生物医药与健康绪论.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,主要内容,生物技术概论,生物医药概述,药理学基础,考试,平时成绩,（）,+,卷面成绩,（）,平时成绩考核方法：,作业,（）：缺次扣分，直至,扣完为止,考勤,（）：旷课次扣分，直,至扣完为止,授课时间,:,1-10,周,参考书目,:,1.,夏焕章 熊宗贵 高等教育出版社,2.,任先达 医药科技出版社,研究对象,相关学科,生物技术,糖链工程,生物信息学,生物信息学是一门交叉科学，它包含了生物信息的获取、处理、存储、分发、分析和解释等在内的所有方面，它综合运用数学、计算机科学和生物学的各种工具，来阐明和理解大量数据所包含的生物学意义。,基因工程、细胞工程、发酵工程、蛋白质（酶）工程,此外还有,基因诊断与基因治疗技术、克隆动物技术、生物芯片技术、生物材料技术、生物能源技术、利用生物降解环境中有毒有害化合物的技术,直接相关联的学科：,分子生物学、微生物学、生物化学、遗传学、细胞生物学、化学工程学、医药学等。,对人类和社会生活各方面影响最大的生物技术领域：,农业生物技术、医药生物技术、环境生物技术、海洋生物技术,生物技术的主要内容,基因工程是指在微观领域（分子水平）中，根据分子生物学和遗传学原理，设计并实施一项把一个生物体中有用的目的,DNA(,遗传信息,),转入另一个生物体中，使后者获得新的需要的遗传性状或表达所需要的产物，最终实现该技术的商业价值。,基因工程及应用,基因工程与建筑工程,基因工程的基础知识,一、基因的,概念,:,DNA,分子中含有特定遗传信息的一段核苷酸序列,是遗传物质的最小功能单位。,A,：,S,有夹膜致病菌，,B,：,R,突变非致病菌，,C,：加热杀死,S,菌，,D,：活,R,死,S,二、基因的一般,特性,：,基因可自我复制，,基因决定蛋白质结构，,基因可突变。,三、,DNA,的结构与性能,DNA,的结构：四种核苷酸（,A T C G,）连接的双螺旋结构。,DNA,的性质与功能,吸收光谱,260,电场中泳动,变性 复性 杂交,四、,DNA,的复制：,半保留复制,五,、,基因表达,转录：,在,RNA,聚合酶的催化下以,DNA,为模板合成,mRNA,的过程。,2,、翻译：,以,mRNA,为模板,tRNA,作为运载工具,将活化的氨基酸在核糖体上合成蛋白质的过程。,基因表达,真核细胞的翻译过程,基因工程基本操作步骤,稀少珍贵的蛋白质药物,1982,年，美国食品与药物管理局批准了首例基因工程产品,人胰岛素投放市场,它标志了基因工程产品正式进入到商业化阶段。,人生长激素、表皮生长因子、肿瘤坏死因子、,a-,干扰素、纤维素酶、抗血友病因子、红细胞生成素、尿激酶原、白细胞介素,-2,、集落刺激因子、乙肝疫苗等等,畜牧业中的应用,动物疫苗、生长激素等,例：,从转基因羊的羊奶中提取出治疗心脏病的药物,tPA,种植业中的应用,用携带外源基因的农杆菌,Ti,质粒转化植物原生质体，使外源,DNA,与植物染色体,DNA,整合，通过原生质体的培养分化成愈伤组织，最后发育成具有新性状的完整植株,转基因植物,抗化学除草剂基因,转基因西红柿,固氮酶基因,人类,DNA,环境保护等等,分子诊断应用,遗传性疾病的诊断,羊水和胎盘绒毛膜检测,镰状红细胞贫血症的检测,一种常染色体退化遗传病,引起原因：基因的点突变，,丢失了可被,Mst,II,或,Cvn,l,切开的一个限制性内切酶位点。,正常：三条带,患病：一条带,子女,1,：正常,子女,2,：患病,子女,3,：携带者,利用,PCR,与分子杂交标记快速准确地检测病原性物质,“后基因组时代”将是“蛋白质组学时代”，即从对基因信息的研究转向对蛋白质信息的研究，包括研究蛋白质结构、功能与应用及蛋白质相互关系和作用。,蛋白质工程就是在对蛋白质的化学、晶体学、动力学等结构与功能认识的基础上，对蛋白质人工改造与合成，最终获得商业化的产品。