生物技术制药基因治疗培训ppt课件

生物技术制药基因治生物技术制药基因治疗疗生物技术制药基因治疗12人类历史上三大工程人类历史上三大工程阿波罗登月计划阿波罗登月计划（1961196119721972）曼哈顿原子弹计划曼哈顿原子弹计划（1942194219451945）人类基因组计划人类基因组计划（1990199020032003）也反映了生命科学后来居上。也反映了生命科学后来居上。2生物技术制药基因治疗2人类历史上三大工程2生物技术制药基因治疗2曼哈顿原子弹计划（曼哈顿原子弹计划（1942194219451945）美美国国陆陆军军部部于于 1 19 94 42 2年年6 6月月开开始始实实施施的的利利用用核核裂裂变变反反应应来来研研制制原原子子弹弹的的计计划划。为为了了先先于于纳纳粹粹德德国国制制造造出出原原子子弹弹，该该工工程程集集中中了了当当时时西西方方国国家家(除除纳纳粹粹德德国国外外)最最优优秀秀的的核核科科学学家家，动动员员了了 1 10 0万万多多人人参参加加这这一一工工程程，历历时时 3 3年年，耗耗 资资 2 20 0亿亿美美元元，于于 1 19 94 45 5年年7 7月月1 16 6日日成成功功地地进进行行了了世世界界上上第第一一次次核核爆爆炸炸，并并按按计计划划制制造造出出两两颗颗实实用用的的原原子子弹弹。3生物技术制药基因治疗曼哈顿原子弹计划（19421945）美国陆军3阿波罗登月计划（阿波罗登月计划（1961196119721972）美国于美国于2020世纪世纪6060、7070年代组年代组织实施的载人登月工程，它是世织实施的载人登月工程，它是世界航天史上具有划时代意义的一界航天史上具有划时代意义的一项成就。工程开始于项成就。工程开始于19611961年年5 5月，月，至至19721972年年1212月第月第6 6次登月成功结次登月成功结束，历时约束，历时约1111年，耗资年，耗资255255亿美亿美元。在工程高峰时期，参加工程元。在工程高峰时期，参加工程的有的有2 2万家企业、万家企业、200200多所大学和多所大学和8080多个科研机构，总人数超过多个科研机构，总人数超过3030万人。万人。4生物技术制药基因治疗阿波罗登月计划（19611972）美国于24人类基因组计划（人类基因组计划（1990199020032003）19861986年，著名生物学家、诺贝尔奖获年，著名生物学家、诺贝尔奖获得者雷纳托得者雷纳托.杜尔贝科杜尔贝科（Renato Dulbecco）在在Science杂志上率先提出杂志上率先提出“人类基因组计划人类基因组计划”。1990 1990年年1010月，美国政府正式启动人类月，美国政府正式启动人类基因组计划，后有德、日、英、法、中等基因组计划，后有德、日、英、法、中等6 6个个国家的科学家先后正式加入，有国家的科学家先后正式加入，有1616个实验室及个实验室及11001100名生物科学家、计算机专家和技术人员参名生物科学家、计算机专家和技术人员参与。与。2003 2003年年4 4月月1414日，六国科学家宣布人日，六国科学家宣布人类基因组序列图绘制成功，人类基因组计划的类基因组序列图绘制成功，人类基因组计划的所有目标全部实现。已完成的序列图覆盖人类所有目标全部实现。已完成的序列图覆盖人类基因组所含基因区域的，精确率达到基因组所含基因区域的，精确率达到99.999.9，这一进度比原计划提前两年多。至此，这一进度比原计划提前两年多。至此，人类基因组计划共耗资人类基因组计划共耗资2727亿美元，比原先预计亿美元，比原先预计的的3030亿美元明显节省。亿美元明显节省。5生物技术制药基因治疗人类基因组计划（19902003）19865人类基因组计划的启动19851985年年，美美国国能能源源部部（Department of Energy,DOE）提提出出，要要将将共共包包含含约约3103109 9碱碱基基对对的的人人类类基基因因组组全全部部碱碱基基序序列列分析清楚；分析清楚；19861986年年，美美国国宣宣布布启启动动“人人类类基基因因组组计计划划（Human Genome Project,HGP）”。6生物技术制药基因治疗人类基因组计划的启动1985年，美国能源部（Departme6l人类基因组包括分布于人类基因组包括分布于人人4646条染色体条染色体3030亿核苷酸的亿核苷酸的30,000-35,00030,000-35,000个基因个基因。l人类基因组计划最终目的是人类基因组计划最终目的是测定基因组测定基因组的全部序列，弄清整个基因组的结构、的全部序列，弄清整个基因组的结构、功能及其表达产物，彻底了解人类生命功能及其表达产物，彻底了解人类生命活动本质活动本质。7生物技术制药基因治疗人类基因组包括分布于人46条染色体30亿核苷酸的30,0007人类基因组计划要测定的是人体人类基因组计划要测定的是人体2323对染色体中的所有对染色体中的所有DNADNA的序列，它由的序列，它由31.64731.647亿个碱基对组成，共有亿个碱基对组成，共有3 3万至万至3.53.5万个基因。换句话说，生命天书是由万个基因。换句话说，生命天书是由3030多亿个字写多亿个字写成的，如果将这成的，如果将这3030多亿字排版到一张报纸上，那么大约多亿字排版到一张报纸上，那么大约需要需要2020万页纸才能排完这部巨著。万页纸才能排完这部巨著。由此可以想见，读由此可以想见，读取这部巨著所要耗费的时间将是如何的惊人。取这部巨著所要耗费的时间将是如何的惊人。解读生命的“天书”-人类基因组计划 8生物技术制药基因治疗人类基因组计划要测定的是人体23对染色体中的所有D86国科学家组成的国家人类基因组中心主要研究比例美国美国：WASHMIT等等7 7家研究中心，贡献率为家研究中心，贡献率为5454。英国英国：SANGER一家研究中心，贡献率为一家研究中心，贡献率为3333。