生物技術(shù)在醫(yī)藥和農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用

1、 “生命科學(xué)導(dǎo)論”系列講座（9）文化素質(zhì)教育課程n 了解現(xiàn)代生物技術(shù)的原理和方法及其在農(nóng)業(yè)和醫(yī)藥領(lǐng)域的廣泛運(yùn)用。認(rèn)識(shí)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域是現(xiàn)代生物技術(shù)應(yīng)用最廣泛、成績(jī)最顯著、發(fā)展最迅速的領(lǐng)域。了解生物技術(shù)對(duì)疫苗生產(chǎn)、疾病診斷和治療、生物制藥等領(lǐng)域的影響；了解生物技術(shù)對(duì)人類(lèi)健康、延長(zhǎng)人類(lèi)壽命、提高生活質(zhì)量所具有的不可估量的作用。n 認(rèn)識(shí)生物技術(shù)在培育高產(chǎn)、抗病、抗逆植物新品系以及在培育優(yōu)良生產(chǎn)性能動(dòng)物新品系、動(dòng)物快速繁殖、生物反應(yīng)器等領(lǐng)域的應(yīng)用。學(xué)習(xí)目的學(xué)習(xí)目的 1982年，國(guó)際合作與發(fā)展組織的定義為：生物技術(shù)是應(yīng)用自然科學(xué)及工程學(xué)的原理，依靠微生物、動(dòng)物、植物體作為反應(yīng)器將物料進(jìn)行加工以提供產(chǎn)品為社會(huì)服務(wù)

2、的技術(shù)。 美國(guó)政府技術(shù)顧問(wèn)委員會(huì)(OAT) 的定義是：應(yīng)用生物或來(lái)自生物體的物質(zhì)制造或改進(jìn)一種商品的技術(shù)，其還包括改良有重要經(jīng)濟(jì)價(jià)值的植物與動(dòng)物和利用微生物改良環(huán)境的技術(shù)。生物技術(shù)的定義：生物技術(shù)特點(diǎn)： 以現(xiàn)代生命科學(xué)為基礎(chǔ)，結(jié)合先進(jìn)的工程技術(shù)手段（基因工程、細(xì)胞工程）和其它基礎(chǔ)學(xué)科的科學(xué)原理，按照預(yù)先的設(shè)計(jì)，改造生物體，為人類(lèi)生產(chǎn)出所需的產(chǎn)品（醫(yī)藥、高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)糧食）或達(dá)到某種目的（預(yù)防、診斷和治療疾病）的技術(shù)。高技術(shù)（精細(xì)和密集）、高投入、高利潤(rùn) 基因工程、細(xì)胞工程、微生物工程、蛋白質(zhì)（酶）工程： 此外，基因診斷與基因治療技術(shù)、克隆動(dòng)物技術(shù)、生物芯片技術(shù)、生物材料技術(shù)、生物能源技術(shù)等。 直接相

3、關(guān)聯(lián)的學(xué)科： 分子生物學(xué)、微生物學(xué)、生物化學(xué)、遺傳學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、化學(xué)工程學(xué)、醫(yī)藥學(xué)等。 對(duì)人類(lèi)和社會(huì)生活各方面影響最大的生物技術(shù)領(lǐng)域： 醫(yī)藥生物技術(shù)、農(nóng)業(yè)生物技術(shù)、環(huán)境生物技術(shù)、 海洋生物技術(shù)等。生物技術(shù)的主要內(nèi)容： 將病原物（如細(xì)菌、立克次體、病毒等）及其代謝產(chǎn)物，經(jīng)過(guò)人工減毒、滅活或利用基因工程等方法制成的，可以通過(guò)注射或黏膜途徑接種，并誘導(dǎo)機(jī)體產(chǎn)生針對(duì)特定致病原的特異抗體或細(xì)胞免疫，從而使機(jī)體獲得消滅該病原能力的生物制品統(tǒng)稱(chēng)為疫苗。包括蛋白質(zhì)、核酸、活載體或感染因子等。（一）生物技術(shù)與疫苗 1. 1. 疫苗疫苗的定義的定義眾所周知,利用疫苗主動(dòng)預(yù)防傳染性疾病的最有效手段之一.疫苗對(duì)人類(lèi)

