是无性生殖?胚胎分割移植呢?

（试管婴儿属于有性生殖，胚胎分割移植属于无性生殖，因为胚胎经过移植后的每部分都是相同的，分割过程中没有受精的过程）

3、试管婴儿和哺乳动物的胚胎移植的目的或意义分别是什么?

（试管婴儿技术是为了解决男性或女性的不育不孕问题以及人类遗传病问题，而哺乳动物的胚胎移植是为了提高优良种畜的繁殖力）

（五）核移植

（1）核移植技术一鲤鲫鱼的培养过程：

20世纪70年代，我国科学家用核移植技术成功地培育出将鲤鱼和鲫鱼优点集于一身的、可正常繁殖的鲤鲫。具体方法是：他们用极细的玻璃管，从鲫鱼未受精的卵细胞中吸出细胞核，再用同样的方法，从鲤鱼的囊胚细胞中吸出细胞核，然后把鲤鱼囊胚细胞的核移植入去核的鲫鱼未受精卵中，形成一个组装细胞，经过精心培育长成鲤鲫，这种鱼已在北京等地推广。核移植实验不仅在鱼类获得了成功，在此之前，国外的科学家用两栖类做实验也获得了成功。科学家用核移植的方法获得了克隆鱼、克隆两栖动物之后，在20世纪80—90年代，又陆续培养出了克隆牛、羊、兔、猴、小鼠等克隆哺乳动物。

思考：

鲤鲫鱼既有鲤鱼的特点又有鲫鱼的特点说明什么?

（说明生物的性状遗传既受细胞核遗传物质的控制，又受细胞质遗传物质的控制）

（2）克隆羊多莉一Dolly的诞生过程

思考：

1、哪只羊可以是公羊?（B羊）

2、Dolly的性状和B羊完全相同说明什么问题? （生物的性状主要受细胞核控制）

3、Dolly体内的遗传物质全部来自B羊吗?为什么?

（不是，因为A羊为Dolly提供了细胞质，所以只有核物质来自于B羊）

4、科学家们设计用B、C羊的目的是什么？如果只用A羊能获得一只小羊吗?（通过此设计来比较Dolly的性状和哪只羊相似，以此证明Dolly的遗传物质主要来自于B羊）

意义：克隆动物不仅可以作为生物学和医学研究的实验动物，而且对于改良动物品种获得更

优秀动物个体用于生产、治疗人类疾病、保护濒危动物等，都有重要的应用价值。

[典型题解析]

1．用动物细胞工程技术获取单克隆抗体，下列实验步骤中错误的是（ ） A．将抗原注入小鼠体内，获得能产生抗体的B淋巴细胞 B．用纤维素酶处理B淋巴细胞与小鼠骨髓瘤细胞

C．用聚乙二醇作诱导剂，促使能产生抗体的B淋巴细胞与小鼠骨髓瘤细胞融合 D．筛选杂交瘤细胞，并从中选出能产生所需抗体的细胞群，培养后提取单克隆抗体

解析：

用纤维素酶处理植物细胞，去掉细胞壁，而B淋巴细胞与小鼠骨髓瘤细胞的融合需要用物理方法融合、诱导剂或灭活的病毒。

答案：B

2．表现型不同的10头母牛生育出基因型完全相同的小牛，产生这一结果的最可能的技术是（ ）

A．试管动物培养 B．胚胎移植 C．胚胎分割移植 D．受精卵移植

解析：

基因型完全相同的小牛应该来自同一受精卵分裂，产生这一结果的最可能的原因是经过胚胎分割移植。

答案：C

3．下列关于细胞工程的叙述中，错误的是（ ） A．植物细胞融合必须先制备原生质体

B．试管婴儿技术包括人工授精和胚胎移植两方面

C．经细胞核移植培育出的新个体只具有一个亲本的遗传物质 D．用于培养的植物器官或组织属于外植体

解析：

细胞核移植是将供体细胞的核移植入受体细胞的去核细胞质中，该重组细胞获得的遗传物质来自两部分，一部分来自于供体核物质，一部分来自于受体细胞质，所以将来发育成的个体具有两个亲本的遗传物质。

答案：C

4．已知细胞合成DNA有D和S两条途径，其中D途径能被氨基嘌呤阻断，人淋巴细胞中有这两种DNA的合成途径，但一般不分裂增殖。鼠骨髓瘤细胞尽管没有S途径，但能不断分裂

增殖，将这两种细胞在试管中混合，加聚乙二醇促融，获得杂交瘤细胞，请回答：

（1）试管中除融合的杂交瘤细胞外，还有_____________种融合细胞。

（2）设计一方法（不考虑机械方法），从培养液中分离出杂交瘤细胞，并说明原理。 方法：______________________________________________________________________。 原理：______________________________________________________________________。

（3）将分离出的杂种细胞在不同的条件下继续培养，获得A、B、C三细胞株，各细胞株内含有的人染色体如下表所示（“＋”有，“－”无）

测定各细胞株内人体所具有的5种酶的活性，结果是：①B株有a酶活性；②A、B、C株均有b酶活性；③A、B株有c酶活性；④c株有d酶活性；⑤A、B、C株均无e酶活性。若人基因的作用不受鼠基因影响，则支配a、b、c、d和e酶合成的基因依次位于人的______、_______、_______、_______和_______号染色体上。

解析：

（1）试管中有人的淋巴细胞和小鼠骨髓瘤细胞，在促溶剂的作用下，可能出现以下3种细胞的融合情况，人的淋巴细胞和淋巴细胞融合，小鼠的骨髓瘤细胞和骨髓瘤细胞融合，人的淋巴细胞和小鼠的骨髓瘤细胞融合，实验需要的是第3种细胞，即杂交瘤细胞；

（2）要将杂交瘤细胞分离出来，可以在培养液中加入氨基嘌呤，收集增殖的细胞；加入氨基嘌呤后，使D合成途径阻断，仅有D合成途径的骨髓瘤细胞及其彼此融合的细胞就不能增殖，但人淋巴细胞和骨髓瘤细胞融合后的杂种细胞中可以利用淋巴细胞中的S途径合成DNA而增殖。

（3）B株有a酶活性，通过表格可以看出B株有6号染色体而A、C株没有，说明控制a酶活性的基因位于6号染色体上。控制其它酶的基因所在的染色体位置以此类推。

答案： （1）2；

（2）培养液中加入氨基嘌呤，收集增殖的细胞；加入氨基嘌呤后，使D合成途径阻断，仅有D合成途径的骨髓瘤细胞及其彼此融合的细胞就不能增殖，但人淋巴细胞和骨髓瘤细胞融合后的杂种细胞中可以利用淋巴细胞中的S途径合成DNA而增殖。

（3）6；1；2；7；8。