1、1 第四章第四章 生物技术在动物生产中的应用生物技术在动物生产中的应用 华南农业大学动物科学学院华南农业大学动物科学学院 动物生产与管理系动物生产与管理系 王军王军 第二部分 动物科学中的生物学 目录 n胚胎动物胚胎动物 n克隆动物克隆动物 n转基因动物转基因动物 n基因工程疫苗基因工程疫苗 n基因治疗基因治疗 2 3 前言前言 n生物技术是生物技术是2121世纪高新技术的支柱世纪高新技术的支柱, ,生物技术产业是生物技术产业是2121世世 纪重要的支柱产业纪重要的支柱产业. . n现代生物技术现代生物技术由多学科的理论和技术综合而成，已广泛地由多学科的理论和技术综合而成，已广泛地 外延到许多
2、学科和产业外延到许多学科和产业, ,包括农林牧渔包括农林牧渔, ,医药卫生医药卫生, ,食品食品, ,轻轻 工工, ,能源能源, ,环境等环境等, ,促进了传统产业的改进和新兴产业的形促进了传统产业的改进和新兴产业的形 成成. .根据操作对象和研究目的根据操作对象和研究目的, ,衍生出许多分支学科衍生出许多分支学科. . n动物生物技术动物生物技术以动物为操作对象以动物为操作对象, ,旨在旨在改良动物生产性能改良动物生产性能, , 为人类提供量多质优的动物产品为人类提供量多质优的动物产品, ,不断满足人们日益增长不断满足人们日益增长 的需求的需求. .同时还同时还与医药学相结合与医药学相结合,
3、 ,开拓医药生物技术新产业开拓医药生物技术新产业, , 为人类的疾病防治和健康长寿作出贡献为人类的疾病防治和健康长寿作出贡献. . 刘德武专题4 一胚胎动物一胚胎动物 n18901890年年, ,世界上首例胚胎移植成功世界上首例胚胎移植成功.Heape.Heape将将4 4细胞期的安细胞期的安 哥拉兔早期胚胎移植到比利时兔输卵管内哥拉兔早期胚胎移植到比利时兔输卵管内, ,移植成功移植成功. . n19821982年年, ,世界上第一头试管牛诞生世界上第一头试管牛诞生. Brackett. Brackett采用体外授采用体外授 精和胚胎体外发育技术获得精和胚胎体外发育技术获得. . n目前目前,
4、 ,胚胎工程已发展到卵子切割胚胎工程已发展到卵子切割, ,嵌合体制作嵌合体制作, ,核移植核移植, , 转基因动物等转基因动物等定向控制改造和创造新性状定向控制改造和创造新性状, ,因为这些技术因为这些技术 都是在胚胎发育过程中进行的都是在胚胎发育过程中进行的, ,所以统称为胚胎工程所以统称为胚胎工程 （embryo technologyembryo technology）. . 5 1 1 胚胎移植胚胎移植 n1.11.1 概念概念 q将一头母畜发情排卵将一头母畜发情排卵 并经交配后并经交配后, ,从其生殖从其生殖 道中取出胚胎道中取出胚胎, ,移植到移植到 另一头母畜生殖道中另一头母畜生殖
5、道中. . 供体的胚胎在受体的供体的胚胎在受体的 子宫内生长发育至产子宫内生长发育至产 下后代下后代. . 6 n1.2 1.2 目的目的 q发挥优良母畜繁殖潜力发挥优良母畜繁殖潜力: : 让优良母畜更多的卵泡让优良母畜更多的卵泡 成熟排卵成熟排卵, ,通过借腹怀胎通过借腹怀胎 获得更多优良后代获得更多优良后代. . q提高家畜改良速度提高家畜改良速度: :母畜母畜 在繁殖周期内得到更多在繁殖周期内得到更多 的仔畜的仔畜. . q作为其他技术的基础作为其他技术的基础: :例例 如试管动物如试管动物, ,克隆动物克隆动物, , 转基因动物转基因动物. . q长期冷冻保存长期冷冻保存: :便于运输
6、便于运输, , 可用于建立可用于建立“胚胎库胚胎库”. . 7 n1.3 1.3 胚胎移植的主要技术胚胎移植的主要技术 q超数排卵超数排卵: :正常情况下正常情况下, ,一个性周一个性周 期只有一个或几个卵母细胞成熟期只有一个或几个卵母细胞成熟 排出排出. .注射激素注射激素( (孕酮孕酮) )可使更多的可使更多的 卵泡相继生长成熟排出卵泡相继生长成熟排出. .充分利用充分利用 母畜卵巢中大量的卵原细胞母畜卵巢中大量的卵原细胞( (母牛母牛 5 5万以上万以上).). q同期发情同期发情: :胚胎移植必须要胚胎移植必须要供体与供体与 受体同步发情受体同步发情, ,进入相同的生殖周进入相同的生殖
