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2.2.1-2动物细胞工程


动物 细胞 工程 常用 技术

动物细胞培养 动物细胞核移植 动物细胞融合 生产单克隆抗体

其中动物细胞培养技术是其他 动物细胞工程技术的基础

动物细胞培养概念:
动物细胞培养 就是从动物机 体中取出相关 的组织,将它分 散成单个细胞, 然后,放在适宜 的培养基中,让 这些细胞生长 和增殖。

1、动物细胞培养过程
动物组织细胞间隙中 含有一定量的弹性纤 维等蛋白质,将细胞 网络起来形成具有一 定弹性和韧性的组织 和器官。
遗传物质 未改变

动物胚胎或幼龄动 物的组织、器官 单个细胞
(水解弹性纤维)

胰蛋白酶

加培养液

细胞悬浮液 原代培养 10代细胞

细胞株

50代细胞
遗传物质 已改变

传代培养

细胞系 无限传代

1.动物细胞的培养过程
取动物器官 和组织 幼龄动物 剪碎组织

胰蛋白酶处理 单个细胞 细胞培养

动物细胞培养技术是其他动物细胞工程技术的基础

思考讨论:在动物细胞培养过程中, 为什么要用胰蛋白酶对取出的动物组织 进行处理?

胰蛋白酶处理动物组织, 可以使动物组织细胞间的胶原 纤维和细胞外的其他成分酶解, 获得单个细胞。

有关概念:
原代培养:指将要培养的动物细胞取 出后,先用胰蛋白酶等使组织分散成 单个细胞,然后配制成一定浓度的细 胞悬浮液,再将该悬浮液放入培养瓶 中培养。 传代培养:将原代细胞从培养瓶中取 出,配制成细胞悬浮液,分装到两个 或两个以上的培养瓶中继续培养,称 为传代培养。

细胞株:原代细胞一般传至10代左右 细胞生长停滞,大部分细胞衰老死亡, 少数细胞存活到40~50代,这种传代细 胞为细胞株。 细胞系:细胞株传代至50代后又出现 细胞生长停滞状态,只有部分细胞由 于遗传物质的改变,使其在培养条件 下可以无限制传代,这种传代细胞为 细胞系。
细胞株和细胞系的区别: 细胞系的 遗传物质改变,具有癌细胞的特点, 失去接触抑制,容易传代培养。

如何界定原代培养和传代培养; 细胞株和细胞系?
随细胞增多,细胞就会停止分裂增殖
细胞株 细胞系 遗传物质改变

细胞 悬浮 液

10代 细胞

50代 细胞
传代培养

无限传 代

贴壁生长细胞分裂生长到 多数组织细胞必须在固定 相互接触时就停止分裂增 的表面上生长和分裂。 殖的现象叫接触抑制

原代培养

2.动物细胞培养条件:
1、无菌、无毒的环境 (添加一定量的抗生素,定期更换培养液) 2、营养 (葡萄糖、氨基酸、无机盐、维生素、动物血清等。) 3、温度和PH 保证细胞顺利的 36.5+(-)0.5度, 7.2-7.4 生长增殖 4、气体环境: O2和CO2(95%空气和5% CO2 )

3.动物细胞培养技术的应用
1.蛋白质生物制品的生产
如病毒疫苗、干扰素、单克隆抗体 2.健康细胞培养

培养健康细胞用于烧伤病人皮肤移植
3.细胞的生理、药理、病理研究

思考:
1、动物细胞培养液的主要成分是什么?较植 物组培培养基有何独特之处? 主要成分:葡萄糖、氨基酸、无机盐、维生素 和动物血清等。独特之处有: ①液体培养基 ②成分中有动物血清等 2、为什么选用动物胚胎或幼龄个体的器官或 组织做动物细胞培养材料?
因为这些组织或器官上的细胞生命力旺盛,分裂能 力强

3、动物细胞培养能否像绿色植物组织培养那 样最终培养成新个体? 不能,动物细胞培养只能使细胞数目增多,不 能发育成新的动物个体

动物细胞培养液的主要成分:
葡萄糖、氨基酸、无机盐、维生素和动物血清等。

动物体细胞大都生 活在液体的环境

与植物培养基相 比其特点是:

(1)液体培养基

(2)含有动物血清

植物组织培养和动物细胞培养的比较
比较项目 植物组织培养 动物细胞培养

原理
培养基性 质 培养基特 有成分 培养结果

细胞的全能性 固体培养基

细胞增殖

液体培养基

蔗糖 植物激素 葡萄糖 动物血清 植物体 细胞株、细胞系 获得细胞或细 胞分泌蛋白

培养目的

快速繁殖、培 育无病毒植株

既然动物体细胞核仍具有全能 性,为什么不能直接利用动物体细 胞培育动物体?