日本：日本：RIKEN等两家研究中心，贡献率为等两家研究中心，贡献率为7 7。法国：法国：GENOSCOPE研究中心，贡献率为研究中心，贡献率为2.82.8。德国：德国：IMB等等3 3家研究中心，贡献率为家研究中心，贡献率为2.22.2。中国：北京华大研究中心、国家南北方基因研究中国：北京华大研究中心、国家南北方基因研究 中心等三家，贡献率为中心等三家，贡献率为1 1。9生物技术制药基因治疗6国科学家组成的国家人类基因组中心主要研究比例美国：WASH9中国人类基因组计划19931993年年，中中 国国 人人 类类 基基 因因 组组 计计 划划（CHGP）启启动动，首首先先开开展展了了“中中华华民民族族基基因因组组中中若若干干位位点点基基因因结结构构的的研研究究”。19971997年年，我我国国启启动动了了“重重大大疾疾病病相相关关基基因因的的定定位位、克克隆隆、结结构构与与功功能能研研究究”项项目。目。之之后后，在在上上海海和和北北京京相相继继成成立立了了国国家家人人类基因组南、北两个中心。类基因组南、北两个中心。10生物技术制药基因治疗中国人类基因组计划1993年，中国人类基因组计划（CHGP）1011生物技术制药基因治疗11生物技术制药基因治疗11中国人类基因组计划研究成果1.1.1%1%测序任务，测序任务，第三条染色体第三条染色体30003000万万bp2.2.精确度精确度99.99%99.99%3.3.发现发现142142个基因，个基因，其中其中8080个为预测基因个为预测基因12生物技术制药基因治疗中国人类基因组计划研究成果1.1%测序任务，12生物技12人类基因组计划1%测序中国实验室13生物技术制药基因治疗人类基因组计划1%测序中国实验室13生物技术制药基因治疗13人类基因组计划的发展19991999年年1212月月1 1日日，首首条条人人类类染染色色体体完完成成测测序序，人人类类第第2222号号染染色色体体DNA全全序序列列测测定定宣布完成。宣布完成。20002000年年4 4月月6 6日日，美美国国Celera遗遗传传信信息息公公司司宣宣布布，该该公公司司已已破破译译出出一一名名实实验验者者的的完完整遗传密码。整遗传密码。20002000年年5 5月月，科科学学家家聚聚集集美美国国冷冷泉泉港港，宣宣布人类基因组草图的完成。布人类基因组草图的完成。14生物技术制药基因治疗人类基因组计划的发展1999年12月1日，首条人类染色体完成14二二000000年六月二十六日克林顿宣布年六月二十六日克林顿宣布人类基因组草图绘制完成人类基因组草图绘制完成15生物技术制药基因治疗二000年六月二十六日克林顿宣布15生物技术制药基因治疗15 人类基因组计划首席科学家、人类基因组计划首席科学家、美国国家人类基因组研究所所美国国家人类基因组研究所所长长 弗朗西斯弗朗西斯柯林斯在介绍情况。柯林斯在介绍情况。16生物技术制药基因治疗人类基因组计划首席科学家、16生物技16人类基因组草图基本信息由由31.6531.65亿亿bp组成组成含含33.533.5万基因万基因与蛋白质合成有关与蛋白质合成有关 的基因占的基因占2%2%人类基因组人类基因组人类蛋白质人类蛋白质61%61%与果蝇同源与果蝇同源43%43%与线虫同源与线虫同源46%46%与酵母同源与酵母同源17生物技术制药基因治疗人类基因组草图基本信息由31.65亿bp组成人类基因组人类蛋17人类基因研究的最新发现人类基因研究的最新发现v人类基因总数在人类基因总数在3 33.53.5万个之间，低于原来估计数目的万个之间，低于原来估计数目的一半。这说明人类在使用基因上比其它物种更为高效。一半。这说明人类在使用基因上比其它物种更为高效。v基因组中存在着基因密度较高的基因组中存在着基因密度较高的“热点热点”区域和大片不区域和大片不携带人类基因的携带人类基因的“荒漠荒漠”区域。区域。v大约大约1/31/3以上基因组包含重复序列，这些重复序列的作用以上基因组包含重复序列，这些重复序列的作用有待进一步研究。有待进一步研究。v所有人都具有所有人都具有99.99%99.99%的相同基因，而且不同人种的人比的相同基因，而且不同人种的人比同一人种的人在基因上更为相似，任何两个不同个体之同一人种的人在基因上更为相似，任何两个不同个体之间大约每间大约每10001000个核苷酸序列中会有一个不同，这称为单个核苷酸序列中会有一个不同，这称为单核苷酸多态性核苷酸多态性(SNP)(SNP)，每个人都有自己的一套，每个人都有自己的一套SNPSNP，它对，它对“个性个性”起着决定的作用。起着决定的作用。18生物技术制药基因治疗人类基因研究的最新发现人类基因总数在33.5万个之间，低于18人类基因组研究能明白什么？人类基因组研究能明白什么？搞清楚人类基因组序列后，可以通过各搞清楚人类基因组序列后，可以通过各种分析手段将所编码的基因进行定位，就好种分析手段将所编码的基因进行定位，就好象将一架钢琴的象将一架钢琴的8888个键的音频搞清楚（或者个键的音频搞清楚（或者说要将基因的说要将基因的元素周期表元素周期表定出来）。但对这定出来）。但对这架钢琴是如何演奏出动听的乐曲架钢琴是如何演奏出动听的乐曲,不能提供不能提供什么信息。什么信息。19生物技术制药基因治疗人类基因组研究能明白什么？