分子生物學在醫(yī)藥中的研究進展及應(yīng)用

1、分子生物學在醫(yī)藥中的研究進展及應(yīng)用 韓靜靜摘要分子生物學是對生物在分子層次上的研究。這是一門生物學和化學之間跨學科的研究，其研究領(lǐng)域涵蓋了遺傳學、生物化學和生物物理學等學科。分子生物學主要致力于對細胞中不同系統(tǒng)之間相互作用的理解，包括DNA，RNA和蛋白質(zhì)生物合成之間的關(guān)系以及了解它們之間的相互作用是如何被調(diào)控的。分子生物學主要研究遺傳物質(zhì)的復制、轉(zhuǎn)錄和翻譯進程中的分子基礎(chǔ)。分子生物學的中心法則認為“DNA 制造 RNA，RNA 制造蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)反過來協(xié)助前兩項流程，并協(xié)助 DNA 自我復制”。分子生物技術(shù)也稱之為生物工程，是現(xiàn)代生物技術(shù)的主要標志，它是以基因重組技術(shù)和細胞融合技術(shù)為基礎(chǔ)，利

2、用生物體或者生物組織、細胞及其組分的特性和功能，設(shè)計構(gòu)建具有預(yù)期性狀的新物種或新品種以便與工程原理相結(jié)臺進行生產(chǎn)加工為社會提供商品和服務(wù)的一個綜合性技術(shù)體系，其內(nèi)容包括基因工程技術(shù)、細胞工程技術(shù)、DNA測序技術(shù)、DNA芯片技術(shù)、酶工程技術(shù)等?，F(xiàn)代分子生物技術(shù)的誕生以70年代DNA重組技術(shù)和淋巴細胞雜交瘤技術(shù)的發(fā)明和應(yīng)用為標志迄今已走過了30多年的發(fā)展歷程。實踐證明在解決人類面臨的糧食、健康、環(huán)境和能源等重大問題方面開辟了無限廣闊的前景。受到了各國政府和企業(yè)界的廣泛關(guān)注。是21世紀高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的先導。二十世紀生物醫(yī)學發(fā)展的主要特點之一是對生命現(xiàn)象和疾病本質(zhì)的認識逐漸向分子水平深入。DNA雙螺旋結(jié)

3、構(gòu)的發(fā)現(xiàn)為分子醫(yī)學和基因醫(yī)學的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。人們逐漸認識到，無論健康或疾病狀態(tài)都是生物分子及其相互作用的結(jié)果，生物分子中起關(guān)鍵性作用者為基因及其表達產(chǎn)物蛋白質(zhì)，因此從本質(zhì)上說，所有的疾病都可以被認為是“基因病”。近十年來，分子生物技術(shù)已成為醫(yī)學領(lǐng)域最有力的研究工具，以下從基因工程技術(shù)、人類基因組計劃與核酸序列測定技術(shù)、基因診斷與基因體外擴增技術(shù)、生物芯片技術(shù)在醫(yī)學研究中為了解疾病的發(fā)生發(fā)展機制，診斷和藥物研制、開發(fā)中的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：分子生物學 分子生物技術(shù) 醫(yī)藥 基因芯片 蛋白質(zhì)組學第一章 文獻綜述31.1 分子生物學發(fā)展史31.2 分子生物學與現(xiàn)代醫(yī)學41.2.2 分于生物納米技術(shù)在基因診

4、斷中的應(yīng)用51.2.3 分子納米技術(shù)在基因療法中的應(yīng)用51.2.4 分子生物芯片技術(shù)在醫(yī)學檢驗中的應(yīng)用51.3 藥學分子生物學51.4 分子生物學在中藥的研究61.4.1 中藥研究與基因組學61.4.2 DNA分子標記技術(shù)與中藥新藥研發(fā)61.5 分子生物學在生藥學中的研究71.5.1 藥用動植物遺傳多樣性的分子檢測與分子系統(tǒng)學研究71.5.2 代謝途徑基因工程與中藥材品質(zhì)定向調(diào)控71.5.3 生藥分子藥理學形成與發(fā)展71.5.4 分子生物學技術(shù)的發(fā)展與分子生藥學方法的創(chuàng)新7第二章 分子生物學在醫(yī)藥中的應(yīng)用82.1 分子生物學在醫(yī)學中的應(yīng)用82.1.1 基因工程技術(shù)在醫(yī)學中的應(yīng)用82.1.2 基

5、因芯片技術(shù)82.1.3 分子生物學在檢驗醫(yī)學中的應(yīng)用92.1.4 分子生物學技術(shù)在病理診斷及研究中的應(yīng)用92.1.5 蛋白質(zhì)芯片在病理中的應(yīng)用102.2分子生物學在藥學中的應(yīng)用102.2.1 基因芯片用于藥物篩選102.2.2 生物工程與生物制藥102.2.3蛋白質(zhì)組學在藥學研究中的應(yīng)用11第三章 應(yīng)用前景12參考文獻13第一章 文獻綜述1.1 分子生物學發(fā)展史第二次世界大戰(zhàn)之后25年，這個時期雖然可以用自然科學的許多領(lǐng)域的迅猛發(fā)展加以表征，但是發(fā)生了最深遠的和革命性的進展的是生物學領(lǐng)域。這些年里,分子研究和生物化學研究的成熟和一體化,達到了連本世紀頭幾十年里最空談理論的機械論者都可能期望的深