动物细胞的全能性会随着动物 细胞分化程度的提高而逐渐受 到限制,分化潜能逐渐变弱。
怎样才能使动物体细胞表现出全能性呢?

利用动物体细胞核移植技术

二、动物体细胞核移植技术 和克隆动物
1、动物核移植:
动物核移植是将动物的一个细 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 最终发育为动物个体。
克隆动物 用核移植方法得到的动物

2.体细胞核移植的过程
1、受体细胞为什 么选用卵母细胞?
卵母细胞体积大,易操作, 而且含有促使细胞核表达 全能性的某种物质和营养 物质。

2、为什么不是取供体 细胞核进行核移植操 作,而是直接将供体 细胞整个注入去核卵 母细胞中?
保证供核不被破坏,使所得个体的性状更符合供体。

P49 讨论:
1.在体细胞的细胞核移植到受体卵母细胞 之前,为什么必须先去掉受体卵母细胞的 核?
为使核移植的胚胎或动物的遗传物质全部来 自有重要利用价值的动物提供的体细胞,在供体 细胞的细胞核移至受体细胞之前,必须将受体细 胞的遗传物质去掉或将其破坏。

2.用于核移植的供体细胞一般都选用传代 10代以内的细胞,想一想,这是为什么?
培养的动物细胞一般当传代至10~50代左右 时,部分细胞核型可能会发生变化,其细胞遗传 物质可能会发生突变,而10代以内的细胞一般能 保持正常的二倍体核型。因此,在体细胞核移植 中,为了保证供体细胞正常的遗传基础,通常采 用传代10代以内的细胞。

供体细胞 (供核)
卵巢卵母细胞 (MⅡ中期:供质) 构建重组 胚胎

细胞培养

体细胞
注入

细胞 融合

去核 胚胎

无核卵 母细胞

重 组 细 胞

归纳: 1.共分成两大阶段:核移植和胚胎移植 2.取卵细胞作受体细胞的原因是:它是最大的细 胞,易操作,它发育可直接表达性状 3.严格来说新个体有卵巢母细胞的细胞质所以 有两个亲本的性状

移植

代孕 母体

生出与供体奶 牛遗传基础相 同的犊牛

2.体细胞核移植技术的应用前景 1、在畜牧业中可 以加速家畜遗传 改良的进程. 2、保护濒危物种. 3、医药卫生领域生 产医用蛋白质及组织 器官的移植.

克隆动物的研究意义
1.克隆动物作为生物反应器,生产 医用蛋白 2.改良动物品种 3.治疗人类疾病,作为供体 4.保护濒危动物

3.体细胞核移植技术存在 的问题
⑴许多克隆动物表现出遗传和生 理缺陷,如体型过大,异常肥胖, 发育困难,免疫失调等。 ⑵成功率非常低及克隆动物食品 的安全性问题。

体细胞核移植技术存在的问题 许多克隆动物表现出遗传和

生理缺陷,如体型大,异常肥胖, 发育困难,脏器缺陷,免疫失调 等。 在研究方面,克隆动物基因 组重新编程的机制尚不清楚,克 隆技术效率低,克隆动物畸形率 高、死亡率高、易出现早衰等问 题。这些问题尚在研究中。在应 用上,生产克隆动物费用昂贵, 距大规模应用还有一定距离。

1、在动物细胞培养过程中遗传 物质发生改变的细胞是 A.细胞系 B.细胞株 C.原代细胞 D.传代细胞

A

2、动物细胞工程技术的基础是 A.动物细胞融合 B.单克隆抗体 C.胚胎移植 D.动物细胞培养

D

3、用于动物细胞培养的组织 和细胞大都取自胚胎或出生 不久的幼龄动物的器官或组 织,其主要原因是这样的组 织细胞 A.容易产生各种变异 B.具有更强的全能性 C.取材十分方便

