现代生物医药课件

现代生物技术的发展和生物医药现代生物技术的发展和生物医药华华 子子 春春 生物技术医药生物技术医药 疾病与基因：疾病与基因：预测、预测、诊断、预防、治疗、用药诊断、预防、治疗、用药 疾病的诊断：疾病的诊断：基因基因诊断诊断(产前诊断产前诊断)、生物芯片、生物芯片 疾病的预防：疾病的预防：疫苗、疫苗、DNADNA疫苗疫苗 疾病的治疗：疾病的治疗：基因工程药物基因工程药物 核酸药物核酸药物 基因治疗基因治疗 器官移植器官移植 生物医学材料生物医学材料 干细胞治疗干细胞治疗基因工程和蛋白质工程药物基因工程和蛋白质工程药物基因工程：将不同生物的基因在体外经人工剪基因工程：将不同生物的基因在体外经人工剪切组合，然后转入到微生物或细胞内，并使转切组合，然后转入到微生物或细胞内，并使转入的基因在细胞内表达，产生所需要的蛋白质入的基因在细胞内表达，产生所需要的蛋白质蛋白质工程：用基因工程方法生产自然界没有蛋白质工程：用基因工程方法生产自然界没有的、经过人工理性设计和改造的、性能更加优的、经过人工理性设计和改造的、性能更加优良的蛋白质。良的蛋白质。基因工程技术和重组基因工程药物的诞生基因工程技术和重组基因工程药物的诞生19721972年年 基因工程技术诞生基因工程技术诞生 基因工程基因工程表达体系：表达体系：细菌（大肠杆菌）、酵母、昆虫细胞、哺乳动物细胞、细菌（大肠杆菌）、酵母、昆虫细胞、哺乳动物细胞、昆虫、转基因动物（乳腺反应器）、转基因植物昆虫、转基因动物（乳腺反应器）、转基因植物19821982年年 医药生物技术崛起医药生物技术崛起 重组人胰岛素上市重组人胰岛素上市 t-PAt-PA、EPO,etc.EPO,etc.基因工程药物的现状基因工程药物的现状20072007年全球医药市场达到年全球医药市场达到67506750亿美元左右，增速为亿美元左右，增速为5-6%5-6%，其中生物，其中生物制药市场收入为制药市场收入为450450亿美元，增速为亿美元，增速为13-14%13-14%。生物药占医药产业生物药占医药产业8.8-10%8.8-10%，其中美国市场占，其中美国市场占62%62%，欧洲占，欧洲占25%25%，日本占日本占7%7%。美国已产业化的基因工程药物美国已产业化的基因工程药物200200种，占药品总销售额的种，占药品总销售额的10%10%。我国生物技术药物研究和开发起步较晚，已有我国生物技术药物研究和开发起步较晚，已有2020多种基因工程药物和多种基因工程药物和疫苗上市，正在进行临床试验的品种近疫苗上市，正在进行临床试验的品种近100100种。种。20052005年我国医药生物技术产品总销售额达到年我国医药生物技术产品总销售额达到350350亿元。亿元。生物药物生物药物生物药物：蛋白质、抗体、核酸、糖治疗剂、基于细胞或组织的治疗剂已批准的生物药物:超过250个，包括重组血产品、单克隆抗体和重组疫苗药物应用最多的为重组蛋白质和抗体 年销售额年销售额 40 40 亿美元的基因工程药物亿美元的基因工程药物至2008年底，FDA 共批准99种生物技术药物上市2007年29/110种生物技术药物的销售额超过10亿美元2007年销售额超过40亿美元的药物有16种，基因工程药物占据7种：1.治疗非霍奇金淋巴瘤的 anti-CD20 抗体 Rituxan2.治疗乳腺癌的anti-EGFR II 抗体 Herceptin3.治疗肿瘤放化疗后出现的白细胞减少的 G-CSF 4.治疗肺癌、乳腺癌和结直肠癌的 anti-VEGF 抗体 Avastin5.治疗类风湿关节炎的 anti-TNF抗体Enbrel、RemicadeGeneric Name Target Brand FDAApprovalCompaniesIndicationSales$billion2006 2007 2008Infliximab c TNFRemicade1998J&JCD,UC,ASRA,Ps,PsA4.2 5.04 6.5 Rituximab c CD20Rituxan 1997RocheLeukemia,Lymphoma,RA4.7 5.01 5.6 Trastuzumab hz HER2Herceptin 1998RocheBreast Cancer3.14 4.4 4.8Bevacizumab VEGF hz Avastin2004RocheColon cancer Lung cancer2.43.93 4.7Adalimumab h TNFHumira 2002AbbottRA,JIA,PsA,Ps,AS,CD2.043.064.4Cetuximab hzEGFRErbitux 