动物细胞培养和核移植技术.pdf

《动物细胞培养和核移植技术.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《动物细胞培养和核移植技术.pdf（9页珍藏版）》请在三一文库上搜索。

1、专题 2 细胞工程 2.2 动物细胞工程 2.2.1动物细胞培养和核移植技术 教材预览 导言 动物细胞工程常用的技术手段有、等，其中 是其他动物细胞工程常用的技术的基础。 一. 动物细胞培养 1. 动物细胞培养的过程 培养动物所用的细胞大都取自_或出生不久的 _器官或组织。将组织取出来后，先 用_等使组织分散成单个细胞，然后配置成一定浓度的细胞悬浮液 放在培养瓶中的具有一定浓度的细胞悬浮液在培养箱中培养的过程叫做_; 随着细胞生长的和增 殖，培养瓶中的细胞越来越多，需要定期地用_使细胞从瓶壁上脱离下来，配制成细胞悬浮液， 分装到两个或两个以上的培养瓶中培养，这称为_ _。传代细胞中遗传物质没有

2、发生改变的叫做_; 遗传物质发生了改变，并且带有_ 的特点，这种传代细胞叫做_，这种细胞可以_地传代下去。动物细胞的融合除物理和化 学方法诱导融合之外，还常常用到_作为诱导剂。动物细胞融合技术最重要的用途，是制备 _ 思考 ：胰蛋白酶真的不会把细胞消化掉吗？为什么？ 提示 ：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。 思考 . 进行动物细胞传代培养时用胰蛋白酶分散细胞，说明细胞间的物质主要是什么成分？用胃蛋白酶行 吗？ 提示 ：用胰蛋白酶分散细胞，说明细胞间的物质主要是蛋白质。胃蛋白酶作用的适宜pH约为 2，当 p

3、H大 于 6 时，胃蛋白酶就会失去活性。胰蛋白酶作用的适宜环境pH为 7.2 8.4 。多数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，而胰蛋白酶在此环境中活性较高，因此胰蛋白酶适宜用于细 胞培养时的消化。 2. 动物细胞培养的条件 一般动物细胞体外培养需要1_2_3_4. _等条件 思考 ：为什么对动物细胞进行培养时通常要添加血清？ 提示 ：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

4、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。 3. 动物细胞培养技术的应用 培养动物细胞可以用于检测有毒物质。根据_占全部培养细胞的百分数，可以判断某种物种的毒 性。现在 _已成为检测有毒物质的快速而灵敏的有效手段。 二. 动物细胞核移植技术和克隆动物 动物核移植是将动物的一个细胞的_, 移入一个已经去掉_中. 使其重组并发育成一个新 的_, 这个新的胚胎最终发育为动物个体。 教学过程 一动物

5、细胞培养 1动物细胞培养的过程 取动物组织块剪碎组织分散成单个细胞原代培养传代培养 原代培养： 从机体取出后立即培养的细胞为原代细胞。初次培养称为原代细胞培养。 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4050 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

6、的特点，失去接触抑制，容易传代培养 植物体细胞杂交和动物细胞融合的比较 比较项目植物体细胞杂交动物细胞融合 细胞融合原理细胞膜的流动性、细胞膜的流动性 细胞融合的方法去除细胞壁后诱导原生质体融 合 使细胞分散后诱导细胞融合 诱导方法物理（离心、振荡、电刺激） 化学（聚乙二醇） 物理、化学方法（同左） 灭活的病毒 用途获得杂种植株制备单克隆抗体 思考与讨论 1. 幼龄与老龄动物的组织细胞比较，分化程度低的与分化程度高的组织细胞比较，哪一种更易于培养？思 考一下，这是什么道理？ 提示 ：细胞的衰老与动物机体的衰老有着密切的关系，细胞的增殖能力与供体的年龄有关，幼龄动物细胞 增殖能力强，有丝分裂旺盛

7、，老龄动物则相反。所以，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，则增殖力越强，所以更容易培养。 2. 为什么动物细胞要分散成单个细胞培养？用酶消化的是什么物质？ 提示 ：细胞原代培养时可以分散成单个细胞培养，也可以用细胞群（团）、组织块培养，经传代培养后， 最终都为细胞培养。分散成单个细胞、细胞群（团）后容易培养，细胞所需的营养容易供应，其代谢废物 容易排出；而用大块组织培养时，内部细胞的营养供应和代谢废物的排出都较困难，因此，这些细胞在体 外长时间的生存和生长就较困难。同时，分散成单个细胞培养，可使得在细胞水平操作的其他技术得以实 现。用酶消化

