动物细胞工程

重点知识归纳及讲解

（一）动物细胞培养

1、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，让这些细胞生长和繁殖。

2、过程

(1)原代培养：人们通常将动物组织消化后的初次培养称为原代培养。

(2)传代培养：贴满瓶壁的细胞需要重新用胰蛋白酶等处理，然后分瓶继续培养，让细胞继续增殖。这样的过程称为传代培养。

思考：

(1)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？

用胰蛋白酶分散细胞，说明细胞间的物质主要是蛋白质。胃蛋白酶的适宜pH约为2，胰蛋白酶的适宜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，因此胰蛋白酶适宜于细胞培养时的消化。

(2)胰蛋白酶真的不会把细胞消化掉吗？

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。

3、条件

(1)无菌、无毒的环境，添加抗生素防污染，定期更换培养液。

(2)营养：糖、氨基酸、促生长因子、无机盐、微量元素等。通常还需加入血清、血浆等一些天然成分。

(3)温度和pH：一般与动物的体温相近，多数细胞生存的适宜pH为7.2～7.4。

(4)气体环境：通常在含95%空气加5%CO2的混合气体的培养箱中进行培养。

思考：为什么对动物细胞进行培养时通常要添加血清？

由于人们对细胞所需的营养物质还没有完全搞清楚，而血清所含物质丰富。①有蛋白质、氨基酸、葡萄糖、激素等，其中蛋白质主要有白蛋白和球蛋白。氨基酸有多种，是细胞合成蛋白质的基本成分，其中有些氨基酸是动物细胞本身不能合成的(称为必需氨基酸)，必须由培养基提供。血清激素有胰岛素、生长激素等及多种生长因子(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)。②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。

4、应用

(1)生产有重要价值的生物制品，如病毒疫苗、干扰素、单克隆抗体等。

(2)应用于基因工程(作受体细胞)。

(3)检测有毒物质，判断某种物质的毒性。

(4)培养正常或各种病变的细胞，用于生理、病理、药理等方面的研究。

（二）动物体细胞核移植技术

1、概念

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。

用核移植的方法得到的动物称为克隆动物。

哺乳动物核移植分为胚胎核移植(容易)和体细胞核移植(困难)。

2、过程

思考：用于核移植的供体细胞一般都选用传代10代以内的细胞，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遣传基础，通常采用传代10代以内的细胞。

3、应用前景

(1)在畜牧生产中，利用体细胞克隆技术可以加速家畜遗传改良进程，促进优良畜群繁育。

(2)转基因克隆动物可以作为生物反应器，生产许多珍贵的医用蛋白。

(3)转基因克隆动物细胞、组织和器官可以作为异种移植的供体。

(4)人的核移植胚胎干细胞经过诱导分化，形成相应的组织器官后，可以用于组织器官的移植。

(5)研究克隆动物和克隆细胞可使人类更深入地了解胚胎发育及衰老过程。

(6)用克隆动物做疾病模型，能使人们更好地追踪研究疾病的发展过程和治疗疾病。

(7)在保护濒危物种方面，可望利用体细胞核移植技术增加这些动物的存活数量。

4、存在的问题

(1)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。

(2)绝大多数克隆动物存在健康问题，表现出遗传和生理缺陷。

(3)对克隆动物食品的安全性问题也存有争议。

（三）动物细胞融合

1、概念

动物细胞融合也称细胞杂交，是指两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的过程。

2、诱导因素

常用的诱导因素有灭活的病毒、聚乙二醇(PEG)、电激等。

（三）单克隆抗体

1、概念

单克隆抗体是指由单个B淋巴细胞进行无性繁殖(克隆)形成的细胞群所产生的化学性质单一、特异性强的抗体。

2、制备过程

思考：制备单克隆抗体时，为什么要选用B淋巴细胞和骨髓瘤细胞融合形成杂交瘤细胞？

哺乳动物感染抗原后，其体内会形成相应的B淋巴细胞，B淋巴细胞能分泌相应的抗体凝聚或杀死这些抗原。动物在免疫反应的过程中，每一种B淋巴细胞能分泌一种特异性抗体，要想获得大量的特异性抗体，必须使能分泌该单一抗体的B淋巴细胞大量增殖。B淋巴细胞具有产生单一抗体的能力，但不能在体外增殖；骨髓瘤细胞是一种癌细胞，它能在体外培养条件下无限增殖，但不能产生抗体，因此，把一种B淋巴细胞与骨髓瘤细胞进行细胞融合，产生杂交瘤细胞，它会兼有两个亲本细胞的特性——在体外培养条件下能不断增殖，同时能产生出某种特异性的抗体。

3、应用

(1)作为诊断试剂，鉴定病原、诊断疾病。

(2)用于治疗疾病和运载药物。

课外拓展

一、植物组织培养与动物细胞培养的比较

类型

培养基

培养结果

应用

植物组织培养

固体培养基，成分主要是矿质元素、蔗糖、维生素、植物激素、有机添加物获得新个体或细胞①快速繁殖试管苗、培养无病毒植株

②细胞产品

③人工种子

④转基因植物培养

动物细胞培养

液体培养基，成分主要是葡萄糖、氨基酸、无机盐、维生素、动物血清大量新生细胞或细胞产品①蛋白质生物制品②皮肤细胞培养

③有毒物质检测

④科学研究

二、为什么动物细胞要分散成单个细胞培养？

分散成单个细胞后容易培养，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。

三、体细胞核移植与线粒体DNA

目前出生的克隆动物，没有与核供体动物完全一样的，如在毛色花纹上就会有微细的差异。

对多利羊的研究发现，其核外的少量DNA，即线粒体中的DNA来自于受体卵母细胞，而不像其他DNA一样来自于供体核。

法国某研究中心最近指出，现有的核移植技术普遍重视细胞核中的DNA，而忽视细胞质中线粒体DNA的作用，因此无法真正克隆出一模一样的动物。该研究中心对实验鼠进行了12年的研究，发现细胞核DNA并非包括机体全部的遗传信息，其细胞质中线粒体DNA在机体某些遗传特征方面也起重要作用。如线粒体DNA对动物大脑的发育和行为都有直接影响。