教案-基因編輯技術(shù)

1、基因編輯技術(shù)教案【教學(xué)目標(biāo)】知識(shí)與能力方面：1、了解什么是基因編輯技術(shù)2、探究基因編輯技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值3、探討基因編輯技術(shù)存在問(wèn)題及展望過(guò)程與方法方面：本課程主要采取學(xué)生小組合作探究的方法，了解什么是基因編輯技術(shù)及其應(yīng)用及展望。在小組合作探究中理解科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)三者的關(guān)系。培養(yǎng)學(xué)生的合作探究精神與自我學(xué)習(xí)，搜集信息和處理信息的能力。情感態(tài)度、價(jià)值觀方面：培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究的精神，關(guān)注科技發(fā)展、培養(yǎng)他們的社會(huì)責(zé)任感。同時(shí)，了解當(dāng)前生命科學(xué)中的前沿領(lǐng)域，了解技術(shù)變革與社會(huì)的聯(lián)系，培養(yǎng)自我學(xué)習(xí)的能力?！窘虒W(xué)重點(diǎn)】1、什么是基因編輯技術(shù)2、基因編輯技術(shù)技術(shù)的應(yīng)用與展望及其引發(fā)的社會(huì)問(wèn)題【教學(xué)難點(diǎn)】基因編

2、輯技術(shù)原理【教學(xué)方法】講授法和學(xué)術(shù)合作學(xué)習(xí)相結(jié)合【教學(xué)課時(shí)】1課時(shí)【教學(xué)過(guò)程】（導(dǎo)入新課）老師：師生共同探討基因編輯技術(shù)的原理學(xué)生：按照教師的安排探究基因編輯技術(shù)原理并開展基因編輯對(duì)社會(huì)影響的小組討論。（新課講授）播放視頻“張峰參與制作一什么是CRISPR-Cas9”配合課件，結(jié)合技術(shù)發(fā)展歷史，以講故事的方式來(lái)進(jìn)行講授定義：基因編輯技術(shù)是通過(guò)人為操作引起特定基因的插入、缺失或替換等，對(duì)基因組進(jìn)行精確修飾和定向編輯的一種技術(shù)。基因編輯技術(shù)：Cre-LoxP重組酶系統(tǒng)Cre-loxPMediatedCeneDeletionLmPsideATCrTCGTATAGCATACATTATACGAAGTTA

3、TCicrKMibiiiawFRT修忙GAAGTTCCTAlT：CTCTAi.4AGTATAiGAACTT，F(xiàn)lpimon腕力Cre重組酶是一種具有催化活性的單體蛋白，它與限制酶功能相似，能識(shí)別特異的DNA序列，即loxP位點(diǎn)，使loxP位點(diǎn)間的基因序列被刪除或重組。RNA干擾:6附剪切d&RMAIIIII小干捕住RNA與的白睛合颼威RN4叫導(dǎo)訊躍臺(tái)跖RISC；值健RMA(mRNAmRNA破蹲解，嘉因沉*出現(xiàn)R威對(duì)r典個(gè)基時(shí)的siRNA在細(xì)胞內(nèi)RNA解旋酶的作用下解鏈成正義鏈和反義鏈，繼之由反義siRNA再與體內(nèi)一些酶（包括內(nèi)切酶、外切酶、解旋酶等）結(jié)合形成RNA誘導(dǎo)的沉默復(fù)合物（RNA-in

4、ducedsilencingcomplex，RISC）。RISC與外源性基因表達(dá)的mRNA的同源區(qū)進(jìn)行特異性結(jié)合，RISC具有核酸酶的功能，在結(jié)合部位切割mRNA,切割位點(diǎn)即是與siRNA中反義鏈互補(bǔ)結(jié)合的兩端。被切割后的斷裂mRNA隨即降解，從而誘發(fā)宿主細(xì)胞針對(duì)這些mRNA的降解反應(yīng)。人工內(nèi)切核酸酶技術(shù)鋅指核酸酶（ZFNs）轉(zhuǎn)錄激活因子樣效應(yīng)物核酸酶（TALENs）基于特制的DNA-結(jié)合特異性的蛋白質(zhì)系統(tǒng)，通過(guò)束縛核酸內(nèi)切酶的催化區(qū)域，調(diào)節(jié)DNA結(jié)合蛋白，引起特定位點(diǎn)的靶向雙鏈DNA斷鏈。CRISPR/Cas規(guī)律成簇間隔短回文重復(fù)序列PAM#1TmwnflWI東曲嫌序村里配內(nèi)SU/(CRIS

