(13)-第八章生物技術(shù)與健康

第八章生物技術(shù)與健康主要內(nèi)容1.生物技術(shù)概述2.細胞工程與健康3.基因工程與健康4.蛋白質(zhì)工程與健康5.生物技術(shù)制藥與健康6.生物芯片與健康7.生物技術(shù)的安全性和社會倫理問題生物技術(shù)概述8.1.1生物技術(shù)概念生物技術(shù)(biotechnology)，也稱生物工程(bioengineering)，是指人們以現(xiàn)代生命科學為基礎(chǔ)，結(jié)合其他基礎(chǔ)學科的科學原理，采用先進的工程技術(shù)手段，按照預先的設(shè)計改造生物體或加工生物原料，為人類生產(chǎn)出所需產(chǎn)品或達到某種目的。因此，生物技術(shù)是一門新興的、綜合性的學科。8.1.2生物技術(shù)內(nèi)容基因工程：主要涉及一切生物類型所共有的遺傳物質(zhì)核酸的分離、提取、體外剪切、拼接重組以及擴增與表達等技術(shù)。細胞工程：包括一切生物類型的基本單位細胞的離體培養(yǎng)、繁殖、再生、融合以及細胞核、細胞質(zhì)乃至染色體與細胞器（如線粒體、葉綠體等）的移植與改建等操作技術(shù)。蛋白質(zhì)工程：以蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其與生物功能的關(guān)系作為基礎(chǔ)，通過基因修飾或基因合成，對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進行改造或制造一種新的蛋白質(zhì)，以滿足人類對生產(chǎn)和生活的需求。發(fā)酵工程：也有人稱為微生物工程，就是給微生物提供最適宜的發(fā)酵條件生產(chǎn)特定產(chǎn)品的一種技術(shù)。8.1.3生物技術(shù)發(fā)展史傳統(tǒng)生物技術(shù)應該說從史前時代起就一直為人們所開發(fā)和利用，以造福人類。在石器時代后期，我國人民就會利用谷物造酒，這是最早的發(fā)酵技術(shù)。◆古老的釀造技術(shù)◆發(fā)酵技術(shù)現(xiàn)代生物技術(shù)的誕生1973年加州大學的Cohen等實現(xiàn)了細菌間遺傳物質(zhì)的人工重組，轉(zhuǎn)入一個抗藥基因，使大腸桿菌獲得了抗藥性，第一例DNA重組技術(shù)成功。1978年Genetech公司和洛杉磯Hope市醫(yī)學中心將具有明顯醫(yī)藥實用價值的蛋白質(zhì)胰島素基因?qū)氲紼.coli中表達成功1980轉(zhuǎn)基因動物首獲成功，美國人得到轉(zhuǎn)人生長激素基因的超級鼠1983年美國人和比利時人將外源基因引入植物中，并穩(wěn)定遺傳1997年第一只克隆羊在英國Rosslyn研究所誕生8.1.4生物技術(shù)與醫(yī)藥衛(wèi)生一、基因工程藥品二、單克隆抗體與疾病診斷三、“生物導彈”四、基因診斷五、基因治療細胞工程與健康8.2.1細胞工程的概念細胞工程是指以細胞作為研究對象，應用細胞生物學和分子生物學的原理與方法，在細胞水平上進行的操作，按照人們的意志設(shè)計改造細胞的某些遺傳性狀，從而培育出新的生物改良品種或通過細胞培養(yǎng)獲得自然界中難以獲得的珍貴產(chǎn)品的新興生物技術(shù)。8.2.2細胞工程的主要技術(shù)細胞培養(yǎng)技術(shù)8.2.2細胞工程的主要技術(shù)細胞融合技術(shù)8.2.2細胞工程的主要技術(shù)細胞重組技術(shù)a細胞核移植b細胞器移植8.2.3單克隆抗體每個B淋巴細胞都只能分泌一種特異性的抗體蛋白質(zhì)，但是壽命有限。癌癥細胞在體外可以無限傳代增殖。B淋巴細胞+癌癥細胞=淋巴雜交瘤細胞通過這一技術(shù)大量制備單克隆抗體。