生物技术总论+生物技术与人类健康.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,*,高新技术,现代生物技术,计算机微电子技术,新材料,新能源,航天技术,1,生物技术被世界各国视为一项,高新技术,，被广泛应用于医药卫生、农林牧渔、轻工、食品、化工和能源等领域，促进传统产业的技术改造和新兴产业的形成，对人类社会生活将产生深远的、革命性的影响。,传统生物技术和现代生物技术两部分。,最活跃的应用领域：生物医药,2,1.1 生物技术的含义,1.1.1 生物技术的定义,生物技术(biotechnology)，也称生物工程(bioengineering)，是指人们以现代生命科学为基础，结合其他基础学科的科学原理，采用先进的工程技术手段，按照预先的设计改造生物体或加工生物原料，为人类生产出所需产品或达到某种目的。因此，生物技术是一门新兴的、综合性的学科。,3,1.1.1.2,独特的优点,生产原料简单。生物在进行合成代谢时，大都以随手可得的物质（如空气、水、植物和矿物质等）为原料，以阳光等为能源，不仅原料成本低，而且取之不尽。,安全、可靠性高。典型的生物化学反应都是在酶的催化作用下进行的，要求输入的能量少，反应条件缓和，工艺和设备简单，操作安全性好。生物系统在合成物质时，先把脱氧核糖核酸遗传信息转录给核糖核酸，然后以核糖核酸为模板进行合成。该过程虽然很复杂，但出错机率极小，且无副产品。更重要的是，生物系统能自动发现并纠正错误，进行自动化合成生产，生产可靠性高。,产品具有特殊的活性。生物分子通常具有复杂的精细结构，这种结构往往会赋予生物分子特殊的活性，即所谓“生物特异功能”，例如准确、敏感的识别能力，高效的搜索能力，牢固的粘结性能等等。在用基因技术对其控制基因进行改良后，这些性能还将大大增强。,系统结构紧凑。生物系统中的信息码、模块、制造组装机构都是在分子水平以完美方式自组装起来的。这就使生物系统（如眼球、大脑等）比类似功能的人造电子、光学或机械系统要紧凑得多。如果能运用生物耦合技术把一些生物系统与设计的装置耦合起来，或者利用纳米生物技术、自组装技术将它们制造出来，那么设备的尺寸就可能减少很多。,有利于提高或扩展人类的能力。运用生物医学可提高人类对疾病的治疗效果和抗病能力；通过人脑与设备的耦合可扩展人类的能力，减小人机界面的操作难度。,6,一、分子生物技术发展简史,生物技术是最古老的技术，我们祖先最早的制酱、酿酒、造醋等。50年代以来分子生物技术飞速发展。,1953年春，,Watson和Crick,在自然杂志上发表了一篇九百字的散文诗，诗中描绘了精巧的螺旋状的DNA结构，并对其功能进行了推想。,人和生物体的最基本生命单位是细胞,，,细胞的形态、功能与构成细胞的蛋白质密切相关。,20种结构不同的氨基酸按其组成和排列顺序的不同构成成千上万种大小不等、功能不同的蛋白质,。,这些蛋白质的构成由细胞内遗传信息所决定。,7,前言,自然科学和社会科学自人类诞生一刻起就不断碰撞、融合。每一次科学的进步都需要经历与伦理、法律甚至宗教的冲击。我们作为自然科学阵营的一份子面对挑战，应该端正科学态度，确定价值选择，确定研究目标，不说能为科学事业添砖加瓦，也应为社会、为时代、为我们的医学事业奉献自己的光和热。,8,一、分子生物技术发展简史,二、基因,技术的伦理顾虑,三、谁来管理基因（人类独特权及人鼠专利）,四、遗传诊断和歧视,五、基因工程药物和食品,六、基因治疗与遗传强化,七、优生学,八、克隆人与干细胞,九、可持续发展与生物恐怖事件,十、对我们自身的理解和挑战,9,遗传信息储存于细胞核染色体的DNA中，DNA分子由两条很长的螺旋形状的相互结合的“链”所构成。每根链的基本组成单位是氨基酸，（脱氧核糖核苷酸）。核苷酸由碱基、戊糖（脱氧核糖）和磷酸三部分组成。按碱基成分的不同，核苷酸分为四种，即,A（腺嘌呤）、G（鸟嘌呤）、C（胞嘧啶）和T（胸腺嘧啶）（RNA时为U）,，由碱基,A-T，G-C,形成氢键，相互配对，,两条DNA链便可粘连在一起形成双螺旋结构,。,10,遗传信息由DNA传给蛋白质的基本法则，即,中心法则,，,在细胞核内是以RNA一条链为模板合成DNA，把遗传信息转录于RNA 上（所谓基因转录过程）。然后在胞质中进行蛋白质合成（基因翻译）,。,生命的一切活动必须依靠蛋白质的参与才能完成。由此，,Watson和Crick,获得了诺贝尔奖。,11,DNA,结构的提出改变了整个生物学，一切都变得和以前不同了。