6、度和廣度。像胚胎學、遺傳學或進化論那樣的以前在組織、細胞或群體水平上作了研究的領(lǐng)域,逐步地表明在特定的大分子的分子結(jié)構(gòu)方面具有共同的基礎(chǔ)。對于諸如蛋白質(zhì)和稍后的核酸分子的結(jié)構(gòu)和功能的研究,展示了探究生命系統(tǒng)微觀結(jié)構(gòu)的新前景,并且顯示了生物學廣闊的領(lǐng)域之間的新聯(lián)系,而生物學各個領(lǐng)域之間的共同基礎(chǔ),以前只是模糊地被人們推測過。當本世紀四十年代至五十年代人們弄清了核酸是主要的遺傳物質(zhì)以及核酸通過指導蛋白質(zhì)的合成而發(fā)生作用的時候,有關(guān)遺傳的研究再次成為二十世紀生物學中的一個革命性的和占有主導地位的領(lǐng)域。摩爾根學派的工作已表明基因可以看作是有形的染色體的片段,但他們沒有試圖研究基因的分子性質(zhì)或任何有關(guān)基

7、因的生化功能。這個問題是確實存在的,但探討它卻是不成熟的和難以弄清的。因此,當適合于探討細胞內(nèi)特定分子的相互作用的研究工具和技術(shù)變得有效時,遺傳學在二十世紀再次呈現(xiàn)出令人鼓舞的景象是不足為奇的。生物學現(xiàn)在的“分子生物學”不僅包括結(jié)構(gòu)和功能的要素,而且包括信息的要素。它關(guān)往生物學上的重要分子,比如蛋白質(zhì)或核酸的結(jié)構(gòu),從這些分子如何在細胞的新陳代謝中起作用以及它們?nèi)绾螖y帶特定的生物信息的方面關(guān)注這些分子的結(jié)構(gòu)問題。物理學和結(jié)構(gòu)化學的方法比如結(jié)晶分子的X射線衍射,分子模型的建立,已經(jīng)應(yīng)用于分子結(jié)構(gòu)的研究,同時生物化學也應(yīng)用于確定細胞內(nèi)部大分子如何彼此相互作用、大分子如何與小分子相互作用的問題。在歷史

8、上,有三方面思路通向我們今天所知道的分子生物學的形成:1.結(jié)構(gòu)方面與生物分子的結(jié)構(gòu)有關(guān),2. 生物化學方面:與生物分子如何在細胞新陳代謝和遺傳過程中相互作用的問題有關(guān),3.信息方面:與信息如何從一代有機體傳遞到下一代并且信息如何轉(zhuǎn)譯為獨特的生物分子的問題有關(guān)1。生物化學遺傳學細胞生物學生物物理學微生物學有機化學物理化學 相互滲透進入細胞水平相互促進20世紀中葉生物學引入生物大分子 分子生物學 圖一 分子生物學的發(fā)展過程在19世紀和20世紀隨著各個學科的發(fā)展，特別是生物化學、遺傳學、細胞生物學、生物物理學、微生物學、有機化學、物理化學的發(fā)展，各個學科互相滲透，互相促進荷香交融，而生物學的發(fā)展隨著

9、這些學科在生物學中的應(yīng)用已經(jīng)從物種、個體等層次上發(fā)展到細胞水平上，到了二十世紀中葉，隨著檢測儀器的快速發(fā)展，大分子如核酸、蛋白質(zhì)等物質(zhì)的鑒定，使得生物大分子引入到生物學中，隨后發(fā)展成分子生物學，如圖一。二十一世紀是生物學的世紀，同時生物學中的核心是分子生物學，在現(xiàn)在分子生物學對整個社會及人類產(chǎn)生了重要的影響，分子生物學的核心就是通過生物的物質(zhì)基礎(chǔ)核酸、蛋白質(zhì)、酶等生物大分子的機構(gòu)、功能及其互相作用等運動規(guī)律的研究來闡明生物分子基礎(chǔ)，從而探討生命的奧秘，隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，特別是物理、化學、儀器分析的發(fā)展使得分子生物學的發(fā)展在分子水平上取得了巨大的進步，人類可以通過研究核酸、蛋白質(zhì)來闡述人類自身

10、發(fā)展的困難及在醫(yī)學中可以解釋很多疑難雜癥。分子生物學的發(fā)展更加借助了現(xiàn)代社會十分關(guān)鍵的工具計算機，化學信息學通過計算機模擬確定蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，從而使研究者更加生動形象的了解蛋白質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。隨著分子生物學的快速發(fā)展，它已經(jīng)與其他學科結(jié)合，如生理學、微生物學、免疫學、病理學、藥理學、臨床醫(yī)學等，尤其在醫(yī)學中的應(yīng)用，成為現(xiàn)代醫(yī)學的重要基礎(chǔ)，而且發(fā)展了很多分支學科，例如分子細胞學、分子病毒學、分子診斷學、分子治療學、分子病理學、分子藥理學、生物制藥等。本論文將重點研究分子生物學在醫(yī)學及藥學中的應(yīng)用及研究進展。1.2 分子生物學與現(xiàn)代醫(yī)學分子生物學是當前生命科學中發(fā)展最快的前沿領(lǐng)域，即是生命科學的領(lǐng)先學