2004 Bristol MyersColon Cancer HNC1.11.352.0Ranibizumab hz VEGFLucentis 2006Novartis,RocheMacular Degeneration0.381.21.5Palivizumab hz RSVSynagis 1998Astra ZenecaRSV1.1 0.62 1.2Omalizumab hz IgEXolair 2003Roche,NovartisAllergic Asthma0.520.640.85Natalizumab,hz 4 Integrin Tysabri 2004/2006Biogen Idec,ElanMultiple SclerosisCD0.060.46 0.6 Panitumumab h EGFRVectibix 2006AmgenColon Cancer0.04 0.210.3Abciximab c CD3ReoPro1994J&J,LillyThrombosis Inhibitor0.28 0.29 0.29Efalizumab hz CD11aRaptiva 2003Genentech,MerckPsoriasis0.160.210.28Certolizumab TNFCimzia2008UCBCD 0.10C嵌合抗体，hz人源化，h,全人抗体20082008年抗体销售排行榜年抗体销售排行榜生物制药发展迅速生物制药发展迅速1982-2008年美国FDA批准的新生物产品 20082008年美国处于临床试验的生物技术药物年美国处于临床试验的生物技术药物 按产品类型分类 按适应症分类 全球基因工程药物市场的增长率全球基因工程药物市场的增长率2001年后生物药物销售年增长率为20%整个制药市场药品的销售年增长率仅68%基因工程药物的生产基因工程药物的生产 现有的基因工程表达体系：现有的基因工程表达体系：细菌细菌(大肠杆菌大肠杆菌)；酵母；酵母；昆虫细胞昆虫细胞 昆虫生物反应器昆虫生物反应器(家蚕家蚕)；哺乳动物细胞；哺乳动物细胞；转基因动物转基因动物(乳腺生物反应器乳腺生物反应器)；转基因植物转基因植物大肠杆菌表达体系大肠杆菌表达体系优点：优点：基因组清楚基因组清楚生长周期短生长周期短价格低廉价格低廉:rhinsulin:$400/g,rbGH:$11.6/g:rhinsulin:$400/g,rbGH:$11.6/g通用性好通用性好,易于放大生产易于放大生产缺点：缺点：表达产物易形成不溶性的包涵体表达产物易形成不溶性的包涵体,无生物活性无生物活性不能进行糖基化修饰等不能进行糖基化修饰等酵母酵母表达系统表达系统 优点：优点：使用安全；使用历史较长；基因组清楚；使用安全；使用历史较长；基因组清楚；表达水平高；表达水平高；能分泌表达蛋白质；能分泌表达蛋白质；蛋白质一般能正确折叠；能翻译后修饰蛋白质一般能正确折叠；能翻译后修饰;生长快；培养基便宜生长快；培养基便宜。缺点：缺点：糖基化修饰与哺乳动物不同，可能影响蛋白质的生物活性、糖基化修饰与哺乳动物不同，可能影响蛋白质的生物活性、安全性等；安全性等；可能含有免疫物质或抗原。可能含有免疫物质或抗原。乙肝疫苗、胰岛素、链激酶、人血清蛋白等乙肝疫苗、胰岛素、链激酶、人血清蛋白等昆虫细胞与昆虫表达系统昆虫细胞与昆虫表达系统 优点：优点：能翻译后修饰；蛋白质能正确折叠；能翻译后修饰；蛋白质能正确折叠；表达水平较好；表达水平较好；棒状病毒对人无损害；棒状病毒对人无损害；缺点：缺点：使用历史较短；使用历史较短；生长慢；生长慢；培养基昂贵；培养基昂贵；含有免疫宿主蛋白；含有免疫宿主蛋白；糖基化形式不同；糖基化形式不同；哺乳类病毒可以感染此类细胞。哺乳类病毒可以感染此类细胞。昆虫虫体表达系统：昆虫虫体表达系统：表达水平高（表达水平高（2-102-10倍于细胞培养）倍于细胞培养）分离纯化难度大；分离纯化难度大；昆虫（家蚕）饲养要求高，昆虫（家蚕）饲养要求高，GMOGMO的问题等。的问题等。哺乳动物细胞表达体系哺乳动物细胞表达体系 优点：优点：蛋白质能够正确折叠和翻译后修饰；蛋白质能够正确折叠和翻译后修饰；有长期的、良好的正规使用纪录；有长期的、良好的正规使用纪录；对大的、复杂的蛋白质的生产是唯一的选择；对大的、复杂的蛋白质的生产是唯一的选择；缺点：缺点：培养基昂贵；培养基昂贵；生长缓慢；生长缓慢；含有含有免疫物质或抗原免疫物质或抗原；需要深入的鉴别；需要深入的鉴别；精制手续复杂；精制手续复杂；产品昂贵。产品昂贵。