,蛋白质工程、发酵工程和细胞工程简介,蛋白质工程,蛋白质工程的主要步骤通常包括：,（,1,）从生物体中分离纯化目的蛋白；,（,2,）测定其氨基酸序列；,（,3,）借助核磁共振和,X,射线晶体衍射等手段，尽可能地了解蛋白质的二维重组和三维晶体结构,;,蛋白质工程,（,4,）设计各种处理条件，了解蛋白质的结构变化，包括折叠与去折叠等对其活性与功能的影响；,（,5,）设计编码该蛋白的基因改造方案，如点突变；,（,6,）分离、纯化新蛋白，功能检测后投入实际使用。,现代发酵工程主要指利用微生物、包括利用,DNA,重组技术改造的微生物在全自动发酵罐或生物反应器中生产某种商品的技术。,现代发酵工程是生物代谢、微生物生长动力学、大型发酵罐或生物反应器研制、化工原理等密切结合和应用的结果。,发酵工程,一般发酵工程包括以下基本步骤：,（,1,）菌种选育；,（,2,）细胞大规模培养即发酵过程；,（,3,）生产活性的诱导；,（,4,）菌体及产物的收获,发酵工程,发酵工程的产品范围非常广泛。,从食品、药品、精细化工产品到许多工业用原料等等生物可降解塑料,PHB,等,细胞工程是指通过细胞水平上的筛选或改造，获得有商业价值的细胞株或细胞系，再通过规模培养，获得特殊商品的技术与过程。,细胞工程包括动物细胞工程和植物细胞工程，它们分别以动物细胞和植物细胞为主要生产对象，以细胞培养为主要过程和内容。,细胞工程,动物细胞培养,细胞工程,单细胞藻类培养,细胞工程,一些单细胞低等植物如单细胞藻类的大规模培养成为细胞工程的重要组成部分,获得蛋白质资源、营养食品、精细化工产品等等,高等植物细胞培养,细胞工程,高等植物细胞具有全能性。从高等植物的幼胚、根、茎、叶、花和果实等不同器官的组织中分离的单个细胞，经过特殊培养形成愈伤组织，并可进一步诱导生成完整的植株。,细胞融合、细胞重组、杂交瘤技术,细胞工程,细胞融合是将不同种类的两种细胞经过特殊处理后放在一起，在某些促融因子作用下发生融合，形成杂种细胞。,细胞重组是把不同种类的细胞的部件重新组合装配，包括核的移植、叶绿体移植、核糖体重建及线粒体装配等。,杂交瘤技术是通过细胞融合产生特异杂交瘤细胞。,生物技术的历史,名称,区间,代表性技术和产品,其他,经验生物技术时期,人类出现,19,世纪中期,风肉、果酒、酸奶、啤酒、麻沸散,近代生物技术建立时期,1850s1950s,显微镜的诞生、微生物学的出现,近代生物技术全盛时期,1950s1970s,青霉素工业的开发成功、酶作为催化剂的生物产品的出现,现代生物技术建立和发展时期,20,世纪末期,分子生物学理论的产生、基因工程技术成为主导,啤酒的酿制,爱德华,琴纳,巴斯德,显微镜的发明,300,多年前,Leeuwenhoek,世界上最早的显微镜,Robert Hooke,软木蜂窝状的小格子,“,细胞,”,1838,年,Schleiden 1839,年,Schwann,细胞是组成生物体的基本单位,1855,年，,Virchow,细胞学说可以归纳为以下两点：,1,所有生物都由细胞和细胞的产物组成；,2,新的细胞必须经过已存在的细胞分裂而产生。,细胞是生命活动的基本单位,施旺,青霉素工业,固定化酶技术,青霉素工业的开发和酶工程的出现,达尔文,施旺,孟德尔,阿凡莱,证明,DNA,摩尔根,基因学说,华生,克里克,DNA,结构和中心法则,基因工程,产品,分子生物学与基因工程,基因技术,单克隆抗体技术,动植物细胞培养技术,杂交技术,转基因技术,克隆技术,生物芯片技术,转基因技术,公元前,5000,年,谷物选种人类祖先发现，最茁壮的植株的种子培植出的谷物也更优良。这是人类开始按照人的意图控制生命的开端，这也是克隆技术最终目标的最初体现。,1952,年,克隆蝌蚪,-,小小的蝌蚪改写了生物技术发展史，成为世界上第一种被克隆的动物。,1972,年,基因复制,-,克隆技术精细到以单个基因复制为单位。