1、第第8 8章章 生物技术与人类健康生物技术与人类健康1 人类疾病特征人类疾病特征 人类疾病的诊断与治疗人类疾病的诊断与治疗 人类基因组计划人类基因组计划(HGP)(HGP) 基因芯片基因芯片生物工程制药生物工程制药2一一. . 人类疾病特征人类疾病特征1. 1. 遗传病遗传病 1902 1902 年英国医生加洛特年英国医生加洛特(A. Garrod)(A. Garrod)从家族病史，发现并研究了第从家族病史，发现并研究了第一例遗传病一例遗传病尿黑酸症尿黑酸症，并发现该病由，并发现该病由单个隐性基因单个隐性基因控制。控制。 尤其难得是，加洛特预测，尿黑酸病病人缺乏尤其难得是，加洛特预测，尿黑酸病
2、病人缺乏一种酶（一种酶（苯丙氨苯丙氨酸羟化酶酸羟化酶），而正常人有，加洛特把这种遗传病症状称为而正常人有，加洛特把这种遗传病症状称为“先天性先天性代谢差错代谢差错”。 后来的研究证明加洛特的预见是对的。后来的研究证明加洛特的预见是对的。 加洛特的工作推动了对一系列遗传病的发现。加洛特的工作推动了对一系列遗传病的发现。当时，对当时，对遗传病的认识是：遗传病的认识是： 由于某个基因的缺失、突变或异常，导致一定病症的出现。由于某个基因的缺失、突变或异常，导致一定病症的出现。可以遗传给下一代子女。可以遗传给下一代子女。这类病的遗传遵循孟德尔规律。这类病的遗传遵循孟德尔规律。3苯丙氨酸苯丙氨酸代谢途径关
3、系到三种遗传病代谢途径关系到三种遗传病4 例如：某些儿童由于缺少苯丙氨酸羟化酶而产生严重的苯基酮尿症。这是因为苯丙氨酸羟化酶的缺乏，使苯丙氨酸正常的降解途径受阻，而改变为另一条降解途径，即苯丙氨酸与-酮戊二酸发生转氨反应，产生苯丙酮酸。 此物质积累在血液中，最后由尿排出体外。血液中过量的苯丙酮酸妨碍儿童大脑的正常发育造成严重的智力迟钝。5 亦是苯丙氨酸代谢紊乱病症。但是疾病后果亦是苯丙氨酸代谢紊乱病症。但是疾病后果的严重程度远大于尿黑酸症。因为脑发育受阻，的严重程度远大于尿黑酸症。因为脑发育受阻，严重脑力呆滞严重脑力呆滞，智商，智商 0 050 50 。苯丙酮尿症苯丙酮尿症 (PKU)(PKU
4、) 是苯丙氨酸代谢途径中又一种是苯丙氨酸代谢途径中又一种“遗传病遗传病”。也是常染色体隐性遗传。也是常染色体隐性遗传。白化病白化病6白化病白化病7 2 、 遗 传 病 的 类 型 和 特 征 迄今已记录的遗传病有 3000 多种，找到了 200 多个与遗传病有关的基因。根据基因的位置与病症，把遗传病分为三类：8类型类型特征特征病例病例基因在常染基因在常染色体色体( (隐性隐性) )基因在常染基因在常染色体色体( (显性显性) )基因在基因在X X染色体染色体 只有在父母只有在父母均携带缺陷基均携带缺陷基因情况下，子因情况下，子女才可能表现女才可能表现病症。病症。 父母一方有父母一方有病症，子女
5、出病症，子女出现病症的概率现病症的概率为为 5050。 母母/ /女女 常常常常是缺陷基因携是缺陷基因携带者。病症更带者。病症更多出现在儿子多出现在儿子身上。身上。苯丙酮尿症苯丙酮尿症(PKU) (PKU) 纤维性囊泡化纤维性囊泡化(CF) (CF) 镰刀状贫血症镰刀状贫血症亨廷顿氏病亨廷顿氏病 家族性高胆家族性高胆固醇血症固醇血症血友病血友病红绿色盲红绿色盲肌营养不良症肌营养不良症9 由于红血球不正常带来严重后果。由于红血球不正常带来严重后果。 问题在于血红蛋白问题在于血红蛋白 - - 链链 一个一个谷氨酸谷氨酸残基变成了残基变成了缬氨酸缬氨酸残基。残基。镰刀状贫血症镰刀状贫血症 正常红血球
6、正常红血球 镰刀状红血球镰刀状红血球10 有意思的是在有意思的是在非洲大陆某些地区非洲大陆某些地区镰刀状贫血症发病率高，携带者也多。镰刀状贫血症发病率高，携带者也多。这些地区恰恰又是一种这些地区恰恰又是一种恶性疟疾流行地区恶性疟疾流行地区。分析表明，镰刀状贫血症缺陷。分析表明，镰刀状贫血症缺陷基因基因携带者携带者比正常人对比正常人对恶性疟疾恶性疟疾有抗性。有抗性。恶性疟疾流行地区恶性疟疾流行地区镰刀状贫血病镰刀状贫血病基因高频地区基因高频地区11一个基因缺陷会导致多种症状12亨廷顿氏病-是一种神经症状疾病，患者出现不由自主动作，渐渐记忆丧失，行为失常，直至行动失控、致死。 Nancy Wexl