转基因动物生物反应器转基因动物生物反应器 优点：优点：可表达复杂、巨大的蛋白质；可表达复杂、巨大的蛋白质；表达水平高；表达水平高；蛋白质折叠正确，有翻译后修饰；蛋白质折叠正确，有翻译后修饰；易于放大；易于放大；费用低廉：费用低廉：缺点：缺点：正规使用的经验很少；正规使用的经验很少；是否易于被病毒感染尚为未知数；是否易于被病毒感染尚为未知数；表达水平不稳定；表达水平不稳定；周转期限长；周转期限长；精制方法尚需研究；精制方法尚需研究；生产周期不能确定；生产周期不能确定；有关农场的有关农场的eGMPeGMP生长尚存在问题；生长尚存在问题；转基因动物转基因动物 能够制作含有人类免疫系统的转基因能够制作含有人类免疫系统的转基因动物，用于生产移植用器官动物，用于生产移植用器官转基因植物生物反应器转基因植物生物反应器 优点：优点：开发周期较转基因动物短；开发周期较转基因动物短；种子易于保存；种子易于保存；易于放大；易于放大；表达量高；表达量高；无植物病毒影响人类；无植物病毒影响人类；生产费用低；生产费用低；缺点：缺点：存在新的污染问题；存在新的污染问题；翻译后修饰与动物不同；翻译后修饰与动物不同；含有可能出现的免疫物质或抗原。含有可能出现的免疫物质或抗原。20002000年：年：6 6个产品在个产品在期临床；转基因烟草：人用溶酶体酶；期临床；转基因烟草：人用溶酶体酶；转基因玉米：转基因玉米：-葡萄苷酸酶；转基因马铃薯：重组霍乱疫苗。葡萄苷酸酶；转基因马铃薯：重组霍乱疫苗。生物技术医药生物技术医药 疾病与基因：疾病与基因：预测、预测、诊断、预防、治疗、用药诊断、预防、治疗、用药 疾病的诊断：疾病的诊断：基因基因诊断诊断(产前诊断产前诊断)、生物芯片、生物芯片 疾病的预防：疾病的预防：疫苗、疫苗、DNADNA疫苗疫苗 疾病的治疗：疾病的治疗：基因工程药物基因工程药物 核酸药物核酸药物 基因治疗基因治疗 器官移植器官移植 生物医学材料生物医学材料核核 酸酸 药药 物物 DNADNA疫苗：疫苗：2020世纪世纪9090年代新兴的免疫学技术年代新兴的免疫学技术 19951995年以来，年以来，FDAFDA已经陆续批准艾滋病、流感、乙型肝炎病已经陆续批准艾滋病、流感、乙型肝炎病 毒、单纯疱疾病毒、疟疾和肿瘤相关抗原等毒、单纯疱疾病毒、疟疾和肿瘤相关抗原等DNADNA疫苗十余种，疫苗十余种，疟疾疟疾DNADNA疫苗已经进入疫苗已经进入期临床；期临床；反义核酸药物：反义核酸药物：2020世纪世纪8080年代出现的一种以抑制基因表达为年代出现的一种以抑制基因表达为 目的的基因治疗药物；目的的基因治疗药物；根据碱基互补原理用人工合成或生物合成的特定互补根据碱基互补原理用人工合成或生物合成的特定互补DNADNA、RNARNA片段，在复制、转录和表达水平上抑制或封闭基因表达。片段，在复制、转录和表达水平上抑制或封闭基因表达。反义核酸药物对肿瘤、遗传病、传染病的防治具有重要意义；反义核酸药物对肿瘤、遗传病、传染病的防治具有重要意义；RNARNA干扰药物干扰药物:2121世世纪纪出出现现的的另另一一种种以以抑抑制制基基因因表表达达为为目目的的的的基基因因治治疗疗药药物；物；基基 因因 治治 疗疗基因治疗是导入外源基因达到治疗效果的治疗方法；基因治疗是导入外源基因达到治疗效果的治疗方法；基基因因治治疗疗有有可可能能成成为为治治愈愈癌癌症症、艾艾滋滋病病、高高血血压压、糖糖尿病，以及各种遗传病的最佳选择；尿病，以及各种遗传病的最佳选择；目目前前美美国国FDAFDA已已经经批批准准600600多多个个基基因因治治疗疗方方案案，治治疗疗的的疾疾病病涉涉及及各各种种肿肿瘤瘤、心心血血管管疾疾病病、代代谢谢病病、遗遗传传病病和和艾滋病等；艾滋病等；我我国国早早在在19911991年年就就开开展展了了B B型型血血友友病病的的基基因因治治疗疗，至至今今已已有有多多个个方方案案进进入入临临床床研研究究阶阶段段，P53P53基基因因治治疗疗药药物是国际上第一个被批准的基因治疗药物。物是国际上第一个被批准的基因治疗药物。生物技术与生物医学材料生物技术与生物医学材料生物医学材料的生物医学材料的修饰和复合修饰和复合:蛋白质、蛋白质、基因、基因、细胞细胞;更好的生物相容性更好的生物相容性;更好的治疗效果更好的治疗效果;干细胞技术干细胞技术 干细胞：尚未分化的细胞干细胞：尚未分化的细胞-具有自我更新和分化潜能的细具有自我更新和分化潜能的细 胞，它包括胚胎干细胞和成体干细胞；胞，它包括胚胎干细胞和成体干细胞；存在于早期胚胎、骨髓、脐带、胎盘和部分成年人细胞中；存在于早期胚胎、骨髓、脐带、胎盘和部分成年人细胞中；能够被培育成肌肉、骨骼和神经等人体组织和器官。能够被培育成肌肉、骨骼和神经等人体组织和器官。