,1978,年,第一例试管婴儿出生,克隆技术,1997,年,2,月,多利,-,世界第一例从成年动物细胞克隆出的哺乳动物绵羊多利诞生。,1998,年,克隆批量化,-,美国夏威夷大学的科学家用成年细胞克隆出,50,多只老鼠，并接着培育出,3,代遗传特征完全一致的实验鼠。与此同时，其它几个私立研究机构也用不同的方法成功克隆出小牛。,2000,年,人类近亲被克隆,-,美国俄勒冈的研究者用与克隆多利羊截然不同的方法克隆出猴子，此外，帮助培育出多利羊的生物技术公司宣布克隆出,5,只小猪仔。该公司宣称，克隆猪终将成为人类移植器官的,“,加工厂,”,。,2001,年,克隆人被提上日程,2004,年,“,克隆人类胚胎,”,在英国合法化,仅供医疗研究,.,生物芯片技术,生物芯片又称,DNA,芯片或基因芯片，它们是,DNA,杂交探针技术与半导体工业技术相结合的结晶。该技术系指将大量探针分子固定于支持物上后与带荧光标记的,DNA,样品分子进行杂交，通过检测每个探针分子的杂交信号强度进而获取样品分子的数量和序列信息。,1996,年底，美国,Affymetrix,结合照相平板印刷、计算机、半导体、寡核苷酸合成、荧光标记、核酸探针分子杂交和激光共聚扫描等高新技术，研制创造了世界第一块,DNA,芯片。,生物芯片技术的一般原理,A.,用于微阵列芯片制作的点样仪。；,B.,封装在卡盒中的微阵列芯片,;C.,用于微阵列芯片荧光标记检测的激光共聚焦扫描器；,D.,微阵列芯片的局部放大；,E.,微阵列芯片上固定,DNA,探针的示意图。图中蓝色的,DNA,链是预先固定在芯片表面的捕获探针，红色的,DNA,链是与捕获探针互补的靶,DNA,分子。,生物技术的,发展,1,开展后人类基因组学的研究,2,开展基因诊断和基因治疗研究,3,各种生物新药的研究开发,4,干细胞培养和胚胎工程的发展,5,转基因和克隆动物,6,人类功能基因的研究开发,7,基因农作物的研究,8,环保学科的合作研究,9,海洋生物技术的研究,10,相关工程技术学科的研究,Mendel,奥地利原天主教神父,不能忘记的人,在,1865,年他根据豌豆七对不同性状的杂交实验,发现生殖细胞成熟中同对因子分离,异对因子自由组合两条遗传规律,即遗传学分离规律和自由组合规律,.,为遗传学提供了数学基础,创立了孟德尔学派。,孟德尔碗豆杂交实验,不能忘记的人,T H Morgan,（,1866-1945,）,美国遗传学家,从,1910,年到,30,年代他在果蝇遗传实验中进一步证实了孟德尔分离定律和自由组合定律。他的两大重要发现：一是发现基因在染色体上，二是发现遗传的基因链锁和互换定律。建立了摩尔根基因学说。,他的格言：,“,实验方法的本质在于每一种见解和假说都必须通过实验的检验，然后才被承认其科学地位。,摩尔根,“,果蝇的伴性实验,”,不能忘记的人,J D Watson F H C Crick,1953,年,4,月,25,日，英国,自然,杂志发表了沃森和克立克的文章,“,核酸的分子结构,DNA,的一个结构模型,”,。标志着,DNA,双螺旋结构的建立，从此，遗传学和生物学的历史从细胞阶段进入了分子阶段。,不能忘记的人,F Sanger W Gilbert,桑格（英国化学家）最早测定胰岛素的氨基酸顺序获得,1958,年诺贝尔化奖。,22,年后，他因测定了一种噬菌体的一级结构获,1980,年的诺贝尔化学奖。,吉尔伯特在,DNA,测序领域，因其卓越的工作获得,1980,年诺贝尔化学奖。,不能忘记的人,Paul Berg,伯格（美国生物化学家）通过把两个不同来源的,DNA,连结在一起并发挥其应有的生物学功能，证明了完全可以在体外对基因进行操作。他作为,“,重组,DNA,技术之父,”,于,1980,年获诺贝尔化奖。