动物细胞工程
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1.(12 分)(2021·中原名校质量考评)英国科学家格雷戈里·温特以及美国科学家乔治·史密斯因在肽类和抗体的噬菌体展示技术等领域的巨大成就而获 2018 年诺贝尔化学奖。该技术是将编码多肽或蛋白质的基因插入噬菌体外壳蛋白基因,然后让该噬菌体感染宿主细胞,成熟的噬菌体从宿主中释放出来,成熟噬菌体表面就会出现对应的多肽或蛋白质。请回答下列问题: (1)若利用噬菌体展示技术获取人抗体,应首先从人的________(填“B”“T”或“体”)细胞中获取 mRNA,通过____________________________,再合成目的基因(人抗体基因)。然后通过 PCR技术扩增目的基因,此过程中,需要的物质除模板链、四种脱氧核苷酸外,还需要__ __。
(2)如图所示为利用细胞杂交技术制备单克隆抗体的过程,A 细胞为小鼠黑色素瘤细胞,B 细胞为小鼠巨噬细胞(免疫细胞的一种),C 为融合细胞或杂交细胞。从 A、B 细胞到 C 细胞的过程中,所形成的 C 有________种(仅考虑两两融合),用特定的选择性培养基筛选后得到的 D 细胞应该是____________,D 细胞还需进行________________________________,就可获得能够分泌所需抗体的细胞。
(3)利用噬菌体展示技术生产单克隆抗体与利用细胞杂交技术生产单克隆抗体的过程相比,噬菌体展示省去了______________________(步骤),使制备更简单易行。
【解析】(1)抗体基因在 B 细胞中表达,在 T 细胞、体细胞中均不表达,因此只能从 B 细胞中获取人的抗体基因的 mRNA。通过逆转录过程获取 cDNA 片段,再合成目的基因。采用 PCR 技术扩增目的基因的过程中,需要的物质除模板链、四种脱氧核苷酸外,还需要引物和热稳定 DNA 聚合酶(Taq 酶)。(2)图中从 A、B 细胞到 C 细胞的过程中,所形成的 C 有 AA 型、BB 型、AB 型 3种(仅考虑两两融合),用特定的选择性培养基筛选后得到的 D 细胞应该是融合的杂交瘤细胞,D细胞还需进行克隆化培养和专一抗体检测,就可获得能够分泌所需抗体的细胞。(3)由于噬菌体可以侵染宿主细胞,将重组 DNA 分子注入宿主细胞中,因此利用噬菌体展示技术获得单克隆抗体无须进行动物细胞融合,使制备更简单易行。
答案:(1)B 逆转录过程获取 cDNA 片段 引物和热稳定 DNA 聚合酶(Taq 酶) (2)3 杂交瘤细胞 克隆化培养和专一抗体检测
(3)动物细胞融合 2.(14 分)(2021·大同模拟)如图是利用现代生物工程技术治疗遗传性糖尿病的过程图解。请据图回答:
(1)②所示的生物技术名称是______________。重组细胞 A 培养过程中所用培养液除一些无机盐和有机盐类外,还需添加维生素、激素、氨基酸、核苷酸等成分以及____________________等物质,并且用一定的方法激活其完成细胞分裂和发育进程。该过程通常用去核的卵母细胞作为 受 体 细 胞 的 原 因 除 了 它 体 积 大 、 易 操 作 、 营 养 物 质 丰 富 外 , 还 因 为 它 含 有____________________的物质。
(2)图中③所示的结构名称是____________。若实现重组细胞 B 定向诱导分化,需要在培养基中加入________________________。
(3)④所示的生物技术名称是______________,若想得到大量健康的胰岛 B 细胞基因,可利用________技术。
(4)图示方法与一般的异体移植相比最大的优点是________________。