利用干细胞培育出的组织和器官对治疗癌症和其他多种恶利用干细胞培育出的组织和器官对治疗癌症和其他多种恶性性 疾病具有重要意义，将为糖尿病患者、早老性痴呆症患者、疾病具有重要意义，将为糖尿病患者、早老性痴呆症患者、帕金森氏症患者和脊髓受损患者等带来希望。帕金森氏症患者和脊髓受损患者等带来希望。2020世纪世纪9090年代以来，造血干细胞移植技术飞速进展，更为安年代以来，造血干细胞移植技术飞速进展，更为安 全有效，已成为治愈多种良性、恶性血液病与遗传性疾病全有效，已成为治愈多种良性、恶性血液病与遗传性疾病的的 重要手段，治愈的病种还在不断的扩大。重要手段，治愈的病种还在不断的扩大。全能干细胞：全能干细胞：具有形成完整个体的分化潜能，如胚胎干细胞(ES细胞)，受精卵就是最高层次的胚胎干细胞。多能干细胞：多能干细胞：具有分化出多种细胞组织的潜能，如造血干细胞、神经细胞。一种或几种组织的起源细胞，它能分化出多种类型细胞，但不可能分化出足以构成完整个体的所有细胞。单能干细胞：单能干细胞：只能向一种或两种密切相关的细胞类型分化，如上皮组织基底层的干细胞，肌肉中的成肌细胞。干细胞技术干细胞技术一、现阶段脐血干细胞可治疗疾病恶性病类恶性病类(Malignancies,Cancers)(Malignancies,Cancers)急性淋巴细胞性血癌急性淋巴细胞性血癌(Acute Lymphocytic Leukemia,ALL)(Acute Lymphocytic Leukemia,ALL)；急性骨髓性白血癌；急性骨髓性白血癌(Acute Myelogenous Leukemia,AML)(Acute Myelogenous Leukemia,AML)；急性非淋巴细胞性白血癌急性非淋巴细胞性白血癌(Acute Nonlymphocytic Leukemia,ANL)(Acute Nonlymphocytic Leukemia,ANL)；慢性淋巴细胞性白血癌；慢性淋巴细胞性白血癌(Chronic Lymphocytic Leukemia,(Chronic Lymphocytic Leukemia,CLL)CLL)；慢性骨髓细胞性白血癌；慢性骨髓细胞性白血癌(Chronic Myelocytic Leukemia,CML)(Chronic Myelocytic Leukemia,CML)；年轻型骨髓单核细胞性白血癌；年轻型骨髓单核细胞性白血癌(Juvenile (Juvenile Myelomonocytic Leukemia,JML)Myelomonocytic Leukemia,JML)；骨髓发育不良症候群；骨髓发育不良症候群(Myelodysplastic Syndrome,MDS)(Myelodysplastic Syndrome,MDS)；多发性骨髓瘤；多发性骨髓瘤(Multiple (Multiple Myeloma)Myeloma)固体性肿瘤固体性肿瘤(Solid Tumor)(Solid Tumor)；脑瘤；脑瘤(Brain Tumors)(Brain Tumors)；何杰金氏病；何杰金氏病(Hodgkins Disease)(Hodgkins Disease)；非；非-何杰金氏淋巴瘤何杰金氏淋巴瘤(Non-(Non-Hodgkins Lymphoma)Hodgkins Lymphoma)；EwingEwing氏肉瘤氏肉瘤(Ewing Sarcoma)(Ewing Sarcoma)；生殖细胞肿瘤；生殖细胞肿瘤(Germ Cell Tumors)(Germ Cell Tumors)；神经母细胞瘤；神经母细胞瘤(Neuroblastoma)(Neuroblastoma)卵巢癌卵巢癌(Ovarian Cancer)(Ovarian Cancer)；小细胞性肺癌；小细胞性肺癌(Small-Cell Lung Cancer)(Small-Cell Lung Cancer)；睪丸癌；睪丸癌(Testicular Cancer)(Testicular Cancer)；先天性代谢性缺陷；先天性代谢性缺陷(Inborn Errors of Metabolism)(Inborn Errors of Metabolism)；脑白质肾上腺营养不良症；脑白质肾上腺营养不良症(Adrenoleukodystrophy)(Adrenoleukodystrophy)；淀粉样变性；淀粉样变性(Amyloidosis)(Amyloidosis)巴尔巴尔淋巴球症候群淋巴球症候群(Bare-Lymphocyte Syndrome)(Bare-Lymphocyte Syndrome)；先天性角化不良；先天性角化不良(Dyskeratosis