8、的是细胞间基质，细胞间基质主要成分有胶原蛋白、层粘连蛋白、纤粘连蛋白、弹性蛋白等 成分。用蛋白酶可使其消化，从而使细胞相互分离。 3. 动物细胞培养要经过脱分化的过程吗？为什么？ 提示：脱分化又称去分化，是指分化细胞失去特有的结构和功能变为具有未分化细胞特性的过程。植物的 任何一部分，甚至单个细胞都具有长成完整植株的能力。但要发育成完整植株，必须先脱分化，脱分化的 细胞具有发育成任何组织的能力，然后进行再分化，形成完整植株。植物细胞培养主要用于农林生产中的 作物、苗木育种，快速繁育种苗、培育无病毒植株等，这就要求植物的组织或细胞先进行脱分化。动物细 胞的培养有各种用途，一般而言，动物细胞培养不

9、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。 4、为什么培养前要将组织细胞分散成单个细胞？ 提示 ：成块组织不利培养，分散了做成细胞悬浮液利于培养 5、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？ 提示 ：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 例题 1下列对动物细胞培养的有关正确的是( ) A 动物细胞培养的目的是获得大量的细胞分泌蛋白B 动物细胞培养前要用胰蛋白酶使细胞

10、分散C 细胞所 谓癌变发生于原代培养向传代培养过程中D培养至 50 代后传代细胞称为细胞株 2下列有关动物细胞培养的叙述，其中错误的是( ) A 用于培养的细胞大多取自胚胎或幼龄动物的器官或组织B 将所取的组织先用胰蛋白酶等进行处理，使其 分散成单个细胞C 在培养瓶中要定期用胰蛋白酶使细胞从瓶壁上脱离，制成悬浮液D动物细胞培养只能传 50 代左右，所培养的细胞会衰老死亡。 3动物细胞工程技术的基础是( ) A 动物细胞融合 B 胚胎移植 C 动物细胞培养 D 核移植 答案 1.B 2.C 3.C 2. 动物细胞培养的条件 1）. 无菌无毒的环境 2）. 营养 3）. 温度和 pH 4）. 气体

11、环境 思考与讨论 多细胞动物和人体的细胞都生活在内环境中，根据你所学的内环境的知识，思考并讨论以下问题： 1. 体外培养细胞时需要提供哪些物质？ 提示 ：充足的营养供给、适宜的温度、适宜的pH和气体环境。 2. 体外培养的细胞需要什么样的环境条件？ 提示 ：无菌、无毒的环境 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： 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？ 提示 ：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

12、处有：液体培养基 二. 动物细胞核移植技术和克隆动物 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. 1. 体细胞核移植过程 思考与讨论 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？ 提示 ：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？ 提示 ：培养的动物细胞一般当传代至1

13、0 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。 3. 你认为用上述体细胞核移植方法生产的克隆动物，是对体细胞供体动物进行了100% 的复制吗？为什么？ 提示：克隆动物绝大部分DNA来自于供体细胞核，但其核外还有少量的DNA ，即线粒体中的DNA是来自于 受体卵母细胞。所以，用教材中所述的方法克隆的动物不是供核动物完全相同的复制。 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

14、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。 4. 为什么细胞融合过程中使用的病毒需要灭活？不灭活行吗？ 提示：因为灭活的病毒能使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，不 灭活的话会感染细胞，而不能诱导细胞融合 例题 1在动物细胞融合和植物体细胞杂交的比较中，正确的是（） A结果是相同的 B杂种细胞的形成过程基本相同 C操作过程中酶的作用相同 D诱导融合的手段相同 2一只羊的卵细胞核被另一只羊的体细胞核置换后，这个卵细胞经过多次分裂，再植入第三只羊的子宫 内发

15、育，结果产下一只羊羔。这种克隆技术具有多种用途，但是不能 A有选择地繁殖某一性别的家畜 B.繁殖家畜中的优秀个体 C用于保存物种 D.改变动物的基因型 3科学家将雌黑鼠乳腺细胞的细胞核移入白鼠去核的卵细胞内，待发育成早期胚胎后移植入褐鼠的子宫， 该褐鼠产下小鼠的体色和性别分别是 ( ) A黑、雌 B褐、雌 C白、雄 D黑、雄 答案 1.B 2.D 3.A 2. 体细胞核移植技术的应用前景 3. 体细胞核移植技术存在的问题 思考与探究 1997 年，美国威斯康星州的一个奶牛场有一头名叫卢辛达（Lucinda ）的奶牛，年产奶量为30.8 t， 创造了世界奶牛产奶量最高新纪录。目前世界各国高产奶牛

