基因工程第七章基因工程的應(yīng)用

基因工程第七章基因工程的應(yīng)用第1頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四第七章基因工程應(yīng)用第2頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四基因工程藥物轉(zhuǎn)基因植物轉(zhuǎn)基因動物基因治療基因芯片技術(shù)基因工程的應(yīng)用第3頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四抗體疫苗激素寡核苷酸藥物細胞因子基因工程藥物7.1基因工程藥物第4頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四7.1.1基因工程激素類藥物激素：是一類由生物體內(nèi)分泌腺或特異性細胞產(chǎn)生的微量有機化合物，通過體液或細胞外液運送到特定的作用部位，能引起特殊的生理效應(yīng)。激素（按化學(xué)性質(zhì)分）多肽蛋白類激素甾醇類激素脂肪酸類激素基因工程類激素：主要指通過基因工程方法合成的蛋白多肽類激素。第5頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四胰島素胰島素是最早從動物胰臟中分離出來的多肽蛋白類激素。胰島素的合成：胰臟胰島的β細胞前胰島素原胰島素原成熟的胰島素跨膜運輸切除前導(dǎo)肽在高爾基體內(nèi)形成二硫鍵切除C肽合成第6頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四用基因工程生產(chǎn)人胰島素的兩種主要途徑：用發(fā)酵的方法生產(chǎn)胰島素原，在體外將胰島素原轉(zhuǎn)變成胰島素。（主要方法）先分別發(fā)酵生產(chǎn)人胰島素的A鏈和B鏈，純化后再在體外重組產(chǎn)生完整的人胰島素。第7頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四生長激素1985年，美國的FDA批準了第一代重組人生長激素上市。第一代重組人生長激素在大腸桿菌中表達，蛋白質(zhì)的N端比天然的人生長激素多了一個甲硫氨酸殘基。目前生產(chǎn)和使用的是第二代生物工程生長激素。第二代生物工程生長激素是以分泌蛋白的形式表達的，信號肽在分泌的過程中被自動切除而產(chǎn)生與天然蛋白完全一致的序列。生長激素：是由動物腦垂體前葉分泌的一種能促進生長的蛋白類激素。第8頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四7.1.2基因工程細胞因子類藥物細胞因子（Cytokine）：是由細胞分泌的能調(diào)節(jié)生物有機體生理功能，參與細胞的增殖、分化和凋亡的小分子多肽類物質(zhì)。第9頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四大多數(shù)細胞因子是分泌型小分子多肽，少數(shù)細胞因子結(jié)合在細胞膜的表面。細胞因子通過與靶細胞表面的特異性受體結(jié)合后發(fā)揮作用。作用特點：多相性、網(wǎng)絡(luò)性、高效性。生物學(xué)功能：調(diào)節(jié)免疫應(yīng)答、抗病毒、抗腫瘤、調(diào)節(jié)機體造血功能、促進炎癥反應(yīng)。第10頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四細胞因子（按功能分）干擾素（IFN）集落刺激因子（CSF）白細胞介素（IL）腫瘤壞死因子（TNF）趨化因子（chemokine）生長因子（GF）第11頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四干擾素（interferon，IFN）干擾素：是一類多功能細胞因子，按結(jié)構(gòu)和來源可分為α、β、γ三種。IFN-α主要由白細胞產(chǎn)生，IFN-β由成纖維細胞產(chǎn)生，IFN-γ主要由T細胞和NK細胞產(chǎn)生?？共《靖腥菊{(diào)控細胞的生長調(diào)節(jié)免疫細胞發(fā)揮生理效應(yīng)干擾素的主要生理作用臨床應(yīng)用：治療白血病、乙型肝炎、丙型肝炎、多發(fā)性硬化癥和類風濕關(guān)節(jié)炎等多種疾病。第12頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四紅細胞生成素（erythropoietin，EPO）紅細胞生成素：又稱促紅細胞生成素或紅細胞生產(chǎn)刺激因子，是一種集落刺激因子。它由腎臟和肝臟產(chǎn)生，其主要功能是刺激造血始細胞分化為紅細胞，維持外周血中紅細胞的正常水平。1988年瑞士的Cilag公司上市了基因工程EPO。中國倉鼠卵巢細胞（CHO細胞）生產(chǎn)的重組人EPO于1989年被美國FDA批準上市，現(xiàn)已在全世界年銷售額達數(shù)十億美元，成為開發(fā)最成功的基因工程藥物之一。生產(chǎn)EPO的關(guān)鍵是建立高表達工程細胞，由于蛋白質(zhì)的糖基化對其生物學(xué)活性很重要，因此以基因工程途徑生產(chǎn)EPO不能利用大腸桿菌表達系統(tǒng)，只能利用哺乳動物表達系統(tǒng)進行生產(chǎn)。第13頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四EPO的臨床應(yīng)用：腎功能衰竭導(dǎo)致的貧血；腫瘤及腫瘤放化療所導(dǎo)致的貧血；骨髓增生異常綜合癥貧血；類風濕性關(guān)節(jié)炎和紅斑狼瘡所致貧血；艾滋病人因使用疊氮胸苷（AZT）治療所致貧血。第14頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四干細胞因子（stemcellfactor，SCF）對骨髓造血干細胞和造血始細胞具有刺激效應(yīng)。目前人重組SCF已完成臨床實驗并申請上市。SCF也可與其它細胞因子聯(lián)合使用，以發(fā)揮不同的生理作用。人表皮生長因子（epidermalgrowthfactor，EGF）人表皮生長因子，因其可抑制胃酸的分泌，故又稱抑胃素。它由53個氨基酸殘基組成，廣泛存在與人的各種體液中。功能：對多種細胞具有刺激效應(yīng)。臨床應(yīng)用：治療外傷、潰瘍、燒傷等。第15頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四白細胞介素（interleukin，IL）簡稱白介素，是由多種免疫細胞產(chǎn)生的細胞因子，它是一類重要的免疫調(diào)節(jié)因子。1972年這個家族的第一個成員IL-1被發(fā)現(xiàn)，它介導(dǎo)淋巴細胞的增值反應(yīng)。1983年發(fā)現(xiàn)了IL-2，它在免疫系統(tǒng)中發(fā)揮核心調(diào)節(jié)作用。到目前已發(fā)現(xiàn)20多種白介素，分別以IL-1～IL-20表示。臨床應(yīng)用：治療腫瘤及某些感染性疾病如結(jié)核桿菌感染等，還可用于治療艾滋病。基因工程IL-2于1992年由美國的Chiron公司生產(chǎn)并上市。第16頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四7.1.3基因工程抗體抗體：是在抗原物質(zhì)刺激下產(chǎn)生的，能與相應(yīng)抗原發(fā)生特異性免疫反應(yīng)的蛋白質(zhì)分子?？贵w的生理功能：與特異性抗原結(jié)合發(fā)生免疫反應(yīng)，活化補體，通過與不同的受體結(jié)合而介導(dǎo)Ⅰ型變態(tài)反應(yīng)調(diào)節(jié)吞噬細胞的吞噬功能?？贵w的臨床應(yīng)用：抗腫瘤、抗感染、防止器官移植中的排斥反應(yīng)、抗血栓的形成、解毒等。第17頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四鼠源單克隆基因工程抗體單克隆抗體：是由識別一種抗原決定簇的細胞產(chǎn)生的均一性抗體，它反應(yīng)的特異性高、親和力強、效價高、血清交叉反應(yīng)少。解決措施：通過基因工程將鼠源單克隆抗體進行改進，構(gòu)建人－鼠嵌合抗體或人源化抗體?；蚬こ炭贵w的臨床應(yīng)用：用于抗腫瘤、抗病毒、抗移植排斥反應(yīng)和抗過敏反應(yīng)。缺點：鼠源單克隆抗體在重復(fù)用藥時會產(chǎn)生抗鼠抗體導(dǎo)致療效降低。第18頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四小分子抗體小分子抗體是針對完整抗體的分子量較大、不易透過血管壁等不足而進行改進的。小分子抗體（按構(gòu)建方法分）Fab抗體單鏈抗體單域抗體超變區(qū)多肽抗體第19頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四人源單克隆抗體是針對鼠源單克隆抗體存在抗鼠免疫反應(yīng)的缺陷而發(fā)展起來的。制備人源單克隆抗體的兩種方法通過噬菌體通過小鼠第20頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四7.1.4基因工程受體受體：是指細胞表面與各種配體如抗體等進行特異性結(jié)合的大分子物質(zhì)，它一般為糖蛋白。受體的主要功能：接受并傳遞信號，將信號傳遞到細胞內(nèi)后，引發(fā)細胞的調(diào)控系統(tǒng)并產(chǎn)生一系列生理變化。受體（根據(jù)與受體結(jié)合的配體種類不同）細胞因子受體免疫球蛋白受體補體受體抗原受體第21頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四7.1.5基因工程疫苗基因工程疫苗基因工程細菌疫苗基因工程病毒疫苗核酸疫苗其它基因工程疫苗第22頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四7.1.5.1基因工程細菌疫苗基因工程細菌疫苗基因工程痢疾菌疫苗基因工程霍亂菌疫苗基因工程結(jié)核菌疫苗基因工程傷寒菌疫苗第23頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四7.1.5.2基因工程病毒疫苗基因工程病毒疫苗基因工程亞單位疫苗基因工程載體疫苗基因缺失活疫苗第24頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四7.1.5.3核酸疫苗核酸作為疫苗的優(yōu)點：其誘生的免疫應(yīng)答不僅針對特異表位的抗體，還可以針對特異表位的殺傷性T細胞；能擴大抗原的免疫原性；誘生殺傷性T細胞，清除病毒感染細胞和腫瘤細胞；可與其它免疫因子聯(lián)合使用。第25頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四7.1.5.4其它基因工程疫苗艾滋病疫苗寄生蟲疫苗其它基因工程疫苗第26頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四基因工程藥物轉(zhuǎn)基因植物轉(zhuǎn)基因動物基因治療基因芯片技術(shù)基因工程的應(yīng)用第27頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四7.2轉(zhuǎn)基因植物轉(zhuǎn)基因植物(Transgeneplant)是擁有來自其他物種基因的植物。該基因變化過程可以來自不同物種之間的雜交，但今天該名詞更多的特指那些在實驗室里通過重組DNA技術(shù)人工插入其他物種基因以創(chuàng)造出擁有新特性的植物。