4、健康作出巨大貢獻(xiàn).靜止TH 細(xì)胞致敏淋巴細(xì)胞 2. 2. 疫苗的作用原理疫苗的作用原理細(xì)胞免疫體液免疫免疫系統(tǒng)的“信號(hào)處理器”，捕獲抗原、加工抗原信息、傳遞抗原信息。帶有致病原信息的抗原成分,進(jìn)入機(jī)體后被機(jī)體識(shí)別,繼而加工成抗原信息 滅活疫苗滅活疫苗：主要成分是經(jīng)過(guò)滅活的病毒顆粒、細(xì)菌或寄生蟲(chóng)。主要成分是經(jīng)過(guò)滅活的病毒顆粒、細(xì)菌或寄生蟲(chóng)。病原完全喪失感染性但保留部分免疫原性。病原完全喪失感染性但保留部分免疫原性。 免疫原性穩(wěn)定，易于制備多價(jià)疫苗，工藝簡(jiǎn)單。但對(duì)機(jī)體刺激時(shí)間短、免疫持續(xù)時(shí)間較短；有發(fā)熱過(guò)敏反應(yīng)等。如：百白破疫苗、傷寒疫苗、脊髓灰質(zhì)炎疫苗、霍亂疫苗、狂犬疫苗等。 減毒活疫苗：減毒活

5、疫苗：用毒力弱或基本無(wú)毒的活微生物制成。接種后用毒力弱或基本無(wú)毒的活微生物制成。接種后在體內(nèi)可生長(zhǎng)繁殖，免疫力持久。在體內(nèi)可生長(zhǎng)繁殖，免疫力持久。 原理：接種疫苗后使人產(chǎn)生亞臨床癥狀，模擬自然感染后的免疫過(guò)程。持久，廣譜免疫應(yīng)答，工藝簡(jiǎn)單，低廉。殘余毒力和減毒不足后果嚴(yán)重，需要低溫保存。如卡介苗（BCG）、麻疹疫苗、脊髓灰質(zhì)炎疫苗、乙型腦炎減毒疫苗等。 亞單位疫苗：亞單位疫苗：去除病原體中有害成分，保留能引起特異性免去除病原體中有害成分，保留能引起特異性免疫反應(yīng)的有效成分（蛋白質(zhì)、多肽和多糖等）制成的疫苗。疫反應(yīng)的有效成分（蛋白質(zhì)、多肽和多糖等）制成的疫苗。 安全、無(wú)不良反應(yīng)；分子量小，免疫原

6、性較弱。如流感病毒血凝素疫苗, 腦膜炎球菌夾膜多糖疫苗。 3. 3. 疫苗的種類(lèi)和特點(diǎn)疫苗的種類(lèi)和特點(diǎn)第一代疫苗特點(diǎn)：以減毒、弱化或滅活的病原體做疫苗。特點(diǎn)：以減毒、弱化或滅活的病原體做疫苗。1982年，乙肝疫苗首次在美國(guó)上市，為滅活疫苗。受血液來(lái)源和技術(shù)的限制，數(shù)量少、價(jià)格高，難于推廣。由于是血源制品，安全也無(wú)保障。 第三代疫苗 ：核酸疫苗（DNA疫苗、基因疫苗）。指將含有編碼病原體抗原基因序列的質(zhì)粒載體，經(jīng)肌肉注射或微彈轟擊等方法導(dǎo)入體內(nèi)，通過(guò)宿主細(xì)胞表達(dá)系統(tǒng)表達(dá)抗原蛋白，誘導(dǎo)宿主產(chǎn)生對(duì)該抗原蛋白的免疫應(yīng)答，以達(dá)到預(yù)防和治療疾病的目的。 特點(diǎn)：用含有病原體抗原基因序列的質(zhì)粒載體直接作為疫苗

7、，當(dāng)引入機(jī)體后并不與宿主CS整合，而是通過(guò)宿主細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄系統(tǒng)表達(dá)蛋白抗原，誘導(dǎo)宿主細(xì)胞產(chǎn)生特異性免疫應(yīng)答。 法國(guó)首先用基因工程方法在細(xì)菌和小鼠細(xì)胞中誘導(dǎo)產(chǎn)生乙肝病毒的蛋白質(zhì)，并證明有免疫原性。后克隆乙肝表面抗原（HBsAg）基因，并獲得大量的表面抗原。 1986年美國(guó)FDA首先批準(zhǔn)Merck公司基因工程疫苗（酵母表達(dá)系統(tǒng)）上市。 第二代疫苗：基因工程疫苗。將病原體的抗原（某種蛋白質(zhì)）基因克隆在細(xì)菌或真核細(xì)胞內(nèi)，使病原體的主要抗原基因在細(xì)菌或真核真核細(xì)胞中表達(dá)，利用表達(dá)的蛋白質(zhì)或多肽作為疫苗。 特點(diǎn)：利用病原體的某些抗原成分作為疫苗。用于不能或難培養(yǎng)的、危險(xiǎn)性大的病原物。制備成本低廉，易發(fā)展多價(jià)