,DNA,是一部庞大而古老的手稿,（,蓝图或资讯分子）。四十亿年来，作为遗传物质的它一直在指挥著生命的交响乐。它是地球上几乎所有生物的结构和功能的基础，也是奇妙的生物多样性的基础。它是我们馈赠给後代子孙的遗传物质，是储有生命之歌的磁带。在现代超技术世界中，也没有什么能与我们的,DNA,螺旋中所编码的信息量相提并论。,12,从,1953,年开始，有关,DNA,的知识和资讯就象录影机卡在了快进键上一样，一直在加速呈现於我们面前。二十世纪六十年代，,Crick,等科学家破译遗传密码,，,mRNA,链上每三个核苷酸的顺序组成一种氨基酸的密码，四种核苷酸排列成不同序列的三联密码体时，总共能产生,64,种不同的密码，他们编码,20,种氨基酸。,这些发现证实所有生物都使用一套相同的化学机制、“字母”和“语法”。核苷酸分子是字母，每个基因由遗传字母拼写而成。,13,二十世纪七十年代,，,体外重组,DNA,与,淋巴细胞杂交,，这两大技术的诞生，宣告了,传统生物技术进入现代生物技术的新时代。现代生物技术的基础是,DNA,的体外重组技术，应用此技术创建的生物技术工程称为基因工程（或遗传）。,世界上最早的基因工程产品是用,DNA,重组技术，用大肠杆菌生产的医用蛋白质药物。,DNA,重组技术就是指用分子生物学方法分离具有遗传信息的,DNA,片段(基因），经过试管中剪切重组，使之与适宜的载体,DNA,（质粒）（载体,DNA,是一种在大肠杆菌中自主复制繁衍的环状,DNA,分子）连接建成,DNA,重组体，将重组体转入特定的宿主细胞（大肠杆菌）进行复制，传代使外来基因获得高效表达。,14,DNA,可以被特异地,切割,(,利用限制性内切酶这种分子剪刀似的东西,),、,移动,和,拼接,，我们可以,将一种生物体的,DNA,拼接到另一种生物体的,DNA,上,。而实际上,现代生物技术包括基因工程，细胞工程，酶工程和发酵工程后来还发展出蛋白质工程，然而其核心是基因工程。,生物体内每种蛋白质都有其自身特定的遗传信息，它们被储存于染色体,DNA,链中。,携带某特定蛋白质完整遗传密码的那段,DNA,片段称为基因，人体总共有大约,10,万个基因，分别定位于,23,对染色体上。,15,人体染色体,DNA,（人体基因组）总长度为,30,亿碱基对（,bp,）。,人体各组织的每一个细胞核内都带有相同的基因组，即,23,对染色体的全部,DNA,。,也就是说携带了人体基因的全部遗传信息。不同种细胞的形态与功能是通过细胞内基因表达的,调控作用,控制着基因表达成相应的蛋白质。各种刺激对细胞内基因表达影响是通过信号传递的过程来完成。使用大肠杆菌（,E.coli,）质粒或多聚酶链反应（,PCR,）这样的分子复印方法可让我们得到某一特殊序列的数百万个拷贝。,DNA,双螺旋模型的发现，中心法则的提出，遗传密码的破译，基因表达调控及信号传递机制的研究，表明基因设计的时代已经来临。,16,国内外科学家们已经同时宣布，原定于,2003年6月,完成的人类基因测序已经提前到,2001年6月,，人类基因图谱绘制已经完成。人体内8-10万个基因被全部定位。,人类基因组计划被认为是人类最伟大的认识自身的科学探索之一，是当代自然科学的一次伟大,探索,工程，被喻为人类生命科学史上一次伟大的登月行为。,现代生物技术已经成为人类彻底认识和改造自然界，克服自身所面临的人口膨胀、粮食短缺、环境污染、疾病危害、能源和资源匮乏、生态平衡破坏及生物物种消亡等一系列重大问题的可靠手段和工具，现代生物技术将是21世纪的重要支柱产业。,17,微生物 工程菌 发酵工程,基因工程 蛋白质或酶 蛋白质工程或酶工程,产,品,动、植物个体或细胞 细胞工程,优良动、植物品系,1.1.2 生物技术的种类及其相互关系,18,1.1.2.1 基因工程(gene engineering),应用人工方法把生物的遗传物质，通常是脱氧核糖核酸(DNA)分离出来，在体外进行切割、拼接和重组。然后将重组DNA导入某种宿主细胞或个体，从而改变它们的遗传品性；有时还使新的遗传信息在新的宿主细胞或个体中大量表达，以获得基因产物(多肽或蛋白质)。也称DNA重组技术。,19,1.1.2.2 细胞工程(cell engineering),指以细胞为基本单位，在体外条件下进行培养、繁殖；或人为地使细胞某些生物学特性按人们的意愿发生改变，从而改良生物品种和创造新品种；或加速繁育动、植物个体；以获得某种有用的物质的过程。