轉(zhuǎn)基因植物的研究主要在于改進植物的品質(zhì)，改變生長周期或花期等提高其經(jīng)濟價值或觀賞價值；作為某些蛋白質(zhì)和次生代謝產(chǎn)物的生物反應(yīng)器，進行大規(guī)模生產(chǎn)；研究基因在植物個體發(fā)育中，以及正常生理代謝過程中的功能。

第28頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四7.2轉(zhuǎn)基因植物

抗病毒蟲害轉(zhuǎn)基因植物抗逆轉(zhuǎn)基因植物藥物轉(zhuǎn)基因植物轉(zhuǎn)基因植物食品其他轉(zhuǎn)基因植物第29頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四7.2.1抗病蟲害轉(zhuǎn)基因植物全球每年農(nóng)作物因蟲害造成的損失約占總產(chǎn)量的13%，而目前對農(nóng)作物害蟲的防治主要依賴于化學(xué)農(nóng)藥，它不僅造成了嚴重的環(huán)境污染，而且給人類的健康帶來巨大威脅。利用基因工程技術(shù)，目前已獲得多種抗蟲轉(zhuǎn)基因植物：蘇云金桿菌毒素轉(zhuǎn)基因植物，蛋白酶抑制劑轉(zhuǎn)基因植物，植物凝集素轉(zhuǎn)基因植物，淀粉酶抑制劑轉(zhuǎn)基因植物。第30頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四蘇云金桿菌毒素轉(zhuǎn)基因植物蘇云金桿菌是革蘭氏陽性細菌在芽孢的形成過程中能產(chǎn)生大量的伴胞晶體，伴胞晶體主要由分子質(zhì)量130kDa的δ-內(nèi)毒素蛋白組成。根據(jù)毒素蛋白結(jié)構(gòu)的同源性和抗蟲范圍可分為四大類：cryⅠ、cryⅡ、cryⅢ和cryⅣ。由于Bt毒素對哺乳動物無毒害作用，因而被廣泛地用來構(gòu)建抗蟲轉(zhuǎn)基因作物。經(jīng)過長期不斷的努力，20世紀90年代以來，以獲得了多種具有較高抗蟲效果的轉(zhuǎn)基因作物。目前Bt毒素基因已成功轉(zhuǎn)化了水稻、棉花、玉米、馬鈴薯、番茄、煙草、蘋果、核桃、楊樹、菊花和大豆等。第31頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四植物凝集素轉(zhuǎn)基因植物

植物凝集素是一種糖蛋白或結(jié)合糖的蛋白質(zhì)，存在于多種植物中，特別是富含于植物種子和儲藏器官。當昆蟲攝取含凝集素的食物后，植物凝集素于昆蟲腸道粘膜上的糖配體結(jié)合，從而影響營養(yǎng)物質(zhì)的吸收。含雪花蓮凝集素基因的馬鈴薯第32頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四淀粉酶抑制劑轉(zhuǎn)基因植物a-淀粉酶抑制劑廣泛存在于植物種子和塊莖中，尤其存在于植物種子和塊莖中，尤其是在豆類好禾本科植物種子中含量豐富。他能抑制昆蟲消化道淀粉酶的活性，使昆蟲攝入的淀粉無法消化和水解，從而阻斷昆蟲的能量來源，最終導(dǎo)致昆蟲發(fā)育不正常或死亡。將該基因轉(zhuǎn)移到煙草中，可獲得能穩(wěn)定表達的轉(zhuǎn)基因植株，淀粉酶抑制劑能在種子中積累，體外實驗表明，它對黃粉蟲a-淀粉酶具有顯著的抑制作用。第33頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四抗病毒轉(zhuǎn)基因植物