7、er 领导的研究组在委内瑞拉西北一个小山村里进行调查并作出富有成效的研究。 最终找到缺陷基因位于4号染色体。此基因包含一段 CAG 重复序列，相当于谷氨酸重复序列。正常基因含1034 个 CAG 拷贝，病人含 40 以上甚至 100 个拷贝。 亨廷顿氏病是第一个被发现的显性遗传病。13常染色体显性基因遗传病的家族遗传特征14显性遗传病显性遗传病裂手裂足裂手裂足 ( (龙虾爪手龙虾爪手) )多指多指短指短指软骨发育不全软骨发育不全正常的手指正常的手指 短指短指15 这种病的患者身体内，编码这种病的患者身体内，编码低密度脂蛋白低密度脂蛋白( LDL )( LDL )受受体体的基因突变。的基因突变。
8、 LDLLDL受体受体分布在细胞表面，功能是把血流中的分布在细胞表面，功能是把血流中的 LDLLDL 吸收到细胞中来。吸收到细胞中来。LDL LDL 受体受体蛋白失去功能，便形成蛋白失去功能，便形成高胆固醇血症，进一步造成动脉粥样硬化。高胆固醇血症，进一步造成动脉粥样硬化。家族性高胆固醇血症家族性高胆固醇血症 LDL 受体基因在 19 号染色体上。但属不完全显性。CC 纯合子在初生婴儿中占 1/106，在很小年纪就得心脏病。Cc杂合子孩子在初生婴儿中占1/500，在 30 岁左右出现心脏病症状。这是人类遗传病中最常见最严重的一种。16 正常人正常人 轻度病症轻度病症 严重病症严重病症17正常血
9、管正常血管动脉粥样硬化血管动脉粥样硬化血管18 患者表现为血凝过程受阻，常常在有伤口时，患者表现为血凝过程受阻，常常在有伤口时，出血不止。出血不止。 血凝机制血凝机制包括一系列蛋白水解酶活化过程的级包括一系列蛋白水解酶活化过程的级联反应。涉及十个左右凝血因子。其中联反应。涉及十个左右凝血因子。其中凝血因子凝血因子 和和 位于位于染色体上。血友病正是因为这两个染色体上。血友病正是因为这两个因子之一的基因发生突变，所以血友病是基因位于因子之一的基因发生突变，所以血友病是基因位于 X X染色体染色体的隐性基因遗传病。的隐性基因遗传病。血友病血友病19 血友病家族的一个著名的例子是英国血友病家族的一个
10、著名的例子是英国维多利亚女王维多利亚女王(1819(18191901901) 1)家族。维多利亚女王身上的血友病缺陷基因家族。维多利亚女王身上的血友病缺陷基因使凝血因子使凝血因子失失活活通过皇族通婚，传递到普鲁士皇室，西班牙王室和俄罗斯王室。通过皇族通婚，传递到普鲁士皇室，西班牙王室和俄罗斯王室。维多利亚女王家族谱系维多利亚女王家族谱系20英国维多利亚女王及其家族英国维多利亚女王及其家族21末代沙皇尼古拉二世家庭末代沙皇尼古拉二世家庭22(1)(1)单基因遗传病单基因遗传病的患者在人群中比例不高。的患者在人群中比例不高。 以上所说的遗传病都属于以上所说的遗传病都属于单基因遗传病单基因遗传病。即
11、病因明确。即病因明确地在于一对基因的突变或缺陷。单基因遗传病的发病率较地在于一对基因的突变或缺陷。单基因遗传病的发病率较低，低，几百分之一至几万分之一几百分之一至几万分之一。染色体病染色体病 由于染色体畸变，包括染色体数目或结构改变所致的由于染色体畸变，包括染色体数目或结构改变所致的遗传病，称为遗传病，称为染色体病染色体病。这种疾病已记录有。这种疾病已记录有 500 500 多种，其多种，其中，性染色体异常占中，性染色体异常占 7575，常染色体异常占，常染色体异常占 2525。如：。如：先天愚型病先天愚型病是因为有是因为有三条三条 21 21 号染色体号染色体所致。所致。3、遗传病对人类健康
12、的影响到 底有多大？2324先先天天愚愚型型病病患患者者有有独独特特的的面面部部特特征征25先天愚型病患者有三条 21 号染色体新生儿患病概率与母亲年龄有关26 经过良好的训练经过良好的训练, , 唐氏综合症患者唐氏综合症患者也能有幸福和丰富的生活。也能有幸福和丰富的生活。27 有的病受有的病受几对基因控制几对基因控制，这类遗传病发病，这类遗传病发病与否，不但取决遗传，也在很大程度上与否，不但取决遗传，也在很大程度上受环境受环境影响影响。 相当一部分常见病或多发病，如：相当一部分常见病或多发病，如：糖尿病、糖尿病、高血压、神经分裂症、支气管哮喘高血压、神经分裂症、支气管哮喘等，都属多等，都属多
13、基因遗传病。基因遗传病。(2)(2)多基因遗传病多基因遗传病28（3 3）随着医学的进步，对人类威胁很大或引起婴儿死亡率甚）随着医学的进步，对人类威胁很大或引起婴儿死亡率甚高的许多传染病，如：鼠疫、天花等已得到控制。代谢疾病，高的许多传染病，如：鼠疫、天花等已得到控制。代谢疾病，器质性疾病和遗传病对人类健康的影响相对的增长。器质性疾病和遗传病对人类健康的影响相对的增长。 加上，医学生物学研究的深入，使越来越多的代谢疾病和器质性疾病中遗传因素被揭示出来，归入多基因遗传病，所以遗传病对人类健康的威胁益凸现出来。在一些发达国家，婴儿死亡率中的 50 归因于遗传病。我国每年出生 1500 万婴儿中，