,细胞培养,细胞融合（细胞杂交技术）,细胞重构（如细胞器移植）,20,1.1.2.3,酶工程,(enzyme engineering),利用酶、细胞器或细胞所具有的特异催化功能,或对酶进行修饰改造，并借助生物反应器和工艺过程来生产人类所需产品的一项技术。它包括酶的固定化技术、细胞的固定化技术、酶的修饰改造技术及酶反应器的设计等技术。,21,1.1.2.4 发酵工程(fermentation engineering),利用微生物生长速度快、生长条件简单以及代谢过程特殊等特点，在合适条件下，通过现代化工程技术手段，由微生物的某种特定功能生产出人类所需的产品称为发酵工程，也称微生物工程。,22,1.1.2.5 蛋白质工程（protein engineering）,是指在基因工程的基础上，结合蛋白质结晶学、计算机辅助设计和蛋白质化学等多学科的基础知识，通过对基因的人工定向改造等手段，对蛋白质进行修饰、改造、拼接以产生能满足人类需要的新型蛋白质。,23,1.1.3 生物技术所涉及的学科,现代生物技术是所有自然科学领域中涵盖范围最广的学科之一。它以包括分子生物学、细胞生物学、微生物学、免疫生物学、人体生理学、动物生理学、植物生理学、微生物生理学、生物化学、生物物理学、遗传学等几乎所有生物科学的次级学科为支撑，又结合了诸如化学、化学工程学、数学、微电子技术、计算机科学、信息学等生物学领域之外的尖端基础学科，从而形成一门多学科互相渗透的综合性学科。其中又以生命科学领域的重大理论和技术的突破为基础。,24,25,生物技术所涉及的行业种类,行业种类 经营范围,疾病,治疗 用于控制人类疾病的医药产品及技术，包括抗生素、生物药,品、基因治疗、干细胞利用等,诊断 临床检测与诊断，食品、环境与农业检测,农业,、林业与园艺 新的农作物或动物，肥料，生物农药,食品,扩大食品、饮料及营养素的来源,环境,废物处理、生物净化、环境治理,能源,能源的开采、新能源的开发,化学品 酶、DNA/RNA及特殊化学品,设备 由生物技术生产的金属、生物反应器、计 算机芯片及生物技,术使用的设备等,26,传统生物技术,现代生物技术,1.2 生物技术发展简史,27,1.2.1 传统生物技术的产生,传统生物技术应该说从史前时代起就一直为人们所开发和利用，以造福人类。在石器时代后期，我国人民就会利用谷物造酒，这是最早的发酵技术。,古老的酿造技术,发酵技术,28,理论背景,：,现代生物技术是以20世纪70年代DNA 重组技术的建立为标志的。,1944 年Avery 等阐明了DNA是遗传信息的携带者,1953年Watson&Crick发现DNA双螺旋结构,开,创分子生物学,1961年H.G.Khorana&M.W.Nirenberg破译了遗传,密码，揭开了DNA 编码的遗传信息是如何传递给,蛋白质这一秘密,29,现代生物技术的诞生,1973年加州大学的Cohen等实现了细菌间遗传物质的人工重组，转入一个抗药基因，使大肠杆菌获得了抗药性，第一例DNA重组技术成功。,30,1978年Genetech公司和洛衫矶Hope市医学中心将具有明显医药实用价值的蛋白质胰岛素基因导入到,E.coli,中表达成功,1980转基因动物首获成功，美国人得到转人生长激素基因的超级鼠,1983年美国人和比利时人将外源基因引入植物中，并稳定遗传,1997年第一只克隆羊在英国Rosslyn研究所诞生,现代生物技术的诞生,31,生物技术的发展将越来越深刻地影响着世界经济、军事和社会发展的进程。,1.3生物技术对经济社会发展的影响,32,1.3.1 改善农业生产，解决食品短缺,提高农作物的产量及品质,培育抗逆的作物优良品系，植物种苗的工厂化生产,提高粮食品质,生物固氮，减少化肥使用量,发展畜牧业生产,动物的大量快速无性繁殖,培育动物的优良品系,33,开发制造贵重的新型药品,疾病的预防和诊断,基因治疗,人类基因组计划,1.3.2 提高生命质量，延长人类寿命,34,过去10年,美国生物技术产品销售（百万美元）,领域 1998年 2003年 2008年 增长率%人类疾病治疗 9120 16100 27000 11 人类疾病诊断 2100 3100 4300 7 农 业 420 1000 2300 19 特制品 390 900 2000 18 非医疗检验 270 400 600 8 合 计 12300 2150 36200 11,35,美国工业化生物技术研究与发展基金分布图,（69）,36,解决能源危机,生物能源将是最有希望的新能源之一，乙醇、生物柴油等最有希望成为新的替代能源。