植物病毒病害以成為植物病害的最大類群之一，隨之基因工程技術(shù)的發(fā)展，為培育抗病毒的植物品種開辟了新的途徑。目前已有多種方法獲得抗病毒轉(zhuǎn)基因植物：利用植物自身編碼的抗病毒基因培育抗病毒植物，病毒外殼蛋白轉(zhuǎn)基因植物，病毒復(fù)制酶轉(zhuǎn)基因植物，移動蛋白轉(zhuǎn)基因植物，核糖體失活蛋白轉(zhuǎn)基因植物，病毒衛(wèi)星RNA轉(zhuǎn)基因植物。轉(zhuǎn)基因番茄，對病毒表現(xiàn)強烈過敏反應(yīng)。第34頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四病毒復(fù)制酶轉(zhuǎn)基因植物

將病毒RNA復(fù)制酶基因改造后導(dǎo)入植物體后，看干擾病毒的復(fù)制，從而達到抗病毒的目的。將CMV缺損型復(fù)制酶基因?qū)霟煵莺?，轉(zhuǎn)化株對CMV表現(xiàn)了高度的抗性。第35頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四移動蛋白轉(zhuǎn)基因植物

病毒在細胞間的移動主要受病毒本身編碼的移動蛋白和寄主因素控制，移動蛋白能夠修飾胞間連絲，同時又能與病毒核酸結(jié)合，是病毒核酸的三維結(jié)構(gòu)改變成絲狀的核酸-蛋白質(zhì)復(fù)合體，有利于通過胞間連絲。將TMV的移動蛋白基因缺失突變后導(dǎo)入煙草中，轉(zhuǎn)化株不僅對同一屬的多種病毒具有抗性，而且對煙草脆裂病毒，黃瓜花葉病毒等具有抗性。第36頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四抗真菌轉(zhuǎn)基因植物

植物對真菌等病害微生物的防御主要包括機械防護和生物學(xué)保護兩個方面。當致病菌入侵植物時，植物細胞壁的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，細胞壁的強度和硬度增加。另一方面，植物細胞被誘導(dǎo)合成多種活性物質(zhì)如抗毒素和幾丁質(zhì)酶等，以抑制真菌的生長和入侵。第37頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四幾丁質(zhì)酶轉(zhuǎn)基因植物

幾丁質(zhì)酶轉(zhuǎn)基因植物。幾丁質(zhì)酶廣泛存在于植物和微生物中，它能降解幾丁質(zhì)，該酶一般由單基因編碼。由于幾丁質(zhì)是許多植物病原真菌細胞壁的主要成分，因而利用幾丁質(zhì)酶轉(zhuǎn)基因植物在防治植物真菌病害中有重要作用。正常的植物中幾丁質(zhì)酶的活性很低，但當病原真菌侵染植物植物時能誘導(dǎo)產(chǎn)生很高的幾丁質(zhì)酶活性。Broglie等將菜豆幾丁質(zhì)酶的cDNA與CMV35S啟動子重組，導(dǎo)入煙草和番茄中，轉(zhuǎn)化株對立枯絲核菌的抗性顯著提高。轉(zhuǎn)基因煙草第38頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四植物抗毒素轉(zhuǎn)基因植物

植物抗毒素是植物對病原真菌侵染抵抗所產(chǎn)生的有毒性低分子化學(xué)物質(zhì)。不同的植物科產(chǎn)生不同的抗毒素，將合成該抗毒素的關(guān)鍵酶合成克隆并導(dǎo)入煙草中，轉(zhuǎn)化株對病原菌的抵抗能力大大提高?？苟舅卮嬖谟诨ㄉ?，葡萄等植物中，轉(zhuǎn)化株對病原菌的抵抗能力大大提高。第39頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四7.2.2抗逆轉(zhuǎn)基因植物

植物的生活周期中會遇到各種各樣不利的環(huán)境條件如鹽堿、旱、寒和熱等的挑戰(zhàn)，面對這些不利的逆境，植物只能通過機體自我調(diào)節(jié)而生存下去。人類通過基因工程技術(shù)有目的的改造生物的特性，使之能在某些惡劣的環(huán)境下生長，從而為解決了人類生存與環(huán)境問題提供了新的途徑。第40頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四7.2.2抗逆轉(zhuǎn)基因植物種類抗鹽轉(zhuǎn)基因植物?？购缔D(zhuǎn)基因植物?？箖鲛D(zhuǎn)基因植物?？钩輨┺D(zhuǎn)基因植物。（抗草甘膦除草劑）第41頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四1）抗鹽堿轉(zhuǎn)基因植物面臨的問題：全球鹽堿地約占陸地面積的1/3，在我國15億畝耕地中約有1億畝為鹽堿地，此外還有5億多畝為鹽堿荒地。鹽堿如何影響植物生長：鹽脅迫能抑制植物組織器官的生長，加速發(fā)育過程，使營養(yǎng)生長期和開花期縮短。鹽脅迫對植物的光合作用具有抑制效應(yīng)，光合作用的有關(guān)酶類受到抑制，導(dǎo)致植物光合作用能力下降。植物內(nèi)源激素發(fā)生改變，如脫落酸（abscisicABA）的水平明顯上升。第42頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四轉(zhuǎn)基因抗鹽堿地第43頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四