搞清楚人类基因组序列后，19同一种基因组可以有同一种基因组可以有不同的演奏法不同的演奏法20生物技术制药基因治疗同一种基因组可以有不同的演奏法20生物技术制药基因治疗2021生物技术与人基因组生物技术与人基因组计划的研究策略计划的研究策略21生物技术制药基因治疗21生物技术与人基因组21生物技术制药基因治疗2122测序策略：鸟枪法测序策略：鸟枪法22生物技术制药基因治疗22测序策略：鸟枪法22生物技术制药基因治疗2223测序组装测序组装过程过程8 8个随机测读片个随机测读片段（段（10-20bp10-20bp）计算机进行组装计算机进行组装最后得到长最后得到长72bp72bp长片段长片段23生物技术制药基因治疗23测序组装过程8个随机测读片段（10-20bp）计算机进行2324Sequencing a genomic by using an overlapping clone map测序构建重叠群与组装测序构建重叠群与组装24生物技术制药基因治疗24Sequencingagenomicbyusin2425构建亚克隆库构建亚克隆库25生物技术制药基因治疗25构建亚克隆库25生物技术制药基因治疗2526末端配对测序末端配对测序26生物技术制药基因治疗26末端配对测序26生物技术制药基因治疗2627 ideoxynucleotides（双脱氧核苷酸）（双脱氧核苷酸）ddNTPs 是反应终止剂是反应终止剂 可以当作正常碱基参与可以当作正常碱基参与复制，一旦链入复制，一旦链入DNA中，其后就不能再继中，其后就不能再继续连接。续连接。反应体系中反应体系中dNTPs的浓的浓度远高于度远高于ddNTPs(一般一般1：34)测序方法：双脱氧法测序方法：双脱氧法27生物技术制药基因治疗27ideoxynucleotides（双脱氧核苷2728基因组学家们巧妙地将基因组学家们巧妙地将在制造业中使用的机器在制造业中使用的机器人扩大化利用以增加测人扩大化利用以增加测序的通量，提高可靠性序的通量，提高可靠性和精确性和精确性 28生物技术制药基因治疗28基因组学家们巧妙地将在制造业中使用的机器人扩大化利用以增2829亚克隆测序的创新亚克隆测序的创新放射性标记放射性标记 平板凝胶电泳平板凝胶电泳 两大革新：两大革新：荧光标记荧光标记 毛细管电泳毛细管电泳大大提高了测序的效率大大提高了测序的效率1.41.4个链终止反应可以在同一个链终止反应可以在同一个体系中进行也可以在同一个个体系中进行也可以在同一个泳道中进行电泳泳道中进行电泳2.2.实时地自动检测实时地自动检测 1.1.无需费时的灌胶点样工序无需费时的灌胶点样工序2.2.同一个毛细管可以被多次同一个毛细管可以被多次使用使用3.3.整个测序反应都是机器人整个测序反应都是机器人操作进行操作进行革新点29生物技术制药基因治疗29亚克隆测序的创新放射性标记平板凝胶电泳2930早期的早期的DNADNA测序分成测序分成4 4个独立的个独立的反应进行延长后的反应进行延长后的DNADNA片段被片段被放射性同位素标记（主要是放射性同位素标记（主要是3232P P和和3535S S）曝于）曝于X X射线下进行射线下进行DNADNA的检测的检测 不同颜色荧光标记的不同颜色荧光标记的ddNTPsddNTPs半自动化的测序机半自动化的测序机器进行器进行DNADNA的测序的测序 30生物技术制药基因治疗30早期的DNA测序分成4个独立的反应进行延长后的DNA片段3031 人基因组测序完成31生物技术制药基因治疗31人基因组测序完成31生物技术制药基因治疗313232生物技术制药基因治疗3232生物技术制药基因治疗3233人類基因體計畫33生物技术制药基因治疗33人類基因體計畫33生物技术制药基因治疗3334人类基因组人类基因组计划的意义及影响计划的意义及影响34生物技术制药基因治疗34人类基因组34生物技术制药基因治疗34人类基因组计划的意义人类基因组计划的意义一、获得人类全部基因序列将有助于人类认识许一、获得人类全部基因序列将有助于人类认识许多遗传疾病以及癌症等疾病的致病机理，为多遗传疾病以及癌症等疾病的致病机理，为分子诊断、基因治疗等新方法提供理论依据。分子诊断、基因治疗等新方法提供理论依据。二、破译生命密码的人类基因组计划有助于人们二、破译生命密码的人类基因组计划有助于人们对基因的表达调控有更深入的了解。对基因的表达调控有更深入的了解。三、人类基因组图谱对揭示人类发展、进化的历三、人类基因组图谱对揭示人类发展、进化的历史具有重要意义。史具有重要意义。35生物技术制药基因治疗人类基因组计划的意义一、获得人类全部基因序列将有助于人类认35人类基因组研究与未来药学人类基因组研究与未来药学基因组药物学基因组药物学 通过研究个体对包括药物在 内的外界化学物质（有毒外源物)反应的遗传多样性和差异性，达到科学合理用药的目的。发现和开发新的蛋白质和多肽类药物发现和开发新的蛋白质和多肽类药物。提供大量药物作用新的靶点，供新药的筛选、提供大量药物作用新的靶点，供新药的筛选、研究用。研究用。36生物技术制药基因治疗人类基因组研究与未来药学36生物技术制药基因治疗36人类基因组研究的应用人类基因组研究的应用人类基因组计划不仅可以揭示生命活动的奥秘，而且人类人类基因组计划不仅可以揭示生命活动的奥秘，而且人类6千多种单基因遗传千多种单基因遗传性疾病和多基因易感性疾病的致病机理有望得到阐明。寻找与特定遗传疾病有关性疾病和多基因易感性疾病的致病机理有望得到阐明。寻找与特定遗传疾病有关的基因的工作变得容易。的基因的工作变得容易。、在医学领域的应用在医学领域的应用（1）对特殊疾病基因的确定）对特殊疾病基因的确定 通过认识特殊疾病的基因序列，为疾病的诊断和治疗提供了可能。如家族性早通过认识特殊疾病的基因序列，为疾病的诊断和治疗提供了可能。如家族性早老年痴呆症、视网膜母细胞瘤、亨廷顿舞蹈症。老年痴呆症、视网膜母细胞瘤、亨廷顿舞蹈症。可提供病人可提供病人DNA样品序列数据库。通过正常和患者样品序列数据库。通过正常和患者DNA有效分析比较，达到对有效分析比较，达到对疾病基因定位的目的。疾病基因定位的目的。（2）有利于优生和产前诊断）有利于优生和产前诊断通过基因检测，识别出带有遗传疾病的胚胎细胞。在不久的将来，胎儿期的检测通过基因检测，识别出带有遗传疾病的胚胎细胞。在不久的将来，胎儿期的检测也许能够预测一般的常见病，比如：肥胖症、抑郁症和心脏病等。也许能够预测一般的常见病，比如：肥胖症、抑郁症和心脏病等。（3）加强对癌症的认识和治疗）加强对癌症的认识和治疗 癌症是由于细胞生长失控造成的。而失控是因特定基因的异常造成的。