8、疫苗。 核酸疫苗（核酸疫苗（DNADNA疫苗、基因疫苗）疫苗、基因疫苗） 1990年，Wolff首先報(bào)道了小鼠肌肉注射質(zhì)粒DNA，質(zhì)粒及其攜帶的基因可以被細(xì)胞攝取并表達(dá)。 所謂核酸疫苗是將含有編碼蛋白質(zhì)基因序列的 質(zhì)粒載體，經(jīng)過(guò)肌肉注射或微彈轟擊等導(dǎo)入體內(nèi)，通過(guò)宿主細(xì)胞表達(dá)系統(tǒng)表達(dá)抗原蛋白，誘導(dǎo)宿主對(duì)該抗原的 免疫應(yīng)答，達(dá)到預(yù)防和治療目的。 這種疫苗兼有基因工程疫苗的安全性和減毒活疫苗激發(fā)機(jī)體強(qiáng)免疫反應(yīng)的雙重性，且免疫效果持久、制備簡(jiǎn)單、低廉等優(yōu)點(diǎn)。（二）生物技術(shù)與疾病診斷要求要求：早期、特異、快速、靈敏、操作簡(jiǎn)便早期、特異、快速、靈敏、操作簡(jiǎn)便v 1. 1. ELISAELISA技術(shù)技術(shù)v

9、2. DNA2. DNA診斷技術(shù)診斷技術(shù)v 3. 3. 生物芯片與生物芯片與疾病疾病診斷診斷 疾病的診斷對(duì)其治療起決定作用。傳統(tǒng)的傳染病診斷技術(shù)是依據(jù)臨床癥狀的表現(xiàn)來(lái)判斷，有一定局限性；通過(guò)微生物培養(yǎng)、形態(tài)檢查、生理生化檢測(cè)確定病原物，費(fèi)時(shí)。 ELISAELISA原理：原理：將酶與抗體（原）交聯(lián)形成酶-抗體(原)復(fù)合物（常用的酶有辣根過(guò)氧化物酶(HRP)、堿性磷酸酯酶(AP)或脲酶等）；另外將抗原（體）吸附在以聚苯乙稀制成的微孔滴定板上，使之固相化，免疫反應(yīng)和酶促反應(yīng)均在其中進(jìn)行。利用抗原與抗體的特異結(jié)合以及酶將無(wú)色底物催化成有色底物，根據(jù)底物顏色的有無(wú)以及顏色的深淺判斷陰性或陽(yáng)性反應(yīng)以及反應(yīng)

10、強(qiáng)度。1.1 1.1 酶聯(lián)免疫吸附檢測(cè)（酶聯(lián)免疫吸附檢測(cè)（ELISAELISA）技術(shù)）技術(shù)底物酶標(biāo)Ab產(chǎn)物待檢樣本（特異Ab）測(cè)定抗體的間接測(cè)定抗體的間接ELISAELISA法法測(cè)定抗原的雙抗體夾心法測(cè)定抗原的雙抗體夾心法受檢樣品中的抗原已知病原物特異用被檢抗原免疫動(dòng)物獲得的Ab I 用抗原免疫另一動(dòng)物獲得的特異Ab I酶標(biāo)Abn基因工程抗原：基因工程抗原：如疫苗生產(chǎn)一樣，將如疫苗生產(chǎn)一樣，將抗原基因抗原基因克隆克隆在在細(xì)菌細(xì)菌或或真核細(xì)胞真核細(xì)胞表達(dá)系統(tǒng)中，由這些表達(dá)系統(tǒng)生產(chǎn)大量的抗原。表達(dá)系統(tǒng)中，由這些表達(dá)系統(tǒng)生產(chǎn)大量的抗原。間接ELISA法測(cè)定抗體必需首先制備大量的抗原，并將之包被于微孔