11、科，而且是與其他學科廣泛交叉于滲透的重要前沿領(lǐng)域使得現(xiàn)代生命科學的內(nèi)涵和外延在不斷擴大。二十一世紀醫(yī)學發(fā)展的主要特點之一是對生命現(xiàn)象和疾病本質(zhì)的認識逐漸向分子水平深入。隨著基因克隆技術(shù)趨向成熟和基因涌序工作逐步完善，后基因時代逐步到來。人們逐漸認識到無論健康或疾病狀態(tài)都是生物分子的相互作用的結(jié)果，生物分子起關(guān)鍵性作用。最近十年，分子生物技術(shù)已成為醫(yī)學領(lǐng)域極其有力的研究工具基因工程技術(shù)、人類基因組計劃與核酸序列測定技術(shù)、基目診斷與基因體外擴增技術(shù)、生物芯片拄術(shù)、分子納米技術(shù)在醫(yī)學研究中如了解疾病的發(fā)生發(fā)展機制、疾病診斷和藥物研制與開發(fā)中得到廣泛應(yīng)用。同時，在結(jié)構(gòu)基因組學、功能基因組學和環(huán)境基因組

12、學逢勃發(fā)展的形勢下。分子生物醫(yī)學技術(shù)將會取得突破性進展也給醫(yī)學帶來了嶄新的局面，為醫(yī)學事業(yè)的發(fā)展提供新的機遇。分子生物技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)代醫(yī)學的前沿和熱點。分子生物學在現(xiàn)代醫(yī)學中有很大的應(yīng)用，分子生物學在發(fā)病機制和藥學研究中的作用、分子生物學在疾病診斷中的作用、分子生物學在疾病治療中的作用、分子生物學在醫(yī)藥工業(yè)中的作用等這是現(xiàn)在科學家研究的熱點。下面簡要介紹幾種分子生物學在醫(yī)學中的應(yīng)用。12.1 分子生物傳感器在醫(yī)學中的應(yīng)用分子生物傳感器是利用一定的生物或化學固定技術(shù)將生物識別元件(如酶、抗體、抗原、蛋白、核酸、受體、細胞、微生物、動植物組織)固定在換能器上當待測物與生物識別元件發(fā)生特異性反應(yīng)后，

13、通過換能器將所產(chǎn)生的反應(yīng)結(jié)果轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢暂敵?、檢測的電信號和光信號等，以此對待測物質(zhì)進行定性和定量分析，從而達到檢測分析的目的。分子生物傳感器可以廣泛地應(yīng)用于對體藏中的散量蛋白、小分子有機物、核酸等多種物質(zhì)的檢測。在現(xiàn)代醫(yī)學檢驗中這些項目是臨床診斷和病情分折的重要依據(jù)。能夠在體肉實時監(jiān)控的生物傳感器對于手術(shù)中或重癥監(jiān)護的病人都程有幫助。1.2.2 分于生物納米技術(shù)在基因診斷中的應(yīng)用基因診斷是利用分子雜交及熒光技術(shù)檢測DNA片段，已經(jīng)為基因診斷在臨床上的應(yīng)用帶來了巨大的發(fā)展前景。研究表明，利用納米技術(shù)如利用金納米微粒結(jié)合雜交DNA片段，很容易進人機體細胞核，并與核內(nèi)染色體組臺具有較高的特異性，可以

14、克服目前基因診斷所面臨的一些困難和問題。進一步提高了基因診斷在實驗室中的地位?？茖W家通過超順磁性氧化鐵納米粒脂質(zhì)體對肝癌的研究，提高了直徑3nm以下的腫瘤檢測率。結(jié)論表明，納米微粒對腫瘤早期發(fā)現(xiàn)、早期診斷具有重要意義。1.2.3分子納米技術(shù)在基因療法中的應(yīng)用基因治療是臨床治療學上的重大發(fā)展其基本原理是：質(zhì)粒DNA進入目的細胞后，可以修復遺傳錯誤，或可產(chǎn)生治療因子，如多肽、蛋白質(zhì)、抗原等，納米技術(shù)能使DNA通過主動靶向作用定位于細胞。將質(zhì)粒DNA縮小到50200nm，帶上負電荷進入到細胞核，插入到細胞核DNA的確切部位，起到對癥治療效果。同時分子納米技術(shù)能夠快速有救地確定基因序列、基因和藥物的體