Congenita)(Dyskeratosis Congenita)家族性噬红血球性淋巴组织细胞增生症家族性噬红血球性淋巴组织细胞增生症(Familial Erythrophagocytic Lymphohististiocytosis)(Familial Erythrophagocytic Lymphohististiocytosis)GaucherGaucher氏疾病氏疾病(Gaucher Disease)(Gaucher Disease)；GunterGunter氏疾病氏疾病(Gunter Disease)(Gunter Disease)；HunterHunter氏症候群氏症候群(Hunter Syndrome)(Hunter Syndrome)HurlerHurler氏症候群氏症候群(Hurler Syndrome)(Hurler Syndrome)；遗传性神经元蜡样脂褐质沉着症；遗传性神经元蜡样脂褐质沉着症(Inherited Neuronal Ceroid Lipofuscinosis)(Inherited Neuronal Ceroid Lipofuscinosis)KrabbeKrabbe氏疾病（婴儿遗传性脑白质萎缩）氏疾病（婴儿遗传性脑白质萎缩）(Krabbe Disease)(Krabbe Disease)；LangerhanLangerhan氏细胞组织细胞增生症氏细胞组织细胞增生症(Langerhans Cell (Langerhans Cell Histiocytosis)Histiocytosis)；Lesch-NyhanLesch-Nyhan氏疾病氏疾病(Lesch-Nyhan Disease)(Lesch-Nyhan Disease)；骨硬化病（骨质石化病）；骨硬化病（骨质石化病）(Osteopetrosis)(Osteopetrosis)白血球粘着缺乏症白血球粘着缺乏症(Leukocyte Adhesion Deficiency)(Leukocyte Adhesion Deficiency)免疫缺乏病变免疫缺乏病变 (Immunodeficiencies)(Immunodeficiencies)腺嘌呤去氨酵素缺损腺嘌呤去氨酵素缺损(Adenosine Deaminase Deficiency,ADA)(Adenosine Deaminase Deficiency,ADA)；慢性肉芽肿疾病；慢性肉芽肿疾病(Chronic Granulomatous Disease,CGD)(Chronic Granulomatous Disease,CGD)严重性联合免疫缺陷疾病严重性联合免疫缺陷疾病(Severe Combined Immunodeficiency Diseases,SCIDs)(Severe Combined Immunodeficiency Diseases,SCIDs)X-X-性联性淋巴组织增生疾病性联性淋巴组织增生疾病(X-linked Lymphoproliferative Disease,KLP)(X-linked Lymphoproliferative Disease,KLP)；Wiskott-AldrichWiskott-Aldrich症候群症候群 自体免疫疾病自体免疫疾病(Autoimmune Diseases)(Autoimmune Diseases)多发性硬化症多发性硬化症(Multiple Sclerosis)(Multiple Sclerosis)；风湿性关节炎；风湿性关节炎(Rheumatoid Arthritis)(Rheumatoid Arthritis)；红斑性狼疮；红斑性狼疮(Systemic Lupus erythematosus)(Systemic Lupus erythematosus)未来干细胞之临床应用：未来干细胞之临床应用：糖尿病糖尿病(Diabetes)(Diabetes)；巴金森氏病；巴金森氏病(Parkinsons Disease)(Parkinsons Disease)；阿尔罕默氏病（痴呆病）；阿尔罕默氏病（痴呆病）(Alzheimers Disease)(Alzheimers Disease)脊髓伤害脊髓伤害(Spinal Cord injury)(Spinal Cord injury)；中风；中风(Stroke)(Stroke)；心脏病；心脏病(Heart Disease)(Heart Disease)；肝病；肝病(Liver Disease)(Liver Disease)皮肤移殖皮肤移殖(Skin Transplantation)(Skin Transplantation)；肌肉营养不良症；肌肉营养不良症(Muscular Dystrophy)(Muscular Dystrophy)诱导式多能性干细胞诱导式多能性干细胞(induced pluripotent stem cells,iPS cells)2006年，日本京都大学山中伸弥（Shinya Yamanaka)发现将四个基因送入已分化完全的小鼠纤维母细胞，即可以把纤维母细胞重新设定变回具全能性的类胚胎干细胞。