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1、1,1,9 生物技术与人类健康,1,2,目前，医药卫生领域是现代生物技术应用得最广泛，成绩最显著、发展最迅速、潜力也最大的一个领域。据统计，目前生物技术的实际应用约60%是在医药卫生方面。这是因为生物技术可以在许多方面改进医药的生产、开发新药品资源、改善医疗手段从而提高整个医疗水平。 生物技术在医药卫生领域的主要产品包括：疾病预防的疫苗、疾病诊断的单克隆体及基因探针、疾病治疗的生物药品以及其他一些新的治疗手段。,1,3,9.1 生物技术与疫苗,利用疫苗对人体进行主动免疫是预防传染性疾病的最有效的手段之一。它可以在接受疫苗者的体内建立起对入侵物质感染的免疫抗性，从而保护疫苗接受者免受相应病原体的
2、侵染。 第一代疫苗：用病原体减毒或弱化的疫苗 第二代疫苗：基因工程疫苗 第三代疫苗：核酸疫苗（DNA疫苗、基因疫苗）,1,4,基因工程疫苗,基因工程疫苗是指利用基因工程技术在培养的细菌、酵母或动物细胞中扩增病原体的保护性抗原基因制成的疫苗。 基因工程提供了一个研制疫苗的更加合理的途径,现在可以在相对可以预测的情况下生产无致病性的、稳定的细菌和病毒,这与常规活疫苗研制的经典发展历程相反,同时还能生产与自然型病原可区分的疫苗,这将大大有助于疫病的诊断和扑灭程。,1,5,(1)有不能或难以用常规法培养的病毒； (2)常规疫苗效果差或反应大,如传染性喉气管炎疫苗； (3)有潜在致癌性或免疫病理作用的病
3、,如白血病、法氏囊病、马立克氏病; (4)能够降低成本,简化免疫程序的多价疫苗； (5)有些病原微生物对人类危害较大，在培养过程中很容易散毒或感染研究和生产人员，如SARS病毒。,基因工程疫苗优点,1,6,基因工程疫苗种类,1 基因工程亚单位疫苗 基因工程亚单位疫苗(subunit vaccine)又称生物合成亚单位疫苗或重组亚单位疫苗。是指它只含有病原体的一种或几种抗原。而不含有病原体的其他遗传信息。因而无须灭活，也无致病性。,1,7,2 基因工程活载体疫苗 人们可以用基因工程的方法对细菌和病毒进行改造，使之成为活体重组疫苗(1ive recombinant vaccine)。 非致病性微生
4、物通过基因工程的方法使之携带并表达某种特定病原物的抗原决定簇基因，产生免疫原性； 致病性微生物通过基因工程的方法修饰或去掉毒性基因以后，仍保持免疫原性。 在这种疫苗中，抗原决定簇的构象与致病性病原体抗原的构象相同或者非常相似。活载体疫苗克服了常规疫苗的缺点，兼有死疫苗和活疫苗的优点，在免疫效力上很有优势。,1,8,3. 基因突变疫苗及基因缺失疫苗 人为地使病毒的某一基因完全缺失或发生突变从而使该病毒的野毒株毒力减弱，不再引起临床疾病，但仍能感染宿主并诱发保护性免疫力。 最有代表性的例子是猪伪狂犬病毒(PRV)糖蛋白E基因缺失(gE-)及胸腺核苦酸激酶基因突变失活(TK-)株的活疫苗，gE和TK
5、基因产物的缺失，使野毒PRV的致病性显著减弱。,1,9,核酸疫苗(nucleic vaccine)又名基因疫苗(gene vaccine)或DNA疫苗(DNA vaccine)，是一种或多种抗原编码基因克隆到真核表达载体上，将构建的重组质粒直接注入到体内而激活机体免疫系统，因此也有人称之为DNA免疫。 目前已有多种分别针对狂犬病、麻疹和过敏等各种疾病的基因疫苗研发中。,核酸疫苗,1,10,合成肽疫苗,合成肽疫苗(synthetical peptide vaccine)也成为表位疫苗（epitope vaccine），是用化学合成法人工合成类似于抗原决定簇的小肽(约2040个氨基酸)。 合成肽疫