15、內(nèi)走向、傳進和定位傳遞使臨床診斷和治療過程效率得以提高。同時無機納米顆粒體積小，可在血管中隨血液循環(huán)，通過血管璧進入各個臟器的細施中，作為新型非病毒型基因載體能有效介導DNA的轉(zhuǎn)導并使其在細胞內(nèi)高水平的表達，從而為基因表達，功能研究及基因治療提供了新的技術(shù)和手段。1.2.4 分子生物芯片技術(shù)在醫(yī)學檢驗中的應(yīng)用隨著分子生物學的發(fā)展及人們對疾病過程的認識加鐸傳統(tǒng)的醫(yī)學檢驗技術(shù)已不能完全適應(yīng)微量、快速、準確、全面的要求。所謂的生物芯片是指將大量探針分子固定于支持物上(通常支持物上的一個點代表一種分子探針)并與標記的樣品雜交或反應(yīng)，通過自動化儀器檢測雜交或反應(yīng)信號的強度而判斷樣品中靶分子的數(shù)量。在檢測

16、病原苗方面由于大部分細菌、病毒的基因組測序已完成，將許多代表每種微生物的特殊基因制成1張芯片通過反轉(zhuǎn)錄可檢測標本中的有無病原體基因的表達及表達的情況以判斷病人感染病原及感染的進程、宿主的反應(yīng)。由于P53抑癌基因在多數(shù)腫瘤中均發(fā)生突變因此其實是重要的腫瘤診斷靶基因2。1.3 藥學分子生物學分子生物學與藥學的應(yīng)用主要是藥物基因組學、藥物蛋白質(zhì)組學與現(xiàn)代藥物的結(jié)合，藥物基因組學是主要以闡明藥物代謝、藥物轉(zhuǎn)運和藥物靶分子的基因多態(tài)性與藥物作用包括療效和毒副作用之間關(guān)系的一門科學，是一門新興的研究領(lǐng)域。通過研究基因多樣性，可以指導藥物設(shè)計、開發(fā)新藥及合理用藥。藥物蛋白質(zhì)組學是基因、蛋白質(zhì)、疾病三者項鏈的

17、橋梁科學，主要的研究比藥物基因組學更復雜。分子生物學的新理論和新技術(shù) 滲入 藥學藥學研究領(lǐng)域 化學 誕生 藥學、化學藥學分子生物學 生命科學 圖二 藥學與分子生物學的關(guān)系在過去幾十年，藥物得到全面發(fā)展，現(xiàn)在市場上大部分藥物都是化學藥物，藥物的合成都是通過化學制藥，通過有機化學和藥物化學合成出目標產(chǎn)物，通過篩選，選出具有藥物活性的，但是藥物通過化學合成得到，所以會有毒副作用，現(xiàn)在通過引進分子生物學應(yīng)用到藥學中，得到新的研究方向即是藥學分子生物學，藥學分子生物學與化學、藥學、生命科學三部分，使得現(xiàn)在生物合成藥物得到快速發(fā)展，如圖二。1.4 分子生物學在中藥的研究1.4.1 中藥研究與基因組學人類基

18、因組學研究方法內(nèi)容與中醫(yī)學的整體觀、辨證觀有很多相似之處。如基因組學研究是在過去對單個基因研究的基礎(chǔ)上認識到基因之間相互聯(lián)系的復雜性，即一種疾病可能由多個基因的改變所致，而同一個基因的不同表達狀態(tài)又可能造成多種疾病。尤其是從結(jié)構(gòu)研究向功能研究方式的轉(zhuǎn)變，對基因之間相互聯(lián)系相互作用的日趨重視，反映出中醫(yī)藥學與基因組學在思維方法上的趨近特征，亦反映了分子生物學在中醫(yī)藥領(lǐng)域應(yīng)用的依據(jù)和前景。近來中醫(yī)藥基因組學已成為一個非常熱門的話題，有關(guān)部門在研討是否將中醫(yī)證候基因組學、中藥藥效）基因組學等列入重點或重大研究課題。試圖仿照人類基因組的研究模式，研究并構(gòu)建中醫(yī)的某一個“證”或某一個中藥或方劑對人類基因

19、組的影響和改變的全息圖或?qū)?yīng)關(guān)系。利于發(fā)現(xiàn)新穎和高效藥物，亦可用于藥物療效的客觀評價。1.4.2 DNA分子標記技術(shù)與中藥新藥研發(fā)DNA分子標記技術(shù)，亦稱DNA分子診斷技術(shù)，是指通過直接分析遺傳物質(zhì)的多態(tài)性來診斷生物內(nèi)在基因排布規(guī)律及其外在性狀表現(xiàn)規(guī)律的技術(shù)。DNA分子標記技術(shù)大致可分為兩大類：一類是以電泳技術(shù)和雜交技術(shù)為核心的分子標記技術(shù)，如DNA指紋技術(shù)。另一類是DNA擴增技術(shù)和電泳技術(shù)為核心的分子診斷技術(shù)。在進行新藥開發(fā)和中藥資料研究中常需了解中藥有效成分的分布規(guī)律，以便尋找和開發(fā)新藥源。DNA分子標記技術(shù)可以像DNA分子標記輔助性狀選擇一樣，以指導藥用有效成分方便、快速、正確地尋找與開