11、板上。傳統(tǒng)的抗原制備方法一般有兩種傳統(tǒng)的抗原制備方法一般有兩種危險(xiǎn)、質(zhì)量難以控制，難以標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)過(guò)程不必接觸病原體，也便于標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，成本低廉。n抗體的制備可以將上述制備的抗原直接免疫動(dòng)物，在被免疫的動(dòng)物的血清中將會(huì)含有相應(yīng)的抗體，通過(guò)一系列的純化技術(shù)就可獲得相應(yīng)的抗體。n由于一個(gè)抗原往往會(huì)有多個(gè)抗原決定簇，故由此方法制備的抗體是一種含有可分別與多個(gè)抗原決定簇結(jié)合的多種抗體的混合物，這種混合物稱(chēng)之為多克隆抗體。多克隆抗體與單克隆抗體多克隆抗體與單克隆抗體主要缺點(diǎn)主要缺點(diǎn)： 特異性較低特異性較低：不同病原體間可能會(huì)有相似的抗原決定簇，假陽(yáng)性率較高不同病原體間可能會(huì)有相似的抗原決定簇，假陽(yáng)性率較高

12、 ； 質(zhì)量難于控制質(zhì)量難于控制：被免疫的動(dòng)物的個(gè)體差異被免疫的動(dòng)物的個(gè)體差異 ，各批次的抗體間有差異，各批次的抗體間有差異 ； 成本高成本高。 ELISA技術(shù)除了要制備抗原檢測(cè)抗體外，有時(shí)還需制備抗體，用于檢測(cè)抗原。 單克隆抗體是利用細(xì)胞融合技術(shù)，在體外大量培單克隆抗體是利用細(xì)胞融合技術(shù)，在體外大量培養(yǎng)融合細(xì)胞，由融合細(xì)胞產(chǎn)生大量的抗體。養(yǎng)融合細(xì)胞，由融合細(xì)胞產(chǎn)生大量的抗體。 由于單克隆抗體只識(shí)別某一特定的抗原決定簇，由于單克隆抗體只識(shí)別某一特定的抗原決定簇，所以它具有所以它具有特異性強(qiáng)特異性強(qiáng)、成分均一成分均一、靈敏度高靈敏度高、產(chǎn)產(chǎn)量大量大、容易標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)容易標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)而明顯優(yōu)于多克

13、隆等優(yōu)點(diǎn)而明顯優(yōu)于多克隆抗體。抗體。單克隆抗體單克隆抗體 免疫淋巴細(xì)胞和骨髓瘤細(xì)胞的制備 兩種細(xì)胞的融合 從融合細(xì)胞中篩選出雜交瘤細(xì)胞 特異雜交瘤細(xì)胞的克隆化 特異雜交瘤細(xì)胞生產(chǎn)特異抗體（單克隆抗體）單克隆抗體單克隆抗體單克隆抗體的單克隆抗體的應(yīng)用范圍應(yīng)用范圍n 鑒定微生物病原體 包括臨床診斷以及食品、環(huán)境等可 能污染物的病原體檢驗(yàn)。n 確定激素水平 用于評(píng)價(jià)內(nèi)分泌功能以及妊娠試驗(yàn)，特別是早孕的檢驗(yàn)。n 檢測(cè)腫瘤相關(guān)蛋白質(zhì) 通過(guò)檢測(cè)與腫瘤相關(guān)的蛋白質(zhì)，如癌胚抗原、甲胎蛋白等。對(duì)腫瘤進(jìn)行早期診斷以及治療后的療效評(píng)價(jià)。n 檢驗(yàn)血液中的藥物含量 包括檢測(cè)違禁藥物，檢測(cè)治療藥物如慶大霉素、環(huán)孢素等的濃

14、度以確定最佳用藥量。n 腫瘤治療 將腫瘤治療藥物結(jié)合到抗腫瘤的特異單克隆抗體上，制成所謂的生物導(dǎo)彈，利用抗體與腫瘤的特異結(jié)合能力，使藥物集中到腫瘤部位，減少藥物的副作用。2.1 基因診斷概述 基因診斷（DNADNA診斷診斷）的概念：根據(jù)DNA分子堿基互補(bǔ)配對(duì)及變性、復(fù)性的原理，利用基因探針雜交、基因體外擴(kuò)增（PCR）、電泳、DNA測(cè)序以及差異顯示等分子生物學(xué)技術(shù)，通過(guò)直接檢查基因的存在狀況及其功能（基因型的改變）對(duì)疾病作出判斷的診斷技術(shù)。 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)是生命的體現(xiàn)者，DNADNA是遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)，基因基因是DNA分子上的功能片段，是遺傳的基本單位。 人類(lèi)患各種疾病很大程度是由于執(zhí)行某一功能的蛋

