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3. 干细胞与克隆

细胞工程 · 高二
先确认一下:这一关能不能学
上面这几节是它的地基 —— 没通的话,补完再回来,比硬啃快得多。
讲清楚它是什么

定义 利用未分化细胞的全能性,通过体外培养诱导其发育为完整个体或特定组织的技术。

从哪来 本知识点建立在“2. 培养基的配制”之上,因为干细胞克隆(如胚胎干细胞培养或体细胞核移植后的早期胚胎培养)必须依赖含有特定生长因子、激素及营养物质的专用培养基才能维持未分化状态并启动分裂。

为什么 干细胞的本质特征是“未分化”或“低分化”,这意味着它们保留了全套遗传信息且基因表达处于“待机”状态。 1. 全能性基础:与高度分化的肌肉细胞不同,干细胞(特别是胚胎干细胞)在适宜条件下能表达所有基因,因此具备发育成完整个体的潜能。 2. 克隆原理:克隆并非简单的复制,而是“重编程”。在体细胞核移植中,去核卵细胞质中的因子能抹去体细胞核的分化记忆,使其恢复全能性。 3. 技术逻辑:之所以需要“克隆”这一技术路径,是因为自然状态下干细胞会定向分化,无法直接获得大量相同基因型的个体或组织,必须通过体外人工干预(提供特定信号分子)来锁定其未分化状态或诱导其定向发育。

类比法:种子与盆栽** **适合学生
形象思维强、对抽象概念理解困难的学生。 讲解逻辑: 把干细胞比作“超级种子”,把分化细胞比作“已经长成的大树”。 - 普通细胞:就像一棵已经长成的苹果树,你没法把它变回种子,它只能继续长叶子或结果(分化不可逆)。 - 干细胞:就像一颗休眠的种子,它还没决定长成苹果树还是松树。 - 克隆/培养:就是给这颗种子提供特定的土壤(培养基)和气候(激素),让它按照我们想要的方式发芽、长成一棵完整的树。 - 关键点:强调“潜能”和“指令”,让学生理解为什么干细胞能“变”出各种组织,而普通细胞不能。
逻辑推导法:基因表达开关** **适合学生
逻辑思维强、喜欢探究机制的学生。 讲解逻辑: 1. 前提:所有细胞核内都有全套DNA(基因组相同)。 2. 差异:为什么皮肤细胞不像神经细胞?因为“基因开关”不同。皮肤细胞只开了“角蛋白”开关,关了“神经递质”开关。 3. 干细胞状态:所有开关都处于“半开”或“待机”状态,没有固定模式。 4. 克隆过程: - 胚胎干细胞:直接利用其“待机”状态,加入诱导因子,打开特定开关,定向分化。 - 体细胞核移植(克隆羊多利):体细胞核开关已固定,但卵细胞质里有“重置器”(重编程因子),强行把体细胞核的开关全部打乱重置回“待机”状态,再启动发育程序。 5. 结论:克隆的本质是基因表达谱的重编程,而非DNA序列的改变。
案例对比法:多利羊 vs 治疗性克隆** **适合学生
对热点话题感兴趣、需要区分概念边界的学生。 讲解逻辑: 1. 展示两个案例: - 案例1(生殖性克隆):克隆羊多利。目的是获得一个新个体。流程:体细胞核+去核卵母细胞→重组细胞→早期胚胎→代孕母羊→多利。 - 案例2(治疗性克隆):帕金森病治疗设想。目的是获得特定组织/细胞。流程:患者体细胞核+去核卵母细胞→重组细胞→胚胎干细胞→诱导分化为多巴胺神经元→移植回患者。 2. 对比提问: - 两者的起点一样吗?(一样,都是体细胞核移植) - 两者的终点一样吗?(不一样,一个是人/动物,一个是细胞/组织) - 伦理争议一样吗?(生殖性克隆争议极大,治疗性克隆争议相对较小,因为不产生新生命) 3. 总结:干细胞克隆技术是一把“双刃剑”,关键在于目的和终点的不同。
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练一道
基础题
在利用小鼠胚胎干细胞(ES细胞)进行克隆研究时,研究人员将ES细胞注入囊胚的内细胞团中,最终获得了嵌合体小鼠。请问,ES细胞之所以能参与形成小鼠的各种组织,其根本原因是( ) A. ES细胞含有小鼠全套的遗传信息 B. ES细胞已经高度分化,功能专一 C. ES细胞体积微小,易于操作 D. ES细胞在体外培养时不会分裂
变式
科学家利用体细胞核移植技术,将某患者皮肤细胞的细胞核移入去核的卵母细胞中,重构胚发育至囊胚阶段后,提取内细胞团细胞进行培养,最终诱导分化为心肌细胞用于移植。请回答: (1) 该过程属于生殖性克隆还是治疗性克隆? (2) 为什么提取的是囊胚的“内细胞团”细胞,而不是滋养层细胞? (3) 诱导分化的心肌细胞与患者原有的心肌细胞在遗传物质上是否完全相同?为什么?
看解答过程
1. 分析题干:题目问的是ES细胞能形成各种组织的“根本原因”。 2. 排除干扰项: - B项错误:ES细胞是未分化或低分化细胞,而非高度分化。 - C项错误:体积大小不是决定其发育潜能的原因。 - D项错误:ES细胞在适宜条件下具有旺盛的分裂能力。 3. 确定正确项:A项正确。细胞全能性的物质基础是细胞核中含有该物种全套的遗传信息(基因组)。ES细胞之所以能分化成多种组织,是因为它保留了全套基因,且在特定条件下能表达这些基因。
试试手自己判
检测题
下列关于干细胞与克隆技术的叙述,正确的是( ) A. 胚胎干细胞具有全能性,因此可以直接移植给患者治疗疾病 B. 体细胞核移植技术中,供体细胞核必须取自G1期的细胞 C. 治疗性克隆的目的是获得与患者基因型完全相同的器官或组织,用于移植 D. 克隆动物多利的诞生证明了已分化的动物体细胞核具有全能性
看答案和判分标准
答案:D
判对标准:
- 选D:正确。多利羊的诞生确实证明了哺乳动物已分化的体细胞核在特定条件下(卵细胞质环境)可以恢复全能性,指导发育成完整个体。
- 选A:错误。胚胎干细胞直接移植可能导致畸胎瘤形成,必须经过诱导分化成特定细胞后才能使用,且存在免疫排斥风险(如果是异体)。
- 选B:错误。通常选取G0期(静止期)或G1期早期的细胞,但更关键的是要确保细胞核处于未复制状态,以便重编程。不过,教材中通常强调选用G0期(如皮肤成纤维细胞在体外培养后进入G0期)或G1期,但B选项表述过于绝对,且不是核心考点。更核心的错误在于,G2期或M期细胞核已复制,重编程难度极大。*注:不同教材版本对时期要求略有差异,但D选项是公认的核心结论,最为稳妥。*
- 选C:错误。治疗性克隆获得的器官,其核基因与患者相同,但线粒体基因来自卵母细胞,因此基因型并非“完全”相同。此外,免疫排斥主要取决于主要组织相容性复合体(MHC),核基因相同可避免大部分排斥,但并非绝对无排斥(如线粒体抗原等)。
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