遗传的缺癌症是由于细胞生长失控造成的。而失控是因特定基因的异常造成的。遗传的缺陷会使人体对特定的癌症具有高的易感性。一旦确定了易感基因，就可以进行癌陷会使人体对特定的癌症具有高的易感性。一旦确定了易感基因，就可以进行癌前或早期癌症的特殊监护和治疗。前或早期癌症的特殊监护和治疗。37生物技术制药基因治疗人类基因组研究的应用37生物技术制药基因治疗37、在基础理论研究方面的应用、在基础理论研究方面的应用（1）确确定定人人类类基基因因组组中中基基因因的的序序列列、组组织织和和物物理理位位置置，有有利利于研究基因的功能以及基因转录与转录后的调控。于研究基因的功能以及基因转录与转录后的调控。（2）从从整整体体上上了了解解染染色色体体结结构构，包包括括各各种种重重复复序序列列以以及及非非转转录录序序列列在在染染色色体体结结构构、DNA复复制制、基基因因转转录录和和表表达达调调控控中中的的影影响和作用。响和作用。（3）研究正常基因与突变基因的差别，尽快地确定出疾病基）研究正常基因与突变基因的差别，尽快地确定出疾病基因，对该基因的蛋白产物及其细胞生物学效应进行深入的研究。因，对该基因的蛋白产物及其细胞生物学效应进行深入的研究。（4 4）发现新的基因和蛋白质。迄今仅有少数参与正常和疾病）发现新的基因和蛋白质。迄今仅有少数参与正常和疾病的人类基因被确定。对人类基因组作图和测序将会确定出大量的人类基因被确定。对人类基因组作图和测序将会确定出大量新的人类基因及其编码的蛋白质。另外，物理图谱将有助于对新的人类基因及其编码的蛋白质。另外，物理图谱将有助于对那些已大体定位在染色体上，但尚未分离出的基因进行精确定那些已大体定位在染色体上，但尚未分离出的基因进行精确定位。位。38生物技术制药基因治疗、在基础理论研究方面的应用38生物技术制药基因治疗38、在生物学研究领域的应用、在生物学研究领域的应用 生物进化研究生物进化研究如果知道了人和其它生物基因组的全序列，就有可能追溯出人类基因如果知道了人和其它生物基因组的全序列，就有可能追溯出人类基因的起源。人胚胎的有序发育需要特定的场所和时间的活化，使多潜能细的起源。人胚胎的有序发育需要特定的场所和时间的活化，使多潜能细胞成为新类型的细胞，这一过程至少部分地受控于位于基因附近的调节胞成为新类型的细胞，这一过程至少部分地受控于位于基因附近的调节顺序。顺序。对人类基因组进行顺序分析，并将与其它哺乳动物进行比较，将使我们对人类基因组进行顺序分析，并将与其它哺乳动物进行比较，将使我们能确定出大量的调节顺序。此外，我们将了解基因调控的规律，及其在能确定出大量的调节顺序。此外，我们将了解基因调控的规律，及其在人从其它哺乳动物分化出来的过程中在分子水平上所发生的变化。人从其它哺乳动物分化出来的过程中在分子水平上所发生的变化。人类基因组计划相关的伦理学问题人类基因组计划相关的伦理学问题。一是人类基因组数据的共享，一是人类基因组数据的共享，二是人类基因组信息应用于医学保健方面所产生的问题。二是人类基因组信息应用于医学保健方面所产生的问题。人类基因组所包含的遗传信息是人类的共同遗产，应该为全人类所有。人类基因组所包含的遗传信息是人类的共同遗产，应该为全人类所有。39生物技术制药基因治疗、在生物学研究领域的应用39生物技术制药基因治疗39国国际际人人类类基基因因组组科科学学主主流流的的组组织织曾曾发发表表过过多多次次声声明明，垄垄断断数数据据的的做做法法违违背背公公众众的的利利益益，若若独独占占或或延延误误公公布布将将阻阻碍碍科科学学的的发发展展，也也不不应应申申请请专专利利。但但不不反反对对对对中中、下下游游成成果果，如如功功能能明明确确又又有有工工业业用用途途的的基基因因工工程程产产品品等等申申请请专专利利。这这一一立立场场得得到到各各国国政政府府的的响响应应。1996年年由由国国际际各各大大测测序序中中心心联联合合作作出百慕大协议：基因组序列应在出百慕大协议：基因组序列应在24小时之内公布。小时之内公布。2000年年3月月14日日，美美国国总总统统克克林林顿顿和和英英国国首首相相布布莱莱尔尔联联合合声声明明支支持持基基因因组组数数据公开的政策。据公开的政策。2000年年6月月28日日，江江泽泽民民主主席席就就人人类类基基因因组组研研究究发发表表的的重重要要讲讲话话中中也也指指出出“人类基因组序列是全人类的共同财富，应该用来为全人类造福人类基因组序列是全人类的共同财富，应该用来为全人类造福”。人类基因组计划为推动医学进步带未了空前的机遇。人类基因组计划为推动医学进步带未了空前的机遇。但同时但同时也可能带来一系列伦理、法律和社会学问题。也可能带来一系列伦理、法律和社会学问题。例如：病人的隐私权如何得到保护？例如：病人的隐私权如何得到保护？他们的就业和保险是否会受到影响？他们的就业和保险是否会受到影响？是否会在社会上受到是否会在社会上受到“遗传歧视遗传歧视”？社会和法律能够为他们提供何种帮助和保护？社会和法律能够为他们提供何种帮助和保护？40生物技术制药基因治疗国际人类基因组科学主流的组织曾发表过多次声明，垄断数据的做法4041 抢基因的世纪之战抢基因的世纪之战目前世界上正在进行一场目前世界上正在进行一场“抢基因抢基因”的的“世纪之战世纪之战”,其根本动力是基因可以淘其根本动力是基因可以淘金，金，从一个肥胖基因能价值从一个肥胖基因能价值90009000万美元万美元中中，人们更悟清了这个道理。，人们更悟清了这个道理。2.2.基因淘金与基因经济基因淘金与基因经济41生物技术制药基因治疗41抢基因的世纪之战目前世界上正在进行一场“抢基因”4142DNA双螺旋与淘金车双螺旋与淘金车42生物技术制药基因治疗42DNA双螺旋与淘金车42生物技术制药基因治疗4243基因版图基因版图43生物技术制药基因治疗43基因版图43生物技术制药基因治疗4344哮喘病相关基因的研究材料哮喘病相关基因的研究材料取自仅有取自仅有301301个居民的南大西洋一个小岛个居民的南大西洋一个小岛(全全部是近亲婚配，部是近亲婚配，1 13 3的人患有严重哮喘的人患有严重哮喘)；我国浙江象山的一个大家系在内的几个大家我国浙江象山的一个大家系在内的几个大家系；系；通过对芬兰发现的诸多大家系研究，已成功通过对芬兰发现的诸多大家系研究，已成功地克隆了至少地克隆了至少1212个基因。