14、3 带有先天缺陷，其中 80 与遗传病有关。29 因为有环境因素的影响，包括：饮食、妊娠因为有环境因素的影响，包括：饮食、妊娠 、创、创伤、情绪等，于是，遗传的影响程度不一，被称为伤、情绪等，于是，遗传的影响程度不一，被称为“遗遗传易感性传易感性”。疾病名称 环境因素 遗传率 所起作用支气管哮喘 较小 70%神经分裂症高血压 中等 50-60%冠心病消化性溃疡 较大 40% 成年性糖尿病一些常见病、多发病的遗传易感性30 感染感染( (传染传染) )病病HIV HIV 病病 毒毒 模模 式式 图图SARS SARS 病病 毒毒真菌真菌( (霉菌和酵母霉菌和酵母) )霉霉 菌菌 皮肤、指甲真菌感
15、染皮肤、指甲真菌感染白假丝酵母白假丝酵母 鹅口疮鹅口疮肺组织胞浆菌病肺组织胞浆菌病细菌附在牙齿表面，细菌附在牙齿表面，产生酸产生酸，侵蚀牙齿的釉质而形成空洞。侵蚀牙齿的釉质而形成空洞。3119971997香港禽流感香港禽流感 19971997香港香港：学龄儿童因学龄儿童因患流感死亡；患流感死亡； 流感病毒血清型：流感病毒血清型：H5N1H5N1，系禽流感；系禽流感； 引起恐慌，全体鸡鸭遭引起恐慌，全体鸡鸭遭灭顶之灾。灭顶之灾。32正在火化病牛以防止正在火化病牛以防止“疯牛病疯牛病”的传播的传播33二二. . 人类疾病的诊断与治疗人类疾病的诊断与治疗 利用利用PCRPCR技术或技术或PCRPCR
16、与分子杂交标记相结合，与分子杂交标记相结合，可以快速准确地检测出可以快速准确地检测出病原性物质。病原性物质。34检测寄生虫感染诊断方法比较检测寄生虫感染诊断方法比较方法方法优点优点缺点缺点显微镜检查显微镜检查简单易行，可直接观察简单易行，可直接观察到寄生虫的形态到寄生虫的形态速度慢、灵敏度低，对速度慢、灵敏度低，对经验水平要求高、费时、经验水平要求高、费时、费共，无法辨别形态相费共，无法辨别形态相似的寄生虫似的寄生虫体外培养、接种体外培养、接种能检测到活的寄生虫，能检测到活的寄生虫，并可检测感染性和感染并可检测感染性和感染烈度烈度速度慢，花费高，寄生速度慢，花费高，寄生虫可能难以进行体外培虫可
17、能难以进行体外培养，且必须用动物材料养，且必须用动物材料抗体检测抗体检测简单、快速、能够实现简单、快速、能够实现自动化，可用于检测大自动化，可用于检测大量的样品量的样品无法区分活体与处于潜无法区分活体与处于潜伏状态的寄生虫，有时伏状态的寄生虫，有时会有非特异性反应会有非特异性反应DNADNA杂交及杂交及PCRPCR快速灵敏，能够实现自快速灵敏，能够实现自动化，可分辨不同种的动化，可分辨不同种的寄生虫，不需要从前有寄生虫，不需要从前有寄生虫感染病史寄生虫感染病史花费高，步骤多，无法花费高，步骤多，无法区分活体和死的寄生虫，区分活体和死的寄生虫，有时会有假阳性和假阴有时会有假阳性和假阴性性35核酸
18、杂交是核酸杂交是DNADNA诊断分析方法的一种，其工作原理是两条诊断分析方法的一种，其工作原理是两条DNADNA链链之间通过碱基配对形成氢键；之间通过碱基配对形成氢键；理论上讲，核酸杂交用来诊断疾病可用于对所有致病微生物的检理论上讲，核酸杂交用来诊断疾病可用于对所有致病微生物的检测。测。将单链目的DNA结合在膜上加入探针DNA与目标分子共同孵育冲洗掉多余的未结合探针检测探针和目标DNA形成的杂合分子3637382、限制性内切酶图谱多态性技术（RFLP） 基因突变后，使限制性内切酶切点改变，导致电泳条带的改变。 在 RFLP 实际操作中，还是要使用放射性探针。基因突变使得内切酶图谱改变39酶切电
19、泳放射性探针杂交图谱多态性40RFLP用于镰刀状贫血症基因检查正常有1150 bp 和 200 bp，突变后 没有上述两条条带，多一条 1350 bp珠蛋白基因41DNADNA指纹指纹(DNA Fingerprinting)(DNA Fingerprinting)指对待测样品中的指对待测样品中的DNADNA进行分进行分析所得到的具有特征性的分子杂交图谱。析所得到的具有特征性的分子杂交图谱。酶解为片段电泳放射自显影42 DNADNA指纹带型图指纹带型图在法庭上可用在法庭上可用 于谋杀案取证于谋杀案取证43被告血样被告血样受害者血样受害者血样被告衣服上的血样被告衣服上的血样44 My father
