高一生物基因治療與人類基因組計(jì)劃新人教版

1、第六章 遺傳與人類健康第3節(jié) 基因治療也人類基因組計(jì)劃學(xué)生討論生：早期治療方案是利用從動物中提取出來的胰島素治療，因?yàn)槭莿游矬w內(nèi)的，效果不是很理想。如果直接從人體血清中提取，不僅費(fèi)用昂貴，而且產(chǎn)量很少。幾年前科學(xué)家將人體內(nèi)控制合成胰島素的基因成功地導(dǎo)入了一奶牛受精卵內(nèi)，從而穩(wěn)定地從乳汁中獲得了大量的胰島素。但是病人還是必須定時注射胰島素。那么最根本最徹底的辦法是把正常胰島素基因轉(zhuǎn)入胰島細(xì)胞中，使細(xì)胞恢復(fù)合成胰島素的能力,即基因治療。2、案例教學(xué)，獲得新知教師提供一事例：“法國氣泡兒童事件”。該事件發(fā)生在法國巴黎某醫(yī)院實(shí)施SCID病基因治療臨床試驗(yàn)中。該免疫缺陷癥表現(xiàn)為T細(xì)胞和B細(xì)胞的嚴(yán)重免疫缺

2、陷，如不治療，嬰兒會在出生后一年內(nèi)，由于嚴(yán)重和反復(fù)的感染而夭折。SCID常規(guī)療法是進(jìn)行骨髓移植，但是它的配型很困難，而且會由于捐獻(xiàn)者患有感染性的單核細(xì)胞增多癥，導(dǎo)致病人產(chǎn)生淋巴瘤。師SCID病的病因：腺苷脫氨酶（ADA）缺陷引起，ADA催化腺苷和脫氧腺苷成為肌苷和2-脫氧肌苷，ADA在淋巴細(xì)胞中最多，ADA缺乏導(dǎo)致脫氧腺苷和脫氧三磷酸腺苷蓄積在細(xì)胞內(nèi)，特別是淋巴細(xì)胞內(nèi)。這兩種代謝產(chǎn)物對淋巴細(xì)胞具有毒性，它們能抑制核糖核苷酸還原酶活性而阻礙DNA合成。生：閱讀書本130頁圖6-11及相關(guān)內(nèi)容。師：多媒體動畫展示師：病毒、細(xì)菌、T淋巴細(xì)胞結(jié)構(gòu)有何區(qū)別？生：病毒無細(xì)胞結(jié)構(gòu)，細(xì)菌原核細(xì)胞，無染色體，人

3、T淋巴細(xì)胞為真核細(xì)胞，有真正的細(xì)胞核。師：細(xì)菌中的ADA基因是如何整合到反轉(zhuǎn)錄病毒上的？生：逆轉(zhuǎn)錄病毒感染細(xì)菌。師：T淋巴細(xì)胞的功能是什么？生：免疫。師：T淋巴細(xì)胞能與被抗原入侵的宿主細(xì)胞密切接觸，激活靶細(xì)胞內(nèi)的溶酶體酶，使靶細(xì)胞的通透性發(fā)生改變，最終導(dǎo)致靶細(xì)胞裂解死亡，細(xì)胞內(nèi)的抗原也因失去藏身之所而為抗體消滅。同時，T淋巴細(xì)胞還能釋放出可溶性免疫活性物質(zhì)淋巴因子，如白細(xì)胞介素、干擾素等。淋巴因子大都是通過加強(qiáng)各種有關(guān)細(xì)胞的作用來發(fā)揮免疫效應(yīng)的。師：T淋巴細(xì)胞如何得到ADA基因？生：逆轉(zhuǎn)錄病毒的感染。師小結(jié)：基因治療SCID病基本步驟：（1）讓反轉(zhuǎn)錄病毒作為載體，首先將細(xì)菌中的ADA基因整合到