15、白質(zhì)分子出現(xiàn)異常。而這種不同和異常取決于控制其合成的基因的不同和異常。 傳統(tǒng)的疾病診斷是以疾病或病原物的表型為依據(jù)。 如果能夠在基因水平直接檢測(cè)與某種疾病相關(guān)的基因序列，或病原物的特異性基因片段，則可以克服傳統(tǒng)診斷的不足，從根本上對(duì)疾病作出診斷。 基因診斷基因診斷是繼是繼生化指標(biāo)診斷生化指標(biāo)診斷、免疫學(xué)診斷免疫學(xué)診斷之后的第之后的第三代診斷技術(shù)。三代診斷技術(shù)。2.2 主要的基因診斷技術(shù)2.2.1基因探針雜交技術(shù)病原物提取病原物DNADNA固定在硝酸纖維膜根據(jù)病原物特異DNA序列合成探針用熒光素標(biāo)記探針探針與膜上探針與膜上DNADNA退火退火根據(jù)是否檢測(cè)到熒光來(lái)判斷是否有探針?biāo)淼牟≡餀z測(cè)病

16、人分離標(biāo)本基本思路：基本思路：將已知序列的特定基因（微生物、遺傳病的特異基因片段）用同位素、熒光素等標(biāo)記，制備成一種診斷試劑診斷試劑，即基基因探針因探針。由于其在適當(dāng)條件下可與同源序列互補(bǔ)形成雜交體，因此使基因探針與待檢測(cè)組織細(xì)胞內(nèi)的基因片段發(fā)生雜交反應(yīng)，通過(guò)探針上的標(biāo)記觀察探針是否與標(biāo)本DNA結(jié)合，從而判斷標(biāo)本是否有與探針一致的片段，再對(duì)是否有遺傳病或病原物感染作出診斷。診斷試劑2.2.2 利用PCR或PCR與分子雜交標(biāo)記結(jié)合技術(shù)基本思路基本思路：尋找病原體的特異DNA序列，以該段DNA序列作為靶序列設(shè)計(jì)特異性引物；對(duì)待測(cè)樣品進(jìn)行PCR擴(kuò)增，然后檢測(cè)相應(yīng)的擴(kuò)增條帶，有則為陽(yáng)性反應(yīng)。應(yīng)用應(yīng)用：

17、已經(jīng)應(yīng)用于結(jié)核桿菌、淋球菌、多種致腹瀉的腸道傳染細(xì)菌、人類(lèi)免疫缺陷病毒、乙肝病毒等的檢測(cè)。產(chǎn)前診斷、血源篩查、腫瘤基因診斷。PCRPCR（聚合酶鏈反應(yīng)）技術(shù)（聚合酶鏈反應(yīng)）技術(shù)：體外擴(kuò)增特異DNA片段的技術(shù)。用于基因工程的基因制備，還用于某些疾病的診斷。目前大多數(shù)遺傳病無(wú)有效的治療方法，因此產(chǎn)前診斷對(duì)于降低遺傳病的發(fā)病率，提高人口素質(zhì)具有重要的意義。例如，一種由基因點(diǎn)突變導(dǎo)致常染色體退化的遺傳病鐮狀紅細(xì)胞貧血癥的檢測(cè)。 夫婦之一有染色體畸變。 35歲以上的高齡產(chǎn)婦。 夫婦之一有開(kāi)放性神經(jīng)管畸形。 夫婦之一有先天性代謝缺陷。 X-連鎖遺傳病基因攜帶者孕婦。 有原因不明的習(xí)慣性流產(chǎn)的孕婦。 羊水過(guò)