2007年，山中伸弥研究小组和美国波士顿的 Rudolf Jaenisch的研究团队分别制造了第二代iPS细胞，不但具有和胚胎干细胞几乎一样的基因印痕模式，它们也可顺利地和成鼠形成嵌合体并产生后代。这项结果显示藉由老鼠体细胞”返老还童”的第二代 iPS细胞已经跟胚胎干细胞几乎是具有一模一样的特质了!2007年11、12月山中伸弥研究团队利用3-4个基因导入人类皮肤细胞病将其成功地转变成 iPS细胞!同时，美国威斯康新的James Thomson研究团队利用4个基因将人类体细胞重新设定变回干细胞！42007年底，美国波士顿 George Daley实验室从病人门诊时取得的皮肤细胞量身订作一个私人的干细胞库，让iPS细胞用来治疗人类退化性疾病已经迈入真正的临床新纪元！2008年11月19日柳叶刀报道：由英国、意大利、西班牙三国科学家组成的研究小组，利用部分由成人干细胞培养的气管，成功地给一位30岁的西班牙患者进行气管移植。手术后12天女患者出院能过正常生活，并能参加跳舞活动。经过数次血液检查后，未发现体内有免疫排斥信号。生物转化与传统制药产业生物转化与传统制药产业传统制药产业：化学合成传统制药产业：化学合成缺点：合成条件苛可、缺点：合成条件苛可、合成合成效率低效率低 污染严重污染严重生物转化：以酶促反应替代化学催化反应生物转化：以酶促反应替代化学催化反应优点：条件温和、效率高优点：条件温和、效率高 有利于环保和可持续发展有利于环保和可持续发展PEGPEG化蛋白药物化蛋白药物PEGPEG修饰前后体内半衰期比较修饰前后体内半衰期比较人基因组计划与生物技术制药人基因组计划与生物技术制药年月国际人类基因组计划年月国际人类基因组计划(HGP)(HGP)启动。启动。年塞莱拉遗传公司年塞莱拉遗传公司Celera GenomicsCelera Genomics成立，竞争成立，竞争HGPHGP；年月年月 线虫（第一个多细胞动物）基因组序列完成；线虫（第一个多细胞动物）基因组序列完成；年月中国获准加入年月中国获准加入HGPHGP，负责测定；，负责测定；年月日年月日 国际人类基因组计划破译出人体第号染色国际人类基因组计划破译出人体第号染色 体的遗传密码；首次成功地完成人体染色体完整基因序列的测定；体的遗传密码；首次成功地完成人体染色体完整基因序列的测定；年月底年月底 中国科学家完成了人类基因组的工作框架图；中国科学家完成了人类基因组的工作框架图；年月日年月日 德、日等国科学家宣布，已基本完成了人体第德、日等国科学家宣布，已基本完成了人体第号染色体的测序工作；号染色体的测序工作；年月日年月日 科学家公布人类基因组工作草图；科学家公布人类基因组工作草图；年月日年月日 美英等国科学家宣布绘出拟南芥基因组的完美英等国科学家宣布绘出拟南芥基因组的完整图谱，这是人类首次全部破译出一种植物的基因序列；整图谱，这是人类首次全部破译出一种植物的基因序列；年月日年月日 中、美、日、德、法、英等国科学家和美国中、美、日、德、法、英等国科学家和美国塞莱拉公司联合公布人类基因组图谱及初步分析结果。塞莱拉公司联合公布人类基因组图谱及初步分析结果。人类基因组计划的启动人类基因组计划的启动19851985年年，美美国国能能源源部部（Department Department of of Energy,Energy,DOEDOE）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部碱基序列分析清楚；全部碱基序列分析清楚；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 Human Genome Project,HGPGenome Project,HGP）”。人类基因组计划的发展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，人类第人类第2222号染色体号染色体DNADNA全序列测定宣布完成。全序列测定宣布完成。20002000年年4 4月月6 6日日:美美国国CeleraCelera遗遗传传信信息息公公司司宣宣布布，该公司已破译出一名实验者的完整遗传密码。