20、發(fā)利用。利用分子標記技術(shù)，尋找與藥用有效成分連鎖的基因或直接應(yīng)用控制該成分的基因標記，尋求新資源。1.5 分子生物學在生藥學中的研究1.5.1 藥用動植物遺傳多樣性的分子檢測與分子系統(tǒng)學研究遺傳多樣性是研究系統(tǒng)與進化及分類與鑒定的最根本的物質(zhì)基礎(chǔ)。然而，對于絕大多數(shù)藥用動植物來說，其遺傳背景研究幾乎是一個空白3。利用DNA分子遺傳標記和基因組序列分析技術(shù)，從居群、分子乃至基因水平上，準確刻劃藥用動植物遺傳背景差異和親緣關(guān)系，進而構(gòu)建基于葉綠體基因組基因和（或）核基因組基因序列分析的重要藥用動植物系統(tǒng)發(fā)育樹，將是分子生藥學基礎(chǔ)研究的重心。1.5.2 代謝途徑基因工程與中藥材品質(zhì)定向調(diào)控 次生代謝

21、產(chǎn)物合成途徑的基礎(chǔ)研究將越來越受到重視，特別是調(diào)控次生代謝產(chǎn)物的關(guān)鍵酶及其基因與抗病基因的定位、分離和克隆表達將尤為引人注目，并將成為分子生藥學研究中最富挑戰(zhàn)和前景的方向之一4。關(guān)鍵酶的確定和分離，不僅為利用生物技術(shù)手段操縱代謝途徑及中藥材品質(zhì)定向調(diào)控提供科學依據(jù)，而且，更為生藥生源學研究打下堅實基礎(chǔ)。1.5.3 生藥分子藥理學形成與發(fā)展近年來，中藥藥理方法學研究進展頗快。隨著分子生物學與中藥藥理學的發(fā)展，生藥分子藥理學已現(xiàn)端倪。在分子和基因水平上，研究中藥有效成分或部位的作用機理、闡明中藥藥性理論及其可能的物質(zhì)，建立分子水平上的中藥活性檢測系統(tǒng)，或以受體和基因為靶點尋找新藥甚至開展基因治療，

22、將成為分子藥理學的重要課題。而分子生物學技術(shù)特別是分子遺傳學和基因克隆技術(shù)，正是研究這一重要課題的關(guān)鍵性手段。受體和基因的結(jié)構(gòu)與功能及其在藥物作用下的變化，中藥作用的受體機理與受體的藥理學特性表達，中藥對基因表達調(diào)控與基因水平上的藥物篩選，藥物代謝酶及其基因的分離確定與中藥誘發(fā)的基因結(jié)構(gòu)異常分析等，將成為生藥分子藥理學研究中既富挑戰(zhàn)又有前景的新領(lǐng)域1.5.4 分子生物學技術(shù)的發(fā)展與分子生藥學方法的創(chuàng)新包括分子遺傳標記在內(nèi)的分子生物學技術(shù)在生藥學研究中方興未艾，但目前應(yīng)用研究主要表現(xiàn)在生藥鑒定方面，在生藥學研究深度和廣度方面尚存在很大的局限性。此外，目前常用于生藥鑒定的DNA分子遺傳標記技術(shù)有R

23、FLP,RAPD,AP-PCR，AFLP等。但與已出現(xiàn)的幾十種分子遺傳標記技術(shù)相比，只是其中的一小部分。隨著分子生物學的發(fā)展，一方面越來越多的分子生物學技術(shù)將滲透應(yīng)用在生藥學研究中，另一方面新的分子生物學技術(shù)將不斷問世。 第二章 分子生物學在醫(yī)藥中的應(yīng)用2.1 分子生物學在醫(yī)學中的應(yīng)用2.1.1 基因工程技術(shù)在醫(yī)學中的應(yīng)用二十世紀七十年代初，由于基因重組技術(shù)得到發(fā)展，基因工程逐步發(fā)展成一套成熟的技術(shù)。將需要表達的產(chǎn)物的目的基因，經(jīng)分離、擴增、拼接人一定的載體，然后植入表達用的菌體(大腸桿菌、酵母菌或真核細胞)，通過生物復制表達出所需的產(chǎn)物，經(jīng)分離純化，制成產(chǎn)品。這一過程從研究到工業(yè)化已逐步實現(xiàn)

24、規(guī)范化，并與制藥工業(yè)結(jié)合起來，形成規(guī)模化生產(chǎn)。通過分離細胞mRNA逆轉(zhuǎn)并擴增（RT-PCR）目的基因，經(jīng)純化后用基因重組技術(shù)拼接入載體，轉(zhuǎn)錄載體菌，構(gòu)建工程菌。用生物復制方法培育工程菌，從工程菌分泌液或包含體中分離表達產(chǎn)物，經(jīng)過變性和復性，取得表達產(chǎn)物的電泳圖譜或少量純品。經(jīng)分析鑒定證明表達產(chǎn)物是正確的。擴大至中試規(guī)模，確定各步工藝的條件至取得一定量的產(chǎn)品，進行審批所需的各項檢測及質(zhì)控，并進行必要的生物驗證。擴大至滿足市場需要的生產(chǎn)規(guī)律，取得規(guī)律生產(chǎn)的效益。2.1.2 基因芯片技術(shù)基因芯片(genechip)又稱DNA芯片、DNA微陣列，是將許多預(yù)先設(shè)計好的寡核苷酸或基因(cDNA)片段作為探