个基因。目前，实际上已形成了一个被普遍接受的简目前，实际上已形成了一个被普遍接受的简单关系式，即单关系式，即:遗传病家系基因遗传病家系基因moneymoney（钱）（钱）44生物技术制药基因治疗44哮喘病相关基因的研究材料44生物技术制药基因治疗4445人类基因组人类基因组计划与伦理计划与伦理45生物技术制药基因治疗45人类基因组45生物技术制药基因治疗4546基因有没有好坏之分基因有没有好坏之分?当我们说某个基因引起疾病时，称它为当我们说某个基因引起疾病时，称它为“致病基因致病基因”或或“有害基因有害基因”。但有时被认为致病的基因也可。但有时被认为致病的基因也可以在一定情况下对机体起保护作用。以在一定情况下对机体起保护作用。例如在非洲，许多人患有镰形细胞症，这是基因引例如在非洲，许多人患有镰形细胞症，这是基因引起的。但非洲又有致命的恶性疟疾，带有可引起镰起的。但非洲又有致命的恶性疟疾，带有可引起镰形细胞症基因的携带者却比不带有该基因的健康人形细胞症基因的携带者却比不带有该基因的健康人更能抵御恶性疟疾。更能抵御恶性疟疾。这样，这样，“致病基因致病基因”在此时变成了在此时变成了“御病基因御病基因”。46生物技术制药基因治疗46基因有没有好坏之分?46生物技术制药基因治疗4647人们在谈论人们在谈论“自私的基因自私的基因”、“侵略基因侵略基因”，“利利他主义基因他主义基因”、“精神分裂基因精神分裂基因”、“嗜赌基因嗜赌基因”、“嗜酒基因嗜酒基因”、“同性恋基因同性恋基因”时时美国哲学家美国哲学家Nozick R(1990)Nozick R(1990)想象未来的想象未来的基因超级市基因超级市场场可提供未来父母购买他们想要孩子所具有性状可提供未来父母购买他们想要孩子所具有性状(如性别和眼睛颜色如性别和眼睛颜色)编码的基因。编码的基因。47生物技术制药基因治疗47人们在谈论“自私的基因”、“侵略基因”，“利他主义基因4748对于可能携带不利基因的任何人，都应公正对待，对于可能携带不利基因的任何人，都应公正对待，不得歧视；对于基于基因组特征的歧视，应采取一不得歧视；对于基于基因组特征的歧视，应采取一切适当措施禁止和结束，必要时立法。切适当措施禁止和结束，必要时立法。保护个人和家庭的基因隐私保护个人和家庭的基因隐私 HGPHGP一个独特的问题是，谁能得知一个独特的问题是，谁能得知DNA?DNA?亲人、工亲人、工作单位或雇主、保险公司作单位或雇主、保险公司?应该保护个人及其家庭应该保护个人及其家庭的基因隐私。的基因隐私。48生物技术制药基因治疗48对于可能携带不利基因的任何人，都应公正对待，不得歧视；48HGP将给人类带来的好处将给人类带来的好处 1、将带动一场医学革命、将带动一场医学革命 用基因图谱看病用基因图谱看病 基因药物治病基因药物治病 基因检测预防隐患基因检测预防隐患 基因治疗疾病基因治疗疾病2、获取了操纵生命的工具、获取了操纵生命的工具 控制生命的孕育控制生命的孕育优生优育优生优育 延长人的寿命延长人的寿命 选择最佳生活环境选择最佳生活环境3、得以进行精确的个体鉴定、得以进行精确的个体鉴定 基因身份证基因身份证 生物考古生物考古4、将带来、将带来巨大的商机巨大的商机 生物制药生物制药 器官培植器官培植49生物技术制药基因治疗HGP将给人类带来的好处1、将带动一场医学革命2、49HGP HGP 可能给人类带来的隐患可能给人类带来的隐患 社会平等与基因歧视社会平等与基因歧视 科技进步与基因技术滥用科技进步与基因技术滥用 社会公正与基因成果利益的均等分配社会公正与基因成果利益的均等分配 技术的不确定性和基因安全技术的不确定性和基因安全50生物技术制药基因治疗HGP可能给人类带来的隐患社会平等与基因歧视50后基因组时代后基因组时代人类基因组计划基本目标与任务只是一个人类基因组计划基本目标与任务只是一个以测序为主的结构基因组学研究，随着该以测序为主的结构基因组学研究，随着该目标的实现，目标的实现，“功能基因组学功能基因组学”、“蛋白蛋白质组学质组学”兴起，兴起，HGPHGP研究的重心逐步由结研究的重心逐步由结构向功能转移，即基因组功能信息的提取、构向功能转移，即基因组功能信息的提取、鉴定和开发利用。鉴定和开发利用。51生物技术制药基因治疗后基因组时代人类基因组计划基本目标与任务只是一个以测序为主5152Thesequenceofthehumangenome人類基因體計畫52生物技术制药基因治疗52Thesequenceofthehumange52基因变异致病类型基因变异致病类型内源基因的变异：内源基因的变异：基因结构突变基因结构突变基因表达异常基因表达异常外源基因的入侵：外源基因的入侵：基因诊断和基因治疗基因诊断和基因治疗遗传性疾病遗传性疾病肿瘤、心脑血管病等肿瘤、心脑血管病等（生殖细胞）（生殖细胞）（体细胞）（体细胞）病毒感染性疾病：病毒感染性疾病：HIVHIV、SARSSARS、HCVHCV、HPVHPV53生物技术制药基因治疗基因变异致病类型内源基因的变异：外源基因的入侵：基因诊断和基53第第 一一 节节 基基 因因 诊诊 断断GeneticDiagnosis54生物技术制药基因治疗第一节基因诊断GeneticDiag54 特点：特点：针对性强：针对性强：病因学检测病因学检测 特异性强：特异性强：分子杂交技术分子杂交技术灵敏度高：灵敏度高：PCRPCR、分子杂交放大效应，样品量少、分子杂交放大效应，样品量少适应性强：适应性强：内源、外源基因内源、外源基因早期快速诊断：早期快速诊断：一、基因诊断的概念和特点一、基因诊断的概念和特点定义：定义：是用放射性同位素、荧光分子等标记的是用放射性同位素、荧光分子等标记的DNADNA分子做探针，分子做探针，利用利用DNADNA分子杂交原理，鉴定被检测标本上遗传信息，分子杂交原理，鉴定被检测标本上遗传信息，达到检测疾病的目的达到检测疾病的目的。