,保护环境,人们可以利用微生物净化有毒的化合物，降解石油污染，清除有毒气体和恶臭物质，综合利用废水和废渣，处理有毒金属，达到净化环境、保护环境、废物利用并获得新的产品的目的。,1.3.3 解决能源危机、治理环境污染,37,制造工业原料,利用微生物在生长过程中积累的代谢产物,生产食品工业原料，种类繁多。,生产贵重金属,利用微生物的浸矿技术对废渣矿、贫矿、尾矿、废矿进行提炼。,1.3.4 制造工业原料、生产贵重金属,38,基因工程对微生物的改造是否会产生某种有致病性的微生物，这些微生物都带有特殊的致病基因，如果它们从实验室逸出并且扩散，有可能造成类似鼠疫那样的可怕疾病的流行。,转基因作物及食品的生产和销售，是否对人类和环境造成长期的影响，擅自改变植物基因是否可能引起一些难以预料的危险。,1.3.5 生物技术的安全及其对伦理、道德、,法律的影响,39,分子克隆技术在人类的应用可能造成巨大的社会问题，并对人类自身的进化产生影响；而应用在其他生物上同样具有危险性，因为所创造出的新物种有可能具有极强的破坏力而引发一场浩劫。,生物技术的发展将不可避免地推动生物武器的研制与发展，使笼罩在人类头上的生存阴影越来越大。,动物克隆技术的建立，如果被某些人用来制造克隆人、超人，将可能破坏整个人类社会的和平。,40,第9章 生物技术与人类健康,学习目的,认识医学领域是现代生物技术应用最广泛、成绩最显著、发展最迅速的领域。了解生物技术对疫苗生产、疾病诊断、生物制药等领域的影响；了解生物技术对人类健康、延长人类寿命、提高生活质量所具有的不可估量的作用。,41,疾病的产生主要有种原因,:,一是致病生物，包括致病细菌、真菌、病毒、寄生虫等，由病原微生物引起的疾病有传染性。,二是无生命的化学物质的过多和不足，如有毒的重金属镉、铅和必需的钙、铁、钾等。,三是遗传，如血友病、侏儒症等。,四是精神因素，如忧虑症、神经衰弱症等。,五是物理因素，如意外跌打损伤。,六是不良饮食习惯所致，如吸烟、酗酒、偏食等。,42,医药卫生领域是现代生物技术应用最广泛、成绩最显著、发展最迅速、潜力也最大的一个领域。,生产常规方法不能生产的药品或制剂。,生产灵敏度高、反应专一、实用性强的临床诊断新试剂。,提供安全性能好、免疫能力强的新一代疫苗。,43,广义的疫苗是指将病原微生物（如细菌、立克次氏体、病毒等）及其代谢产物，经过人工减毒、灭活或利用基因工程等方法制成的用于预防传染病的自动免疫制剂。其中，由细菌制成的称为,菌苗,；由病毒、立克次体、螺旋体等制成的称为,疫苗,。,9.1 生物技术与疫苗,9.1.1 疫苗概说,44,第一代疫苗,19世纪中叶，法国科学家Parsteur首先发明了减毒疫苗的制备技术。用病原体减毒或弱化制成疫苗，称之为第一代疫苗。,特点：以减毒、弱化或灭活的病原体做疫苗。,45,第二代疫苗(基因工程疫苗),将病原体的抗原（某种蛋白质）基因克隆在细菌或真核细胞内，利用其生产的病原体抗原作为疫苗。,特点：利用病原体,的某些抗原成分,作为疫苗。,46,第三代疫苗(核酸疫苗),将含有编码病原体抗原基因序列的质粒载体直接作为疫苗，经肌肉注射等方法导入体内，通过宿主细胞表达抗原蛋白，诱导宿主产生对该抗原蛋白的免疫应答。,特点：用含有病原体抗原基因序列的质粒载体直接作为疫苗。,47,9.2.1,ELISA：酶联免疫吸附检测技术,(enzyme linked immunosorbent assay),一种将抗原抗体免疫反应的特异性和酶的高效催化作用有机地结合起来用于检测的 一种应用型技术，因此既可用于检测抗原，又可检测抗体。,ELISA是用固相载体吸附抗体(抗 原)，加待测抗原(抗体)，再与相应的酶标记抗体(抗原)，进行抗原抗体的特异免疫反应而生成抗体(抗原)待测抗原(抗体)酶标记抗体(抗原)的复合物，最后再与该酶的底物发生反应，生成有色产物。,9.2 生物技术与疾病诊断,48,基因工程抗原,麻疹病毒(Nepal 株)的血凝素(hemagglutinin),单克隆抗体,只识别一种表位(抗原决定簇)的抗体，来自单个淋巴细胞的克隆或一个杂交瘤细胞的克隆。,多克隆抗体,由多个B细胞克隆所产生的抗体，可与不同抗原表位结合且免疫球蛋白类别各异。,49,1978年Kan和Dozy首先应用羊水细胞DNA限制性片段长度多态性（RFLP）进行镰状细胞贫血症的产前诊断，开创了DNA诊断的新技术。