植物的耐鹽是在一系列酶的調(diào)節(jié)下而發(fā)揮作用的，這些酶或蛋白分別參與植物的滲透調(diào)節(jié)、離子區(qū)域化和離子的選擇吸收。參與植物細胞內(nèi)滲透調(diào)節(jié)的是一類小分子有機化合物如脯氨酸、甜菜堿等，這些小分子的合成酶是耐鹽相關(guān)基因研究的一個重點。通過對滲透調(diào)節(jié)劑合成基因的克隆和轉(zhuǎn)移，可以大大提高植物的抗鹽性。第44頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四例如：大腸桿菌+菠菜（醛脫氫酶基因）↓煙草→高抗鹽能力的煙草種第45頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四抗旱轉(zhuǎn)基因植物世界上有近1/3的地區(qū)屬于干旱地區(qū)，干旱和沙漠化現(xiàn)象越來越嚴重，嚴重威脅到人類的生存和發(fā)展。那么，如何提高植物，尤其是農(nóng)作物的抗旱能力呢？第46頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四美國加州大學(xué)戴維斯分校的植物學(xué)家羅莎·黎偉羅認為，關(guān)鍵在于弄清植物在干旱的情況下是怎樣死亡的。據(jù)他推測，這是由于缺水不恰當?shù)丶せ盍酥参矬w內(nèi)的葉子凋亡程序。若能抑制住這個程序，就可能大大提高植物的的抗旱力，而有一種名為IPT的基因就恰好可以延遲植物葉子的凋亡進程。第47頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四將含有IPT的基因片段添加到煙草(之所以選擇煙草是因為它植株較大，生長迅速)的DNA內(nèi)，然后觀察轉(zhuǎn)基因煙草(含有IPT基因的煙草)與普通煙草(不含IPT基因的煙草)在不同環(huán)境下的生長情況。結(jié)果表明，正常環(huán)境下，轉(zhuǎn)基因煙草與普通煙草長得一樣好；在其后15天的模擬干旱環(huán)境中，普通煙草葉子失去了葉綠素，變得枯萎，而轉(zhuǎn)基因煙草則保持綠色，并且沒有出現(xiàn)較明顯的枯萎現(xiàn)象；恢復(fù)供應(yīng)水分一周后，普通煙草枯萎死掉了，轉(zhuǎn)基因煙草則很快恢復(fù)生機，且產(chǎn)量減幅很小。第48頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四7.2.3藥用轉(zhuǎn)基因植物

目前許多蛋白類藥物是通過微生物發(fā)酵和動物細胞培養(yǎng)等方法獲得的，其成本高，產(chǎn)量遠不能滿足市場的需要。利用轉(zhuǎn)基因植物為生物反應(yīng)器生產(chǎn)蛋白類藥物和疫苗是解決這一問題的一條較好途徑。利用轉(zhuǎn)基因植物已生產(chǎn)出動物抗體、疫苗、生長因子和生長激素等多種具有藥用價值的蛋白質(zhì)或多肽。第49頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四轉(zhuǎn)基因植物表達抗體指動物抗體的完整基因或基因片段被克隆后可在植物中進行表達。如：將免疫球蛋白重組抗體CD4基因轉(zhuǎn)化煙草，獲得能表達完整抗體的轉(zhuǎn)基因植株。第50頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四轉(zhuǎn)基因植物表達疫苗指將抗原基因?qū)胫参锊⒃谥参镏杏行П磉_，人或動物攝入轉(zhuǎn)基因植物或其中的抗原蛋白，從而產(chǎn)生對某種抗原的免疫應(yīng)答。如：轉(zhuǎn)基因煙草表達乙肝疫苗、瘧疾孢子蟲抗原、霍亂和腹瀉。轉(zhuǎn)基因馬鈴薯表達乙肝表面抗原。第51頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四優(yōu)點：植物種植、培養(yǎng)條件簡單能對真核蛋白質(zhì)疫苗進行準確的翻譯后加工，保持了自然狀態(tài)下的免疫原性對人體安全，消除了動物載體對人體可能造成的潛在傷害使用方便，可直接口服免疫，并產(chǎn)生較強的體液和黏膜免疫反應(yīng)易于加工運輸，便于推廣帶有乙肝抗原的藥用大米第52頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四其他轉(zhuǎn)基因植物

抗早衰轉(zhuǎn)基因植物利用基因工程技術(shù)，使轉(zhuǎn)基因植物抑制乙烯的合成或促進細胞分裂素的合成，可達到延緩植物衰老的結(jié)果。改變花色、花型的轉(zhuǎn)基因植物如：將苯基苯乙烯酮合成酶（CHS）的反義RNA轉(zhuǎn)入紅色的矮牽牛中，獲得顏色變淡且紅色與無色相間和全白色的兩類花。利用轉(zhuǎn)基因植物生產(chǎn)可降解塑料第53頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四7.2.4轉(zhuǎn)基因植物食品隨著人們生活水平的提高，人們越來越關(guān)注食物的口味、口感和營養(yǎng)價值等因素。為解決人口過多所引起的糧食相對不足的矛盾，提供可能。提高作物產(chǎn)量、改良作物品質(zhì)提供一條嶄新的途徑。第54頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四轉(zhuǎn)基因番茄

1994年，美國政府批準了他們研制成功抗干旱、早熟、保鮮的轉(zhuǎn)基因番茄商品化之后，我國也相繼成功培育出優(yōu)良品種的轉(zhuǎn)基因番茄，以滿足人們的需求。

第55頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四轉(zhuǎn)基因甜椒

甜椒在栽培的過程中，容易受病毒的感染。我國科學(xué)工作者，采用轉(zhuǎn)基因技術(shù)，培育出抗病毒的甜椒。第56頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四

轉(zhuǎn)基因油菜

油菜是人們食用油的主要來源之一。一般油菜籽的含油量約為40％左右。通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)，培育出來的油菜籽，可以大大地提高它的出油率。而且油的純度質(zhì)量更好。第57頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四

玉米是主要糧食之一，又可以提煉油脂，也可以用作食品和工業(yè)的原料以及作飼料，渾身是寶。人們稱它是含金的植物。如今培育出轉(zhuǎn)基因玉米，品質(zhì)更好，產(chǎn)量更高。轉(zhuǎn)基因玉米

第58頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四植物的產(chǎn)量與植物的光合作用具有密切關(guān)系

光反應(yīng)光能化學(xué)能（ATP+NADPH）光合作用C3途徑

暗反應(yīng)

將CO2還原成糖

C4途徑（作用遠高于C3途徑）因此，利用植物基因工程提高植物光合作用效率可以從兩方面考慮，一方面抑制植物的光呼吸，減少能量損耗，另一方面：將C4途徑的植物的磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶的基因?qū)隒3途徑植物中,得到新的轉(zhuǎn)化株，達到提高產(chǎn)量的目的。提高作物的產(chǎn)量第59頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四改良作物品質(zhì)