單克隆抗體制備1984諾貝爾生理與醫(yī)學獎CésarMilsteinGeorgesJ.F.K?hlerNielsK.Jerne8.2.4干細胞干細胞分類干細胞分類胚胎干細胞（EmbryonicStemCells,ESCs）是指從囊胚期的內(nèi)細胞團中分離出來的，能在體外培養(yǎng)、具有發(fā)育全能性的干細胞。胚胎干細胞研究意義基因工程與健康8.3.1基因工程概念基因工程是指用現(xiàn)代遺傳學及分子生物學的理論和方法，按照人類的需要，用DNA重組技術(shù)對生物基因組的結(jié)構(gòu)或組成進行人為修飾或改造，從而改變生物的結(jié)構(gòu)和功能，以便更經(jīng)濟、更有效地生產(chǎn)人類所需要的物質(zhì)和產(chǎn)品的技術(shù)。8.3.2基因工程內(nèi)容1.提取目的基因2.目的基因與運載體結(jié)合3.目的基因?qū)胧荏w細胞4.目的基因的檢測和表達8.3.3基因工程與醫(yī)藥8.3.3.1.分子導向藥物多抗腫瘤藥物（包括核素或毒素）往往由于缺乏作用的選擇性和特異性而無法付之臨床應用，或勉強用于惡性腫瘤的治療而因毒副作用太大終歸于失敗.把抗腫瘤藥物、核素或毒素通過交聯(lián)技術(shù)同某種腫瘤的特異性單抗結(jié)合起來，構(gòu)建成單抗偶合物,實踐結(jié)果并不像預想的那么理想。人們發(fā)展了從分子水平上改造基因并生產(chǎn)分子導向藥物的思想，實踐證明，分子導向藥物的效果是令人滿意的。白細胞介素Ⅱ（ⅠLⅡ）的N端５４個氨基酸的功能是專門結(jié)合輔助T細胞受體的。而白喉毒素則可以區(qū)分為三個區(qū)段；區(qū)段Ⅰ的功能是無特異性地破壞細胞蛋白質(zhì)合成的延長而致死細胞，人們把白喉毒素的區(qū)段Ⅰ基因予以切除，把其區(qū)段Ⅱ～Ⅲ同ⅠLⅡ基因重新組合，這樣就形成了ⅠLⅡ—白喉毒素Ⅱ～Ⅲ的嵌合基因。再運用基因工程技術(shù)高效表達該嵌合基因，從而提取純化出相應的雜合蛋白質(zhì)。研究結(jié)果表明，這樣的雜合蛋白質(zhì)只結(jié)合并進入和殺傷輔助T細胞，而對其他類型的細胞或組織無殺傷作用，實現(xiàn)了分子導向的目標。據(jù)報道，曾應用該毒蛋白治療了一例類風濕病人。8.3.3.2.基因工程抗體單克隆抗體用于疾病治療不盡人意。原因在于目前治療的單抗，絕大多數(shù)為小鼠單抗。小鼠單抗是小鼠免疫球蛋白，對人體而言，則是一種異體蛋白，會引起人體產(chǎn)生人抗鼠抗體（HumanAnti-mouseAnti唱bodies，HAMA）。此時再度使用小鼠單抗，HAMA與小鼠單抗結(jié)合后，不但會中和單抗使之失效，還會產(chǎn)生有害的過敏反應。為解決這一問題，人們著手運用基因工程技術(shù)對抗體進行改造。單克隆抗體人源化8.3.3.3.基因治療基因治療的常規(guī)辦法是應用逆病毒作載體，經(jīng)同外源基因重組后包裝成病毒顆粒，之后轉(zhuǎn)染受體細胞，外源基因?qū)⒄显谑荏w細胞的染色體上，并以其表達產(chǎn)物彌補原來缺失的基因產(chǎn)物。蛋白質(zhì)工程與健康8.4.1蛋白質(zhì)工程概念蛋白質(zhì)工程是指以蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其與生物功能的關(guān)系作為基礎(chǔ)，通過基因修飾或基因合成，對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進行改造或制造一種新的蛋白質(zhì)，以滿足人類對生產(chǎn)和生活的需求。前提：了解蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能原理：改造基因（基因修飾或基因合成）目的：定向改造或制造蛋白質(zhì)8.4.2蛋白質(zhì)工程的流程從預期的蛋白質(zhì)功能出發(fā)設(shè)計預期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)推測應有的氨基酸序列找到相對應的脫氧核苷酸序列（基因）8.4.3蛋白質(zhì)工程應用人類蛋白質(zhì)組計劃是繼人類基因組計劃之后，生命科學乃至自然科學領(lǐng)域中的一項重大的科學命題。