30多年来，DNA诊断技术飞速发展，建立了多种多样的检测方法，这些检测方法可以用于遗传性疾病、肿瘤、传染性疾病等多种疾病的诊断。,9.2.2 DNA诊断技术,50,9.2.2.1 DNA探针杂交技术,51,PCR:polymerase chain reaction，即聚合酶链式反应技术，是一项体外扩增特异DNA片段的技术。,特点：灵敏度极高，可以检测极微量的病原体。但如果操作不当很容易产生假阳性反应。,9.2.2.2 PCR技术,52,变性,95,C,延伸,72,C,退火,Tm-5,5,C,72,延伸10min,25,35个循环后,95,预变性5min,53,54,55,利用PCR,诊断遗传病,遗传病的诊断包括,：,临症诊断,（symptomatic diagnosis）：是指,遗传病出现临床症状后所进行的诊断。,症状前诊断,（presymptomatic diagnosis）：是指,临床症状出现前所进行的诊断。,产前诊断,：胎儿出生前所进行的诊断。由于目前大多,数遗传病无有效的治疗方法，因此产前诊断对于降,低遗传病的发生率，提高人口素质具有重要的意义。,56,可利用PCR技术诊断的部分传染因子,病毒 细菌 寄生虫,单纯性疱疹病毒 大肠杆菌 衣原体,肝炎病毒 沙门氏菌 锥虫,巨细胞病毒 耶尔森氏菌 丝虫,腺病毒 分支杆菌 疟原虫,风疹病毒 弯曲菌 血吸虫,Epstein-Barr病毒 军团菌 利什曼原虫,轮状病毒 博代氏杆菌 旋毛虫,乳头状瘤病毒 弧菌 小泰氏梨浆虫,人免疫缺陷病毒 链球菌 弓形虫,细小病毒 葡萄球菌,鼻病毒 淋病奈瑟氏菌,立克次氏体,支原菌,利用PCR诊断传染病,57,限制性片段长度多态性（RFLP）是指由于碱基的改变导致DNA上的某一限制性内切核酸酶水解位点增加或减少。当这种DNA用内切酶水解时，产生的DNA片段数将相应地增加或减少，并且其DNA片段的分子质量也发生相应的改变，这种DNA片段长度的变化就称为限制性片段长度多态性。,9.2.2.3 PCR-RFLP技术,58,59,许多遗传性疾病就是由于DNA上碱基的改变引起的。如果这种改变正好增加或减少了DNA限制性内切核酸酶的水解位点,那么就可以用PCR技术先扩增包括这一突变位置在内的DNA片段，获得大量的DNA片段后通过RFLP方法进行分析。,60,生物芯片主要指通过平面微细加工技术在固体芯片表面构建的微流体分析单元和系统，以实现对细胞、蛋白质、核酸以及其他生物组分的准确、快速、大信息量的检测。,9.2.2.,4,生物芯片技术,61,生物芯片的主要优点,采用了平面微细加工技术，可实现,大批量生产,。通过提高集成度，可,降低成本,。,可组装大量的(10,4,10,6,种)生物分子探针，获取,信息量大，效率高,。,结合微机械技术，可把生物样品的预处理,基因物质的提取、扩增，以及杂交后的信息检测集成为芯片实验室，制备成微型、全自动化、可用于,微量,试样检测的高度集成的,智能化生物芯片,。,62,目 录,63,64,65,诊断肿瘤,检查肿瘤组织基因表达谱、寻找肿瘤相关,基因、肿瘤基因突变的研究。,检测病原体,将许多代表每种微生物的特殊基因制成一,张芯片，判断患者感染病原体的种类。,遗传性疾病的诊断,生物芯片在诊断上的应用,66,1928年A.Fleming发现一种被称为点青霉（,Penicillium notatum,）的真菌能产生青霉素。,迄今人们已经找到了6000多种不同来源、不同结构、不同作用机制的抗生素，广泛应用的约有100种。,9.3.1 抗生素及其他天然药物,9.3.1.1 抗生素,9.3 生物技术与生物制药,67,全世界每年抗生素的产量超过10万吨，产值超过50亿美元。,抗生素使许多疾病特别是细菌引起的传染性疾病得到了有效的控制。,抗生素的滥用，已使许多细菌产生了抗药性。,68,人参组织培养生产,人参皂甙,组织培养方法生产紫草的有效成分,紫草宁,。,红豆杉细胞培养法及真菌发酵法生产,紫杉醇,。,（尚处于研究阶段）,9.3.1.2 其他天然药物,紫杉醇,红豆杉,69,将有治疗意义的蛋白质基因克隆后，导入细菌、酵母等生长旺盛的表达系统中，使这个基因接受表达系统中强的表达元件的控制而大量表达，从而得到可供临床使用的大量药物。,9.3.2 基因工程药物,70,安全，不易被病原体污染。,成本低、产量高。,用传统技术提取5mg的生长激素释放抑制因子需要50万头绵羊的脑，而用基因工程技术生产只需9L细菌,发酵液。,生产的蛋白质药物的性质更加稳定、活性更高、副作用更低。