【解析】(1)①是从体细胞分离出来的细胞核,与去核的卵母细胞进行②核移植。动物细胞培养时,培养液的成分包括无机盐、有机盐类、维生素、激素、氨基酸、核苷酸及血清等物质。该过程通常用去核的卵母细胞作为受体细胞的原因除了它体积大、易操作、营养物质丰富外,还因为它含有促进细胞核全能性表达的物质。(2)胚胎干细胞可通过定向诱导分化形成相应的组织细胞,所以③是从早期胚胎中分离的干细胞(内细胞团)。要实现重组细胞 B 定向诱导分化,需要在培养基中加入分化诱导因子。(3)④是将目的基因导入受体细胞,属于基因工程技术。若想得到大量健康的胰岛 B 细胞基因,可利用 PCR 技术。(4)由于细胞核来自患者自身的体细胞,所以与异体移植相比最大的优点是不发生免疫排斥反应。
答案:(1)核移植技术 血清 促进细胞核全能性表达 (2)内细胞团(胚胎干细胞) 分化诱导因子 (3)基因工程(转基因技术、DNA 重组技术) PCR (4)没有免疫排斥反应
【易错警示】关注动物细胞培养与核移植中四个问题 (1)动物细胞培养和植物组织培养都存在细胞的培养过程,但植物细胞可以先分裂再分化,而动物细胞不分化只分裂。
(2)区分原代培养和传代培养的关键为是否分瓶培 养。贴壁生长到一定程度需要用胰蛋白酶处理,然后再分瓶培养,原代培养结束,开始了传代培养。
(3)经植物组织培养成的植株与提供外植体的植株完全相同,而动物细胞核移植形成的个体与供体大部分性状相同,也有少部分性状与提供去核卵母细胞的个体相同。
(4)核移植过程中供体理论上是提供细胞核,但操作过程中可以把整个细胞注入去核的卵母细胞中,原因是体细胞体积相对较小,取核难度较大,另外细胞膜对核融合的障碍性较小。
3.(10 分)(2021·哈尔滨模拟)如图为制备单克隆抗体和多克隆抗体的示意图。据图回答下列问题:
(1)图中向小鼠注射抗原后,所获得的免疫抗血清实际上是含有______________________的混合物,这种方法制备的抗体不仅产量低,而且纯度低。
(2)图中选用 B 细胞和骨髓瘤细胞融合成杂交瘤细胞,说明细胞膜具有________。
(3)图中两次筛选的目的不同,其中筛选①的目的是筛选出____________,筛选②的目的是筛选出__________________________________。
(4)科学工作者正在研究的用于治疗癌症的“生物导弹”就是__,
请指出一种用“生物导弹”治疗癌症的方法较普通化疗的优点
__。
【解析】(1)据图可知,向小鼠注射包含多种抗原决定簇的抗原后,所获得的免疫抗血清实际上是含有 Ab1、Ab2、Ab3、Ab4 的混合物,这种方法制备的多克隆抗体不仅产量低而且纯度低。(2)B 细胞和骨髓瘤细胞融合体现了细胞膜的结构特性——流动性。(3)图中两次筛选的目的不同,其中筛选①的目的是筛选出杂交瘤细胞,筛选②的目的是筛选出能产生所需抗体的杂交瘤细胞。(4)科学工作者正在研究的用于治疗癌症的“生物导弹”,注入体内,借助单克隆抗体的导向作用,将抗癌药物定向带到癌细胞所在位置,在原位杀死癌细胞。用“生物导弹”治疗癌症和普通化疗相比优点是不损伤正常细胞,且用药剂量少,毒副作用小。
答案:(1)Ab1、Ab2、Ab3、Ab4 (2)流动性 (3)杂交瘤细胞 能产生所需抗体的杂交瘤细胞 (4)单克隆抗体上连接抗癌药物 不损伤正常细胞,且用药剂量少,毒副作用小 4.(14 分)如图表示动物细胞培养程序图,请据图回答下列问题: ①取动物组织块 ↓ ____②____ ↓ ③处理组织分散成单个细胞 ↓ ④制成 ________ ↓ ⑤转入培养液中进行培养 ↓ ⑥处理贴壁细胞分散成单个细胞,制成 ________ ↓ ⑦转入培养液中进行培养 (1)过程②表示 ____________。
(2)过程 ____________用胰蛋白酶处理组织块或贴壁细胞使其分散成单个细胞,这样做的目的是__ __。
(3)过程⑤进行的细胞培养是 ____________,细胞适于 ____________生长增殖。