25、針，有序地、高密度地(點與點之間的距離一般小于500km)排列在玻璃、硅片或尼龍膜等載體上，制成DNA微陣列(DNAmicroarmy)，將待測樣品DNARNA通過PCRRTPCR擴增、體外轉(zhuǎn)錄等技術(shù)摻入熒光標記分子后，與位于芯片上的探針雜交，再通過激光共聚焦熒光掃描系統(tǒng)檢測探針分子雜交信號強度，并配以計算機對熒光信號進行綜合分析后，即可獲得樣品中大量基因序列及表達的信息，由于常用硅芯片作為固相支持物，且在制備過程運用了計算機芯片的制備技術(shù)，所以稱之為基因芯片技術(shù)?；蛐酒N類較多，根據(jù)微陣列上探針的不同，可分為寡核苷酸芯片和cDNA芯片兩類。寡核苷酸芯片是將寡核苷酸原位合成或合成后固定在芯片

26、上，曝露于標記樣本DNA雜交，根據(jù)雜交信號出現(xiàn)部位的寡核苷酸序列推測與其互補的DNA序列?？捎糜诨虬l(fā)現(xiàn)、突變檢測、表達監(jiān)控和遺傳制圖等。cDNA芯片是將cDNA固定在芯片上并曝露于一組標記探針，可用于大尺度篩選和基因表達的研究。按照用途可分表達譜芯片、診斷芯片、指紋圖譜芯片、測序芯片、毒理芯片等?；蛐酒闹苽浞椒ㄒ部苫痉譃閮深悾阂活愂窃缓铣?；一類是直接點樣。原位合成是指直接在芯片上用四種核苷酸合成所需的探針；而直接點樣是指將已經(jīng)合成好的探針定位在芯片上，待分析基因在與芯片結(jié)合探針雜交之前必須進行分離、擴增及標記?；蛐酒夹g(shù)主要包括四個主要步驟：芯片制備、樣品制備、雜交反應(yīng)及信號檢測和

27、結(jié)果分析。根據(jù)樣品來源、基因含量及檢測方法和分析目的的不同，采用的基因分離、擴增及標記方法也各異。為了獲得基因的雜交信號必須對目的基因進行標記，目前采用的最普遍的是熒光標記方法。用計算機控制的高分辨率熒光掃描儀可獲得結(jié)合于芯片上目的基因的熒光信號，通過計算機處理即可給出目的基因的結(jié)構(gòu)或表達信息。雜交條件的選擇與研究目的有關(guān)；多態(tài)性分析或基因測序時，每個核苷酸或突變位點都必須檢測出來；如果芯片僅用檢測基因表達，只需設(shè)計出針對基因中的特定區(qū)域的幾套寡核苷酸即可。表達檢測需要較長的雜交時間，更高的樣品濃度和低溫度，這有利于增加檢測的特異性和低拷貝基因檢測的靈敏度。突變檢測需要鑒別出單堿基錯配，需要更

28、高的雜交嚴謹性和更短的時間。2.1.3 分子生物學在檢驗醫(yī)學中的應(yīng)用上個世紀八十年代中期。分子生物學技術(shù)闖世。這種以核酸生化為基礎(chǔ)的新技術(shù)自發(fā)現(xiàn)以來，它已經(jīng)成為醫(yī)學領(lǐng)域不可離開的最有價值的診療手段之一。做為檢驗醫(yī)學的最新方法，它已廣泛應(yīng)用于檢驗學科的各領(lǐng)域之中。分子生物學的核心技術(shù)是聚合酶鏈反應(yīng)(PCR)，在PCR問世后十幾年的應(yīng)用中它又有了長足的發(fā)展，依托該技術(shù)衍生出的多種反應(yīng)模式，如巢式和半巢式PCR、錨定PcR、恒溫PcR等，此外探針雜交技術(shù)、酶切指紋圖分析技術(shù)、序列分析、各種核酸定量技術(shù)、生物芯片等都已廣泛應(yīng)用于檢驗的臨床和科研工作中。除檢測方法的創(chuàng)造和改進外，用于檢測的試劑制備，走人

29、了新的里程碑。上世紀末單克隆抗體技術(shù)的發(fā)展，使檢驗試劑特別是用于免疫專業(yè)上的試劑在質(zhì)上有了飛躍進步；而依托分子生物學理論提出的基因生物工程技術(shù)，使我們對目的基因的克隆、構(gòu)建、轉(zhuǎn)錄、表達成為實驗室可實施的技術(shù)，極大地提高了檢測試劑質(zhì)量和應(yīng)用范圍。分子生物學檢測方法涉足檢驗醫(yī)學的各專業(yè)領(lǐng)域。在臨床血液學中，血液病特別是白血病的分型，必需依賴分子生物學技術(shù)，已成為常規(guī)診療手段。而萁它出血性疾病為血友病的基因家系研究和優(yōu)生預(yù)測在我國取得讓世人矚目的成績。在妊床生物化學中，酶類基因的調(diào)控，一些與人體生化反應(yīng)有關(guān)的物質(zhì)的甲基及其在疾病發(fā)生中的作用等均成為研究的熱點問題。在臨床微生物中，更是分子生物學最重要