55生物技术制药基因治疗特点：一、基因诊55二、基因诊断常用技术方法二、基因诊断常用技术方法（一）核酸分子杂交技术（一）核酸分子杂交技术（二）聚合酶链反应（二）聚合酶链反应 (PCR)（三）基因测序（三）基因测序（四）基因芯片（四）基因芯片不同的DNA探针具有不同的核苷酸序列，用其与被测样品杂交，根据杂交后分子双链的程度确定被测样品与探针碱基序列的相似程度56生物技术制药基因治疗二、基因诊断常用技术方法（一）核酸分子杂交技术（二）聚合酶链56二、基因诊断常用技术方法二、基因诊断常用技术方法限制性内切酶谱分析法限制性内切酶谱分析法DNA限制性长度多态性限制性长度多态性(restriction fragment length polymorphism,RLFP)间接间接分析分析（一）核酸分子杂交技术（一）核酸分子杂交技术57生物技术制药基因治疗二、基因诊断常用技术方法限制性内切酶谱分析法（一）核酸分子杂57核酸分子杂交技术原理：核酸分子杂交技术原理：58生物技术制药基因治疗核酸分子杂交技术原理：58生物技术制药基因治疗58核酸分子杂交的流程示意图待测核酸制备待测核酸制备滤膜上核酸固化滤膜上核酸固化杂杂 交交去除未参与杂交的探针去除未参与杂交的探针检检 测测 杂杂 交交 信信 号号制备探针核酸片段制备探针核酸片段探探 针针 标标 记记加入标记核酸探针加入标记核酸探针59生物技术制药基因治疗核酸分子杂交的流程示意图待测核酸制备滤膜上核酸固化杂59Mst酶切位点酶切位点(GCTNAGG)53正常基因正常基因53突变基因突变基因1.15kb1.35kb1.镰状红细胞贫血患者基因组的限制性酶切分析镰状红细胞贫血患者基因组的限制性酶切分析0.2kb正常正常 珠蛋白基因：珠蛋白基因：5CCTGAGG3镰刀型贫血镰刀型贫血 ：5CCTGTGG360生物技术制药基因治疗Mst酶切位点(GCTNAGG)53 正常基因5360+0.2kb1.15kb1.35kb正常人正常人突变携带着突变携带着患者患者1.镰状红细胞贫血患者基因组的限制性酶切分析镰状红细胞贫血患者基因组的限制性酶切分析61生物技术制药基因治疗+0.2kb1.15kb1.35kb正常人突变携带着患者161DNA多态性多态性：中性突变导致个体间核苷酸序列的差异中性突变导致个体间核苷酸序列的差异限制性长度多态性分析：限制性长度多态性分析：突变发生在酶切位点上，酶切突变发生在酶切位点上，酶切DNA片段不同长度片段不同长度RFLP：孟德尔方式遗传，家族中，与某一疾病紧密连锁，孟德尔方式遗传，家族中，与某一疾病紧密连锁，作为遗传标志，判定家族成员是否携带致病基因作为遗传标志，判定家族成员是否携带致病基因应用：应用：甲型血友病、囊性纤维病变、甲型血友病、囊性纤维病变、苯丙酮尿症苯丙酮尿症2.DNA限制性长度多态性分析限制性长度多态性分析62生物技术制药基因治疗DNA多态性：中性突变导致个体间核苷酸序列的差异2.DNA62RLFP分析法分析法63生物技术制药基因治疗RLFP分析法63生物技术制药基因治疗63单基因病单基因病-苯丙酮尿症苯丙酮尿症I 型型病因：肝脏合成的苯丙氨酸羟化酶病因：肝脏合成的苯丙氨酸羟化酶病因：肝脏合成的苯丙氨酸羟化酶病因：肝脏合成的苯丙氨酸羟化酶（Phenylalanina Phenylalanina Hydrozylase,PAHHydrozylase,PAH）缺乏。缺乏。缺乏。缺乏。主征：智力低下，尿有霉味主征：智力低下，尿有霉味主征：智力低下，尿有霉味主征：智力低下，尿有霉味治疗：新生儿诊断明确后，即用低苯丙氨酸饮治疗：新生儿诊断明确后，即用低苯丙氨酸饮治疗：新生儿诊断明确后，即用低苯丙氨酸饮治疗：新生儿诊断明确后，即用低苯丙氨酸饮食控制血中苯丙氨酸浓度，食控制血中苯丙氨酸浓度，食控制血中苯丙氨酸浓度，食控制血中苯丙氨酸浓度，改善脑子的发育，改善脑子的发育，改善脑子的发育，改善脑子的发育，而而而而“危险期危险期危险期危险期”一过，病婴后来就基本正常。一过，病婴后来就基本正常。一过，病婴后来就基本正常。一过，病婴后来就基本正常。PAHPAHPAHPAH仅仅存在于肝存在于肝存在于肝存在于肝脏细脏细胞中，在胞中，在胞中，在胞中，在绒绒毛、羊毛、羊毛、羊毛、羊水水水水细细胞和胎儿血中均不表达，故不能通胞和胎儿血中均不表达，故不能通胞和胎儿血中均不表达，故不能通胞和胎儿血中均不表达，故不能通过测过测定定定定酶酶酶酶活力及代活力及代活力及代活力及代谢产谢产物来物来物来物来进进行行行行PKUPKUPKUPKU的的的的产产前前前前诊诊断只能依断只能依断只能依断只能依赖赖于家系分析，找出与于家系分析，找出与于家系分析，找出与于家系分析，找出与PKUPKUPKUPKU致病基因相致病基因相致病基因相致病基因相连锁连锁的的的的RFLPRFLPRFLPRFLP，进进行基因行基因行基因行基因分析做出分析做出分析做出分析做出产产前前前前诊诊断断断断64生物技术制药基因治疗单基因病-苯丙酮尿症I型病因：肝脏合成的苯丙氨酸羟化酶64（二二）聚合聚合酶酶链反反应（polymerase chain reaction PCRpolymerase chain reaction PCR）nPCRPCR定义定义：指由一对引物介导的基因或克隆：指由一对引物介导的基因或克隆的特定的特定DNADNA序列的酶促扩增的反应过程，是序列的酶促扩增的反应过程，是DNADNA的体外扩增技术，本质是的体外扩增技术，本质是DNADNA的体外复制。的体外复制。应用应用PCR技术可以使特定的基因或技术可以使特定的基因或DNA片段在短短的片段在短短的23小时扩小时扩增至百万倍。