(4)过程⑦进行的细胞培养是 ____________,一般传至 10 代后就不易传下去了,传至 10～50 代左右时,增殖会逐渐缓慢,以至于完全停止,部分细胞的 ____________会发生改变。继续培养时,少部分细胞发生了 __________,朝着等同于 ____________的方向发展。
(5)⑤和⑦过程都要放在 ____________中培养。
【解析】(1)动物细胞培养时,先将组织剪碎。
(2)根据动物细胞培养的操作流程并结合图示可知,需要用胰蛋白酶使动物细胞分散成单个细胞,过程是③和⑥,其目的是解除由于接触对细胞生长和增殖的抑制。
(3)悬液中分散的细胞很快就贴附在瓶壁上,称为细胞贴壁,以后,细胞进行有丝分裂,数目不断增多,当贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时,细胞就会停止分裂增殖,这种现象称为细胞
的接触抑制,人们通常将动物组织消化后的初次培养称为原代培养。
(4)贴满瓶壁的细胞需要重新用胰蛋白酶等处理,然后分别继续培养,让细胞继续增殖,这样的过程称为传代培养;一般传至 10 代后就不易传下去了,传至 10～50 代继续培养时,增殖会逐渐缓慢,以至于完全停止,部分细胞的细胞核型会发生改变;继续培养时,少部分细胞发生了突变,朝着等同于癌细胞的方向发展。
(5)动物细胞培养的⑤和⑦过程都要放在恒温的二氧化碳培养箱中培养。
答案: (1)剪碎组织 (2)③和⑥ 解除由于接触对细胞生长和增殖的抑制 (3)原代培养 贴壁 (4)传代培养 细胞核型 突变 癌细胞 (5)二氧化碳培养箱
【加固训练】
狂犬病病毒的核酸是 RNA,G 蛋白和 N 蛋白是狂犬病病毒的主要抗原,它们刺激人体后可诱导人体产生相应的抗体和细胞免疫反应。如图表示用生物工程制备抗狂犬病病毒单克隆抗体的过程。请回答下列问题:
(1)制备该单克隆抗体的技术属于生物技术的细胞工程。图中细胞 1 是小鼠体内注入____________后而获得的________细胞,细胞 2 为__________细胞。细胞 1 具有产生______________的功能,细胞 2 的突出特点是__________________。诱导细胞 1 和 2 融合的方法很多,常用的诱导因素有聚乙二醇、______________、电激等。
(2)若细胞 1 基因型为 HH,细胞 2 基因型为 SS,在两两融合后的众多细胞中,基因的组合类型可能有________________________________________________(填基因型)。
(3)动物培养基的配方通常含有糖、氨基酸、无机盐、微量元素等,与植物细胞培养基有所不同的是,还含有__________________。
【解析】(1)首先应给小鼠注射特定抗原(灭活的狂犬病病毒或 G 蛋白或 N 蛋白),使小鼠产生相应的免疫反应,然后从小鼠的脾脏中取得已免疫的B淋巴细胞或浆细胞(细胞1),该细胞能够产生特异性抗体。用聚乙二醇、电激、灭活的病毒(或仙台病毒)等方法诱导 B 细胞(细胞 1)
和骨髓瘤细胞(细胞 2)融合。
(2)若细胞 1 基因型为 HH,细胞 2 基因型为 SS,在两两融合后细胞有三种情况:①B 细胞(细胞1)自身融合的细胞,基因型为HHHH;②骨髓瘤细胞(细胞2)自身融合的细胞,基因型为SSSS;③B细胞(细胞 1)和骨髓瘤细胞(细胞 2)融合形成的杂交瘤细胞,基因型为 HHSS。
(3)由于动物细胞生活的内环境还有一些成分尚未 研究清楚,因此与植物细胞培养基相比,动物培养基中除了含有糖、氨基酸、无机盐、微量元素等,还应加入动物血清、血浆。
答案:(1)灭活的狂犬病病毒(G 蛋白或 N 蛋白) B 淋巴(或浆) 骨髓瘤 特异性抗体 能够大量增殖 灭活的病毒 (2)HHSS、HHHH、SSSS (3)动物血清、血浆