30、的用武之地，分子生物學的應(yīng)用可謂百花齊放。對于些難于捕捉的病原微生物及新病原微生物的確認，分子生物學技術(shù)打開了識別它們的禁區(qū)，微生物的亞群分析對臨床治療和監(jiān)測提供了有應(yīng)用價值的信息，涉及微生物種類之廣泛，應(yīng)用之有效，信息之有時均達到前所未有的高度。在臨床免疫方面，涉及參與大體免疫反應(yīng)的基因調(diào)節(jié)，人體各類自身免疫病在基因水平上的病因分析及調(diào)控表達都是分子生物學參與免疫檢測的契臺點。總之，分子生物學技術(shù)在檢驗各專業(yè)學科中應(yīng)用的廣泛程度是任何技術(shù)所不能比擬的。2.1.4 分子生物學技術(shù)在病理診斷及研究中的應(yīng)用目前，分子生物學技術(shù)廣泛應(yīng)用于醫(yī)學各學科。應(yīng)用到以病變組織或細胞的形態(tài)學觀察為主的傳統(tǒng)的病理

31、學后，使得的病理學研究和診斷深入到基因水平，從遺傳學的角度揭開疾病的本質(zhì)，為科研和臨床輔助診斷做出了巨大的貢獻。熒光原位雜交(fluorescencein situ hybridization，F(xiàn)ISH)在病理中的應(yīng)用是應(yīng)用熒光素等標記的探引與組織細胞中待測核酸反應(yīng)形成雜交體，用熒光顯微鏡或激光共聚焦顯微鏡觀察信號表達主要用于分裂中期或分裂間期細胞核的染色體分析。FISH技術(shù)靈敏性高，克服了免疫組化中假陽性高的問題。2.1.5 蛋白質(zhì)芯片在病理中的應(yīng)用蛋白質(zhì)芯片，又稱蛋白質(zhì)陣列或蛋白質(zhì)微陣列，是指以用標記了熒光的蛋白質(zhì)或其他分子作用于以蛋白質(zhì)分予作為配基，有序同定在同相載體表面形成的微陣列，經(jīng)

32、熒光掃描等測定芯片上各點的熒光強度，來分析蛋白質(zhì)之間或蛋白與其它分子之問的相互作用。這是一種高通最、高靈敏度、高特異性且微型化的蛋白質(zhì)分析技術(shù)，對疾病的早期病理診斷有一定的作用。2.2分子生物學在藥學中的應(yīng)用2.2.1 基因芯片用于藥物篩選 如何分離和鑒定藥物的有效成分是目前新藥開發(fā)遇到的重大障礙，基因芯片技術(shù)是解決這一障礙的有效手段，它能夠大規(guī)模地篩選，在藥物和基因之間架起一座橋梁，從基因水平解釋藥物的作用機制，即可以利用基因芯片分析用藥前后機體的不同組織、器官基因表達的差異，從而發(fā)現(xiàn)一組病癥相關(guān)基因和藥物效應(yīng)基因作為藥物篩選靶標。如果用mRNA構(gòu)建 cDNA表達文庫，然后用得到的肽庫制作肽

33、芯片，則可以從眾多的藥物成分中篩選到起作用的部分物質(zhì)。如果用 cDNA作為探針的基因芯片，則可進行反義寡核苷酸類藥物的篩選?；蛘?，利用RNA ，單鏈 DNA有很大的柔性，能形成復雜的空間結(jié)構(gòu)，更有利與靶分子相結(jié)合，可將核酸庫中的 RNA或單鏈 DNA固定在芯片上，然后與靶蛋白孵育，形成蛋白質(zhì) RNA或蛋白質(zhì)DNA 復合物，可以篩選特異的藥物蛋白或核酸，因此基因芯片技術(shù)和 RNA庫的結(jié)合在藥物篩選中將得到廣泛應(yīng)用。2.2.2 生物工程與生物制藥分子生物學理論和技術(shù)的發(fā)展極大地推動了藥物的研制。在傳統(tǒng)的化學藥物和中草藥之外，形成了生物制藥這一新興領(lǐng)域，生物工程的幾大領(lǐng)域均在生物制品方面取得了巨大進

34、展。目前世界采用基因工程技術(shù)制備的多肽藥物已打100種以上，如人胰島素、人生長激素、干擾素、白介素、集落刺激因子等。蛋白質(zhì)工程在過去主要采用化學方法對純化蛋白質(zhì)進行結(jié)構(gòu)改造，制備出有特殊功能的蛋白質(zhì)，現(xiàn)在主要應(yīng)用基因工程技術(shù)，從改造目的基因的結(jié)構(gòu)入手，在受體細胞中表達不同結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)。微生物工程又稱為發(fā)酵工程，是利用微生物特定性狀，使微生物產(chǎn)生有用物質(zhì)或直接用于工業(yè)化生產(chǎn)的技術(shù)。用重組DNA技術(shù)創(chuàng)造抗生素新品種已獲得進展。運用重組DNA技術(shù)不僅可以創(chuàng)造新的抗生素而且可以提高產(chǎn)量。2.2.3 蛋白質(zhì)組學在藥學研究中的應(yīng)用2.2.3.1蛋白質(zhì)組學識別和驗證藥物作用的靶點新藥研究是一個不斷推陳出新的