4、病毒核酸上。（2）用它去感染病人T淋巴細(xì)胞，體外培養(yǎng)T淋巴細(xì)胞，篩選出ADA基因已整合到染色體上的細(xì)胞。（3）將攜帶正常ADA基因的T淋巴細(xì)胞回注到病人體內(nèi)。從而歸納出一般基因治療的過程：圖 1-9 基因治療的步驟3、搜集信息，培養(yǎng)能力教師指導(dǎo)學(xué)生活動提供材料，學(xué)生分組討論這些資料。材料一人類基因組計(jì)劃是人類歷史上第一次由全世界各國不分大小、不分強(qiáng)弱，所有科學(xué)家一起執(zhí)行的科研項(xiàng)目。實(shí)施人類基因組計(jì)劃伊始，發(fā)達(dá)國家具有遠(yuǎn)見的科學(xué)家即號召全球各個國家的政府都重視這一項(xiàng)目，并號召全世界科學(xué)家共同參與，建議所有的進(jìn)展、所有的數(shù)據(jù)、所有的實(shí)驗(yàn)資源應(yīng)隨時公布于眾，讓全世界所有國家免費(fèi)享用。在實(shí)施過程中，各

5、國科學(xué)家精誠合作、共享材料、共享數(shù)據(jù)，共同攻關(guān)。這在人類自然科學(xué)史上，是史無前例的。人類基因組計(jì)劃與另兩個有全球性意義的項(xiàng)目，即曼哈頓原子彈計(jì)劃和阿波羅登月計(jì)劃相比，更顯示了人類的諧同與進(jìn)步，自（）材料二人類基因組計(jì)劃（Human Genome Project，HGP）也稱人類基因測序計(jì)劃，主要目標(biāo)是完成對人類的基因組的所有堿基序列的測定，闡明人體中全部基因的位置、結(jié)構(gòu)、功能、表達(dá)、調(diào)控方式及致病突變的全部信息。自（http：/）材料三1989年美國成立“國家人類基因組研究中心”。諾貝爾獎獲得者、 DNA分子雙螺旋模型提出者沃森（Jwaston）出任第一任主任。1990年，歷經(jīng)5年辯論之后，美

6、國國會批準(zhǔn)美國的“人類基因組計(jì)劃”于同年10月1日正式啟動。美國的人類基因組計(jì)劃總體規(guī)劃是：擬在15年內(nèi)至少投入30億美元，進(jìn)行對人類全基因組的分析。此計(jì)劃在1993年作了修改，其主要內(nèi)容包括：人類基因組的基因圖構(gòu)建與序列分析；人類基因的鑒定；基因組研究技術(shù)的建立；人類基因組研究的模式生物；信息系統(tǒng)的建立。此外，還有人類基因組研究的社會、法律與倫理問題，交叉學(xué)科的技術(shù)訓(xùn)練，技術(shù)的轉(zhuǎn)讓，研究計(jì)劃外延等共9方面的內(nèi)容。自（http：/）材料四人類基因組草圖也僅僅是草圖1990年首先在美國啟動的“人類基因組計(jì)劃”是為了測定組成人類基因組的核苷酸序列。人類基因組大約由30億個堿基對組成，打個比方，就像

7、是一部由30億個由ATCG四個字母交替組成的大書。這個計(jì)劃的目的，就是要知道這四個字母的排列順序。但是由于技術(shù)的原因，在測序之前，需要先把這本書撕成許多個片斷分別閱讀，然后再把這些片斷拼接起來恢復(fù)成一本完整的書。所謂完成了“工作草圖”，這僅僅指的是初步把這些片斷拼湊了起來，里面還有空白和錯誤，并不是一本完整準(zhǔn)確的書。即使在兩三年以后得到了完整的書，也絕不意味著就讀懂了這本書。知道了基因組序列并不是就破譯人類基因的奧秘。人類基因組絕大部分是沒有功能意義的DNA序列，只有少部分是有意義的，包括了大約十萬個基因。在獲得基因組完整序列之后，下一步的工作，是把其中的全部基因找出來。只有找到了這十萬個基因