7、周 期期. .黄体有调节发情周期的功能黄体有调节发情周期的功能, , 采用激素可使发情同步化采用激素可使发情同步化. . q胚胎采集胚胎采集: :经超排处理的母畜发情经超排处理的母畜发情 后进行后进行人工输精人工输精, ,受精卵发育成胚受精卵发育成胚 胎胎. .用外科用外科手术或非手术法采集手术或非手术法采集. . 8 n胚胎移植胚胎移植 将收集到胚胎移植到受体母畜 的子宫内。 9 2 2 试管动物试管动物 n2.1 2.1 概念概念 q利用利用精子精子- -卵子体外受精卵子体外受精, ,胚胚 胎体外培养和胚胎移植等技胎体外培养和胚胎移植等技 术所获得的动物术所获得的动物. .又称体外又称体外
8、 授精动物或试管动物授精动物或试管动物. . 10 n2.2 2.2 试管动物技术环节试管动物技术环节 q精子采集与体外获能精子采集与体外获能 q卵子回收及成熟培养卵子回收及成熟培养 q卵子与精子体外受精卵子与精子体外受精 q受精卵体外发育受精卵体外发育 q试管胚胎移植试管胚胎移植 11 n（1 1）精子采集与体外获能）精子采集与体外获能 q动物精液经动物精液经上浮分离法上浮分离法处理处理, ,可以可以 得到活力强的精子得到活力强的精子. .应用改变精子应用改变精子 培养条件和添加诱导精子获能的成培养条件和添加诱导精子获能的成 分分, ,可以使可以使精子体外获能精子体外获能. . n（2 2）
9、卵母细胞收集与体外成熟）卵母细胞收集与体外成熟 q从屠宰家畜卵巢中采集从屠宰家畜卵巢中采集, ,或使用阴或使用阴 道超声波监视等方法直接从卵巢中道超声波监视等方法直接从卵巢中 采集采集. . q卵母细胞体外成熟卵母细胞体外成熟, ,是模拟体内成是模拟体内成 熟的环境熟的环境, ,使采集的未成熟卵母细使采集的未成熟卵母细 胞具备受精和发育能力胞具备受精和发育能力. . 刘德武专题12 n（3 3）体外受精）体外受精 q提供适宜精卵共培养的提供适宜精卵共培养的复合培养液复合培养液. .控制卵母细胞体外控制卵母细胞体外 培养时间培养时间, ,减少多精受精的发生减少多精受精的发生. .采用采用辅助技术
10、帮助精辅助技术帮助精 子进入子进入卵细胞卵细胞( (显微注射单精子等显微注射单精子等).). n（4 4）受精卵体外培养）受精卵体外培养 q胚胎细胞分化出内细胞团称滋胚层胚胎细胞分化出内细胞团称滋胚层, ,滋胚层细胞固定在滋胚层细胞固定在 子宫壁上称着床子宫壁上称着床. .目前未能在体外模拟子宫环境供胚胎目前未能在体外模拟子宫环境供胚胎 继续发育继续发育. . q在体外把受精卵培养至胚胞期并不容易在体外把受精卵培养至胚胞期并不容易, ,要克服早期胚要克服早期胚 胎存在的发育阻滞现象胎存在的发育阻滞现象. . 13 n（5 5）胚胎移植）胚胎移植 q最适宜移植的是最适宜移植的是发育至发育至8 8
11、细胞以上的胚胎细胞以上的胚胎，直接移植到，直接移植到 子宫角前端。子宫角前端。 14 二克隆动物二克隆动物 nClone:Clone:指遗传上完全相同的指遗传上完全相同的 分子细胞或来自同一祖先的分子细胞或来自同一祖先的 无性生殖生物群体无性生殖生物群体. .克隆克隆由由 名词名词( (指指无性繁殖体无性繁殖体) )外延为外延为 动词动词( (如把某物克隆如把某物克隆) )或形容或形容 词词( (如克隆羊如克隆羊).). n理论上理论上, ,任何一个细胞都含任何一个细胞都含 有该生物体的全部基因有该生物体的全部基因, ,都都 可以被克隆可以被克隆. .植物细胞全能植物细胞全能 性已全部实现性已
12、全部实现, ,动物细胞全动物细胞全 能性尚在探索能性尚在探索. . 中国医生成功将克隆猪肝脏移植藏猕猴体内 15 1 1 细胞的拆分与重组细胞的拆分与重组 n1.11.1 细胞的拆分细胞的拆分 q细胞核分为核与质两部分细胞核分为核与质两部分, ,诱导诱导 核质分离用细胞松驰素核质分离用细胞松驰素. .去核后去核后 的细胞称为的细胞称为胞质体胞质体, ,分离出来的分离出来的 核称为核称为核体核体. . n1.21.2 细胞重组细胞重组 q胞质体与完整细胞重组形成胞质体与完整细胞重组形成胞胞 质杂种质杂种. . q胞质体与核体重新组合形成胞质体与核体重新组合形成重重 组细胞组细胞. . 16 2
