医药领域
1.用作生物反应器生产昂贵药物和保健产品
把药用蛋白或营养蛋白质与组织特异性表达调控元件藕联， 运用家畜的造血系统或泌乳蛋白生产药用或营养蛋白质，
提高畜牧业的经济效益。
2.利用转基因猪生产人类所需要的器官 转基因动物技术的发展可以将携带有人免疫系统基因的转基
因猪，为人的器官移植提供了有效的器官来源途径。
3. 建立人类疾病的动物模型 通过精确地激活或增强某些基因的表达，制作各种人类遗传疾 病的动物模型，其研究结果具有较高的真实性，可用于诊断、治 和新药筛选。同时利用转基因动物可建立敏感动物品系及与人类 相同疾病的动物模型，可用于药物筛选。
家畜乳腺生物反应器生产重组蛋白的优势
• 生物活性高，家畜乳腺可对表达的蛋白质进行糖基化 酯化和磷酸化等翻译后加工，产物接近天然提取物， 不易产生抗药性。 • 乳腺可以不断分泌奶汁，长期收集不会对动物造成伤害。 • 对动物的生理活动影响小，药物蛋白限制在乳腺内生产，
不会对转基因动物的正常生理活动造成影响。
• 开发周期短、生产成本低。
转基因家畜乳腺生物反应器生产药用蛋白
产品 抗凝血酶 蛋白酶抑制因子 蛋白酶原激活因子 路易斯抗体 抗癌抗体 胰蛋白酶 血纤维蛋白原 受体 山羊 山羊 山羊 山羊 山羊 绵羊 绵羊 用途 表达量/g.L-1 14 20 6 14 0.5 12 6 公司 GTC GTC GTC GTC GTC PPL PPL 研发阶段 获准上市 临床Ⅰ期 临床Ⅱ/Ⅲ期 蛋白质纯化 提高表达量 临床Ⅱ/Ⅲ期 临床前期
第一头转基因猪的降临
推动转基因动物的研究狂潮
1985年，Harmmer和Berm首次用显微注射技术把MT为启动子的人生长激素融 合基因(MT／hGH)注射入猪受精卵的雄原核内， 得到1头转基因猪。
转基因家畜研究发展迅速
研究方向经历两次较大转变
2.外源基因整合的机理
随机整合(Random integration) – 表达水平变化较大。 - 可能由于甲基化灭活。 - 可能缺乏启动子或增强子。 - 可能整合在异染色质而沉默 (silencers)。
Benefits of Transgenic animals to Human Welfare
Agricultural Applications: • Breeding: Increase milk production, high growth rate • Quality: Milk with less lactose, cholesterol, more meat • Disease resistant: Influenza-resistant animals Medical Applications： • Xenotransplantation: Heart, liver, kidney, donor rejection • Nutritional supplements and pharmaceuticals: Insulin, anti-clotting factors • Human gene therapy: Industrial Applications： • Bio-materials: silk • Toxicity sensitive models: Chemical safety testing
Spider Goat
• • • • • • • • • University of Wyoming & Nexia Biotechnologies Transgenic goat Spider silk gene Mammary gland expression Flexible, stronger than steel Bulletproof vests Artificial tendons Clothing Space Elevator
Cancer-Resistant Mouse
• • • • University of Kentucky, 2007 Transgenic mouse Par-4 protein gene Kill cancer cells without affecting normal cells • Resistant to spontaneous and artificially induced tumors
转基因动物研究
动科院动物胚胎工程技术中心
中国科学家用转基因大米研制 人造血2011年11月07日
• 国际在线专稿：据英国《每日电讯报》11月6日报道，由于献血人数减少， 导致血液供应经常出现短缺。中国科学家已经仍含有人类基因的大米中 提炼出一种人类血液中所含的关键蛋白成分，他们将用这种蛋白制造人 造血，治疗烧伤患者或严重失血的病人。 血液中的血浆主要成分为人血清白蛋白（Human Serum Albumin），严 重失血病人最需要它。研究人员认为，转基因大米可以被用于大量生产人 血清白蛋白。人血清白蛋白在人血中大量存在，具有重要作用。它可以将 荷尔蒙、矿物质带往全身，清理血液中的有毒成分，帮助调节血压等。 领导此项研究的武汉大学教授杨代常说：“人血清白蛋白是一种重要蛋 白质，全世界每年需求量达500吨，目前主要来源于人类血浆提炼，但供应 有限。而利用转基因大米可以提供一种经济而安全的方式，生产非动物型 的血液。”