6、苗分子是由多个B细胞抗原表位和T细胞抗原表位共同组成的，大多需与一个载体骨架分子相耦联。,1,11,9.1.1病毒性疾病疫苗,第一代的乙型肝炎疫苗是从乙型肝炎病毒阳性带毒者血清中分离纯化的乙型肝炎表面抗原；但血源疫苗来源有限，价格昂贵，且有潜在的不安全性，还可能传播艾滋病。 年英国爱丁堡大学麦莱实验室首先使乙型肝炎病毒表面抗原基因在大肠杆菌中表达，但产量很低。年通过国际合作终于使酵母菌生产乙型肝炎病毒表面抗原的实验研究取得成功。中国已于年将基因工程乙型肝炎疫苗确定为全国新生儿普种的疫苗产品。 由于疫苗成分中只有乙型肝炎病毒表面抗原，副作用极小，安全性很好，被称为第二代乙型肝炎疫苗，是迄今基因工
7、程最成功的例子之一,肝炎疫苗,1,12,丙型肝炎病毒（Hepatitis C Virus，HCV）是丙型肝炎的病原体，是导致输血后肝炎和急慢性非甲非乙型肝炎的主要致病因子。HCV在20世纪70年代被临床发现，直到20世纪80年代才通过分子克隆技术被确认 。目前尚无治疗丙肝的特效药物，干扰素和病毒唑对治疗丙肝有一定效果，但副作用很大。现在也无有效的丙肝疫苗问世。丙型肝炎疫苗以及狂犬病、麻疹、霍乱、破伤风、百日咳、小儿麻痹症、白喉、麻风等基因工程疫苗都在研究之中。,1,13,9.2 生物技术与疾病诊断,现代生物技术的开发应用，为医疗卫生领域提供了崭新的诊断、监测技术。人们对疾病，特别是传染病的诊断
8、，一个很重要的问题就是如何尽早检测感染性因子的种类，因为它对疾病的针对性治疗及其预后有着极其重要的意义。 传统的传染病诊断技术一是根据临床症状判断，二是先对病原物质进行一系列的生理生化检测，从而确定病原体的种类-效率低。 利用现代生物技术发展快速、灵敏、操作简便的诊断技术在疾病防治上具有积极的意义。,1,14,9.2.2 DNA诊断技术,PCR技术 聚合酶链式反应（PCR）技术是一项体外扩增特异DNA片段的技术。这种方法除了可以用于基因工程目的基因的制备外，还可用于某些疾病的诊断。 寻找传染性因子的特异DNA序列，以这段DNA序列作为靶序列，设计特异引物，对待测样口进行PCR扩增。如果检测出了
9、相应的扩增带，则判定为阳性反应，反之，无扩增带，则为阴性反应。 PCR-RFLP技术 PCR-ASO技术 PCR-ELISA技术 PCR-SSCP技术 PCR-DGGE技术 LCR技术 RFLP-探针杂交技术,1,15,核酸分子杂交技术即基因探针技术。利用核酸的变性、复性和碱基互补配对的原理，用已知的探针序列检测样本中是否含有与之配对的核苷酸序列的技术。是临床应用最早的，也是最基础的分子生物学技术，是印迹杂交、基因芯片等技术的基础。不少探针已经商品化。,1,16,限制性酶切片段多态性(RFLP)分析技术 RFLP是利用限制性内切酶在特定的核苷酸序列切割双链DNA后凝胶电泳分离开不同大小片段，由
10、于不同个体存在核苷酸序列差异导致限制性酶切位点变化从而使酶切片段呈现多态现象。传统的RFLP方法是指基因组DNA经限制性内切酶酶切，电泳分离后再结合Southern 印迹杂交，构建出DNA指纹图，这种方法特异性和敏感性均较高，但操作繁杂。目前结合PCR技术产生PCR-RFLP方法，是检测与特定的酶切位点有关的突变的简便方法。RFLP方法在遗传性疾病诊断、微生物种属分型、肿瘤发病及诊断研究等领域应用广泛,1,17,DNA芯片技术,实际上就是一种大规模集成的固相杂交，是指在固相支持物上原位合成(in situ synthesis)寡核苷酸或者直接将大量预先制备的DNA探针以显微打印的方式有序地固化
11、于支持物表面，然后与标记的样品杂交。通过对杂交信号的检测分析，得出样品的遗传信息(基因序列及表达的信息)。由于常用计算机硅芯片作为固相支持物，所以称为DNA芯片。根据芯片的制备方式可以将其分为两大类：原位合成芯片和DNA微集阵列(DNA microarray)。芯片上固定的探针除了DNA，也可以是cDNA、寡核苷酸或来自基因组的基因片段，且这些探针固化于芯片上形成基因探针阵列。因此，DNA芯片又被称为基因芯片、 cDNA芯片、寡核苷酸阵列等。,1,18,基因芯片目前的应用 1 临床疾病诊断 基因芯片在感染性疾病、遗传性疾病和肿瘤等疾病的临床诊断方面具有独特的优势。与传统检测方法相比，它可以在一