不同的植物的可食用部位不一樣，針對不同的植物，提高其可食用部位的營養(yǎng)成分（蛋白質(zhì)、脂肪酸、維生素的種類和含量）的具體舉措也不一樣。第60頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四比如：谷物種子的醇溶蛋白的含量過多會影響氨基酸的平衡，因為該蛋白富含脯氨酸和谷氨酰胺，而賴氨酸和色氨酸的含量卻很少，此外小麥面粉烤制面包時面團的伸展性由麥醇溶蛋白所決定。因此，如何改變種子儲藏蛋白的種類和含量，使其蛋白質(zhì)氨基酸等的組成平衡便于加工，是提高食品質(zhì)量的一個關(guān)鍵問題。胰凝乳蛋白酶抑制劑富含賴氨酸，將其基因克隆后導(dǎo)入作物中，可提高種子儲藏蛋白賴氨酸的含量。人們可以利用植物基因工程的技術(shù)，根據(jù)需要增減植物中飽和脂肪酸的含量。第61頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四隨著現(xiàn)代生物技術(shù)的迅速發(fā)展，植物轉(zhuǎn)基因技術(shù)方興未艾。自從1983年首次獲得轉(zhuǎn)基因植物后，至今已有35科120多種植物轉(zhuǎn)基因獲得成功。目前，農(nóng)作物生物技術(shù)育種的研究已經(jīng)不再處于實驗室階段，而是進入了實際應(yīng)用，走到了商業(yè)化階段。近年來，轉(zhuǎn)基因植物在全球的種植面積增長迅速.我國轉(zhuǎn)基因植物的研究和開發(fā)取得了顯著的進展。第62頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四21世紀植物轉(zhuǎn)基因技術(shù)對于我國農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和13億人中的食物安全將發(fā)揮重要的作用。我國作為一個農(nóng)業(yè)大國，如果不加快生物技術(shù)發(fā)展，就難以在21世紀國際高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化競爭中占有一席之地，我國的農(nóng)業(yè)將會陷入受制于人的被動局面。所以我國發(fā)展植物轉(zhuǎn)基因技術(shù)的任務(wù)刻不容緩！第63頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四猜猜這是什么？？？

富含創(chuàng)意的香蕉玉米第64頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四長得多高的西瓜第65頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四富有創(chuàng)意的檸檬奇異果第66頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四不一般的菠蘿第67頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四基因工程藥物轉(zhuǎn)基因植物轉(zhuǎn)基因動物基因治療基因芯片技術(shù)基因工程的應(yīng)用第68頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四7.3轉(zhuǎn)基因動物

轉(zhuǎn)基因動物（transgeneticanimal），是指人類按照自己的意愿有目的、有計劃、有預(yù)見地將外源基因?qū)雱游锛毎麅?nèi)，通過與染色體基因組進行穩(wěn)定的整合，將生物性狀傳遞給后代動物。第69頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四外源目的基因有效導(dǎo)入生殖細胞或胚胎干細胞選擇獲得攜有目的基因的細胞選擇合適的體外培養(yǎng)系統(tǒng)和宿主動物外源目的基因的制備轉(zhuǎn)基因細胞胚胎發(fā)育及鑒定篩選所得的轉(zhuǎn)基因動物品系轉(zhuǎn)基因鼠的培育流程第70頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四7.3轉(zhuǎn)基因動物7.3.1利用轉(zhuǎn)基因動物改良動物品種

7.3.2轉(zhuǎn)基因動物作為生物反應(yīng)器7.3.3轉(zhuǎn)基因動物篩選藥物7.3.4轉(zhuǎn)基因動物應(yīng)用于人體器官移植第71頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四7.3.1利用轉(zhuǎn)基因動物改良動物品種

7.3.1.1.利用轉(zhuǎn)基因動物技術(shù)提高動物的繁育速度7.3.1.2.利用轉(zhuǎn)基因動物技術(shù)改善動物品質(zhì)7.3.1.3.利用轉(zhuǎn)基因動物技術(shù)培育抗病害動物品系第72頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四7.3.1.1.利用轉(zhuǎn)基因動物技術(shù)提高動物的繁育速度

1982年美國華盛頓大學(xué)Palmiter等將大鼠生長激素基因?qū)胄∈蟮氖芫牙铮賹⑦@一受精卵植入借腹懷孕的母鼠體內(nèi)，生下一個比正常體格大一倍的“超級小鼠”。第73頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四按照轉(zhuǎn)基因小鼠的思路，人們已經(jīng)成功的獲得了轉(zhuǎn)基因大鼠、雞、山羊、綿羊、豬、兔、牛、蛙、魚等第74頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四第75頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四7.3.1.2.利用轉(zhuǎn)基因動物技術(shù)改善動物品質(zhì)

將腸乳糖酶基因?qū)肽膛；蚪M中，獲得了能生產(chǎn)低乳糖或無乳糖乳汁的轉(zhuǎn)基因牛，這樣就能更好地滿足人們的需求。此外，通過轉(zhuǎn)基因的方法還能增加牛奶中酪蛋白的含量、模擬人乳組分等等。去除myostatin基因可延長肌肉的生長和改善肉的嫩度。

GH基因能提高瘦肉產(chǎn)率和飼料利用率。

IGF-1基因有助于提高羊毛產(chǎn)量。此外，將毛角蛋白2型中間細絲基因?qū)刖d羊基因組中，轉(zhuǎn)基因綿羊長出的羊毛光潔亮麗，羊毛中羊毛脂的含量明顯提高。第76頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四7.3.1.3.利用轉(zhuǎn)基因動物技術(shù)培育抗病害動物品系

將禽白血病毒包衣糖蛋白基因?qū)肴怆u的基因組中，轉(zhuǎn)基因雞能大量表達游離包衣糖蛋白，當禽白血病毒侵染宿主時，過量的包衣糖蛋白與宿主細胞表面受體特異性結(jié)合，從而阻斷病毒的感染途徑。第77頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四7.3.2轉(zhuǎn)基因動物作為生物反應(yīng)器第78頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四

生物反應(yīng)器（1）微生物發(fā)酵缺點：表達蛋白不能折疊而喪失生物學(xué)活性；成本昂貴。（2）哺乳動物細胞培養(yǎng)缺點：細胞培養(yǎng)困難，表達量低，成本昂貴。（3）轉(zhuǎn)基因動物質(zhì)量大大優(yōu)于通過微生物發(fā)酵獲得的產(chǎn)品，生產(chǎn)成本大大降低第79頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四轉(zhuǎn)基因動物生物反應(yīng)器動物乳腺生物反應(yīng)器動物血液生物反應(yīng)器動物分泌腺體生物反應(yīng)器第80頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四動物乳腺生物反應(yīng)器原理：將藥用蛋白基因連接到乳腺蛋白質(zhì)基因調(diào)節(jié)元件下游，然后將重組基因轉(zhuǎn)化哺乳動物胚胎干細胞或受精卵，當轉(zhuǎn)基因胚胎長成個體后，通過乳汁分泌獲得表達蛋白。第81頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四動物乳腺生物反應(yīng)器優(yōu)點：可使藥物蛋白基因限于乳腺中高表達，能進行大量生產(chǎn)。表達蛋白質(zhì)隨乳汁及時排出體外，能促進藥物蛋白基因的高水平表達。乳腺組織細胞具有蛋白質(zhì)修飾功能，表達產(chǎn)物具有較高的生物學(xué)活性。蛋白質(zhì)提取純化的工藝簡單第82頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四動物血液生物反應(yīng)器可用來生產(chǎn)人血紅蛋白、抗體和非生物學(xué)活性狀態(tài)的融合蛋白，對于有活性的蛋白質(zhì)或多肽則不合適，因它會通過血液循環(huán)進入組織細胞而影響轉(zhuǎn)基因動物的健康。第83頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四是利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)建立敏感動物品系和生產(chǎn)與人類相同疾病的動物模型來進行藥物篩選7.3.3基因工程的應(yīng)用