13、2 细胞核移植细胞核移植 n胞质体与核体重组胞质体与核体重组: :将某一个细胞将某一个细胞 核移植到另一个去核的细胞中核移植到另一个去核的细胞中, ,通通 过无性生殖方法产生新个体过无性生殖方法产生新个体. . n早期的细胞核移植多以鱼类和两早期的细胞核移植多以鱼类和两 栖类为材料栖类为材料. .卵数量较多卵数量较多, ,体积较体积较 大大, ,容易获得容易获得, ,便于操作便于操作.1989.1989年童年童 第周将鲫鱼胚胎细胞核移入鲤鱼第周将鲫鱼胚胎细胞核移入鲤鱼 的去核末受精卵中的去核末受精卵中, ,成功无性繁殖成功无性繁殖 出出“鲤鲫核鱼鲤鲫核鱼”新品种新品种. . n哺乳动物最早用的
14、是小鼠哺乳动物最早用的是小鼠. .19811981年年, , 瑞士和美国科学家首次对小鼠进瑞士和美国科学家首次对小鼠进 行核移植获得成功行核移植获得成功. . 17 3 3 克隆动物的方法克隆动物的方法 n3.1 3.1 胚胎分割法胚胎分割法 q采用采用显微手术显微手术将未着床的胚胎分将未着床的胚胎分 割成割成2 2、4 4、6 6等多等分等多等分, ,给每个受给每个受 体植入一块分割物而妊娠产仔体植入一块分割物而妊娠产仔. . 一个胚胎可以克隆出多个遗传上一个胚胎可以克隆出多个遗传上 完全一样的个体完全一样的个体. . q二等分胚二等分胚已克隆出小鼠已克隆出小鼠, ,兔兔, ,山羊山羊, ,
15、 绵羊绵羊, ,猪猪, ,马马, ,羊等羊等. . q严格定义上严格定义上胚胎分割不是真正的胚胎分割不是真正的 克隆克隆, ,只能算是只能算是“细胞的复制细胞的复制”. . 刘德武专题18 n3.23.2 胚胎细胞核移植法胚胎细胞核移植法 q将将未着床的早期胚胎分散成单个细胞未着床的早期胚胎分散成单个细胞, ,在电流作用下与去在电流作用下与去 核的卵母细胞融合核的卵母细胞融合, ,发育成胚胎后移入受体发育成胚胎后移入受体. . n3.3 3.3 胎儿成纤维细胞核移植法胎儿成纤维细胞核移植法 q从妊娠早期胎儿分离出胎儿成纤维细胞从妊娠早期胎儿分离出胎儿成纤维细胞, ,采用采用细胞核移植细胞核移植
16、 方法方法克隆出胚胎移植给受体后妊娠产仔克隆出胚胎移植给受体后妊娠产仔. . n3.4 3.4 胚胎干细胞核移植法胚胎干细胞核移植法 q从早期胚胎内细胞团分离出的从早期胚胎内细胞团分离出的, ,能在体外培养的能在体外培养的高度未分高度未分 化的多能细胞化的多能细胞. .每个细胞都是有发育成个体的能力每个细胞都是有发育成个体的能力. . q理论上理论上, ,胚胎干细胞核移植可以产出更多克隆动物胚胎干细胞核移植可以产出更多克隆动物. . 19 n3.5 3.5 体细胞核移植法体细胞核移植法 q1997022719970227naturenature报道罗斯林研究报道罗斯林研究 所和所和PPLPPL
17、制药公司合作制药公司合作, ,用体细胞核移用体细胞核移 植法克隆了一只雌性小植法克隆了一只雌性小绵羊绵羊-多利多利. . q核供体是核供体是高度分化的体细胞高度分化的体细胞-乳腺上乳腺上 皮细胞皮细胞, ,独到之处在于没经过受精而独到之处在于没经过受精而 得到受精卵的过程得到受精卵的过程. .有史以来第一次有史以来第一次 通过成熟细胞的核移植生产出的动物通过成熟细胞的核移植生产出的动物. . q人类胚胎克隆成功人类胚胎克隆成功: :2001112520011125美国宣美国宣 布布人类胚胎克隆成功人类胚胎克隆成功. .先从人卵细胞先从人卵细胞 中取出中取出DNA,DNA,再将体细胞的遗传物质植
18、再将体细胞的遗传物质植 入空卵壳入空卵壳, ,卵细胞开始发育到胚胎状卵细胞开始发育到胚胎状 态态. .目的是为了获得能够治疗一系列目的是为了获得能够治疗一系列 人类疾病的材料和方法人类疾病的材料和方法. . 20 4 4 体细胞克隆成功的意义体细胞克隆成功的意义 n哺乳动物分化细胞的全能性在一定条件下可逆哺乳动物分化细胞的全能性在一定条件下可逆 q已已完全分化的动物体细胞仍然保持全部遗传信息完全分化的动物体细胞仍然保持全部遗传信息, ,经技经技 术处理后术处理后, ,体细胞能恢复失去的全能性形成完整的个体体细胞能恢复失去的全能性形成完整的个体. . n为动物转基因提供一条新途径为动物转基因提供