20、?My father?45RFLP 用于亲子关系确认，电泳图谱中左侧：母亲 中间：儿子右侧：父亲（？）46 遗传病的根治应该是基因遗传病的根治应该是基因治疗，但是基因治疗的难度很治疗，但是基因治疗的难度很高。高。 1990 1990 年第一例基因治疗临年第一例基因治疗临床试验使床试验使腺苷酸脱氨酶腺苷酸脱氨酶(ADA)(ADA)基因进入骨髓细胞，再送回病基因进入骨髓细胞，再送回病人体内，治疗人体内，治疗严重综合免疫缺严重综合免疫缺失症失症(SCID)(SCID)获得初步效果。获得初步效果。 1990 1990年，转基因年，转基因T T淋巴细胞注淋巴细胞注射到人体骨髓组织中治疗射到人体骨髓组织中
21、治疗SCIDSCID。47 这个名叫这个名叫DavidDavid的男孩已近的男孩已近1010岁了岁了, ,他生下来就在隔离室中他生下来就在隔离室中长大。长大。 【SCIDSCID患儿患儿】48找到找到致病基因致病基因；克隆得到大量与致病基因相应的克隆得到大量与致病基因相应的正常基正常基因因；采取适当方法把正常基因采取适当方法把正常基因放回到病人身体内放回到病人身体内去；去；进入体内的正常基因应正常表达。进入体内的正常基因应正常表达。基因治疗的必要步骤：基因治疗的必要步骤：49克隆得到正常基因克隆得到正常基因以病毒以病毒DNADNA为载体为载体正常基因转入人体细胞正常基因转入人体细胞再转入病人身
22、体再转入病人身体50p目前，基因疗法的对象：目前，基因疗法的对象：基因病、肿瘤、心血管病、糖尿病、血友病、严重贫基因病、肿瘤、心血管病、糖尿病、血友病、严重贫血、关节炎、爱滋病等血、关节炎、爱滋病等1515种以上疑难顽症；种以上疑难顽症；p基因治疗人类遗传性疾病基因治疗人类遗传性疾病, ,仍在探索阶段。仍在探索阶段。p基因治疗是将正常的外源基因导入靶细胞中以弥补靶细胞基因治疗是将正常的外源基因导入靶细胞中以弥补靶细胞所缺失或突变的基因、或抑制异常表达的基因。所缺失或突变的基因、或抑制异常表达的基因。19901990年年9 9月，美国月，美国FADFAD批准了用批准了用AIJA(AIJA(腺昔脱
23、氨酶腺昔脱氨酶) )基基因治疗严重联合型免疫缺陷病因治疗严重联合型免疫缺陷病( (一种单基因遗传病一种单基因遗传病) )，并取得了较满意的结果。并取得了较满意的结果。 -标志着人类疾病基因治疗的开始。标志着人类疾病基因治疗的开始。51基因治疗疗的策略p 原位修复原位修复( (基因修复基因修复) ) 对有缺陷的基因在原来位置上进行修复，使该基因恢复正常。对有缺陷的基因在原来位置上进行修复，使该基因恢复正常。p 基因替代疗法基因替代疗法 治疗策略是切除发生缺陷的基因，再转入有功能的正常。治疗策略是切除发生缺陷的基因，再转入有功能的正常。p 基因增强基因增强 将目的基因导入靶细胞，目的基因的表达产物
24、可以补偿缺陷细将目的基因导入靶细胞，目的基因的表达产物可以补偿缺陷细胞的功能。胞的功能。p 基因抑制基因抑制 导入外源基因以抑制原有的基因，目的在于阻断有害基因的表导入外源基因以抑制原有的基因，目的在于阻断有害基因的表达。达。52 19901990年年9 9月月1414日美国第一例临床基日美国第一例临床基因治疗申请获得批准：因治疗申请获得批准： 国立卫生研究院国立卫生研究院NIHNIH，重组重组DNADNA顾问委员会顾问委员会RACRAC。 SCIDSCID患者患者( (severe combined severe combined immunodeficiencyimmunodeficien
25、cy) )：缺乏腺苷酸脱：缺乏腺苷酸脱氨酶，氨酶，adaada基因缺失基因缺失。 将正常基因转入患者将正常基因转入患者(4(4岁的岁的女孩女孩) )淋巴细胞，再将改造细胞送回淋巴细胞，再将改造细胞送回患者体内。患者体内。基因治疗疗重症联合免疫缺陷病重症联合免疫缺陷病 ：53Ashanti de Silva, Now 13, was the first patient to be treated with gene therapy.重症联合免疫缺陷的基因治疗重症联合免疫缺陷的基因治疗 腺苷脱氨酶基因治疗腺苷脱氨酶基因治疗(1990)(1990)54 有时，补充必要有时，补充必要的酶也很起作用。的