增至百万倍。65生物技术制药基因治疗（二）聚合酶链反应（polymerasechainre65（二二）聚合聚合酶酶链反反应Kary Mullis research scientist in the 1980s at a California biotechnology company called Cetus co-winner of 1993 Nobel Prize 66生物技术制药基因治疗（二）聚合酶链反应KaryMullis66生物技术制药基66PCR技术的基本原理技术的基本原理n模板模板DNADNA的变性：的变性：9494热变性，使热变性，使DNADNA双链解双链解离成为单链，以便它与引物结合，为下轮反应离成为单链，以便它与引物结合，为下轮反应作准备；作准备；n模板模板DNADNA与引物的退火与引物的退火(复性复性)：5555左右，左右，引物与模板引物与模板DNADNA单链的互补序列配对结合；单链的互补序列配对结合；n引物的延伸：引物的延伸：DNADNA模板模板-引物结合物在引物结合物在TaqDNATaqDNA聚合酶的作用下，以聚合酶的作用下，以dNTPdNTP为反应原为反应原料，靶序列为模板，按碱基配对与半保留复制料，靶序列为模板，按碱基配对与半保留复制原理，合成一条新的与模板原理，合成一条新的与模板DNA DNA 链互补的半保链互补的半保留复制链留复制链67生物技术制药基因治疗PCR技术的基本原理模板DNA的变性：94热变性，使D67PCR产物以指数形式增加，即产物以指数形式增加，即Y=2n (n 为循环次数为循环次数)68生物技术制药基因治疗PCR产物以指数形式增加，即Y=2n68生物技术制药基68以以爱滋病的滋病的临床床检测为例，例，简要要说明一下明一下PCRPCR在在病毒感染的基因病毒感染的基因诊断中的断中的应用。用。组织中中总RNARNA的提取的提取 利用反利用反转录酶酶合成合成cDNA cDNA PCRPCR反反应：反反应缓冲液冲液 模板（上述合成的模板（上述合成的cDNAcDNA）底物（底物（dATP,dGTP,dCTP,dTTPdATP,dGTP,dCTP,dTTP）引物（引物（爱滋病病毒特异性引物）滋病病毒特异性引物）TaqDNATaqDNA聚合聚合酶酶50l50l循循环：9595，30sec30sec（变性）性）5555，1min1min（退火）（退火）3030循循环 72，1min（延伸）（延伸）69生物技术制药基因治疗以爱滋病的临床检测为例，简要说明一下PCR在病毒感染的基因诊69（三）基因测序技术（三）基因测序技术他们给他们给DNA 的测序带来了一场革命，分享了的测序带来了一场革命，分享了1980年的诺贝年的诺贝尔化学奖。后来尔化学奖。后来Sanger法发展为自动化测序法，并为人类法发展为自动化测序法，并为人类基因组测序做出了卓越贡献。基因组测序做出了卓越贡献。Fred Sanger 发明的发明的末端合成终止法末端合成终止法(sanger法法)Walter Gilbert发明的发明的化学裂解法化学裂解法 Maxam-Gillbert法法70生物技术制药基因治疗（三）基因测序技术他们给DNA的测序带来了一场革命，分享了70末端合成终止法末端合成终止法(sanger法法)原理原理2,3-双脱氧核苷三磷酸（双脱氧核苷三磷酸（ddNTP）与普通）与普通dNTP不同不同之处在于其脱氧核糖的之处在于其脱氧核糖的3位置少一个羟基，可在位置少一个羟基，可在DNA聚聚合酶作用下通过其合酶作用下通过其5三磷酸基团掺入到正在增长的三磷酸基团掺入到正在增长的DNA链中，但链中，但ddNTP因缺乏因缺乏3羟基而不能同后续的羟基而不能同后续的dNTP形成形成磷酸二酯键，因此，当正在增长的磷酸二酯键，因此，当正在增长的DNA链末端碱基为链末端碱基为ddNTP时，则链延伸反应终止，不可能继续延伸。这样，时，则链延伸反应终止，不可能继续延伸。这样，在在DNA合成反应混合物的合成反应混合物的4种普通种普通dNTP中加入少量的一中加入少量的一种种ddNTP后，链延伸将与偶然发生却十分特异的链终止后，链延伸将与偶然发生却十分特异的链终止展开竞争，反应产物是一系列的核苷酸链，其长度取决展开竞争，反应产物是一系列的核苷酸链，其长度取决于从用以起始于从用以起始DNA合成引物末端到出现过早链终止的位合成引物末端到出现过早链终止的位置之间的距离，结果将产生置之间的距离，结果将产生4类寡核苷酸，它们分别终止类寡核苷酸，它们分别终止于模板链的每一个于模板链的每一个A、C、G或或T的位置上。的位置上。71生物技术制药基因治疗末端合成终止法(sanger法)原理2,3-双脱氧核苷71双脱氧链终止法的双脱氧链终止法的测序基础测序基础是以是以双脱氧核双脱氧核苷三磷酸苷三磷酸为循环测序反应的链终止剂。为循环测序反应的链终止剂。72生物技术制药基因治疗双脱氧链终止法的测序基础是以双脱氧核72生物技术制药基因治疗72 POHdNTPddNTP POHOH P P P POH末端合成终止法末端合成终止法(sanger法法)原理原理73生物技术制药基因治疗POHdNTPddNTPPOHOHPPPPOH末735353引物引物模板模板DNAdNTPDNA聚合酶聚合酶ddATPddTTPddGTPddCTP末端合成终止法末端合成终止法(sanger法法)原理原理74生物技术制药基因治疗5353引物模板DNAdNTPddATPddTTPd74末端合成终止法末端合成终止法(sanger法法)原理原理75生物技术制药基因治疗末端合成终止法(sanger法)原理75生物技术制药基因治7576生物技术制药基因治疗76生物技术制药基因治疗76DNA自动测序结果77生物技术制药基因治疗DNA自动测序结果77生物技术制药基因治疗77（四）基因芯片技术n快速、高通量、平行化、自动化快速、高通量、平行化、自动化 指在固相支持物上原位合成寡核苷酸或者直接将大量基因探针以显微打印的方式有序地固化于支持物表面，然后与标记的样品杂交，通过对杂交信号的检测分析，得出样品的遗传信息（基因序列及表达的信息）78生物技术制药基因治疗（四）基因芯片技术快速、高通量、平行化、自动化78（四）基因芯片技术79生物技术制药基因治疗（四）基因芯片技术79生物技术制药基因治疗791.