5、PR/Cas)：通過(guò)一小段與靶向DNA堿基互補(bǔ)配對(duì)的RNAs及其引導(dǎo)Cas蛋白，引起DNA位點(diǎn)特異性靶向雙鏈DNA斷鏈，產(chǎn)生靶基因修飾。實(shí)際上就是一種基因編輯器，是細(xì)菌用以保護(hù)自身對(duì)抗病毒的一個(gè)系統(tǒng)，也是一種對(duì)付攻擊者的基因武器。(結(jié)合課件)作用機(jī)制的科普性講解。CRISPR/Cas在基因治療中的應(yīng)用對(duì)于功能缺失型突變引起的基因遺傳病，可利用CRISPR/Cas9將功能基因片段插入，改正引起疾病的突變體；對(duì)于顯性基因遺傳病，可利用CRISPR/Cas9引起NHEJ使顯性致病基因切除；對(duì)于基因重復(fù)復(fù)制所引起的疾病，CRISPR/Cas9用多個(gè)sgRNA同時(shí)引起多個(gè)DSB切除重復(fù)區(qū)域。CRISPR

6、/Cas也可直接用于體細(xì)胞定向基因編輯，將細(xì)胞在體外進(jìn)行定向編輯，再融入患者體內(nèi)，定向修飾基因。實(shí)例：1、HIV-1基因的表達(dá)由長(zhǎng)末端重復(fù)序列(LTR)啟動(dòng)子和增強(qiáng)子活性調(diào)控。構(gòu)建敲除LTR的CRISPR/Cas9系統(tǒng)破壞HIV-1基因組中長(zhǎng)末端重復(fù)序列(LTR)啟動(dòng)子，從而大大地降低了HIV-1在感染細(xì)胞內(nèi)的表達(dá)，利用CRISPR對(duì)源自HIV敏感性的CD4陽(yáng)性T細(xì)胞的一種細(xì)胞系進(jìn)行篩選，研究人員利用CRISPR篩選影響HIV感染但不是細(xì)胞存活所必需的人基因的方法鑒定出5個(gè)基因。讓它們失活時(shí)，會(huì)讓細(xì)胞免受HIV感染，同時(shí)不會(huì)影響細(xì)胞存活。2、DNA甲基轉(zhuǎn)移酶3B(DNA-Methyltrans

7、ferase3B，DNMT3B)基因突變引起免疫缺陷，著絲粒不穩(wěn)定，面部異常綜合征(ICF)。CRISPR/Cas9與iPS技術(shù)共同用于基因治療。3、CRISPR/Cas9移除8細(xì)胞中的HAT酶增加胰島素產(chǎn)生：利用CRISPR/Cas9,瑞典隆德大學(xué)糖尿病中心的研究人員移除遺傳密碼中控制來(lái)自大鼠的產(chǎn)生胰島素的細(xì)胞中的HAT酶功能的序列。這導(dǎo)致TXNIP基因活性下降，因而降低細(xì)胞死亡和增加胰島素產(chǎn)生?，F(xiàn)存問(wèn)題與展望-CRISPR/Cas的安全隱患借助病毒載體把編碼Cas9的DNA帶入細(xì)胞。在Cas9完成切割任務(wù)之后細(xì)胞仍會(huì)繼續(xù)生產(chǎn)這種蛋白，機(jī)體可能會(huì)對(duì)其產(chǎn)生免疫反應(yīng)。基因編輯的細(xì)胞會(huì)死亡，患者需要進(jìn)行多次治療?；?qū)牒途庉嬐緩蕉紩?huì)受病毒載體可攜帶DNA量的限制。目前必須使用兩種不同的病毒載體將CRISPR組件導(dǎo)入到細(xì)胞中，這比使用單個(gè)載體效率更低。人類胚胎基因編輯涉及的倫理問(wèn)題1、被改造的基因和其他基因的關(guān)系搞清楚了嗎?改造某個(gè)基因，產(chǎn)生的影響有多大?聰明等基因呢?能否被改造?2、這種改造是不可逆的，而且會(huì)隨著生殖而遺傳，一旦出現(xiàn)了不合適的改造，如何來(lái)糾錯(cuò)?3、致病基因可以