35、過程，新的藥物作用靶點就是體現(xiàn)其新穎性的標志之一。如果以人類主要的 100-150種疾病進行粗略估計，人體內(nèi)可能存在的藥物靶點約有 3000-15000個，而統(tǒng)計結(jié)果顯示，目前的藥物靶點不到 500個，這說明還有大量的未知靶點等待我們?nèi)ラ_發(fā)。大多數(shù)藥物靶點都是在生命活動中扮演重要角色的蛋白質(zhì)，如酶，受體，激素等。通過蛋白質(zhì)組學的方法比較疾病狀態(tài)和生理狀態(tài)下蛋白質(zhì)表達的差異，就有可能找到有效的藥物作用靶點。蛋白質(zhì)組學探索藥物的耐藥機制，抗生素自問世以來，使傳染性疾病的死亡率大大降低，挽救了無數(shù)人的生命。但是，越來越多的病原微生物出現(xiàn)耐藥性，給藥物特別是抗生素的應(yīng)用提出了嚴峻的考驗。病原微生物、腫

36、瘤細胞和機體的耐藥性的形成與多種蛋白質(zhì)改變的關(guān)系更為密切，因而研究給藥后敏感細胞株和耐藥細胞株差異表達的蛋白質(zhì)對于了解藥物的耐藥機制顯得尤為重要。2.2.3.2 蛋白質(zhì)組學用于藥物作用強度及藥物毒理學研究新藥的主要藥效學評價的目的是明確受試化合物的作用強度和特點，與已知藥物相比有何特點，是否值得進一步評價。通常要求作出藥物的量效關(guān)系曲線，求出半數(shù)有效量（ED50）再與已知的同類藥比較。如果用蛋白質(zhì)的表達水平來替代效應(yīng)參數(shù)，將會使這一標準更加精確有效。蛋白質(zhì)組學的另一應(yīng)用就是研究藥物毒理學，方法是比較正常細胞和給藥后細胞的蛋白質(zhì)表達豐度的變化。經(jīng)典實驗是在研究環(huán)孢素A（cycloporine A

37、，CsA）的腎臟毒性時，用CsA處理小鼠后，在2-DE圖譜上發(fā)現(xiàn)其腎臟蛋白中一種鈣結(jié)合蛋白下調(diào)5，而生理狀態(tài)下，這種鈣結(jié)合蛋白參與鈣離子的結(jié)合和轉(zhuǎn)運。當它在腎臟的表達豐度減弱時，就會導致腎小管鈣化，影響其他物質(zhì)的代謝，產(chǎn)生腎臟毒性。目前，蛋白質(zhì)組學用于研究藥物引起肝腎毒性的作用機制的例子不勝枚舉，fountoulakis等6和ruepp等7就分別研究了對乙酰氨基酚的肝臟毒性機制。經(jīng)過初步研究，已有學者嘗試用特異表達的蛋白質(zhì)作為信號分子來研究藥物產(chǎn)生肝毒性的分子機制8。 第三章 應(yīng)用前景如此繁多的納米材料及納米產(chǎn)品將被納米技術(shù)拓寬應(yīng)用領(lǐng)域，同時也為提高生物醫(yī)藥技術(shù)、尋找和開發(fā)生物醫(yī)藥材料、合成理

38、想的藥物提供了充足的技術(shù)保證。未來發(fā)展目標是根據(jù)需要組合原子或分子制造植物和動物，將極大地沖擊以至改變?nèi)祟悅鹘y(tǒng)的生活和生產(chǎn)方式。生物納米材料應(yīng)用分子生物學。生命有機體給了人們以啟示，通過細菌的不斷繁殖，可以看到，只要給予空間和一些普通的物質(zhì)(如垃圾)。分子體系就能復制出它們本身。這就使我們想到，一個能收集原子并按照指令把它們裝配起來的裝置也可能再生。這也許需要一臺計算機對它發(fā)出指令，還需要一盤程序帶來貯存這些指令，然而它自身就會復制出一臺一模-樣的計算機和程序帶，從而復制出整個裝置來。每復制一次，再生體就增加一倍。這種幾何級數(shù)的增加只要幾個小時至幾天，一個極其微小的再生體就可能把1噸原料及某些燃料變成1噸幾乎能制造萬物的總裝配機。這些機器可能進一步用來制造其它產(chǎn)品，如小型計算機，高強度金剛石纖維工業(yè)用合成肌肉供打碎巖石和分離純金屬用的分子機器等。生物學家已經(jīng)利用分于機器研究細胞，他們還用酶幫助鑒定化學藥物，用抗體標示蛋白質(zhì)，利用病毒注射器把DNA引入到細菌里去。隨著分子機器和計算機