D

4.动物细胞培养与植物细胞培养 的重要区别在于 A.培养基不同; B.动物细胞培养不需要在无菌条 件下进行; C.动物细胞可以传代培养,而植 物细胞不能; D.动物细胞能够大量培养,而植 物细胞只能培养成植株。

A

课堂反馈
1.动物细胞培养要经过脱分化吗?为什么?
动物细胞的培养有各种用途,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 2.体细胞核移植方法生产的克隆动物是对体细 细胞发育潜能变窄,失去了发育成完整个体的能力, 胞供体动物进行了100%的复制吗?为什么? 克隆动物绝大部分DNA来自于供体细胞核,但其 所以,动物细胞也就没有类似植物组织或细胞培养 核外还有少量的DNA,即线粒体中的DNA是来自于受 时的脱分化过程了。要想使培养的动物细胞定向分 体卵母细胞。所以,用教材中所述的方法克隆的动 化,通常采用定向诱导动物干细胞,使其分化成所 物不是供核动物完全相同的复制。 需要的组织或器官。 此外,即便动物的遗传基础完全相同,但动物 的一些行为、习性的形成与所处环境有很大关系, 核供体动物生活的环境与克隆动物所生活的环境不 会完全相同,其形成的行为、习性也不可能和核供 体动物完全相同,从这一角度看,克隆动物不会是 核供体动物100%的复制。

知识结构
动物细 胞培养 和核移 植技术

动物细胞培养 动物体 细胞核 移植技 术和克 隆动物
核移植技术和克隆动物的概念 体细胞核移植技术的过程 体细胞核移植技术的应用前景 体细胞核移植技术存在的问题

核移植技术
A母绵羊 B母绵羊 乳腺细胞

多 莉 羊 的 培 育 过 程

卵细胞

细胞质
细胞核移植

细胞核
融合后的卵细胞 卵裂 早期胚胎 胚胎移植

C母绵羊子宫 妊娠 分娩 多莉羊

动物细胞融合 和单克隆抗体

三、动物细胞融合和单克隆抗体 (一)动物细胞融合 1、含义 是指2个或 多 个细胞融形成一个细胞的过程,也 称细胞杂交 2、原理 细胞膜的流动性 [思考1],在两种动物细胞的融合过程中,细胞之间

的融合类型有几种?
1054644467501

3种

3、诱导方式

物理法: 电场诱导 化学法: 聚乙二醇(PEG) 生物法: 灭活的病毒
如:仙台病毒

为什么要用灭活的病毒? 仙台病毒 物理/化 学方法 保留融合活性 丧失感染活性

(二)单克隆抗体的制备 1、获得抗体的传统方法 把某种抗原反复注射到动物体内,然后从动 物血清中分离出所需的抗体。

缺点:产量低

纯度低

特异性差

人们发现,B淋巴细胞尽管可以产生多达百万 种以上的特异性抗体,但是每一个B细胞只分泌一 种特异性抗体。

2、单克隆抗体制备原理、 B淋巴细胞能产生抗体,但在体外不能无限增殖 肿瘤细胞在体外具有无限增殖的能力

3、单克隆抗体的制备过程

用抗原免疫小鼠

骨髓瘤细胞的培养

B淋巴 细胞 融合

骨髓瘤 细胞

多种细胞

置于选择培 养基上培养

B淋巴细胞 培养几天后 死亡
杂交瘤细胞

由于培养 基中缺乏 相应的营 养物,骨 髓瘤细胞 死亡

多 孔 细 胞 培 养 板

用培养液稀释

阳性克隆的筛选和克隆化 培养

注射到小鼠体内

体外培养

单克隆抗体 由单个杂交瘤细胞通过克隆,所产生的化学性质 单一、特异性强的抗体。

[思考1]整个制备过程为何要 经过两次筛选? 第一次筛选: 用特定的选择培养基筛选出 多种杂交瘤细胞 第二次筛选: 筛选出能产生所需抗体的杂 交瘤细胞。 [思考2]科学家又是如何利用 杂交细胞来生产抗体的呢? 体内培养、体外培养

4、单克隆抗体的特点和应用 1、特点:特异性强,灵敏度高,产量高。
2、应用:?诊断试剂 优点:准确,高效,快速 ?用于治疗疾病 ?用于运载药物 “生物导弹”=单克隆抗体+药物


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