19、一条新途径 q先先将目的基因导入供体细胞核将目的基因导入供体细胞核, ,经检测后再与去核卵融经检测后再与去核卵融 合合, ,由此产生的胚胎便携带有目的基因由此产生的胚胎便携带有目的基因, ,由此产生的克由此产生的克 隆动物就是转基因动物隆动物就是转基因动物. . n生物技术发展史上一个划时代的里程碑生物技术发展史上一个划时代的里程碑 q理论意义和应用价值理论意义和应用价值, ,将对生命科学研究和人类生活产将对生命科学研究和人类生活产 生重大的影响生重大的影响. . 21 三转基因动物三转基因动物 n将目的基因导入动物基因组中并得到将目的基因导入动物基因组中并得到 表达而产生的动物称为转基因动物
20、表达而产生的动物称为转基因动物. . n19741974年年首次成功获得首次成功获得AV40DNAAV40DNA转基因小转基因小 鼠鼠; ;19801980年年获得带有胸苷激酶基因的转获得带有胸苷激酶基因的转 基因小鼠基因小鼠; ;19821982年年将大鼠将大鼠GHGH基因导入小基因导入小 鼠受精卵雄原核获得比对照小鼠长速鼠受精卵雄原核获得比对照小鼠长速 快快2-42-4倍倍, ,体型大体型大1 1倍的倍的转基因硕鼠转基因硕鼠 n动物转基因技术动物转基因技术打破动物的种间隔离打破动物的种间隔离， 实现动物种间基因重组和遗传物质交实现动物种间基因重组和遗传物质交 流，流，为动物性状的改良和新性
21、状的获为动物性状的改良和新性状的获 得提供了新的途径得提供了新的途径. . 22 1 1 转基因动物技术的主要步骤转基因动物技术的主要步骤 n获取获取外源目的基因外源目的基因 n外源目的基因外源目的基因导入导入生殖细胞或胚胎干细胞生殖细胞或胚胎干细胞 n选择选择携带目的基因的细胞携带目的基因的细胞, ,选择体外培养系统和宿主动物选择体外培养系统和宿主动物 n转基因胚胎的发育及转基因胚胎的发育及鉴定鉴定 n筛选筛选所得的转基因动物所得的转基因动物 23 2 2 转基因动物的技术路线转基因动物的技术路线( (了解了解) ) n经典的技术路线经典的技术路线 目的基因目的基因 显微注射显微注射 已交配
22、的已交配的 取出取出 移植移植 受体动物受体动物 妊娠妊娠 供体动物供体动物 受精卵受精卵 输卵管输卵管 转基因动物转基因动物 缺点：缺点：注入目的基因的命中率低，目的基因的整合注入目的基因的命中率低，目的基因的整合 率低，受精卵移植的受孕率低。率低，受精卵移植的受孕率低。 刘德武专题24 n核移植（克隆）的技术路线核移植（克隆）的技术路线 目的基因目的基因 转基因动物转基因动物 导入导入 动物胎儿成纤维细胞动物胎儿成纤维细胞 妊娠妊娠 取核取核 动物动物 去核去核 重组的重组的 体外培养体外培养 囊胚期囊胚期 胚胎移植胚胎移植 受体受体 卵细胞卵细胞 受精卵受精卵 胚胎胚胎 动物子宫动物子宫
23、 n特点特点: :体细胞核移植体细胞核移植, ,核移植前导入目的基因核移植前导入目的基因. . 25 3 3 目的基因的制备和转基因的方法目的基因的制备和转基因的方法 n3.1 3.1 目的基因的制备目的基因的制备 q目的基因的获得目的基因的获得: :逆转录合成法逆转录合成法, ,化学合成法化学合成法,PCR,PCR扩增法扩增法. . q目的基因的扩增目的基因的扩增: :通过载体在宿主中克隆通过载体在宿主中克隆, ,通过通过PCRPCR扩增目扩增目 的基因的基因. . n3.2 3.2 转基因动物的方法转基因动物的方法 q显微注射法显微注射法 q胚胎干细胞法胚胎干细胞法 q病毒载体法病毒载体法
24、 q精子介导法精子介导法 刘德武专题26 4 4 转基因动物的应用研究转基因动物的应用研究 n4.1 4.1 改良动物经济性状改良动物经济性状 q通过转移单个基因改良动物通过转移单个基因改良动物 经济性状经济性状. . q转基因动物的性状表现转基因动物的性状表现, ,以以 及生化代谢途径及生化代谢途径, ,基因互作基因互作, , 基因定位整合基因定位整合, ,基因定量表基因定量表 达达, ,组织特异性表达等还需组织特异性表达等还需 要深入研究要深入研究. . 27 n4.2 4.2 乳腺生物反应器的研究乳腺生物反应器的研究 q19871987年年GordonGordon首次报道小鼠乳首次报道小
25、鼠乳 腺中表达腺中表达tPAtPA蛋白蛋白. .现在利用转现在利用转 基因羊、牛生产出抗胰蛋白酶基因羊、牛生产出抗胰蛋白酶, , 乳铁蛋白乳铁蛋白, ,人凝血蛋白因子人凝血蛋白因子, 蛋白质蛋白质C C等药用蛋白等药用蛋白. . q预期预期1010年后转基因动物生产的年后转基因动物生产的 药物销售额超过药物销售额超过250250亿美元亿美元. . q基因药物生产基因药物生产: :第一阶段是第一阶段是细细 菌基因工程菌基因工程, ,第二阶段是第二阶段是动物动物 细胞基因工程细胞基因工程, ,第三阶段是转第三阶段是转 基因动物基因动物乳腺生物反应器乳腺生物反应器. . 刘德武专题28 n乳腺生物反