,可以通过基因工程的方法对蛋白质基因的结构加以改造以改变蛋白质结构，使其更稳定。,优点多,71,美国十分重视基础研究，立足于创新，因此美国的基因制药一直处于领先水平。美国现有各类生物技术公司2000多家，其中1300多家从事医药产品的开发研究，300多家为上市公司。1997年美国基因工程药物的销售额为60亿美元，到2001年的产值已达200多亿美元。,日本基因工程药物的年销售额也高达几千亿日元。,我国基因工程药物数量少、市场规模仍然十分有限。,效益高,72,用基因工程技术生产的部分人类蛋白质药物,蛋白质名称 用途,促肾上腺皮质激素（adrenocorticotrophic hormone）治疗风湿（rheumatic disease）,B细胞生长因子（B-cell growth factor）治疗免疫系统功能失调,降钙素(calcitonin)治疗软骨病(osteomalacia),集落刺激因子(colony stimulating factor)治疗血液病、肿瘤辅助治疗,绒毛膜促性腺激素(chorionic gonadotropin)治疗不排卵症,内啡肽和脑啡肽(endorphine and enkephalin)镇痛剂(analgesic agent),上皮生长因子(epidermal growth factor)促进伤口愈合,促红细胞生成素(erythropoietin)治疗贫血(anemia),凝血因子(factor)治疗血友病(hemophilia),凝血因子(factor)治疗血友病,生长激素(growth hormone)促进生长,生长激素释放因子(growth hormone releasing factor)促进生长,胰岛素(insulin)治疗糖尿病(diabetes),干扰素(interferon)抗病毒抗肿瘤,白细胞介素(interleukin)治疗癌症,73,蛋白质名称 用途,淋巴细胞毒素(lymphotoxin)抗肿瘤,巨噬细胞激活因子(macrophage activating factor)抗肿瘤,神经生长因子(nerve growth factor)促进神经系统损伤的修复,血小板衍生因子(platelet-derived growth factor)治疗动脉粥样硬化,松弛素(relaxin)助产剂,血清白蛋白(serum albumin)血浆补充物,生长调节素(somatomedin C)促进生长,组织型纤溶酶原激活剂(tissue plasminogen activator)溶栓剂,肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor)抗肿瘤,尿抑胃素(urogastrone)抗溃疡药物,尿激酶(urokinase)溶栓剂,用基因工程技术生产的部分人类蛋白质药物（续表）,74,我国已经批准上市的基因工程药物,药品名 开发生产公司 批准时间 适应证,重组人干扰素1b,（外用）,长春生研所 1989年试生产 病毒性角膜炎,重组人干扰素1b 上海生研所 1996年正式生产 乙肝，丙肝等,深圳科兴 1996年正式生产 乙肝，丙肝,重组人干扰素2a 长春生研所 1996年正式生产 尖锐湿疣，疱疹,长生药业 1997年正式生产 乙肝，丙肝,三生药生 1997年正式生产 乙肝，丙肝,大洲药业 1997年正式生产 乙肝，丙肝,重组人干扰素2b 里亚哈尔 1996年正式生产 乙肝，丙肝,华立达 1997年正式生产 乙肝，丙肝,安科 1997年试生产 乙肝，丙肝,华新 1997年试生产 乙肝，丙肝,重组干扰素-上海生研所 1994年试生产 类风湿,克隆 1995年试生产 类风湿,丽珠生物工程 1995年试生产 类风湿,75,药品名 开发生产公司 批准时间 适应证,重组人白细胞介素-2 长春生研所 1997年正式生产 癌症辅助治疗,长生药业 1997年正式生产 癌症辅助治疗,四环制药 1997年正式生产 癌症辅助治疗,华新 1997年正式生产 癌症辅助治疗,三生药业 1997年正式生产 癌症辅助治疗,深圳科兴 1997年正式生产 癌症辅助治疗,中化合通 1995年试生产 癌症辅助治疗,金丝利 1995年试生产 癌症辅助治疗,康利制药 1995年试生产 癌症辅助治疗,重组人粒细胞集落刺激因子 九源 1997年试生产 化疗生白细胞,重组人粒细胞、巨细胞集落 特宝 1997年试生产 化疗生白细胞,刺激因子,我国已经批准上市的基因工程药物（续表）,76,药品名 开发生产公司 批准时间 适应症,链激酶 医大实业（上海）1996年试生产 心梗溶栓,重组人促红细胞生成素 华欣 1997年试生产 再障贫血,永铭维沃 1997年试生产 再障贫血,碱性成纤维细胞生成因子 珠海东大 1996年试生产 创伤，烧伤,bFGF（外用）,我国已经批准上市的基因工程药物（续表）,重组人红细胞生成素、重组链激酶、重组人胰岛素、重组人生长激素、重组乙肝疫苗、痢疾菌苗,等,。