26、酶也很起作用。纤纤维性囊泡化病维性囊泡化病(CF)(CF)是是美国白色人种中较为美国白色人种中较为常见的遗传病。病儿常见的遗传病。病儿从肺、胰腺等处分泌从肺、胰腺等处分泌粘液，阻碍呼吸、消粘液，阻碍呼吸、消化等功能。化等功能。5 5岁前可岁前可能因呼吸阻碍致死。能因呼吸阻碍致死。(2)(2)蛋白质水平蛋白质水平治疗治疗 CF CF病儿吸入基因工程法制备的病儿吸入基因工程法制备的 DNA DNA 酶粉，酶粉，症状大为改善。症状大为改善。55三三. . 人类基因组计划人类基因组计划(HGP)(HGP) February 2001,The HGP consortium publishes its w
27、orking draft in Nature (15 February), and Celera publishes its draft in Science ( 16 February).什么是什么是“人类基因组人类基因组”？-指人体指人体DNADNA分子所分子所携带的全部遗传信息携带的全部遗传信息56人体细胞的核型人体细胞的核型(Spectral Karyotype) (Spectral Karyotype) 1“基因组基因组(genome)”(genome)”一词是一词是19201920年年WinklesWinkles从从GENGENeses和和chromoschromosOMEOMEs
28、 s组成的。组成的。泛指一个细泛指一个细胞或一个生物体的全部遗传信息。在真核生物，胞或一个生物体的全部遗传信息。在真核生物，基因组是指一套基因组是指一套( (单倍体单倍体) )染色体染色体DNADNA。 57白宫的庆典白宫的庆典2000-6-26, Venter (left) & Collins (right)2000-6-26, Venter (left) & Collins (right)19981998年，年，VenterVenter成立了成立了CeleraCelera公司公司，参与竞争，参与竞争HGPHGP。CollinsCollins为美国为美国HGPHGP首席科学家首席科学家。58
29、什么是什么是“人类基因组计划人类基因组计划”？ 、“人类基因组计划人类基因组计划”的意的意义是有哪些？义是有哪些？-人类基因组计划：基因组就是一个物种中所有基因的整体组成。-人类基因组有两层意义：遗传信息和遗传物质。要揭开生命的奥秘，就需要从整体水平研究基因的存在、基因的结构与功能、基因之间的相互关系。人类是在“进化”历程上最高级的生物，对它的研究有助于认识自身、掌握生老病死规律、疾病的诊断和治疗、了解生命的起源。对于奠定对于奠定21世纪医学、生物学发展的基础具有重要世纪医学、生物学发展的基础具有重要而深远的意义而深远的意义595、参与参与“人类类基因组计划组计划”的国国家及我国参与国参与的意
30、义义有哪哪些？ 2000年6月26日宣布“人类基因组草图”绘制完成，现已绘制出“人类基因组精图”。通过参与,分享了历时多年的类基因组计划积累的技术与资料。建立了我国自己的基因大规模测序的全套技术及科学技术队伍。大大促进了我国生命科学技术前沿领域的发展，为医药、农业等生物高技术的产业发展开辟了广阔的前景。4 4、“ “人人类类基因基因组计划组计划” ”的的现状现状？60人类的染色体组人类的染色体组61已完成测序工作的生物已完成测序工作的生物62疾病基因的发现疾病基因的发现 19901990年年美国科学家率先启动美国科学家率先启动人类基因组计划人类基因组计划（HGPHGP），），计划历时计划历时1
31、515年，至年，至20052005年完成；年完成； 20012001年年2 2月月1212日日由由SinceSince和和NatureNature杂志同时向世界杂志同时向世界宣布，人类基因组宣布，人类基因组3X103X109 9bpbp的最新图谱，约含的最新图谱，约含3 3 4 4万个万个基因；基因； 整个人类基因组的全部核苷酸序列不久即将完成。整个人类基因组的全部核苷酸序列不久即将完成。但要揭示人类但要揭示人类4 4万个基因功能的任务将更为艰巨。万个基因功能的任务将更为艰巨。63 人类基因组图谱的初步完成，不仅为全部基因人类基因组图谱的初步完成，不仅为全部基因的定位建立了一个开放框架，而且为