26、应器乳腺生物反应器 q乳腺是自我封闭系统乳腺是自我封闭系统, ,表达的蛋白不回流到体内表达的蛋白不回流到体内, ,避免外避免外 源基因表达蛋白对动物本身的影响；源基因表达蛋白对动物本身的影响； q乳腺组织是一种有效的蛋白质合成器乳腺组织是一种有效的蛋白质合成器. .一头奶牛一年可一头奶牛一年可 生产乳蛋白生产乳蛋白250-300Kg,250-300Kg,一只绵羊或山羊一年可生产乳蛋一只绵羊或山羊一年可生产乳蛋 白白25-30Kg.25-30Kg.如果有如果有1%1%乳蛋白代换成医用蛋白乳蛋白代换成医用蛋白, ,产量十分产量十分 可观可观. . q乳腺分泌的基因产物产量高乳腺分泌的基因产物产量高
27、, ,易提纯易提纯, ,表达的蛋白经过充表达的蛋白经过充 分的修饰加工分的修饰加工, ,具有稳定的生物活性具有稳定的生物活性, ,接近天然产品接近天然产品. . q动物乳腺表达的外源基因可以遗传动物乳腺表达的外源基因可以遗传, ,可用常规技术繁殖可用常规技术繁殖 生产群体生产群体. . 29 5 5 转基因动物研究存在的问题转基因动物研究存在的问题 n转基因动物的低效性转基因动物的低效性 n转入基因引起完整基因突变转入基因引起完整基因突变 n转入基因表达混乱转入基因表达混乱 n病毒转基因对宿主的影响病毒转基因对宿主的影响 n转基因动物模型与预期不符转基因动物模型与预期不符 n乳腺反应器的完善乳
28、腺反应器的完善 n转基因动物及产品的认可转基因动物及产品的认可 可能吗？科幻！ 30 四基因工程疫苗四基因工程疫苗 n注射或口服疫苗注射或口服疫苗可以激活免疫系统可以激活免疫系统, ,产生相应的抗病原体产生相应的抗病原体 的抗体的抗体, ,是预防传染性疾病的有效手段之一是预防传染性疾病的有效手段之一. . n我国宋朝就有我国宋朝就有接种人痘接种人痘预防天花的记载预防天花的记载, ,明朝则已广泛种明朝则已广泛种 植痘苗植痘苗.1796.1796年英国医生年英国医生JennerJenner发现牛痘可感染人发现牛痘可感染人, ,但症但症 状较微状较微, ,可获终身对天花的免疫能力可获终身对天花的免疫
29、能力.1980.1980年年, ,第第3 3届世界届世界 卫生大会宣告全世界已消灭天花卫生大会宣告全世界已消灭天花. .这是人类利用疫苗战胜这是人类利用疫苗战胜 烈性传染病的壮举烈性传染病的壮举. . n根据病原体的不同可区分为根据病原体的不同可区分为病毒性疾病疫苗病毒性疾病疫苗, ,细菌性疾病细菌性疾病 疫苗和寄生虫疾病疫苗疫苗和寄生虫疾病疫苗. .目前还在致力研究避孕疫苗目前还在致力研究避孕疫苗. . 31 1 1 疫苗制备技术的发展疫苗制备技术的发展 32 n1.1 1.1 第一代疫苗第一代疫苗-传统疫苗传统疫苗 q利用病原体减毒弱化或灭活制利用病原体减毒弱化或灭活制 备的疫苗备的疫苗,
30、 ,1919世纪中叶一直沿世纪中叶一直沿 用至今用至今. .如百日咳杆菌疫苗如百日咳杆菌疫苗, ,白白 喉杆菌疫苗喉杆菌疫苗, ,破伤风杆菌疫苗破伤风杆菌疫苗, , 结核杆菌疫苗结核杆菌疫苗( (卡介苗卡介苗) )等等. .第第 一代疫苗对预防传染病的传播一代疫苗对预防传染病的传播 作出了巨大的贡献作出了巨大的贡献. . q缺点缺点: :存在安全隐患存在安全隐患. .生产过程生产过程 大量繁殖的病原体对工作人员大量繁殖的病原体对工作人员 是严重威胁是严重威胁; ;使用中偶见因病使用中偶见因病 毒或灭活不彻底而导致被免疫毒或灭活不彻底而导致被免疫 者感染的报道者感染的报道. . 33 n1.21
31、.2 第二代疫苗第二代疫苗-基因工程疫苗基因工程疫苗 q将病原体的抗原将病原体的抗原( (蛋白质蛋白质) )基因克隆在基因克隆在 细胞或真核细胞内细胞或真核细胞内, ,利用细菌或细胞内利用细菌或细胞内 抗原基因表达的产物作为抗原的疫苗抗原基因表达的产物作为抗原的疫苗. . q优点：优点： n利用抗原而不是利用病原体制备疫利用抗原而不是利用病原体制备疫 苗苗, ,安全性高安全性高； n把同一病原体的不同抗原决定簇重把同一病原体的不同抗原决定簇重 组在一个基因中组在一个基因中, ,以表达含不同抗原以表达含不同抗原 决定簇的多表位抗原决定簇的多表位抗原, ,提高免疫效果提高免疫效果; ; n将不同病