,77,药品名 开发生产公司 批准时间 适应症,链激酶 医大实业（上海）1996年试生产 心梗溶栓,重组人促红细胞生成素 华欣 1997年试生产 再障贫血,永铭维沃 1997年试生产 再障贫血,碱性成纤维细胞生成因子 珠海东大 1996年试生产 创伤，烧伤,bFGF（外用）,我国已经批准上市的基因工程药物（续表）,重组人红细胞生成素、重组链激酶、重组人胰岛素、重组人生长激素、重组乙肝疫苗、痢疾菌苗,等,。,78,截止,2004,年美国,FDA,批准上市的治疗性抗体,名称 靶向抗原 适应证 抗体种类 公司 批准时间,OKT3 CD3,移植排斥 鼠,mAb Johnson 1986 ReoPro,血小板受体 冠心病 人,-,鼠嵌合,Fab Centor/Lilly 1994,IIb IIIa,Panorex 17,2,1A,大肠癌 鼠,mAb Centocor,1995(德国),Rituxan CD20,淋巴瘤 人,-,鼠嵌合,IgG1 IDEC/1997,Genentech/Roche,Zanapax CD25,移植排斥 人源化抗体,Roche 1997,Remicade TNF,2,炎症性肠病 人,-,鼠嵌合,IgG1 Centocor 1998,、,1999,类风湿,9.3.3 治疗性抗体,79,Synagis RSV RSV感染 人源化抗体 Medlmmune 1989,Simulect CD25 移植排斥 人-鼠嵌合IgG1 Novartis 1989,Herceptin HER2/neu 乳腺癌 人源化抗体 Genentech 1989,Mylotarg CD33 AML 人源化抗体-Wyeth Ayerst 2000,化疗药物交联物,Campath CD52 CLL 人源化抗体 Millenium DEC 2001,Zevalin CD20 淋巴瘤 鼠IgG1-放射 Pharmaceuticals 2002,性核素共轭化合物,Xolair IgE2Fc 过敏症 人源化抗体 Tanox/Genentech 2002,/Novartis,Humira TNF2 类风湿 人IgG1 Abbot/CAT 2003,Bexxar CD20 淋巴瘤 鼠mAb Corixa 2003,Erbitux EGFR 晚期直肠癌 人-鼠嵌合IgG1 Imclone 2004,Avastin VEGF 结直肠癌 人源化抗体 Genentech 2004,截止,2004,年美国,FDA,批准上市的治疗性抗体（续表）,名称 靶向抗原 适应证 抗体种类 公司 批准时间,80,品种 批准时间,抗人IL-8单克隆抗体乳膏 2001,注射用重组人II型TNF受体-抗体融合蛋白 2003,131I肿瘤细胞核人-鼠嵌合单克隆抗体注射液 2003,鼠源抗CD3单克隆抗体（进口）2003,重组人-鼠嵌合抗CD20单克隆抗体注射液 2004,注射用重组抗HER2人源化单克隆抗体 2004,注射用鼠抗人CD3表面抗原单克隆抗体 临床公告,抗人T淋巴细胞单克隆抗体 临床公告,我国获批准注册的抗体药物,81,所谓的基因治疗是指利用遗传学的原理治疗人类的疾病。传统意义上的基因治疗（gene therapy）是指目的基因导入靶细胞以后与宿主细胞内的基因发生重组，成为宿主细胞的一部分，从而可以稳定地遗传下去并达到治疗疾病的目的。,9.4.1 基因治疗,9.4 生物技术与生物疗法,82,由于技术的进步，近年来采用基因工程技术，即使目的基因和宿主细胞内的基因不发生重组，目的基因也能得到暂时的表达，为了与传统意义上的基因治疗相区别，有时又将其称为基因疗法（gene therapeutics）。,83,基因治疗根据对宿主病变基因采取的措施不同，可分为,基因置换、基因修正、基因修饰,和,基因失活,四大策略。