18、多的孕婦。 夫婦之一有致畸因素接觸史的孕婦。 有遺傳病家族史，又系近親結(jié)婚的孕婦。需要進(jìn)行產(chǎn)前診斷的對(duì)象羊水和胎盤(pán)絨毛膜檢測(cè)生物芯片技術(shù)用于診斷的一般原理 生物芯片又稱(chēng)DNA芯片或基因芯片，它們是DNA雜交探針技術(shù)與半導(dǎo)體工業(yè)技術(shù)相結(jié)合的結(jié)晶。該技術(shù)系指將大量探針?lè)肿庸潭ㄓ谥С治锷虾笈c帶熒光標(biāo)記的DNA樣品分子進(jìn)行雜交，通過(guò)檢測(cè)每個(gè)探針?lè)肿拥碾s交信號(hào)強(qiáng)度進(jìn)而獲取樣品分子的數(shù)量和序列信息。 1996年，美國(guó) Affymetrix 結(jié)合照相平板印刷、計(jì)算機(jī)、半導(dǎo)體、寡核苷酸合成、熒光標(biāo)記、核酸探針?lè)肿与s交和激光共聚掃描等技術(shù)，研制了世界第一塊DNA芯片。 從生物樣品（血液或活組織）中分離純化DNA

19、或mRNA，并對(duì)其進(jìn)行特異性擴(kuò)增；對(duì)待測(cè)樣品進(jìn)行標(biāo)記（通常用熒光素標(biāo)記的dNTP為底物，通過(guò)PCR使之進(jìn)入新合成的DNA片段中）；標(biāo)記好的DNA樣品與DNA芯片進(jìn)行雜交，由于有大量DNA探針集成在芯片上，故可以一次檢測(cè)大量生物樣品；雜交后漂洗去除未雜交的DNA分子；攜帶熒光標(biāo)記的樣品結(jié)合在特定位置上，在激光激發(fā)下會(huì)發(fā)熒光。A.用于微陣列芯片制作的點(diǎn)樣儀；B.封裝在卡盒中的微陣列芯片; C.用于微陣列芯片熒光標(biāo)記檢測(cè)的激光共聚焦掃描器；D.微陣列芯片的局部放大；E.微陣列芯片上固定DNA探針的示意圖。圖中藍(lán)色的DNA鏈?zhǔn)穷A(yù)先固定在芯片表面的捕獲探針，紅色的DNA鏈?zhǔn)桥c捕獲探針互補(bǔ)的靶DNA分子。

20、DNA芯片利用芯片利用DNA雜交反應(yīng)雜交反應(yīng)生物芯片生物芯片 用平面微細(xì)加工技術(shù),實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)。通過(guò)提高集成度,降低成本。 可組裝大量的 (104106種)生物分子探針,獲取信息量大,效率高。 結(jié)合微機(jī)械技術(shù),可把生物樣品的預(yù)處理,基因物質(zhì)的提取、擴(kuò)增,以及雜交后的信息檢測(cè)集成為可以隨身攜帶的微型（芯片）實(shí)驗(yàn)室,制備成微型、全自動(dòng)化、可用于微量試樣檢測(cè)的高度集成的智能化生物芯片。每個(gè)點(diǎn)上有已知的DNA探針 DNA芯片可用于大規(guī)模篩查基因突變所引起的疾?。粰z查腫瘤組織基因表達(dá)譜、尋找腫瘤相關(guān)基因、腫瘤基因突變的研究。將許多代表每種微生物的特殊基因制成1張芯片，判斷病人感染病原體的種類(lèi)。 分析基

21、因組及發(fā)現(xiàn)新基因等具有很大的優(yōu)勢(shì)；DNA芯片技術(shù)用于基因組分析時(shí)，具有樣品用量小、信息量大、分析方法簡(jiǎn)易快速、自動(dòng)化程度高等多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)，特別適合于尋找新基因、基因表達(dá)檢測(cè)、突變檢測(cè)、基因組多態(tài)性分析和基因文庫(kù)作圖以及雜交測(cè)序等方面。 醫(yī)學(xué)、化學(xué)、新藥開(kāi)發(fā)、司法鑒定、農(nóng)業(yè)技術(shù)和食品技術(shù)領(lǐng)域也具有廣泛的應(yīng)用。生物芯片在診斷上的應(yīng)用 1998年，美國(guó)科學(xué)促進(jìn)會(huì)將基因芯片技術(shù)列為1998年度自然科學(xué)領(lǐng)域十大進(jìn)展之一。（三）生物技術(shù)與疾病治療 生物治療是用生物治療是用生物來(lái)源的制劑生物來(lái)源的制劑或或調(diào)節(jié)人體生物反應(yīng)的制劑調(diào)節(jié)人體生物反應(yīng)的制劑（如細(xì)胞因子、（如細(xì)胞因子、免疫活性細(xì)胞、干細(xì)胞、單克隆抗體和變