,不能忘记的人,Kary B Mullis,1985,年穆利斯发明了高效复制,DNA,片段的聚和酶链式反应（,PCR,）技术，利用该技术可从极其微量的样品中大量生产,DNA,分子，使基因工程获得了革命性发展。,生物医药概论,生物医药特点,生物医药成果,生物医药前景,生物医药的显著特点,高技术（精细和密集的复杂技术）高投入（尤其是前期科研投入高）长周期,高风险,高利润,生物医药的成果,分类,重组,DNA,技术的产品,基因药物,天然生物药物,合成的生物药物,稀少珍贵的蛋白质药物,1982,年，美国食品与药物管理局批准了首例基因工程产品,人胰岛素投放市场,它标志了基因工程产品正式进入到商业化阶段,。,人生长激素、表皮生长因子、肿瘤坏死因子、,a-,干扰素、纤维素酶、抗血友病因子、红细胞生成素、尿激酶原、白细胞介素,-2,、集落刺激因子、乙肝疫苗等等,乙肝病毒（,HBV）,特征：,1.有胞膜的双链,DNA,病毒，形状三种（大圆颗粒，小 圆颗粒，管状颗粒).属嗜肝脱氧核糖核酸病毒科.,2.乙肝病毒抗原组成复杂。,a.,表面抗原（,HBsAg）,产生表面抗体（,HBsAb）。,此抗原存在于病毒颗粒的胞膜上。,b.,核心抗原（,HBcAg）,产生抗核抗体（,HBcAb）。,此抗原在被感染的肝细胞内合成。,c.e,抗原（,HBeAg）,产生,e,抗体（,HBeAb）。,此抗原,存在病毒颗粒核心。,I.“,大三阳”(,HBsAg，HBeAg，HBcAb,阳性),a.,表面抗原(,HBsAg),阳性,表明乙肝病毒急性感染,患者血液具传染性.,与表面抗原相应的抗体是表面抗体(,HBsAb),b.,核心抗体,(HBcAb),阳性,核心抗原在被感染的肝细胞内合成,患者具传染性.此抗原不进入外周血液,在血清中不能检测到此抗原.,与核心抗原相应的抗体是抗核抗体(,HBcAb),c.e,抗原(,HBeAg),阳性,此抗原位于病毒核心内,仅在,HBsAg,阳性血清中能 检测到.此抗原阳性反映病毒在活动性复制,传染性强并易发展成慢性肝炎.,-与,e,抗原相应的抗体是,e,抗体(,HBeAb),II.“,小三阳”(,HBsAg,HBeAb,HBcAb,阳性),HBeAb,表示患者体内的乙肝病毒复制受到抑制.,病毒性肝炎,病毒性肝炎,依地红,肝硬变,门脉性,肝硬化,乙肝传染源,1.乙肝患者,乙肝表面抗原阳性携带者均为传染源.乙,肝表面抗原阳性携带者是指血清中,HBsAg,阳性,但无,肝炎症状并且肝功正常者.,2.乙肝病毒携带者占中国人口的10%.如母亲为携带者,会使全家和子孙后代都带上乙肝病毒.,感染途径,1.通过血液和体液（汗液，唾液，泪液，乳汁，皮肤,破伤后的组织液）接触性感染。,2.不会通过正常的呼吸道和消化道传染。致病机理,复杂，尚不清楚。,3.-,母婴垂直传播(中国患者约85%),-,血液和血制品传播,-,医原性传播,-,家庭内密切接触,-公共场所（理发店，美容院）,世界约3亿，我国约1.3亿携带者。,乙肝预防,1.主动免疫:接种乙肝疫苗(,HBsAg,重组大分子疫苗),2.被动免疫:注射乙肝免疫球蛋白,3.对传染源的管理,4.切断传播途径,乙肝流行地区分布,北美，西欧，澳大利亚较低，约0.20.5。,东欧，日本，俄罗斯地区，约27。,中国，南亚，热带非洲高度流行，820。,(我国男性为11.33，女性为8.23),乙肝病毒的抗性,-37,o,C,30,天抗原性稳定。,-负20,o,C 20,年仍具抗原性和传染性。,-60,o,C 4,小时以上,100,o,C 10,分钟以上,感染性消失。,-0.1 高锰酸钾 25 分钟可灭活乙肝病毒.,特点,分子结构复杂 种属特异性,治疗针对性强,疗效高 稳定性差,基因稳定性 免疫原性,体内半衰期短 受体效应,多效性和网络性效应 检验的特殊性,GMP,标准,Good Manufacturing Practice,生物医药的前景,1,基因工程制药,2,细胞工程制药,3,酶工程制药,4,发酵工程制药,5,抗体制药,