32、分离、鉴定人的定位建立了一个开放框架，而且为分离、鉴定人类疾病相关基因提供了参照模板。类疾病相关基因提供了参照模板。 如已知人类遗传性疾病约有如已知人类遗传性疾病约有30003000种，推测可能种，推测可能是由于某些基因结构异常或基因位移等突变所致。是由于某些基因结构异常或基因位移等突变所致。如果如果利用分子生物学技术，将患者疾病基因与正常利用分子生物学技术，将患者疾病基因与正常基因图谱作对照分析，基因图谱作对照分析，必将有助于阐明遗传病的分必将有助于阐明遗传病的分子机制，这对遗传病的基因治疗将起到不可估量的子机制，这对遗传病的基因治疗将起到不可估量的推动作用。推动作用。 64HGPHGP将给
33、人类带来的好处将给人类带来的好处(1)(1)将带动一场医学革命将带动一场医学革命 用基因图谱看病用基因图谱看病 基因药物治病基因药物治病 基因检测预防隐患基因检测预防隐患 基因治疗疾病基因治疗疾病(2)(2)获取了操纵生命的工具获取了操纵生命的工具 控制生命的孕育控制生命的孕育优生优育优生优育 延长人的寿命延长人的寿命 选择最佳生活环境选择最佳生活环境(3)(3)得以进行精确的个体鉴定得以进行精确的个体鉴定 基因身份证基因身份证 生物考古生物考古(4)(4)将带来将带来巨大的商机巨大的商机 生物制药生物制药 器官培植器官培植65 社会平等与基因歧视社会平等与基因歧视 科技进步与基因技术滥用科技
34、进步与基因技术滥用 社会公正与基因成果利益的均等分配社会公正与基因成果利益的均等分配 技术的不确定性和基因安全技术的不确定性和基因安全HGP HGP 可能给人类带来的隐患可能给人类带来的隐患66基因诊断基因诊断(Gene Diagnosis)(Gene Diagnosis) 通过从患者体通过从患者体内提取样本内提取样本(DNA)(DNA)用用基因检测方法来判基因检测方法来判断患者是否有基因断患者是否有基因异常或携带病原微异常或携带病原微生物的方法，就是生物的方法，就是基因诊断基因诊断。G G到到T T一个碱基的改变，决定一个人的命运！一个碱基的改变，决定一个人的命运！ 小皓出生小皓出生2323
35、个月就出现皮疹、便血等病个月就出现皮疹、便血等病状，患上了罕见的原发性免疫缺陷病。状，患上了罕见的原发性免疫缺陷病。 DNADNA序列分析，证实了小皓序列分析，证实了小皓WASWAS蛋白基因蛋白基因的的13881388位核苷酸由位核苷酸由G G突变为突变为T T，使编码谷使编码谷氨酸的密码氨酸的密码GAGGAG突变为终止密码突变为终止密码TAGTAG。 WASWAS蛋白突变为无功能的蛋白突变为无功能的WASWAS蛋白，导致蛋白，导致患儿血小板减少，淋巴细胞形态和功能患儿血小板减少，淋巴细胞形态和功能异常异常 。 希望：希望：WASWAS目前已经可以用骨髓移植或目前已经可以用骨髓移植或干细胞移植
36、根治。干细胞移植根治。67传统与基因诊断的比较传统与基因诊断的比较 传统的诊断传统的诊断 望望 问问 听听 触触经验经验 化验化验/ /检验检验微生物、免疫微生物、免疫学、生物化学、病理学等对学、生物化学、病理学等对细细胞、组织、酶、代谢物胞、组织、酶、代谢物等检测等检测 影像学影像学X X线、线、B B超、超、CTCT、核磁、核磁共振、内窥镜等共振、内窥镜等 特殊检查特殊检查肌电肌电/ /脑电脑电/ /心电、心电、骨密度等骨密度等基因诊断基因诊断 应用分子生物学方法：如应用分子生物学方法：如PCRPCR技技术术或或PCRPCR与与分子杂交分子杂交标记标记 主要应用于主要应用于 先天遗传性疾患
37、先天遗传性疾患( (苯丙酮尿苯丙酮尿症、血红蛋白病症、血红蛋白病) ) 后天基因突变引起的疾病后天基因突变引起的疾病( (肿瘤、糖尿病肿瘤、糖尿病) ) 病原生物的侵入病原生物的侵入( (流感、肝流感、肝炎、艾滋病炎、艾滋病) ) 个体识别、法医物证个体识别、法医物证68生物芯片技术生物芯片技术n 生物芯片技术的一般原理生物芯片技术的一般原理 生物芯片又称生物芯片又称DNADNA芯片或基因芯片芯片或基因芯片，它们是它们是DNADNA杂交探针技术杂交探针技术与半导体工业技术相结合的结晶。与半导体工业技术相结合的结晶。 该技术系指该技术系指将大量探针分子固定于支持物上后与带荧光标记将大量探针分子固
38、定于支持物上后与带荧光标记的的DNADNA样品分子进行杂交，通过检测每个探针分子的杂交信样品分子进行杂交，通过检测每个探针分子的杂交信号强度进而获取样品分子的数量和序列信息。号强度进而获取样品分子的数量和序列信息。 19961996年底，美国年底，美国 Affymetrix Affymetrix 结合照相平板印刷、计算机、结合照相平板印刷、计算机、半导体、寡核苷酸合成、荧光标记、核酸探针分子杂交和激半导体、寡核苷酸合成、荧光标记、核酸探针分子杂交和激光共聚扫描等高新技术，研制创造了世界第一块光共聚扫描等高新技术，研制创造了世界第一块DNADNA芯片。芯片。6970 生物芯片之所以成为全世界科学