轉(zhuǎn)基因動物篩選藥物第84頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四利用轉(zhuǎn)基因動物篩選抗腫瘤藥物Mickisch等利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)建立多藥轉(zhuǎn)基因鼠模型使多藥耐藥性基因在轉(zhuǎn)基因鼠骨髓中表達，在骨髓細胞表面產(chǎn)生多藥轉(zhuǎn)運蛋白，然后測量轉(zhuǎn)基因鼠能否保護骨髓細胞免受化療藥物的損害。從而可篩選新抗腫瘤藥物。第85頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四利用轉(zhuǎn)基因動物篩選抗艾滋病病毒藥物HIV對感染宿主有高選擇性，只有長臂猿和黑猩猩對其敏感，但這兩種動物不能用于醫(yī)學(xué)研究。Ruprecht等用轉(zhuǎn)基因鼠對α-干擾素和齊多夫定（AZT）治療艾滋病及病毒血癥進行研究，結(jié)果表明2種藥物聯(lián)合使用可100%抑制病毒血癥的發(fā)生。還有Mehtali等建立了一種雙基因系統(tǒng)轉(zhuǎn)基因鼠模型，也可以用來篩選新的抗艾滋病藥物。第86頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四轉(zhuǎn)基因動物還被用于篩選抗其他疾病藥物抗乙肝病毒（HDV）的藥物篩選內(nèi)皮素（ET）受體拮抗劑的篩選第87頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四轉(zhuǎn)基因動物篩選與傳統(tǒng)篩選的比較：方法準確性安全性時間成本轉(zhuǎn)基因動物篩選建立敏感動物體系和對應(yīng)的動物模型高，明顯提高短低傳統(tǒng)篩選進行動物實驗和體內(nèi)實驗低低、有難以察覺的副作用長高第88頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四7.3.4轉(zhuǎn)基因動物應(yīng)用于

人體器官移植第89頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四

20世紀的一項偉大創(chuàng)舉是人體器官移植，這項技術(shù)拯救了無數(shù)重危病人的生命，而且?guī)砹私t(yī)學(xué)的一場深刻革命。該領(lǐng)域的先驅(qū)者馬斯博士因此獲得了1990年諾貝爾醫(yī)學(xué)獎。

第90頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四

器官移植已成為許多終末期疾病首選的治療方法。全世界至今接受心、肝、腎等移植者已達60余萬例。但隨著外科手術(shù)的成功，免疫抑制劑的不斷發(fā)展，移植成功率的提高，出現(xiàn)了供體嚴重短缺現(xiàn)象。

目前，只有1/2的患者有機會接受移植，大約有1/5的患者在等待中死亡。等待器官移植時間越長，患者死亡機率越大。因此，供者器官來源不足嚴重困擾著器官移植手術(shù)的推廣和應(yīng)用。第91頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四器官移植面臨著兩個難題：一是供移植用的器官來源不足；二是人體對移入的導(dǎo)體器官產(chǎn)生免疫排斥反應(yīng)?！皠游铩梭w”異種器官移植!!

第92頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四用實驗動物組織和器官代替人類器官的優(yōu)點：⒈動物器官取之不盡；⒉動物器官比人造器官更具自然和生物性；⒊動物器官隨用隨取，可克服使用人體器官存在的一些倫理及法律問題。第93頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四人VS豬平均體重60kg40～80kg

體溫36～37℃36～37℃

心率60～100次/min55～60次/min第94頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四第95頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四第96頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四人體對移入的導(dǎo)體器官產(chǎn)生免疫排斥反應(yīng)

人體內(nèi)存在針對異種動物組織抗原成分的天然抗體(natureantibody)，其針對的靶分子是豬血管內(nèi)皮細胞表面的α-半乳糖成分。異種器官移植后，可出現(xiàn)由天然抗體介導(dǎo)的、補體依賴的細胞毒效應(yīng)，引起移植物血管內(nèi)皮細胞溶破、血栓形成以及炎癥反應(yīng)，導(dǎo)致超急性排斥反應(yīng)(hyperacuterejection)的發(fā)生，從而使移植器官發(fā)生不可逆性缺血、變性和壞死。應(yīng)用免疫抑制藥物對抗異種移植排斥反應(yīng)效果不佳。目前，通過層析技術(shù)，清除受者血清內(nèi)的抗半乳糖天然抗體，有可能克服異種器官移植超急性排斥反應(yīng)。但在克服了超急性排斥反應(yīng)后，異種移植尚須防治以T細胞效應(yīng)為主的急、慢性和遲發(fā)型排斥反應(yīng)，難度也很大。第97頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四如果動物的器官移植到人的身上，人是否會顯示動物的特征呢?如果某人在生育前就進行了異種器官移植，他的下一代體內(nèi)會不會存在動物的基因?這會不會威脅人類的安全?異種器官移植是否破壞自然法則?是否會被錯用或濫用?？第98頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四基因工程藥物轉(zhuǎn)基因植物轉(zhuǎn)基因動物基因治療基因芯片技術(shù)基因工程的應(yīng)用第99頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四7.4基因治療基因治療：是指以正常的基因替代或修補病人細胞中的缺陷基因從而達到治療疾病的目的，它是治療分子疾病最有效的手段之一。1990年9月14日，美國年僅4歲的女孩阿尚蒂接受了世界上第一例基因治療臨床試驗?；蛑委燇w細胞基因治療生殖細胞基因治療第100頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四基因治療體外基因治療體內(nèi)基因治療第101頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四體外基因治療?從患者體內(nèi)取出帶有基因缺陷的細胞并培養(yǎng)。?通過基因轉(zhuǎn)移進行遺傳修正。?將修正后的細胞通過融合或移植的方法轉(zhuǎn)入患者體內(nèi)。第102頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四體內(nèi)基因治療?體內(nèi)基因治療是指將具有治療功能的基因直接轉(zhuǎn)入病人的某一特定組織中。第103頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四基因治療技術(shù)的四個環(huán)節(jié)基因診斷