8、，了解了其編碼的蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和基本功能以及基因調(diào)控的機(jī)制，才可以說初步破譯了人類基因的奧秘，這是極其艱巨的工作，目前已從基因組序列找出來的人類基因已有三萬多個，但是能跟被編碼的蛋白質(zhì)對上號的，也不過數(shù)千個。最樂觀的估計(jì)，沒有幾十年的時間，不可能初步完成這項(xiàng)破譯，而如果要把所有蛋白質(zhì)的相互關(guān)系研究透徹，那要花上更長久的時間。即使到了這個遙遙無期的時刻，也絕不意味著我們完全掌握了人類遺傳的奧秘。人類基因組計(jì)劃是源于一個并不恰當(dāng)?shù)挠^念，以為存在著一種典型的純粹的人，可以用少數(shù)幾個人（塞來拉公司用的是5個不同種族的人）的基因組來代表人類基因組。但是人類的遺傳有著無限多的變異性。基因的變異遠(yuǎn)多于蛋白質(zhì)的

9、變異，并不存在一本單一的基因標(biāo)準(zhǔn)“密碼本”。如果將某些個特定個體的遺傳當(dāng)成了人類遺傳的標(biāo)準(zhǔn)而忽視了人類遺傳的多樣性，是極其危險的。人類基因組的完整序列，無疑能成為遺傳學(xué)研究的重要工具，至少，它有助于我們更快速地鑒定、克隆人類基因，特別是那些已先在別的生物中發(fā)現(xiàn)的基因。但是，人類基因組序列所起的作用是相當(dāng)有限的。就像一張地圖，它能給旅行者帶來很大的便利，卻不能保證就能達(dá)到目的地。何況還存在著無數(shù)不盡相同的地圖。人類基因組序列的獲得，只是全面破譯人類遺傳奧秘的起點(diǎn)，而不是結(jié)束。自叩問基因時代的爭論方舟子著 P35。材料五六國科學(xué)家公布人類基因組細(xì)節(jié)研究成果新華網(wǎng)華盛頓2月11日專電（記者吳偉農(nóng)）人

10、類基因計(jì)劃、美國塞萊拉遺傳信息公司、美國科學(xué)雜志和英國自然雜志聯(lián)合宣布，繼科學(xué)家去年繪制成功人類基因組工作框架圖之后，他們又繪制出了更加準(zhǔn)確、清晰、完整的人類基因組圖譜，對人類基因的面貌有了新的發(fā)現(xiàn)：一、基因數(shù)量少得驚人。一些研究人員曾經(jīng)預(yù)測人類約有14萬個基因，但塞萊拉公司將人類基因總數(shù)定在26383萬到39114萬個之間。如果最終確定出的基因數(shù)在這個范圍內(nèi)，比如3萬個左右，那么，人類只比果蠅多大約13萬個基因。塞萊拉公司的科學(xué)家測出的序列準(zhǔn)確地覆蓋了基因組的95，并已經(jīng)確定了所有基因的2/3，平均測序精度為9996。二、人類基因組中存在“熱點(diǎn)”和大片“荒漠”，人類基因組序列中所謂的“荒漠”

11、就是包含極少或根本不包含基因的部分，基因組上大約14的區(qū)域是長長的、沒有基因的片段?；蛎芏仍诘?7、第19和第22號染色體上最高，在X染色體，第4、第18號和Y染色體上相對貧瘠。三、353的基因組包含重復(fù)的序列。這意味著所有這些重復(fù)序列，即原來被認(rèn)為的“垃圾DNA”應(yīng)該被進(jìn)一步研究。事實(shí)上，第19號染色體57是重復(fù)的。除了重復(fù)片段，科學(xué)家還鑒定了210萬個人與人之間不同的基因序列，這些序列被稱為“單核苷酸多態(tài)性”，它們通常是無害的。地球上人與人之間9999的基因密碼是相同的。研究發(fā)現(xiàn)，來自不同人種的人比來自同一人種的人在基因上更為相似。在整個基因組序列中，人與人之間的變異僅為萬分之一。在談到