39、家孜孜生物芯片之所以成为全世界科学家孜孜以求的目标的原因以求的目标的原因 一个指甲大的地方就能建个实验室，医生可以一次同一个指甲大的地方就能建个实验室，医生可以一次同时测出多种病原微生物，在极短的时间内知道病人被哪时测出多种病原微生物，在极短的时间内知道病人被哪种微生物感染，迅速医治；想知道胎儿是否患有遗传病，种微生物感染，迅速医治；想知道胎儿是否患有遗传病，只要取少量羊水或几滴父母血液，同时鉴别的遗传病达只要取少量羊水或几滴父母血液，同时鉴别的遗传病达数十种甚至数千种！数十种甚至数千种！ 这个缩微实验室名叫这个缩微实验室名叫“生物芯片生物芯片”。71基因芯片实验程序基因芯片实验程序72基因芯
40、片实验程序基因芯片实验程序73DNA点阵点阵74生物芯片技术术的主要应应用 19981998年底，美年底，美国国科科学学促促进会将进会将基因芯片技基因芯片技术术列列为为19981998年度自然科年度自然科学领学领域十大域十大进进展之一。展之一。一些科一些科学学家把基家把基因芯片因芯片称为称为“ “可以可以随随身携身携带带的微型的微型实验实验室室” ”。DNADNA芯片可用于大规模筛查基因突变所引起的疾病；芯片可用于大规模筛查基因突变所引起的疾病； 分析基因组及发现新基因等具有很大的优势；分析基因组及发现新基因等具有很大的优势；DNADNA芯片技术用于基因组分析时，具有样品用量小、芯片技术用于基
41、因组分析时，具有样品用量小、信息量大、分析方法简易快速、自动化程度高等多项优信息量大、分析方法简易快速、自动化程度高等多项优点，特别适合于寻找新基因、基因表达检测、突变检测、点，特别适合于寻找新基因、基因表达检测、突变检测、基因组多态性分析和基因文库作图以及杂交测序等方面。基因组多态性分析和基因文库作图以及杂交测序等方面。 医学、化学、新药开发、司法鉴定、农业技术和食品医学、化学、新药开发、司法鉴定、农业技术和食品技术领域也具有广泛的应用；技术领域也具有广泛的应用；75提供新药研发的方法、策略和目标基因、蛋白或其他代谢产物体外实验、动物模型的建立及动物模型的体内实验临床实验，通过相关管理部门的
42、审查，市场营销基础研究从事新药发现生物技术公司制药公司7677人类基因序列人类基因序列生物信息学生物信息学重组蛋白质重组蛋白质表达表达高通量生物高通量生物活性筛选活性筛选功能研究功能研究药物靶标药物靶标研究研究先导化合物先导化合物筛选筛选基因工程基因工程药物开发药物开发化学新药化学新药基因组药物开发流程基因组药物开发流程蛋白质蛋白质序列序列基因治疗基因治疗78n19761976年第一家基因工程技术开发药物的公司建立；年第一家基因工程技术开发药物的公司建立；n19821982年第一个基因工程药物重组年第一个基因工程药物重组人胰岛素人胰岛素正式生产，推向市场正式生产，推向市场n20022002年全
43、球生物技术公司总数已达年全球生物技术公司总数已达42844284家，美国占家，美国占3434。n20042004年基因重组生物技术药物的年销售额已经突破年基因重组生物技术药物的年销售额已经突破400400亿美亿美元；。元；。n20052005年市场上的生物技术药物达到年市场上的生物技术药物达到200200种左右，而在研的药物种左右，而在研的药物为为 600600种。种。n全世界已有全世界已有2.52.5亿人使用生物技术药物和疫苗。亿人使用生物技术药物和疫苗。国外生物医药的发展国外生物医药的发展79p许多药品的生产是从许多药品的生产是从生物组织生物组织中提取的。受材料来源限中提取的。受材料来源限
44、制产量有限，其价格往往制产量有限，其价格往往十分昂贵十分昂贵。p如胰岛素长期以来只能依靠从猪、牛等动物的胰腺中提如胰岛素长期以来只能依靠从猪、牛等动物的胰腺中提取。取。p将合成的胰岛素基因导入大肠杆菌，每将合成的胰岛素基因导入大肠杆菌，每2000L2000L培养液培养液就能就能产生产生100g100g胰岛素！相当于胰岛素！相当于1000Kg1000Kg猪胰脏猪胰脏中提取的量。中提取的量。基因工程药品的生产基因工程药品的生产80从转基因羊的羊奶中提取从转基因羊的羊奶中提取出治疗心脏病的药物出治疗心脏病的药物tPAtPA乳腺生物反应器乳腺生物反应器: :使外源基因在哺乳使外源基因在哺乳动物的乳腺组