基因分離載體構(gòu)建基因轉(zhuǎn)移第104頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四用于治療的基因正?；蚍戳x基因自殺基因基因診斷：是指利用多種基因檢測技術(shù)對人體病變基因進行定位分析。基因分離：是指利用DNA重組技術(shù)克隆、鑒定、擴增和純化用于治療的基因，并根據(jù)病變基因的定位，與特異性整合序列和基因表達調(diào)控元件進行體外重組。第105頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四體內(nèi)療法體外療法表達載體的構(gòu)建是基因治療成功與否的關(guān)鍵。病毒型載體非病毒型載體目前基因治療中使用的載體基因轉(zhuǎn)移方法第106頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四7.4.1腫瘤的基因治療7.4.2分子遺傳病的基因治療7.4.3心血管病的基因治療7.4.4艾滋病的基因治療第107頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四腫瘤的基因治療腫瘤的發(fā)生與細胞中染色體DNA結(jié)構(gòu)的變化密切相關(guān)。傳統(tǒng)方法治愈率低，復(fù)發(fā)率和死亡率高。隨著越來越多的腫瘤基因被克隆，基因治療已成為一種新型的有效的方法第108頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四

基因治療策略

抑癌基因治療法基因修飾疫苗法免疫基因治療法自殺基因治療法第109頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四抑癌基因治療法原理：抑癌基因的失活與癌基因的激活是其中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，如果向患者導(dǎo)入抑癌基因、恢復(fù)人體抑制腫瘤的功能，從而可以達到治療的目的。通過抑癌基因與宿主體內(nèi)癌基因的DNA或mRNA結(jié)合而達到目的P53，RB,WT1,NF1，DDC等第110頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四基因修飾疫苗將外源基因?qū)肽[瘤細胞，試圖改變細胞的致瘤性和增強免疫原性，有利于被機體T細胞識別，進而被機體消滅。過程：細胞因子基因的克隆—構(gòu)建重組反轉(zhuǎn)錄病毒載體—缺陷型重組反轉(zhuǎn)錄病毒的包裝—腫瘤細胞的轉(zhuǎn)染和檢測白介素系列基因，干擾素基因等第111頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四腫瘤的免疫基因治療利用免疫基因?qū)δ[瘤進行治療的方法。包括：腫瘤的細胞因子基因治療，腫瘤的MHC基因治療，腫瘤抗原靶向的基因治療，腫瘤的共刺激分子基因治療，抗體介導(dǎo)的腫瘤免疫基因治療和綜合性腫瘤免疫基因治療等。第112頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四自殺基因治療腫瘤自殺基因是一類前體藥物酶轉(zhuǎn)化基因、藥物敏感基因或酶-前體藥物激活基因。Tk–GCV系統(tǒng)，CD-5-FC系統(tǒng)等第113頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四

分子遺傳病的基因治療血友病的基因治療地中海貧血的基因治療第114頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四血友病的基因治療

血友?。阂环N遺傳性出血疾病，它是因血液中缺乏凝血因子而引起的嚴重凝血功能障礙。根據(jù)缺乏凝血因子的不同，分為：

血友病A

血友病B

血友病C第115頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四

1991年，血友病B成為世界上第二個進行基因治療的遺傳病。

人凝血因子Ⅸ是一種分子質(zhì)量為56kDa的糖蛋白，其中糖的含量約占整個分子的17%。該蛋白質(zhì)由肝細胞產(chǎn)生，在肝內(nèi)經(jīng)一系列酶學(xué)的修飾，變?yōu)槌墒斓膆FⅨ，然后分泌到血液中，參與血液凝固過程中的一系列反應(yīng)，hFⅨ在血液中的半衰期為20h。第116頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四1982年，英國牛津大學(xué)的Brownlee等克隆了hFⅨ的cDNA及全序列DNA。

完整的hFⅨmRNA總長度為2802個堿基，在5′端有一段29個堿基的非編碼序列，在3′端有一段長度為1390個堿基的非編碼區(qū)。目前發(fā)現(xiàn)的血友病B病例幾乎都是由于hFⅨ基因結(jié)構(gòu)異常變化而引起的。第117頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四

血友病B基因治療采用皮膚成纖維細胞、肝細胞和成肌細胞等作為靶細胞。基因轉(zhuǎn)移的方式包括DNA直接注射、反轉(zhuǎn)錄病毒途徑、腺病毒途徑等。

1985年，Anson等首次將人hFⅨcDNA基因轉(zhuǎn)移到大鼠和人皮膚成纖維細胞，首先提出利用人皮膚成纖維細胞途徑治療血友病B的設(shè)想。

1991年，復(fù)旦大學(xué)遺傳學(xué)研究所與上海市長海醫(yī)院等合作將兩例血友病B患者進行了世界上首次血友病B基因治療的臨床特殊試驗。第118頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四

血友病A在臨床上的癥狀與血友病B類似。凝血因子Ⅷ的分子量較大，總長為2332個氨基酸殘基，天然hFⅧ的分子質(zhì)量為330kDa。

1984年，美國加州舊金山Genentech.Inc.的研究人員成功克隆了人的凝血因子Ⅷ的基因。

Toole等構(gòu)建了hFⅧ結(jié)構(gòu)域缺少的hFⅧcDNA表達載體，不僅沒有影響FⅧ的活性，而且使表達量和活性比全長FⅧcDNA提高了10倍。第119頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四地中海貧血的基因治療

地中海貧血：由于α珠蛋白與β珠蛋白基因表達失調(diào)而引起的遺傳性溶血疾病，其中以β地中海貧血病的危害較為嚴重。人類珠蛋白基因是由多個基因組成的基因簇，其中α珠蛋白基因簇位于16號染色體短臂上，β珠蛋白基因簇位于11號染色體短臂上。第120頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四

根據(jù)珠蛋白表達的發(fā)育階段特性可將珠蛋白分為三類:

胚胎珠蛋白基因（ξ、ε）成年珠蛋白基因（α、β）胎兒珠蛋白基因（Gγ、Aγ）第121頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四α地中海貧血由于α珠蛋白基因缺失或其他功能障礙使得α珠蛋白的合成減少或不能合成。分為三類：

α地貧1（兩個α基因缺失）

α地貧2（缺失一個α基因）

α地貧3（非基因缺失型，個別堿基突變）β地中海貧血是由于β珠蛋白合成顯著減少或完全不能合成而引起的。

第122頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四心血管病的基因治療

心血管疾病單基因遺傳病多基因心血管病是危害人類生命健康最嚴重的疾病之一，其發(fā)病率和病死率均為各疾病之首

第123頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四單基因心血管疾病

分類家族性高膽固醇血癥遺傳性擴張性心肌病肥厚性心肌病長Q-T綜合征遺傳性心肌營養(yǎng)不良第124頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四醫(yī)療進展

1993年美國費城醫(yī)學(xué)中心

肝細胞→體外培養(yǎng)重組LDL-R反轉(zhuǎn)錄篩選→大量培養(yǎng)門靜脈肝臟

1996年

極低密度脂蛋白受體基因(VLDL-R)腺病毒介導(dǎo)注入肝臟

1999年利用假型反轉(zhuǎn)錄病毒載體(VSV-G)代替MMLV,通過轉(zhuǎn)染將LDL-R基因?qū)敫渭毎?25頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四多基因心血管疾病分類梗塞性血管病高血壓動脈粥樣硬化心肌肥厚新功能不全第126頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四醫(yī)療進展