22、應(yīng)原蛋白等）治療疾病的方法。免疫活性細(xì)胞、干細(xì)胞、單克隆抗體和變應(yīng)原蛋白等）治療疾病的方法。 1. 1. 生物治療概述生物治療概述 2. 2. 常見(jiàn)的生物治療技術(shù)常見(jiàn)的生物治療技術(shù) 指將目的基因?qū)氚屑?xì)胞以后與宿主細(xì)胞內(nèi)的基因發(fā)生重組，成為宿主細(xì)胞的一部分，從而可以穩(wěn)定地遺傳下去并達(dá)到對(duì)疾病進(jìn)行治療的目的。 近年來(lái)采用基因工程技術(shù)，即使目的基因和宿主細(xì)胞內(nèi)的基因不發(fā)生重組，目的基因也能得到暫時(shí)的表達(dá)，又將其稱(chēng)為基因療法。基因治療采取的措施基因治療采取的措施 根據(jù)對(duì)宿主病變基因的不同，可分為： 基因置換：用正常的基因整個(gè)地替代突變基因，使突變基因永久地得到更正； 基因修正：將突變基因的突變堿基序

23、列用正常的序列加以糾正，而其余未突變的正常部分予以保留； 基因修飾：將目的基因?qū)胨拗骷?xì)胞，利用目的基因的表達(dá)產(chǎn)物來(lái)改變宿主細(xì)胞的功能，或使原有功能得到加強(qiáng)； 基因失活：利用反義技術(shù)來(lái)封閉某些基因的表達(dá)，以達(dá)到抑制有害基因表達(dá)的目的。基因治療的疾病類(lèi)型基因治療的疾病類(lèi)型 遺傳性疾病的基因治療 腫瘤的基因治療 傳染性疾病的基因治療等 2.1 2.1 基因治療正常的人類(lèi)基因可以克隆并引入遺傳病患者的體細(xì)胞，以替代、修復(fù)或糾正有缺陷的基因。通常使用一種反轉(zhuǎn)錄病毒作為基因治療的轉(zhuǎn)移系統(tǒng)，重組載體可以感染人的組織和細(xì)胞，但不自我復(fù)制。轉(zhuǎn)基因T淋巴細(xì)胞注射到人體骨髓組織中治療1991年，美國(guó)批準(zhǔn)第一例對(duì)遺

24、傳病進(jìn)行體細(xì)胞基因治療方案。即將腺苷脫氨酶（ADA）基因?qū)?歲女患童體內(nèi)。過(guò)程：過(guò)程：先將人正常的ADA基因構(gòu)構(gòu)建建到反轉(zhuǎn)錄病毒載體上，然后用該載體轉(zhuǎn)染轉(zhuǎn)染患兒的白細(xì)胞，并用IL-2刺激細(xì)胞增殖增殖。10天左右，白細(xì)胞在體外大量擴(kuò)增，再經(jīng)靜脈輸入輸入患兒體內(nèi)。 2.2 2.2 干細(xì)胞技術(shù)干細(xì)胞干細(xì)胞(stem cell)一一詞中的詞中的“干干”譯自譯自“stem”，意為意為“樹(shù)干樹(shù)干”、“主干主干”，以示該類(lèi)細(xì)胞在所有細(xì)胞中以示該類(lèi)細(xì)胞在所有細(xì)胞中的地位。就像的地位。就像樹(shù)的主干能生樹(shù)的主干能生長(zhǎng)出無(wú)數(shù)形態(tài)各異的枝椏一長(zhǎng)出無(wú)數(shù)形態(tài)各異的枝椏一樣，干細(xì)胞可以分化為很多樣，干細(xì)胞可以分化為很多形

25、態(tài)和功能各異的細(xì)胞群。形態(tài)和功能各異的細(xì)胞群。 因此，因此，干細(xì)胞是一類(lèi)具干細(xì)胞是一類(lèi)具有自我更新和分化潛能的原有自我更新和分化潛能的原始細(xì)胞，是形成人體各種組始細(xì)胞，是形成人體各種組織、器官的祖先織、器官的祖先。 正常體細(xì)胞是高度分化的、具有獨(dú)特功能的細(xì)胞，這種細(xì)胞完全失去了再分裂的能力，最終衰老死亡。為了補(bǔ)充死亡細(xì)胞，機(jī)體保留一部分干細(xì)胞。一旦需要，這些干細(xì)胞可按照一定途徑分裂、分化為具有一定功能的成熟細(xì)胞。如：人紅細(xì)胞平均壽命120天，新的紅細(xì)胞來(lái)源于造血干細(xì)胞，它能分化為紅細(xì)胞、白細(xì)胞、巨噬細(xì)胞等各類(lèi)細(xì)胞。n 全能干細(xì)胞：具有完整的分化潛能，能分化形成生物的個(gè)體。n 多能干細(xì)胞：具有多