该公司已破译出一名实验者的完整遗传密码。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，宣宣布布人人类类基基因组草图的完成。因组草图的完成。6 6国科学家在人类基因组中主要研究比例国科学家在人类基因组中主要研究比例美国：WASHMIT等7家研究中心，贡献率为54;英国：SANGER一家研究中心，贡献率为33;日本：RIKEN等两家研究中心，贡献率为7;法国：GENOSCOPE研究中心，贡献率为2.8;德国：IMB等3家研究中心，贡献率为2.2;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1。二二000000年六月二十六日克林顿总统年六月二十六日克林顿总统宣布人类基因组草图绘制完成宣布人类基因组草图绘制完成 人类基因组计划首席科学家、美国国家人类人类基因组计划首席科学家、美国国家人类 基因组研究所所长弗朗西斯基因组研究所所长弗朗西斯柯林斯介绍情况柯林斯介绍情况 人类基因组草图基本信息人类基因组草图基本信息由由31.6531.65亿亿bpbp组成组成含含3 3 3.53.5万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已完成：人第、和已完成：人第、和Y Y，6 6号染色体；号染色体；20032003年年1010月月2323日日自然自然 ：英国科学家完成号染色体，是：英国科学家完成号染色体，是迄今为止科学家破译的最大、包含基因最多的染色体；迄今为止科学家破译的最大、包含基因最多的染色体；号染色体上包括了导致遗传性血色素沉着病、帕金森氏症、号染色体上包括了导致遗传性血色素沉着病、帕金森氏症、癫痫等疾病的基因；这一染色体上基因的异常也是造成精神分癫痫等疾病的基因；这一染色体上基因的异常也是造成精神分裂症、癌症和心脏病等多种遗传性疾病的原因；裂症、癌症和心脏病等多种遗传性疾病的原因；号染色体中包含了一些与免疫反应相关的基因，它们被统称号染色体中包含了一些与免疫反应相关的基因，它们被统称为为“主要组织相容性复合体主要组织相容性复合体（）（）”；这些基因不仅在机体；这些基因不仅在机体对外界细菌和病毒入侵作出防御反应方面有重要作用，在器官对外界细菌和病毒入侵作出防御反应方面有重要作用，在器官移植配型方面也有十分重要的意义，还与自体免疫疾病相关。移植配型方面也有十分重要的意义，还与自体免疫疾病相关。人基因组计划与药物靶点人基因组计划与药物靶点 后基因组与生物技术制药后基因组与生物技术制药 功能基因组：研究新的药物靶点；功能基因组：研究新的药物靶点；药物基因组：个体医药药物基因组：个体医药 SNPSNP(单核酸多态性单核酸多态性)：能用于研究个体：能用于研究个体,系系谱和人谱和人 种特征以及遗传疾病治疗的线索，可以用来种特征以及遗传疾病治疗的线索，可以用来鉴别鉴别 一个个体是否患有某种疾病或者同种疾病患一个个体是否患有某种疾病或者同种疾病患者应者应 如何治疗如何治疗 蛋白质组：蛋白质组：研究新的诊断靶标和研究新的诊断靶标和药物靶点药物靶点 基因组:人类细胞中的全部基因 蛋白组:由全套基因组编码控制的蛋白质 药物基因组:即为一个病人的基因组对单 个药物反应的相互关系 人类基因组、蛋白组和药物基因组人类基因组、蛋白组和药物基因组:生命科学研究的三个阶段生命科学研究的三个阶段基因组计划和生物技术制药基因组计划和生物技术制药 基因组计划：基因组计划：人基因组计划人基因组计划 病原微生物基因组计划病原微生物基因组计划 模式生物体基因组计划模式生物体基因组计划生生 物物 芯芯 片片 用于生物学研究成果分析和疾病诊断用于生物学研究成果分析和疾病诊断 基因芯片：基因芯片：19981998年：年：AffymetrixAffymetrix 上市用于筛查上市用于筛查HIV-1HIV-1突突变变 DNADNA芯片和筛查芯片和筛查p53p53基因突变的基因突变的DNADNA芯片芯片 基因身份证基因身份证 蛋白质芯片：蛋白质芯片：组织芯片：组织芯片：基基 因因 芯芯 片片 DNADNA chip(chip(芯片芯片)：DNADNA高密度点阵的芯片高密度点阵的芯片 DNA DNA 芯片是指利用大规模集成电路的手段控制芯片是指利用大规模集成电路的手段控制固相合成成千上万个寡核苷酸探针，并把它们有固相合成成千上万个寡核苷酸探针，并把它们有规律地排列在指甲大小的硅片上，然后用将要研规律地排列在指甲大小的硅片上，然后用将要研究的材料如究的材料如DNADNA、RNARNA或或cDNAcDNA用荧光标记后在芯片上用荧光标记后在芯片上与探针杂交，再通过激光共聚焦显微镜对芯片进与探针杂交，再通过激光共聚焦显微镜对芯片进行扫描，并配合计算机系统对每一个探针上的荧行扫描，并配合计算机系统对每一个探针上的荧光信号作出比较和检测，从而迅速得出所需要的光信号作出比较和检测，从而迅速得出所需要的信息。