1995年Isner

最先應(yīng)用VEGF基因治療

1997年美國FDA批準VEGF的臨床應(yīng)用

1998年Shyu

證明裸血管生成素-1的質(zhì)粒有促進新血管的生成和側(cè)枝循環(huán)的建立第127頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四高血壓治病機理尚不清楚，是一種最常見的心血管病。參與血壓調(diào)控的基因有上調(diào)血壓血管緊張素系統(tǒng)基因下調(diào)血壓心鈉素基因、激肽釋放酶基因第128頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四艾滋病的基因治療HIV是反轉(zhuǎn)錄病毒，其中含有病毒基因組RNA和反轉(zhuǎn)錄酶。HIV-1和HIV-2第129頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四HIV-1的基因是由雙拷貝的單鏈RNA構(gòu)成，兩端的長末端重復(fù)序列中有polyA，TATA以及調(diào)節(jié)病毒基因組轉(zhuǎn)錄的順式活性調(diào)節(jié)序列。Gag--P24,p17,p15病毒的顆粒組裝Env–gp120,gp41病毒的感染Pol–

逆轉(zhuǎn)錄酶，蛋白酶，整合酶除此之外，還有6個調(diào)節(jié)基因?qū)Σ《緩?fù)制起關(guān)鍵作用。Trt,rev,vpu,nef,vpr,vif第130頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四Gag--P24,p17,p15病毒的顆粒組裝Env–gp120,gp41病毒的感染Pol–

逆轉(zhuǎn)錄酶，蛋白酶，整合酶第131頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四HIV的基因治療是利用物理或化學(xué)的方法，將目的基因?qū)牒线m的靶細胞內(nèi)，間接或直接抑制癌細胞的復(fù)制，或提高機體對艾滋病病毒的免疫能力。靶細胞—HIV敏感型的細胞。如人的T淋巴細胞目的基因—通過病毒導(dǎo)入靶細胞第132頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四HIV感染的基因治療途徑利用反義核酸互補病毒RNA或DNA抑制相應(yīng)基因表達利用PRE和TRA的類似物競爭性的結(jié)合病毒調(diào)節(jié)蛋白Tat和Rev，抑制mRNA的合成和運輸利用細胞內(nèi)抗體清除HIV外殼蛋白將突變的病毒基因?qū)際IV感染細胞，表達相應(yīng)的蛋白，抑制其復(fù)制利用細胞內(nèi)趨化因子關(guān)閉病毒進入細胞的通道第133頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四基因工程藥物轉(zhuǎn)基因植物轉(zhuǎn)基因動物基因治療基因芯片技術(shù)基因工程的應(yīng)用第134頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四7.5基因芯片基因芯片簡介基因芯片的原理基因芯片的相關(guān)技術(shù)基因芯片的應(yīng)用基因芯片技術(shù)的研究方向及當前面臨的困難我國基因芯片的研究現(xiàn)狀第135頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四Questions:1.基因芯片技術(shù)的出現(xiàn)對人類的發(fā)展是利還是弊呢?2.基因芯片究竟能給人類帶來什么好處?第136頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四7.5.1基因芯片的簡介怎樣去研究如此眾多基因序列數(shù)據(jù)在生命過程中所擔負的功能?基因芯片:又稱DNA芯片、生物芯片.

該技術(shù)系指將大量(通常每平方厘米點陣密度高于400)探針分子固定于支持物上后,與標記的樣品分子進行雜交，通過檢測每個探針分子的雜交信號強度進而獲取樣品分子的數(shù)量和序列信息。基因芯片技術(shù)由于同時將大量探針固定于支持物上，所以可以一次性對樣品大量序列進行檢測和分析.而且，通過設(shè)計不同的探針陣列、使用特定的分析方法可使該技術(shù)具有多種不同的應(yīng)用價值，如基因表達譜測定、實變檢測、多態(tài)性分析、基因組文庫作圖及雜交測序等。

第137頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四7.5.2基因芯片的原理基因芯片的測序原理是雜交測序方法，即通過與一組已知序列的核酸探針雜交進行核酸序列測定的方法.基因芯片技術(shù)應(yīng)用了三種關(guān)鍵技術(shù):

微陣列制作技術(shù)

探針雜交技術(shù)

掃描分析處理技術(shù)在一塊基片表面固定了序列已知的八核苷酸的探針。當溶液中帶有熒光標記的核酸序列TATGCAATCTAG，與基因芯片上對應(yīng)位置的核酸探針產(chǎn)生互補匹配時，通過確定熒光強度最強的探針位置，獲得一組序列完全互補的探針序列。據(jù)此可重組出靶核酸的序列。

第138頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四7.5.3基因芯片的相關(guān)技術(shù)(1)微陣列制作技術(shù)制備芯片主要以玻璃片或硅片為載體，采用原位合成和微矩陣的方法將寡核苷酸片段或cDNA作為探針按順序排列在載體上。1.基因芯片載體

(1)載體材料要求

A.表面具有可進行化學(xué)反應(yīng)的活性基團

B.惰性的,有足夠的穩(wěn)定性

C.單位載體結(jié)合的DNA分子能達到最佳容量

D.具有良好的生物兼容性第139頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四(一)微陣列制作技術(shù)

(2)載體材料類型無機材料天然有機材料人工合成的有機高分子聚合物各種高分子聚合物制成的膜目前適合制作基因芯片的載體材料:

硅片,玻璃片,瓷片,聚丙烯膜,尼龍膜等第140頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四(一)微陣列制作技術(shù)

2.探針DNA或RNA分子主要來源于從細胞中提取的mRNA反轉(zhuǎn)錄后的cDNA文庫.還利用PCR擴增技術(shù)和DNA固相合成技術(shù)獲得所需要的各種基因序列.3.制作方法

(1)點接觸法:由點樣機將DNA探針分子直接點接到載體上

(3000個點每平方厘米)(2)噴墨法:通過壓電晶體或其他推進方式將生物分子從微小的噴嘴噴射到載體上(10000個點每平方厘米)(3)光刻DNA合成法:將光不穩(wěn)定保護基團的四種DNA模塊固定在玻片上,通過光脫保護,以少量的保護寡核苷酸和試劑按照設(shè)計的序列合成DNA(250000組每平方厘米)第141頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四三.基因芯片的相關(guān)技術(shù)(二)探針雜交技術(shù)1.樣品制備

必須將樣品進行提取、擴增，獲取其中的蛋白質(zhì)或DNA、RNA，然后用熒光標記，以提高檢測的靈敏度和使用者的安全性。2.雜交反應(yīng)

雜交反應(yīng)