32、原体的抗原克隆于同一工将不同病原体的抗原克隆于同一工 程苗或工程细胞程苗或工程细胞, ,以表达不同病原体以表达不同病原体 的抗原的抗原, ,制备成多价疫苗制备成多价疫苗. . 34 n1.3 1.3 第三代疫苗第三代疫苗-核酸疫苗核酸疫苗 （DNADNA疫苗疫苗, ,基因疫苗）基因疫苗） q将含有编码蛋白质基因序列的质粒载体将含有编码蛋白质基因序列的质粒载体 经肌肉注射或微弹轰击等方法进入人体经肌肉注射或微弹轰击等方法进入人体 内内, ,通过宿主细胞表达系统表达抗原蛋白通过宿主细胞表达系统表达抗原蛋白, , 诱导宿主产生对该抗原蛋白的免疫应答诱导宿主产生对该抗原蛋白的免疫应答, , 以达到预防
33、和治疗疾病的目的以达到预防和治疗疾病的目的. . q19901990年首先报道了小鼠肌肉注射质粒年首先报道了小鼠肌肉注射质粒DNADNA 被细胞摄取被细胞摄取, ,质粒中的基因可以表达质粒中的基因可以表达, ,此此 后研究便迅速开展后研究便迅速开展. . q兼有基因工程疫苗的安全性和减毒灭活兼有基因工程疫苗的安全性和减毒灭活 疫苗激发机体强免疫反应的特点疫苗激发机体强免疫反应的特点, ,免疫效免疫效 果持久果持久, ,制备简单制备简单, ,使用方便使用方便, ,前景广阔前景广阔. . 35 2 2 乙型肝炎疫苗乙型肝炎疫苗 n2.1 2.1 乙型肝炎的严重性乙型肝炎的严重性 q已发现已发现甲甲
34、, ,乙乙, ,丙丙, ,丁丁, ,戊戊5 5种肝炎种肝炎 病毒病毒. .尚未确定是否与肝炎有关尚未确定是否与肝炎有关 的还有己的还有己, ,庚庚, ,辛辛3 3种病毒种病毒. . q全世界全世界肝炎病毒携带者肝炎病毒携带者5 5亿亿, ,以以 乙肝最多乙肝最多, ,达达2 2亿人亿人. .乙肝病毒携乙肝病毒携 带者可能转移为慢性肝炎带者可能转移为慢性肝炎, ,发生发生 肝癌的比例是非携带者的肝癌的比例是非携带者的5050倍倍. . q我国是乙肝多发区我国是乙肝多发区. .乙肝无特效乙肝无特效 药药,HBV,HBV携带者也无理想的消除携带者也无理想的消除 措施措施. .乙肝疫苗可以阻断乙肝疫苗
35、可以阻断HBVHBV传传 播和降低人群慢性携带率播和降低人群慢性携带率. . 36 n2.2 2.2 乙型肝炎疫苗乙型肝炎疫苗 n血源性疫苗血源性疫苗 q19821982年首次在美国面市年首次在美国面市. .从人携带者的血液中分离出病从人携带者的血液中分离出病 毒毒, ,经灭活后制成经灭活后制成. .受血液来源和技术限制受血液来源和技术限制, ,数量少数量少, ,价格价格 高高, ,难推广难推广. .另外另外, ,由于是血源制品由于是血源制品, ,安全无保障安全无保障. .有些国有些国 家已禁止使用家已禁止使用, ,避免受艾滋病病毒传染避免受艾滋病病毒传染. . n基因工程疫苗基因工程疫苗 q
36、19811981年成功年成功克隆乙肝表面抗原克隆乙肝表面抗原(HBsAg)(HBsAg)基因并获得大量基因并获得大量 表面抗原表面抗原. .19861986年美国批准基因工程乙肝疫苗上市年美国批准基因工程乙肝疫苗上市. .方方 法法: :重组重组DNADNA导入酵母菌导入酵母菌, ,由酵母菌产生乙肝抗原而制由酵母菌产生乙肝抗原而制 成疫苗成疫苗; ;重组重组DNADNA导入仓鼠细胞导入仓鼠细胞, ,由仓鼠细胞生产疫苗由仓鼠细胞生产疫苗. . q我国采用酵母表达系统表达乙肝表面抗原制备疫苗我国采用酵母表达系统表达乙肝表面抗原制备疫苗, ,也也 建立了哺乳细胞的高效表达系统建立了哺乳细胞的高效表达
37、系统. . 37 3 3 核酸疫苗核酸疫苗 n丙型肝炎疫苗丙型肝炎疫苗 q大部分大部分丙型肝炎病人可发展为肝硬化和肝癌丙型肝炎病人可发展为肝硬化和肝癌, ,无特效治疗无特效治疗 药物和预防方法药物和预防方法. .丙型肝炎病毒基因型多丙型肝炎病毒基因型多, ,突变率高突变率高, ,至今至今 未见疫苗上市未见疫苗上市. . qTokushigeTokushige采用丙肝病毒采用丙肝病毒C C区基因构建重组区基因构建重组DNA,DNA,免疫小鼠免疫小鼠 检测到抗丙肝抗体检测到抗丙肝抗体. .还可诱发产生细胞免疫反应还可诱发产生细胞免疫反应. . n艾滋病病毒疫苗艾滋病病毒疫苗 q全称人类全称人类获得