26、種分化潛能，能分化成多種單能干細(xì)胞。n 專(zhuān)能干細(xì)胞 ：2.1.1 2.1.1 干細(xì)胞的分類(lèi)胚胎干細(xì)胞：胚胎發(fā)育早期（桑椹胚）尚未分化、具有各種分化潛能的并可以發(fā)育為各種器官和組織的細(xì)胞。n 組織干細(xì)胞：位于成體的組織和器官中，可以定向分化為一種組織。成年動(dòng)物的表皮 和造血系統(tǒng)具有修復(fù)和再生能力。此外，肝臟、胰腺和神經(jīng)細(xì)胞也有這種特性。成體干細(xì)胞： 干細(xì)胞存在于早期胚胎、骨髓、臍 帶、胎盤(pán)和成年人的部分組織和器官中。它能夠發(fā)育成肌肉、血液、肝臟、骨髓和神經(jīng)等多種人體組織和器官。 按組織來(lái)源分按組織來(lái)源分： 按分化潛能來(lái)分：按分化潛能來(lái)分：目前，造血干細(xì)胞是所有干細(xì)胞中目前，造血干細(xì)胞是所有干細(xì)胞

27、中研究最多研究最多、技術(shù)最成熟技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛應(yīng)用最廣泛的的一種干細(xì)胞。一種干細(xì)胞。造血干細(xì)胞移植造血干細(xì)胞移植已經(jīng)成為根治已經(jīng)成為根治白血病白血病等血液系統(tǒng)疾病、等血液系統(tǒng)疾病、惡性惡性腫瘤腫瘤、遺傳病遺傳病、頑固性自身免疫性疾病頑固性自身免疫性疾病和和嚴(yán)重免疫缺陷疾病嚴(yán)重免疫缺陷疾病等等的主要治療的主要治療手段。手段。造血干細(xì)胞移植造血干細(xì)胞移植: 泛指將各種正常來(lái)源的造血干細(xì)胞移植到患者的體內(nèi)，使其產(chǎn)生正常血細(xì)胞的技術(shù)。移植時(shí)先要使患者接受超劑量化療，放療，以消滅體內(nèi)的 腫瘤細(xì)胞等異常細(xì)胞（包括造血和免疫系統(tǒng)）。然后將供者的正常干細(xì)胞通過(guò)靜脈輸注移植入受者體內(nèi)，使正常的造血與免疫功

28、能得以重建，從而根治疾病。 臨床移植的造血干細(xì)胞主要有三個(gè)來(lái)源：骨髓（造血干細(xì)胞的臨床移植的造血干細(xì)胞主要有三個(gè)來(lái)源：骨髓（造血干細(xì)胞的80%80%），外），外周血和臍帶血。周血和臍帶血。外周血外周血造血干細(xì)胞移植：造血干細(xì)胞移植：指從從外周血液中分離得到的造血干細(xì)胞進(jìn)行移植。采集方便；受者免疫功能恢復(fù)快；感染出血等并發(fā)癥低且輕，減少抗生素等用藥；腫瘤已經(jīng)浸潤(rùn)骨髓的供體也可以施行；外周血中腫瘤細(xì)胞混入少，移植后復(fù)發(fā)率低于骨髓移植。 捐獻(xiàn)造血干細(xì)胞已經(jīng)成為一個(gè)國(guó)家文明程度的標(biāo)志之一。 存在于造血組織中的一群具特定分化潛能的原始造血細(xì)胞,可分化為紅系,粒系,巨核系等造血祖細(xì)胞,并進(jìn)一步分化產(chǎn)生紅細(xì)胞，粒細(xì)胞，單核細(xì)胞，淋巴細(xì)胞及血小板等所有血液細(xì)胞。 2.1.2 2.1.2 干細(xì)胞的應(yīng)用前景2.1.2.1 2.1.2.1 造血干細(xì)胞造血干細(xì)胞 從兔子的眼角膜中分離出從兔子的眼角膜中分離出