2001年，國際人類蛋白質(zhì)組組織宣告成立。之后，該組織正是提出啟動兩項重大國際合作行為：一項是有中國科學家牽頭執(zhí)行的“人類肝臟蛋白質(zhì)組計劃”；另一項是以美國科學家牽頭執(zhí)行的“人類血漿蛋白質(zhì)組計劃”。國際人類肝臟蛋白質(zhì)組計劃人類蛋白質(zhì)組計劃（ＨＰＰ）是新世紀第一個國際大型科技合作計劃。中國科學家率先倡導并領(lǐng)銜了人類第一個器官（肝臟）國際蛋白質(zhì)組計劃（ＨＬＰＰ），開中國引領(lǐng)國際大型科技合作計劃之先河生物技術(shù)制藥與健康8.5.1生物技術(shù)制藥概念生物技術(shù)制藥是指運用微生物學、生物學、醫(yī)學、生物化學等的研究成果，從生物體、生物組織，綜合利用微生物學、化學、生物化學、生物技術(shù)、藥學等科學的原理和方法制造預防、治療和診斷藥品。8.5.2生物藥物作用機理（1）.調(diào)節(jié)核酸、蛋白質(zhì)、糖、脂的生物合成與分解；（2）.調(diào)節(jié)生物膜的物質(zhì)運輸和信號感受；（3）.抑制、殺滅致病生物。8.5.3生物藥物類型1.調(diào)節(jié)因子2.蛋白聚糖類3.酶4.激素5.脂類6.抗體7.類毒素8.疫苗9.動植物來源的生物藥品10.核苷，核苷酸11.維生素12.抗生素8.5.4基因工程制藥基因工程藥物是指利用基因工程技術(shù)研制和生產(chǎn)的藥物，主要包括重組蛋白多肽藥物、核酸藥物、DNA藥物和基因工程抗體等。8.5.4.1基因工程制藥優(yōu)點①利用基因工程技術(shù)可大量生產(chǎn)過去難以獲得的生理活性蛋白和多肽（如胰島素、干擾素、細胞因子等），為臨床試用提供有效的保障；②可以提供足夠量的生理活性物質(zhì)，以便對其生理、生化和結(jié)構(gòu)進行深入地研究，從而擴大這些物質(zhì)的應用范圍；③利用基因工程技術(shù)可以發(fā)現(xiàn)、挖掘更多的內(nèi)源性生理活性物質(zhì)；④內(nèi)源生理活性物質(zhì)在作為藥物使用時存在的不足之處，可以通過基因工程和蛋白質(zhì)工程進行去除和改造；⑤利用基因工程技術(shù)可獲得新型化合物，擴大藥物篩選來源。8.5.4.2基因工程制藥流程8.5.5微生物發(fā)酵制藥利用微生物技術(shù)，通過高度工程化的新型綜合技術(shù)，以利用微生物反應過程為基礎(chǔ)，依賴于微生物機體在反應器內(nèi)的生長繁殖及代謝過程來合成一定產(chǎn)物，通過分離純化技術(shù)進行提取精制，并最終制劑成型來實現(xiàn)藥物產(chǎn)品的生產(chǎn)。藥用發(fā)酵產(chǎn)品分類生物來源作用對象作用機制化學結(jié)構(gòu)細菌真菌放線菌抗菌藥抗腫瘤藥抗病毒藥除草劑酶抑制劑免疫調(diào)節(jié)劑抑制細胞壁合成藥影響細胞膜功能藥干擾蛋白質(zhì)合成藥抑制核酸合成藥抑制生物能量反應要抗生素維生素氨基酸核苷酸甾體激素酶及酶抑制劑生物芯片與健康8.6.1生物芯片概念生物芯片主要指通過平面微細加工技術(shù)在固體芯片表面構(gòu)建的微流體分析單元和系統(tǒng)，以實現(xiàn)對細胞、蛋白質(zhì)、核酸以及其他生物組分的準確、快速、大信息量的檢測。基因芯片蛋白質(zhì)芯片8.6.2生物芯片的應用1.診斷腫瘤檢查腫瘤組織基因表達譜、尋找腫瘤相關(guān)基因、腫瘤基因突變的研究。2.檢測病原體將許多代表每種微生物的特殊基因制成一張芯片，判斷患者感染病原體的種類。3.遺傳性疾病的診斷生物技術(shù)的安全性和社會倫理問題8.7.1生物技術(shù)的安全性轉(zhuǎn)基因技術(shù)的安全性1.影響非目標生物2.可能引發(fā)新的環(huán)境問題3.導致生態(tài)災難4.威脅人體健康基因工程的安全