38、性免疫缺陷综合症获得性免疫缺陷综合症, ,由人类免疫缺陷病毒由人类免疫缺陷病毒 HIVHIV感染引起感染引起. .美国新美国新DNADNA疫苗公司宣称开发一种疫苗公司宣称开发一种HIVHIV的的DNADNA 疫苗疫苗, ,将将HIV-1HIV-1病毒的病毒的tattat和和vprvpr基因以及基因以及nefnef和和gp160gp160基因基因 部分序列克隆于质粒上部分序列克隆于质粒上. .这种疫苗能激发人体从受感染的这种疫苗能激发人体从受感染的 组织中清除病毒的攻击组织中清除病毒的攻击. . 刘德武专题38 n流感病毒疫苗流感病毒疫苗 q极易发生变异极易发生变异, ,包膜蛋白的易变性使流感病
39、毒能逃避中和包膜蛋白的易变性使流感病毒能逃避中和 抗体的作用抗体的作用, ,因而出现流感周期性大流行因而出现流感周期性大流行. . q将流感病毒高度保守的将流感病毒高度保守的NPNP基因插入质粒基因插入质粒, ,注射注射BALB/CBALB/C小鼠小鼠 肌肉肌肉, ,可诱发小鼠对流感病毒产生抗体免疫反应和细胞免可诱发小鼠对流感病毒产生抗体免疫反应和细胞免 疫反应疫反应. . n思考思考: :你对禽流感的看法你对禽流感的看法? ? ? ? ? 39 五基因治疗五基因治疗(gene therapy)(gene therapy) n人类遗传疾病有人类遗传疾病有50005000多种多种, ,基本上不可
40、能用常规方法治疗基本上不可能用常规方法治疗. . 个别病例只能对症疗法个别病例只能对症疗法, ,减轻症状减轻症状, ,但不能治愈但不能治愈. .基因治疗基因治疗 可能是唯一的方法可能是唯一的方法. . n基因治疗是向靶细胞导入外源基因基因治疗是向靶细胞导入外源基因, ,以纠正或补偿基因的以纠正或补偿基因的 缺陷缺陷, ,达到治疗遗传病的目的达到治疗遗传病的目的. . n19901990年美国批准治疗腺苷脱氨酶年美国批准治疗腺苷脱氨酶(ADA)(ADA)的临床治疗方案的临床治疗方案,2,2 个病例症状有改善个病例症状有改善. . n19911991年复旦大学与第二军医大学合作用基因疗法治疗血年复
41、旦大学与第二军医大学合作用基因疗法治疗血 友病友病B B的临床试验的临床试验, ,患者症状有所改善患者症状有所改善. . 刘德武专题40 1 1基因治疗的类型基因治疗的类型 n基因调控治疗基因调控治疗 q从基因水平调控缺陷基因的表达从基因水平调控缺陷基因的表达, ,以达到改善症状的目的以达到改善症状的目的. . q镰型细胞贫血症镰型细胞贫血症是因珠蛋白的是因珠蛋白的链基因突变链基因突变, ,产生不正常产生不正常 的血红蛋白所致的血红蛋白所致. .用用5-5-氮胞苷抑制甲基化酶氮胞苷抑制甲基化酶, ,使因甲基化而使因甲基化而 关闭的关闭的基因重新开放基因重新开放, ,产生产生HbFHbF以代替以
42、代替HbA.HbA. q用抑制基因表达的反义用抑制基因表达的反义RNARNA或能切割或能切割RNARNA的核酶的核酶(ribozyme),(ribozyme), 阻断基因的表达阻断基因的表达. .在肿瘤的治疗上在肿瘤的治疗上, ,可以在基因水平上抑制可以在基因水平上抑制 肿瘤细胞基因的恶性表达和引导肿瘤细胞逆转肿瘤细胞基因的恶性表达和引导肿瘤细胞逆转. . 刘德武专题41 n基因矫正治疗基因矫正治疗 q基因增补基因增补将正常基因导入患者体内将正常基因导入患者体内, ,补偿缺陷基因的功能补偿缺陷基因的功能. . q基因替换基因替换以正常基因取代变异的基因以正常基因取代变异的基因. . q基因修复
43、基因修复对异常基因进行原位的特异性修复对异常基因进行原位的特异性修复. . 42 n2 2基因治疗的条件基因治疗的条件 q对导入的基因及其产物有详尽的了解对导入的基因及其产物有详尽的了解; ; q外源基因有效导入受体细胞、稳定整合、适量表达外源基因有效导入受体细胞、稳定整合、适量表达; ; q不能使受治细胞基因组及表达调控受影响不能使受治细胞基因组及表达调控受影响; ; q导入基因方法安全导入基因方法安全, ,载体对靶细胞无害载体对靶细胞无害. . n3 3基因治疗的原则基因治疗的原则 q对象是病情严重、预后极差、别无他法的患者对象是病情严重、预后极差、别无他法的患者; ; 转移的基因被克隆转