定向整合(Targeted integration) –利用同源重组原理，把 目标基因插入到染色体DNA指定位点。（效率随同源序 列的长度而增加）
转基因表达的可能性很大程度受插入位点周围特性影响。
3.影响外源基因表达的主要因素
受体动物的遗传背景 同一基因在不同物种或同一品种的不同品系之间 表达水平差异很大; 整合位点 同一外源基因整合在染色体的位点不同,基因的表 达水平不同:整合拷贝数过大,基因甲基化;异染色 质区域; 内含子:内含增强子和普通内含子; Brinster等将大鼠生长激素和启动子之间插入内含
子,基因的表达水平也增加10～100倍。
转基因动物研究与应用方向
提高瘦肉率
提高生长速率
提高抗病能力
减少排污
改善肉质成份 改善奶品质
生物材料生产
异种器官移植 医学疾病模型
生物反应器
农业领域 1.改良动物生产性能 利用转基因技术，将所需的优良基因直接转入待改良群体 中，增加新的遗传品质，形成优良的转基因畜禽，仍而改良畜禽 生产性能，如生长速度、繁殖率、瘦肉率、产毛量等，最终培育成 满足人们需要的、具有优良品质的畜禽及鱼类新品系。 2 .抗病育种 对一些种属特异性疾病，可以仍抗该病的动物中克隆出目 的基因，导入易感动物品种的基因组。若该目的基因能够在 宿主基因中表达，那么转基因动物对该病毒具有一定的抵抗 力，由此可培育出抗该病品系。
奶 山 羊
奶量比奶牛少
奶 牛
奶量比奶山羊高得多
体型大、价格高,妊娠期长,产胎儿少, 胚胎来源有限,操作难度大,费力费时, 成本高
转基因仔猪跛行、胃溃疡、糖代谢 紊乱、死亡率高。公猪繁殖率明显 下降
次于奶山羊
猪
生长速度加快,饲料 利用率提高,背膘厚 度下降 个体小,世代周期短, 维持种群容易;产蛋 量很高
Fearless Mouse
• • • • • • • • Rutgers University, 2005 Transgenic mouse Remove the stathmin gene An enzyme in high level of brain implicated in emotional processing and fear Deficits in innate anxiety and learned fear in behavioral test Develop normally Memory were normal Emotional response study
Mighty Mice
• • • • • • Case Western Reserve University, 2008 Transgenic mouse Metabolic enzyme PEPCK-C gene Over produce PEPCK-C enzyme Run 25 times as long as normal one at the same speed Get much of their energy during exercise from fatty acids • Generate less lactic scid • Aging study • Running horses
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杨代常与他的同事开发出一种技术，可以利用细菌将 人类基因植入亚洲大米中，将大米变成“生物工厂”，生 产人体需要的蛋白。现在他们已经成功将人血清白蛋 白基因植入大米中，所生产的蛋白无论仍化学还是物 理成分上看，都与血液中的蛋白成分一样。经过多次实 验，现在大米中所含人血清白蛋白比例已经占10%。 • 布里斯托尔大学高级讲师加文· 墨菲（Gavin Murphy） 称，这项研究将为医院血液供应产生革命性的影响。他 说：“利用田地中种植的植物，可以提供大量血蛋白，将 解决我们现在面临的所有血液供应问题。”但将人类基 因植入大米中引发反对转基因技术人士的安全担忧。 （杨柳）
Drug-Producing Chicken
• • • • • • Roslin Institute, Edinburgh, Scotland Transgenic chicken Antibody against virus of the gut Extract from egg white Simpler and efficient than systhetic methods Children diarrhea
动脉移植 呼吸窘迫症 肺栓\心肌梗塞 乳腺癌、肺癌 结肠癌 肺纤维囊肿 外科创伤
2009年2月6日，FDA刚批准了世界首个转基因动物表达 的药用蛋白ATryn上市并用于临床。