芯片的制备 Geneprobes（cDNA、DNA）substrateReady-to-usemicroarrayOligoprobesAGCTorarrayer80生物技术制药基因治疗1.芯片的制备Geneprobessubstrat80Sample cells1)ExtractRNAorDNA2)RTorPCRamplification3)FluorescentlabelingReference cellsSample readycombineLabeled RNA or DNA(Sample)Labeled RNA or DNA(Reference)2)1)3)1)2)3)2.基因表达谱双色标记81生物技术制药基因治疗SamplecellsExtractRNAorDNA813.分子杂交1)hybridizeApplysample2)rinse82生物技术制药基因治疗3.分子杂交1)hybridizeApplysample824.检测分析Laser 1Laser 2Detector 1Detector 2Scanner芯片的扫描83生物技术制药基因治疗4.检测分析Laser1Laser2Detector835.图 像 处 理Detector1Detector2False-colordifferentialimage84生物技术制药基因治疗5.图像处理Detector1Detector84图 像 分 析85生物技术制药基因治疗图像分析85生物技术制药基因治疗85基因诊断方法基因诊断方法经典基因诊断经典基因诊断.限制性内切酶法限制性内切酶法.RFLP分析法分析法.寡核苷酸分析法寡核苷酸分析法优优点点缺缺点点.特异基因诊断特异基因诊断.未知基因诊断未知基因诊断.直接，过程简单直接，过程简单.过程繁杂过程繁杂.准确性低，过程繁准确性低，过程繁.条件严格条件严格基因诊断进展基因诊断进展.PCR方法方法.PCR-序列分析法序列分析法.DNA芯片技术芯片技术.简单、经济、敏感简单、经济、敏感.操作直接、准确操作直接、准确.集成度高、快速、并行集成度高、快速、并行.假阳性高假阳性高.价格高价格高.尚无成熟产品问世尚无成熟产品问世86生物技术制药基因治疗基因诊断方法经典基因诊断优点缺点.特异基因诊断.过程繁杂基因86三、基因诊断的应用三、基因诊断的应用遗传疾病遗传疾病肿瘤肿瘤感染性疾病，传染性流行病感染性疾病，传染性流行病判断个体疾病易感性判断个体疾病易感性器官移植组织配型器官移植组织配型法医学中个体识别、亲子鉴定法医学中个体识别、亲子鉴定87生物技术制药基因治疗三、基因诊断的应用遗传疾病87生物技术制药基因治疗87定义定义早期早期是指用正常的基因整合入细胞基因组，是指用正常的基因整合入细胞基因组，以校正和置换致病基因的一种治疗方法。以校正和置换致病基因的一种治疗方法。目前目前广义上来讲是指将某种遗传物质转广义上来讲是指将某种遗传物质转移到患者细胞内，使其在体内发挥作用，以移到患者细胞内，使其在体内发挥作用，以达到治疗疾病目的的方法。达到治疗疾病目的的方法。一、基因治疗的概念一、基因治疗的概念88生物技术制药基因治疗定义目前广义上来讲是指将某种遗传物质转移到患者细胞内，使其在88基因治疗基因治疗v基因病可分为三大类：第一类为基因病可分为三大类：第一类为单基因病单基因病；第二类为；第二类为多基因病多基因病，涉，涉及两个以上基因结构或表达调控的改变；第三类为及两个以上基因结构或表达调控的改变；第三类为获得性基因病获得性基因病，由病原微生物通过感染将其基因入侵到宿主的基因引起。由病原微生物通过感染将其基因入侵到宿主的基因引起。v人体中某种基因发生突变、不能表达和产生正常产物，就会导致人体中某种基因发生突变、不能表达和产生正常产物，就会导致 一种基因病。基因病的最终解决途径有赖于基因修复一种基因病。基因病的最终解决途径有赖于基因修复 （“基因治基因治疗疗”，gene therapygene therapy）。）。1987198719871987年诺贝尔生理学及医学奖得主、日本分年诺贝尔生理学及医学奖得主、日本分年诺贝尔生理学及医学奖得主、日本分年诺贝尔生理学及医学奖得主、日本分子生物学家利根川进（子生物学家利根川进（子生物学家利根川进（子生物学家利根川进（Susumu TonegawaSusumu TonegawaSusumu TonegawaSusumu Tonegawa）认为，）认为，）认为，）认为，人类所有疾病都与基因受损有关，并第一次提出人类所有疾病都与基因受损有关，并第一次提出人类所有疾病都与基因受损有关，并第一次提出人类所有疾病都与基因受损有关，并第一次提出人体疾病的新概念人体疾病的新概念人体疾病的新概念人体疾病的新概念“基因病基因病基因病基因病”。89生物技术制药基因治疗基因治疗基因病可分为三大类：第一类为单基因病；第二类为多基因89多基因病多基因病多基因病也与外界环境和心理因素有关，遗传因素所占的程度称之为遗传度如：哮喘病遗传度为80、精神分裂症为80、高血压遗传度为62、冠心病遗传度为65、糖尿病遗传度（幼年型）为75、糖尿病遗传度（老年型）为35、唇裂腭裂遗传度为7690生物技术制药基因治疗多基因病多基因病也与外界环境和心理因素有关，遗传因素所占的90OneGene,OneProteinOneGene,OnePolypeptideChain镰刀形细胞贫血症。正常镰刀形细胞贫血症。正常HbA四条多肽链（四条多肽链（2条条 链，两条链，两条 链）链）Vernon M.Ingram证明证明 链第六位氨基酸链第六位氨基酸HbA是