16、场奶牛，年平均产奶量一般为十几吨，而我国 奶牛产奶量年平均水平仅为34 t 。 （1）能利用体细胞核移植技术克隆高产奶牛卢辛达吗？请说明理由。 提示 ：可以用体细胞核移植技术克隆高产奶牛卢辛达。卢辛达的产奶量很高，说明它有高产奶的遗传基础， 利用卢辛达的体细胞克隆的奶牛其遗传物质基本上全部来自该奶牛，其克隆牛具有高产的遗传基础，如果 精心培育和饲养，有可能在世界范围内推广，克隆牛再与高产的公牛自然繁殖，可得到很多高产的后代， 从而加快奶牛改良进程。 但同时需注意，该克隆牛不能无限制地推广，其数量不宜过多，尤其是在小范围内不能无限的繁殖，以避 免奶牛群出现近亲繁殖而引起种质衰退。 （2）如果将克

17、隆高产奶牛卢辛达的任务交给你，你将如何对它进行克隆？ 提示 ：首先从卢辛达耳朵（也可用别的组织、器官，耳朵在活体上容易取）上剪取一小块组织，在体外培 养获得该组织（如软骨组织）的细胞。从屠宰场取废弃的牛卵巢，抽取卵母细胞体外培养成熟。用显微针 去除卵母细胞的核，再将耳细胞注入卵母细胞，用电刺激方法使卵母细胞与体细胞融合，这时供体核就进 入了受体卵母细胞，再用电刺激或化学物质激活注入了体细胞核的卵母细胞，使其完成减数分裂和发育过 程。核移植胚胎在体外短时间培养后，挑选正常卵裂的胚胎植入经同期发情处理的受体母牛体内。 4. 体细胞核移植技术在研究和应用上还存在什么问题？请你查阅资料，了解这方面的前

18、沿动态。 提示：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。 小结： 课堂练习 1. 世界上第一只克隆绵羊“多利” 的培育程序如右图所示。请看图 后回答： (1) 写出图中 a 、 b 所指的细胞工程名称: a ,b (2) 实施细胞工程a 时, 所需的受体细胞大多采用动物卵细胞的 原因是 : 。 (3) “多利”面部的毛色是, 请根据遗传学原理说 明判断的原因是： (4) 继植物组织培养之后, 克隆绵羊的培育成功, 证明动物细胞也具有。 2.

19、人工肾能部分代替真正的肾起作用。如下图所示, 患者的血液在中空的纤维中向一侧流动，称为透析液 的水溶液在中空的纤维外侧向相反的方向流动。血液中的水分子、废物等通过血液透析膜（中空纤维壁） 进入到透析液中，请分析： （1）人工制成的血液透析膜具有性，当病人的血液通过人工肾时能把病人血液中的 透析掉，然后让的血液返回到病人的体内。 （2）为了防止某些盐类等有用的物质随着废物离开血液，透析液中的酸碱度和渗透压应与 中的基本相同。 （3）患者的血液需要多次流经人工肾后，才能除去大部分小分子废物（如尿素等），原因 是。 A B C D 3. 右图为细胞融合的简略过程图，请回答： （1）若 A、B是植物细

20、胞，在细胞融合之前已经用处理，除去 了；A、B到细胞 C的过程中，常用的物理方法 是，融合完成的标志是。 （2）若 A、B是植物细胞，则形成的D细胞还要应用技术把 D 细胞培养成植株。 （3）若 A、B是动物细胞，一般取自，然后用使 其分散开来。A、B到 C的过程中，常用的不同于植物细胞的手段是，所形成的D称 为。 答案 1(1) 核移植胚胎移植 (2) 卵细胞体积大、易操作、通过发育可直接表现出性状来 (3) 白 色“多利”的全部细胞核基因来自白面绵羊 (4) 全能性 2 （1）选择透过性代谢废物干净（2）血浆（3）一次不能全部交换充分 3 （1）纤维素酶和果胶酶细胞壁电刺激、振动、离心产生细胞壁（2）植物组织培 养（3）动物胚胎或出生不久的幼龄动物的器官或组织胰蛋白酶灭活的病毒诱导杂 种细胞