12、這一發(fā)現(xiàn)的意義時，科學(xué)雜志總編肯尼迪說，塞萊拉科學(xué)家揭示的人類基因組面貌是一項(xiàng)出色的成就，它代表了所有迄今完成的最準(zhǔn)確的人類基因組，也為人類醫(yī)學(xué)新發(fā)展提供了嶄新的、激動人心的前景。學(xué)生活動：學(xué)生分組閱讀、討論上述資料。教師活動：教師提出具體問題，并用實(shí)物投影儀投射在大屏幕上。1.人類基因組計(jì)劃于哪年啟動？耗資多少？有哪些國家參與？2.人類基因組計(jì)劃的研究對象是什么？3.耗此巨資意義何在？我國有什么必要參與其中？4. 2000年6月26日宣布的“人類基因組草圖”完成的是什么？是不是如同中國青年報（2000年6月27日）所言“人類基因密碼破譯”？5.某報道說，當(dāng)某科學(xué)家被記者問到，以后是否可能用轉(zhuǎn)

13、基因技術(shù)創(chuàng)造出從事特殊服務(wù)的“新人類”，如不吃不拉埋頭苦干的轉(zhuǎn)基因奴隸時， 他斷言“這是可能的！”（南方周未2000年7月7日）你的意見呢？6.由于人類基因組計(jì)劃的實(shí)施，某科學(xué)家預(yù)言：“不久的幾年內(nèi)，人們將看到一健康的5 000種遺傳病以及與遺傳密切相關(guān)的癌癥、心血管疾病、關(guān)節(jié)炎、糖尿病、高血壓、精神病等，都可以得到早期診斷和治療。你同意此種說法嗎？學(xué)生活動：利用互聯(lián)網(wǎng)了解人類基因組計(jì)劃的實(shí)施過程請每小組指定一員把課前準(zhǔn)備的材料制作成的PPT文件展示給全班同學(xué)，并用簡練的語言向同學(xué)們介紹。學(xué)生討論：（1）你認(rèn)為人類基因組研究最核心的理論基礎(chǔ)是什么？（2）在人類基因組計(jì)劃中最核心的技術(shù)是什么？（

14、3）在人類基因組計(jì)劃研究中，有國家參與，也有私人公司參與，私人公司的參與有什么意義？（4）在實(shí)施人類基因組計(jì)劃的過程中，多個國家進(jìn)行了國際合作，這體現(xiàn)了今天的科學(xué)發(fā)展具有什么特點(diǎn)？（5）在實(shí)施人類基因組計(jì)劃的過程中，計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)揮了什么樣的作用？師：人類基因組計(jì)劃的應(yīng)用價值有那些？生：（1）追蹤疾病基因。（2）估計(jì)遺傳風(fēng)險（3）優(yōu)生優(yōu)育（4）建立個人擋案（5）用于基因治療。師：隨著基因組計(jì)劃的完成，科學(xué)家已找到了許多致病基因。人們可通過基因檢測來發(fā)現(xiàn)自己是否帶有致病基因，那么基因診斷的方法如何呢？出示基因診斷示意圖：圖 1-6 基因診斷示意圖學(xué)生討論：什么是探針？對DNA進(jìn)行兩次熱處理的原因？基因診斷的原理是什么？師生小結(jié)：探針就是用放射性同位素、熒光分子等標(biāo)記的DNA分子。第一次對DNA進(jìn)行熱處理是為了讓DNA解旋后成單鏈DNA進(jìn)行擴(kuò)增