12、张芯片同时对多个病人进行多种疾病的检测；无需机体免疫应答反应，能及早诊断，待测样品用量小；能检测病原微生物的耐药性，病原微生物的亚型；极高的灵敏度和可靠性；检测成本低，自动化程度高，利于大规模推广应用 2 药物筛选和新药开发 芯片技术具有高通量、大规模、平行性等特点可以进行新药的筛选，尤其对我国传统的中药有效成分进行筛选。3 基因功能研究 在基因组学和后基因组学研究中，基因芯片也起到重要的作用。应用基因芯片可以开展DNA测序、基因表达检测、基因突变性、基因功能研究、寻找新基因、单核苷酸多态性（SNP）测定等研究。与传统的Northern blot杂交或点杂交方法相比，基因芯片技术具有大规模平行
13、处理的能力。,1,19,9.3 生物技术与生物制药,自上世纪20年代发现第一种抗生素-青霉素以后，人们已经找到了6000多种不同来源、不同作用机制的抗生素。虽然被广泛应用的只有约100种，但已使绝大多数的细菌性疾病得到了有效的控制。 70年代初期，基因工程技术的建立以及随后大量基因的被克隆，至今利用基因工程技术生产的贵重药物已有20多种，而且今后将会有越来越多的基因工程药物投放市场。,1,20,9.3.1 抗生素及其他天然药物 抗生素 其他天然药物 9.3.2 基因工程药物 蛋白质与人类疾病 基因工程药物与经济 基因工程药物研究开发状况 基因工程药物的安全性与有效性,1,21,9.4 疾病的基
14、因治疗,所谓的基因治疗是指利用遗传学的原理治疗人类的疾病。传统意义上的基因治疗（gene therapy）是指目的基因导入靶细胞以后与宿主细胞内的基因发生重组，成为宿主细胞的一部分，从而可以稳定地遗传下去并达到对疾病进行治疗的目的。 由于技术的进步，近年来采用基因工程技术，即使目的基因和宿主细胞内的基因不发生重组，目的基因也能得到暂的表达，为了与传统意义上的基因治疗相区别，有时又将其称为基因疗法（gene therapeutics）。 四大策略：基因置换、基因修正、基因修饰和基因失活。,1,22,遗传性疾病的基因治疗 瘤苗与肿瘤的基因治疗,1,23,基因治疗是指将外源正常基因导入靶细胞，取代突
15、变基因、补充缺失基因或关闭异常基因，达到治疗疾病的目的。 1990年美国科学家用mini基因和逆转录病毒双拷贝载体治疗腺苷脱氨酶缺乏症取得疗效。,1,24,基因治疗,1,25,目前基因治疗的概念已经得到了很大的扩展。凡是采用分子生物学方法和原理，在核酸水平开展的疾病治疗方法都可称为基因治疗。本身也不局限在遗传性疾病的治疗，已扩展到肿瘤、艾滋病等。 1. Ex vivo法，是将受体细胞在体外培养，转入外源基因，经过适当的选择系统，把重组的受体细胞回输到患者体内，让外源基因表达以改善患者的症状； 2. In vivo法，此法不需要细胞移植，直接将外源DNA 注射到机体内，使其在体内表达而发挥治疗的
16、作用。 In vivo 法比Ex vivo法更简单、直接和经济，常用的基因转移手段有病毒介导、脂质体介导和基因直接注射等。,1,26,9.5 人类基因组计划,1972年重组DNA技术的问世宣告了现代生物技术的诞生，它的诞生又推动了生命科学基础研究的进程，使生命科学从单纯的基础理论与合理开发利用生物资源跃上了改造和创造生命的新阶段；跃上了单纯基础理论研究与合理开发利用生物资源相结合的新台阶。 人类基因组计划（HGP）的实施就是生物技术在人类基因的基础理论研究与合理利用、开发人类基因资源的一个极好的例子。,1,27,重复序列,非编 码区,基因及相关序列,基因外DNA,编 码 区,单一或低拷贝序列（70-80%）,1,28,人类基因组计划,HGP(Human Genome Projects) 1、HGP简介 2、HGP的主要任务和目标 3、HGP的发展过程 4、我国对人类基因组计划的贡献 5、HGP的重大影响 6、HGP带来的负面作用,1,29,人类基因组计划是由美国科学家于1985年率先提出、于1990年正式启动的。美国、英国、法国、德国、日本
