1、动物细胞工程(15分钟50分)1.(10分)(2020聊城模拟)型干扰素是效应T细胞分泌的一种淋巴因子,可用于治疗病毒感染和癌症,通常只能从人体内获得,产量小、体外保存相当困难。若将其分子上的一个半胱氨酸替换为丝氨酸,在-70 条件下可以保存半年。用现代生物工程技术生产该种单克隆型干扰素已成为一种发展趋势。回答下列问题:(1)蛋白质工程是以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系作为基础,通过_,对现有蛋白质进行改造或制造新的蛋白质。若将干扰素的一个半胱氨酸替换为丝氨酸,所推测出的脱氧核苷酸序列不止一种,其原因是_。(2)人工合成该种型干扰素基因后,可利用PCR技术对其扩增,该技术需要合成两种
2、引物,其原因是_。(3)诱导效应T细胞与骨髓瘤细胞融合的化学试剂是_。杂交瘤细胞具有的特点是_。(4)从融合的细胞中筛选出分泌该种型干扰素的杂交瘤细胞,所采用的技术是_。体外培养杂交瘤细胞时,需要向培养液中添加动物血清,其作用是_。【解析】(1)蛋白质工程是以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系作为基础,通过基因合成或基因修饰,对现有蛋白质进行改造或制造新的蛋白质。由于密码子的简并性,若将干扰素的一个半胱氨酸替换为丝氨酸,所推测出的脱氧核苷酸序列不止一种。(2)人工合成该种型干扰素基因后,可利用PCR技术对其扩增,由于基因的两条反向平行的链都可作为模板,其碱基序列不同。需要根据一段已知的目
3、的基因的核苷酸序列合成两种引物,来进行子链延伸。(3)诱导效应T细胞与骨髓瘤细胞融合的化学试剂是聚乙二醇。该杂交瘤细胞是骨髓瘤细胞和效应T细胞融合产生的,故既能迅速大量繁殖,又能产生专一的淋巴因子。(4)需要经过抗原-抗体杂交即专一抗体检测,从融合的细胞中筛选出分泌该种型干扰素的杂交瘤细胞。体外培养杂交瘤细胞时,需要向培养液中添加动物血清,它可以补充合成培养基缺乏的营养物质和微量元素。答案:(1)基因修饰或基因合成密码子具有简并性(或丝氨酸有多种密码子)(2)基因的两条反向平行的链都可作为模板,其碱基序列不同(3)聚乙二醇(PEG)既能迅速大量繁殖,又能产生专一的淋巴因子(4)抗原-抗体杂交补
4、充合成培养基缺乏的营养物质和微量元素2.(10分)(2019昆明模拟)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
5、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蛋白抗原或N蛋白抗原),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:浆细胞(细胞1)自身融合的细胞,基因型为HHHH;骨髓瘤细胞(细胞2)自身融合的细胞,基因型为SSSS;浆细胞(细胞1)和骨髓瘤细胞(细胞
6、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蛋白抗原或N蛋白抗原)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3.(15分)甲型流感(H1N1)病毒在世界各地大面积蔓延,有些国家还出现了死亡病例。科学家已分离出甲型H1N1病毒(一种RNA病毒)。某制药厂根据下面流程图生产预防和治疗甲型流感的抗体,请据图回答有关问题。(1)进行过程a之前,必须对小鼠注射_,使
7、小鼠产生免疫反应。若细胞甲是小鼠骨髓瘤细胞,则细胞乙是从小鼠体内提取的_细胞。(2)促进b过程常用的化学诱导剂是_。假设仅考虑某两个细胞的融合,则可形成_种类型的细胞丙,因此需要特定的选择培养基筛选出_细胞用于培养。选出此细胞后,还需进行克隆化培养和_检测,经多次筛选,就可获得足够数量的能分泌所需抗体的细胞。(3)理论上,注射了该抗体的人群不能长期具有对甲型流感的免疫能力,试分析原因(至少写出两点)。【解析】(1)在单克隆抗体的制备过程中,先要对小鼠进行抗原注射,即用灭活的甲型流感(H1N1)病毒注射,使得小鼠产生免疫反应,提取出来的细胞乙是已经免疫的B淋巴细胞,即浆细胞,与骨髓瘤细胞结合,形
8、成杂交瘤细胞。(2)b过程是诱导浆细胞与骨髓瘤细胞融合的过程,常用聚乙二醇进行诱导,一共可以形成三种两两融合的细胞,其中只有杂交瘤细胞是符合要求的,所以需要用特定的选择培养基进行筛选。选出此细胞后,还需进行克隆化培养和抗体检测。(3)抗体在人体内存留时间较短,且H1N1病毒是RNA病毒,容易发生变异,所以注射了该抗体的人群不能长期具有对甲型流感的免疫能力。答案:(1)灭活的甲型流感(H1N1)病毒B淋巴(2)聚乙二醇三杂交瘤抗体(3)抗体存留时间较短、H1N1病毒变异频繁4.(15分)(2017全国卷)编码蛋白甲的DNA序列(序列甲)由A、B、C、D、E五个片段组成,编码蛋白乙和丙的序列由序列
9、甲的部分片段组成,如图1所示。回答下列问题:(1)现要通过基因工程的方法获得蛋白乙,若在启动子的下游直接接上编码蛋白乙的DNA序列(TTCGCTTCTCAGGAAGGA),则所构建的表达载体转入宿主细胞后不能翻译出蛋白乙,原因是_。(2)某同学在用PCR技术获取DNA片段B或D的过程中,在PCR反应体系中加入了DNA聚合酶、引物等,还加入了序列甲作为_,加入了_作为合成DNA的原料。(3)现通过基因工程方法获得了甲、乙、丙三种蛋白,要鉴定这三种蛋白是否具有刺激T淋巴细胞增殖的作用,某同学做了如下实验:将一定量的含T淋巴细胞的培养液平均分成四组,其中三组分别加入等量的蛋白甲、乙、丙,另一组作为对
10、照,培养并定期检测T淋巴细胞浓度,结果如图2。由图2 可知:当细胞浓度达到a时,添加蛋白乙的培养液中T淋巴细胞浓度不再增加,此时若要使T淋巴细胞继续增殖,可采用的方法是_。细胞培养过程中,培养箱中通常要维持一定的CO2浓度,CO2的作用是_。仅根据图1、图2可知,上述甲、乙、丙三种蛋白中,若缺少_(填“A”“B”“C”“D”或“E”)片段所编码的肽段,则会降低其刺激T淋巴细胞增殖的效果。【解析】(1)编码蛋白乙的DNA序列(TTCGCTTCTCAGGAAGGA)转录后的mRNA无起始密码子AUG或GUG,无法进行翻译,所以不能翻译出蛋白乙。(2)用PCR技术获取DNA片段B或D的过程中,在PCR反应体系中加入序列甲作为模板,加入4种脱氧核苷酸作为合成DNA的原料。(3)细胞培养过程中会出现贴壁生长、接触抑制现象,可采用胰蛋白酶处理,进行传代培养。细胞培养过程中,培养箱中CO2的作用是维持培养液一定的pH。根据图1、图2可知,蛋白乙促进T淋巴细胞增殖的效果最好,与编码蛋白甲和乙的DNA序列相比,编码蛋白丙的序列缺少C片段,蛋白丙缺少C片段所编码的肽段,促进T淋巴细胞增殖的效果最差。答案:(1)编码乙的DNA序列中无起始密码子对应的碱基序列,转录出的mRNA无起始密码子(2)模板脱氧核苷酸(3)进行细胞传代培养维持培养液的pHC