44、移的基因被克隆; ; q无需高水平的表达和精确定量控制就有治疗效果无需高水平的表达和精确定量控制就有治疗效果; ; q靶细胞获取或回输安全靶细胞获取或回输安全, ,转移基因的表达对细胞微环境转移基因的表达对细胞微环境 无严格的特异性要求无严格的特异性要求. . 43 n4 4基因疗法的步骤基因疗法的步骤 q目的基因选择目的基因选择: :根据基因治疗的类型选择相应的目的基因根据基因治疗的类型选择相应的目的基因 ( (增补、替换、添加增补、替换、添加).). q基因载体构建基因载体构建: :使目的基因在受体细胞内高效、可控、稳使目的基因在受体细胞内高效、可控、稳 定地表达定地表达. . q受体细胞
45、选择受体细胞选择: :容易分离获取容易分离获取, ,在体外增殖存活在体外增殖存活, ,大量扩增大量扩增. . 如成纤维细胞、淋巴细胞、骨髓造血干细胞等如成纤维细胞、淋巴细胞、骨髓造血干细胞等. . 44 5 5基因治疗的应用基因治疗的应用 n治疗恶性肿瘤治疗恶性肿瘤 q将已导入将已导入ILIL2 2基因的基因的TILTIL细胞回输给病人细胞回输给病人, ,启动自身免疫启动自身免疫, , 治疗黑色素瘤治疗黑色素瘤. .美国已批准美国已批准8 8种基因治疗方案种基因治疗方案. . n治疗艾滋病治疗艾滋病 q用射线照射已导入用射线照射已导入HIV HIV 基因的成纤维细胞基因的成纤维细胞, ,细胞停
46、止分化细胞停止分化, , 但能产生但能产生g p160,g p160,将细胞回输给病人将细胞回输给病人, ,能激活免疫系统能激活免疫系统, ,杀杀 伤伤HIV HIV 感染细胞感染细胞. . n治疗家族性高胆固醇血症治疗家族性高胆固醇血症(FH)(FH) q是肝细胞低密度脂蛋白是肝细胞低密度脂蛋白(LDL)(LDL)受体基因混乱造成的遗传病受体基因混乱造成的遗传病, , 将将LDLLDL基因导入病人离体培养的肝细胞中基因导入病人离体培养的肝细胞中, ,然后经导管注然后经导管注 入门脉循环的血液中入门脉循环的血液中, ,进入肝细胞后表达相应的功能蛋白进入肝细胞后表达相应的功能蛋白. . 45 n
47、治疗先天性免疫缺陷综合症治疗先天性免疫缺陷综合症 q病人因缺少腺苷脱氨酶基因病人因缺少腺苷脱氨酶基因(ADA)(ADA)导导 致致T T、B B淋巴细胞发育不完全淋巴细胞发育不完全, ,功能障功能障 碍碍, ,造成严重免疫缺陷造成严重免疫缺陷. .将正常将正常ADA ADA 基因经转录病毒转染进入白细胞基因经转录病毒转染进入白细胞, ,回回 输患者体内输患者体内,ADA,ADA基因表达正常基因表达正常, ,患者患者 ADAADA达正常值的达正常值的25%.25%. n治疗治疗B B型血友病型血友病 q将人凝血因子将人凝血因子的的cDNAcDNA经逆转录病经逆转录病 毒转染到患者的成纤维细胞毒转
48、染到患者的成纤维细胞, ,再植入再植入 患者腹腔中患者腹腔中. .患者的凝血因子患者的凝血因子已从已从 此以此以7.1ng/ml7.1ng/ml上升到上升到24.5ng/ml,24.5ng/ml,其其 活性从活性从2.9%2.9%上升到上升到6.3%.6.3%.病情明显好病情明显好 转转, ,不需要输血治疗不需要输血治疗. . 46 后语后语 n2121世纪是生命科学世纪世纪是生命科学世纪, ,生命是物质运动最复杂的形式生命是物质运动最复杂的形式, , 生命科学发展道路是遥远而漫长的生命科学发展道路是遥远而漫长的, ,需要我们不懈的努需要我们不懈的努 力力, ,执着的追求执着的追求, ,持久的
49、探索。持久的探索。 n生物技术是生命科学中发展最迅速生物技术是生命科学中发展最迅速, ,最活跃的前沿领域最活跃的前沿领域, , 有巨大的发展空间有巨大的发展空间, ,广阔的用武之地。广阔的用武之地。生物技术是多学生物技术是多学 科的综合科的综合, ,又向多领域延伸。又向多领域延伸。 n具备的素质具备的素质: :广博的知识广博的知识, ,扎实的基础扎实的基础, ,熟练的技术熟练的技术, ,创新创新 的思维和实践的能力。的思维和实践的能力。 作业作业2 2 n介绍一种动物生产中的新技术或新方法介绍一种动物生产中的新技术或新方法 n要求： （1） 图文并茂 （2）自拟题目，避免重复 （3）以班为单位收齐（打印纸质版）