,正常红细胞 镰状红细胞,84,对于成功地进行单基因病的基因治疗来说，必须具备以下条件：,选择合适的疾病；,具备该病分子缺陷的知识，深入了解其发病机理；,用于治疗的基因（目的基因）已被克隆；,克隆基因的有效表达；,具有可用于临床前试验的动物模型。,9.4.1.1单基因病的基因治疗,85,只有10多种遗传性疾病的分子发病机理了解得比较清楚，也只有少数几种遗传性疾病具有基因治疗的方案。如腺苷脱氨酶（ADA）基因缺陷引起的严重型复合性免疫缺陷症（SCID）；凝血因子基因缺陷引起的血友病；低密度脂蛋白受体（LDLR）基因缺陷引起的家族性高血脂症（FH）以及跨膜转导调节因子（CFTR）基因缺陷引起的囊性纤维化（CF）等。,86,病名 基因 靶细胞 机构,囊性纤维变性 CFTR 呼吸道上皮细胞 美国国立卫生研究院,SCID ADA 淋巴细胞、CD34+细胞 美国国立卫生研究院,Gaucher 病 葡萄糖脑苷脂酶 CD34+外周血干细胞 美国匹兹堡大学,1-抗胰蛋白 1抗胰蛋白酶 鼻、呼吸道上皮细胞 美国范德比尔特大学,酶缺陷症,Fanconi贫血 FACC CD34+外周血干细胞 美国国立卫生研究院,Hunter综合征 杜糖醛酸2-硫酸酯酶 外周血干细胞 美国密尼苏达大学,慢性肉芽肿病 p47/phox CD34+外周血干细胞 美国国立卫生研究院,血友病B 凝血因子 成纤维细胞 上海复旦大学和长海医院,嘌呤核苷 嘌呤核苷磷酸化酶 外周血淋巴细胞 美国密尼苏达大学,磷酸化酶缺陷,转氨基甲酰 转氨基甲酰鸟氨酸酶 肝脏 美国宾州大学,鸟氨酸酶缺陷,X-连锁SCID 细胞因子共同链 CD34+细胞 美国洛杉矶儿童医院,部分单基因遗传病临床基因治疗概况,87,SCID患者只能生活在无菌的空间中。,88,SCID,治疗策略,89,我国在遗传病的基因治疗方面也开展得比较早。1991年7月，我国开始进行血友病B的基因治疗。从一批志愿接受基因治疗的血友病患者中选择了两兄弟（伴性遗传）进行治疗。效果明显，1994年通过卫生部的评审。,血友病患者右膝关节急性出血,90,瘤苗治疗策略,通过免疫系统杀灭癌细胞，即通过提高癌细胞的免疫原性和（或）调动机体的免疫功能达到杀灭癌细胞的作用。,基因修饰策略,利用正常的抑癌基因替代失活的抑癌基因，达到抑制细胞恶性繁殖的目的。,9.4.1.2 瘤苗与肿瘤的基因治疗,91,目前的肿瘤疫苗根据其组成可分为四种：,肿瘤细胞疫苗：,即原始的肿瘤疫苗；,肿瘤核酸疫苗：,即肿瘤DNA疫苗；,肿瘤肽疫苗：,包括用化学合成法合成肿瘤特异的短肽或基因工程方法制备的短肽；,肿瘤基因工程疫苗：,通过基因工程技术，将目的基因导入受体细胞并表达而制成的瘤苗。,瘤苗与肿瘤治疗,92,根据肿瘤疫苗的作用机理，可将肿瘤疫苗分成3种类型：,增强肿瘤细胞的免疫原性,提高机体整体抗瘤能力，调动机体的免疫功能,表达产物直接杀伤癌细胞,视网膜母细胞瘤,93,天然存在的或人工合成的一类RNA分子，它不能编码蛋白质，但它的核苷酸顺序与目标mRNA可互补配对，所以这种反义RNA可与mRNA结合配对从而干扰mRNA的翻译，使相应的基因不能表达。这种利用反义RNA封闭某个基因（靶基因）表达的技术称为反义技术。,反义技术与癌基因失活,94,siRNA,(small interfering RNAs：,2123核苷酸长的 dsRNA小片段,),RNA干扰（RNA interference）,双链RNA对基因表达的阻抑作用被称为RNA干预（RNA interference,RNAi），是发生在转录后水平的基因沉默。,95,安德鲁法尔(Andrew Fire，1959年)，美国斯坦福医学院病理学和遗传学教授,克雷格梅洛(Craig C.Mello,1960年)，美国马萨诸塞州大学医学院分子医学教授。,96,诺贝尔奖评审委员会在评价Fire和Mello的研究成果时说：,“他们的发现能解释许多令人困惑、相互矛盾的实验观察结果，并揭示了控制遗传信息流动的自然机制。这开启了一个新的研究领域。”,诺贝尔生理学或医学奖评审委员会主席戈兰汉松说：,“我们为一种基本机制的发现颁奖。这种机制已被全世界的科学家证明是正确的，是给它发个诺贝尔奖的时候了”。,97,RNA干扰过程图,98,特异性降解同源mRNA，具有传递性（细胞间传递及生物个体代间传递）。,RNAi的特征,99,siRNA的表达,siRNA表达载体以真核启动子操纵一段小的发夹RNA(short hairpin RNA，shRNA)在哺乳动物细胞中的表达。,100,siRNA的应用,研究信号转导通路和基因功能；,治疗