信息。Sequence Variability功能基因组功能基因组人基因组序列人基因组序列药物和诊断药物和诊断 表达差异表达差异表型差异表型差异基因芯片基因芯片的操作流程的操作流程以真核生物为例以真核生物为例L LL LL LL LL LL LL LL LcDNAcDNAAAAAAAAA总总RNA的制备的制备反转录反转录体外体外转录转录生物素标记的生物素标记的cRNA片段化处理片段化处理带标记的带标记的cRNA片断片断35-200 bases0.5-2 ug/ul起始用量起始用量5-10ug（IVT）L LL LL LL LL L标记的标记的cRNA片断片断杂交混合液的制备杂交混合液的制备Test3orGeneChipEukaryoticHyb.ControlControlOligo B2杂交杂交（16hour）数据分析数据分析 扫扫 描描 洗脱洗脱染色染色正常和恶性乳腺上皮表达谱正常和恶性乳腺上皮表达谱0100200300400500IntensityNormal Cell Line135791113151719212325272931333537394143454749515355575961636567697173757779818385878991939597Genes0100200300400500IntensityMalignant Cell Line135791113151719212325272931333537394143454749515355575961636567697173757779818385878991939597GenesUniqueUniquerepressedrepressedUniqueUniqueinducedinducedUpUpregulatedregulatedDownDownReg.Reg.基基 因因 芯芯 片片汇万千信息于基因之内汇万千信息于基因之内展苍生奥秘于方寸之间展苍生奥秘于方寸之间生物信息学生物信息学生物信息学生物信息学(Bioinformatics)(Bioinformatics)：对对DNADNA和蛋白和蛋白质序列资料质序列资料(海量数据海量数据)中各种信息进行中各种信息进行识别、储存、分析、模拟和传输的学科识别、储存、分析、模拟和传输的学科生命科学与信息科学、数学、物理学等生命科学与信息科学、数学、物理学等学科交叉而成学科交叉而成 Data miningData mining 生物技术与医药生物技术与医药 基因组学基因组学,功能基因组学功能基因组学,蛋白质组学蛋白质组学,系统生物系统生物学学 疾病的诊断和预防；疾病的诊断和预防；药物新靶点的发现；药物新靶点的发现；新药物分子的设计和筛选；新药物分子的设计和筛选；新药物的生产和新的治疗方法；新药物的生产和新的治疗方法；药物生产过程的变革；药物生产过程的变革；个体化医药个体化医药 生物技术的发展依赖于技术的进步和学科交叉生物技术的发展依赖于技术的进步和学科交叉生物信息学：生命科学、信息科学、数学、物理生物信息学：生命科学、信息科学、数学、物理生物芯片：生命科学、微电子技术、生物信息学生物芯片：生命科学、微电子技术、生物信息学基因组学：新的高通量基因组学：新的高通量DNA测序仪，生物信息学测序仪，生物信息学蛋白质工程：蛋白质工程：NMR、X-光晶体衍射，生物信息学光晶体衍射，生物信息学蛋白质组学：质谱、分离纯化设备、生物信息学蛋白质组学：质谱、分离纯化设备、生物信息学生物学技术和科学仪器的进步：生物学技术和科学仪器的进步：PCR技术、技术、RNAi技术、基因剔除技术等技术、基因剔除技术等生物技术对社会伦理与社会科学的推动生物技术对社会伦理与社会科学的推动克隆人：克隆人：生物安全性：生物安全性：基因与专利：基因与专利：基因与隐私、医疗保险、基因歧视：基因与隐私、医疗保险、基因歧视：汇万千信息于基因之内汇万千信息于基因之内展苍生奥秘于方寸之间展苍生奥秘于方寸之间生物技术将影响着人类社会的未来生活生物技术将影响着人类社会的未来生活 生物技术生物技术 生物能源生物能源 生物经济生物经济 生物安全生物安全 .生生物物技技术术医医药药将将极极大大地地推推动动人人类类健健康康和和社社会会发发展展！谢谢 谢谢 ！Welcome to Nanjing University