45、织动物的乳腺组织( (上皮细胞上皮细胞) )中进行特中进行特异表达我们需要的蛋白产物；异表达我们需要的蛋白产物；血液生物反应器血液生物反应器细胞生物反应器细胞生物反应器已生产的药物：已生产的药物：-抗胰蛋白酶、抗抗胰蛋白酶、抗凝血因子凝血因子、 tPAtPA 、凝血因子、凝血因子、白细胞介素白细胞介素2222等。等。组织型纤溶酶原激活物组织型纤溶酶原激活物动物生物反应器动物生物反应器81动物乳腺生物反应器动物乳腺生物反应器 乳腺生物反应器的原理乳腺生物反应器的原理是将外源基因置于乳腺特异性调节是将外源基因置于乳腺特异性调节序列之下，使之在乳腺中表达，然后通过回收乳汁获得重要序列之下，使之在乳腺
46、中表达，然后通过回收乳汁获得重要价值的生物活性蛋白。价值的生物活性蛋白。 由于乳腺是一个外分由于乳腺是一个外分泌器官，乳汁不进入体泌器官，乳汁不进入体内循环，因此不会影响内循环，因此不会影响到转基因动物本身的生到转基因动物本身的生理代谢反应。从转基因理代谢反应。从转基因乳汁中获得目的基因产乳汁中获得目的基因产物，不但产量高、易提物，不但产量高、易提纯，而且表达的蛋白经纯，而且表达的蛋白经过充分的修饰加工过充分的修饰加工, ,具有具有稳定的生物活性。所以，稳定的生物活性。所以，用乳腺表达人类所需蛋用乳腺表达人类所需蛋白基因的羊、牛等就像白基因的羊、牛等就像一个制药工厂一个制药工厂。82动物血液生
47、物反应器动物血液生物反应器 血液生物反应器血液生物反应器比较适合生产人血红蛋白、抗体和生产非比较适合生产人血红蛋白、抗体和生产非生物学活性生物学活性( (有生物学活性的蛋白或多肽会影响动物的健康有生物学活性的蛋白或多肽会影响动物的健康) )的的融合蛋白。融合蛋白。 主要产品主要产品为人血清白蛋白为人血清白蛋白。 通过分子生物技术重组能在猪肝中表达的人血清白蛋白融通过分子生物技术重组能在猪肝中表达的人血清白蛋白融合基因，并以显微注射的方法合基因，并以显微注射的方法将融合基因注射到猪的受精卵将融合基因注射到猪的受精卵中，培养出转基因猪，从而实中，培养出转基因猪，从而实现在猪体内合成现在猪体内合成人
48、血清白蛋白人血清白蛋白的目的。的目的。83转基因猴转基因猴图为人类培育出的第一只转基因猴图为人类培育出的第一只转基因猴“安迪安迪” ” 人类培育出的第一只转基因猴在美人类培育出的第一只转基因猴在美国安全降生，这是世界上第一只转基国安全降生，这是世界上第一只转基因灵长类动物，生物革命的脚步声已因灵长类动物，生物革命的脚步声已经越来越近。经越来越近。 研究人员在研究人员在科学科学杂志上报告杂志上报告说，他们在猴子的未受精卵中加入附说，他们在猴子的未受精卵中加入附加基因，并利用它成功培育出健康活加基因，并利用它成功培育出健康活泼的小猴泼的小猴“安迪安迪”。 据介绍，安迪体内增加的基因仅据介绍，安迪体
49、内增加的基因仅是一个简单的标志基因，目的就是能是一个简单的标志基因，目的就是能够简单地确认出它的基因图谱。但是够简单地确认出它的基因图谱。但是同样的转基因方法可以令其它的实验同样的转基因方法可以令其它的实验动物携带特定的医疗目的基因。动物携带特定的医疗目的基因。 转基因猴的卵子示意图转基因猴的卵子示意图 84中国首批中国首批t-PAt-PA转基因羊转基因羊 首只诞生的羔羊为公羔，体重为首只诞生的羔羊为公羔，体重为4.14.1千克，此羔羊平均日增重千克，此羔羊平均日增重200200克，其余克，其余2727只转基因羊身体状况良好。只转基因羊身体状况良好。 由中国军事医学科学院主持，山东农由中国军事
50、医学科学院主持，山东农业大学、莱阳农学院等单位共同参与的业大学、莱阳农学院等单位共同参与的国家国家“863”863”计划项目计划项目动物乳腺生物动物乳腺生物反应器项目反应器项目取得重大突破，首批取得重大突破，首批2828只带只带有有t-PAt-PA组织型纤溶酶原激活剂的转基因组织型纤溶酶原激活剂的转基因羊，羊，20042004年年6 6月在山东省东营市天翼公月在山东省东营市天翼公司陆续降生。司陆续降生。 t-PA t-PA是目前治疗急性心肌梗塞最好的是目前治疗急性心肌梗塞最好的溶血栓药物，如果从国外进口，价格非溶血栓药物，如果从国外进口，价格非常昂贵，由动物的乳腺生产出含有常昂贵，由动物的乳腺
