生物技术及其安全性

1、1. 1.分子杂交技术极其应用分子杂交技术极其应用2.2.生物技术生物技术及生物技术安全性及生物技术安全性与与社会伦理问题社会伦理问题12 12 分子杂交技分子杂交技术极其应用术极其应用12.1 分子杂交概述；分子杂交概述；12.2 探针的概念及种类；探针的概念及种类；12.3 Southern杂交杂交(Southern blot)；12.4 Northern杂交杂交(Northern blot)；附附1. Western blot12.5 基因芯片技术（基因芯片技术（Gene Chips）12.6 分子杂交技术的应用分子杂交技术的应用 内容内容12.1 分子杂交概述分子杂交概述在生物学研究中

2、一般谈到分子杂交时，往往是指核酸的杂交。在生物学研究中一般谈到分子杂交时，往往是指核酸的杂交。不同来源的不同来源的DNA经加热变性成单链后（也包括单链的经加热变性成单链后（也包括单链的RNA），只要两条多核苷酸链的碱基有一定数量能彼此互），只要两条多核苷酸链的碱基有一定数量能彼此互补，就可以经退火处理进行复性，形成新的杂交体，这种依补，就可以经退火处理进行复性，形成新的杂交体，这种依据相应碱基配对而使两条链中互补的核苷酸序列部位的碱基据相应碱基配对而使两条链中互补的核苷酸序列部位的碱基相结合的过程被称为分子杂交相结合的过程被称为分子杂交 。n 分子杂交的概念分子杂交的概念分子杂交可在分子杂交可

3、在DNA与与DNA、RNA与与RNA或或RNA与与DNA的二条单链之间进行。的二条单链之间进行。目前核酸杂交技术与其它技术相结合广泛应用于重组克隆的鉴定、特定基目前核酸杂交技术与其它技术相结合广泛应用于重组克隆的鉴定、特定基因的表达、基因定位、遗传病的检测、组织病理学的研究、生物分类、法因的表达、基因定位、遗传病的检测、组织病理学的研究、生物分类、法医鉴定以及亲子鉴定等方面。医鉴定以及亲子鉴定等方面。二条多核苷酸链借氢键依据二条多核苷酸链借氢键依据A-T和和G-C对应的原则而对应的原则而连接在一起，这种相配的关系称为碱基互补或碱基配连接在一起，这种相配的关系称为碱基互补或碱基配对。对。DNA碱

4、基互补碱基互补变性变性DNA在适宜条件下恢复到原来的双螺旋结构的在适宜条件下恢复到原来的双螺旋结构的过程称为复性。过程称为复性。DNA复性复性复习以下两个概念：复习以下两个概念：核酸分子杂交的基础是根据碱基对之间可以通过非共价核酸分子杂交的基础是根据碱基对之间可以通过非共价键（主要是氢键）互补形成双链的特性；键（主要是氢键）互补形成双链的特性；由于由于DNA一般都以双链形式存在，因此在进行分子杂交一般都以双链形式存在，因此在进行分子杂交时，先将双链时，先将双链DNA分子解聚成为单链（这一过程称为变分子解聚成为单链（这一过程称为变性）。一般通过加热或提高性）。一般通过加热或提高pH值来实现；值来

5、实现；然后在适宜的温度条件下，互补的单链之间又可以聚合然后在适宜的温度条件下，互补的单链之间又可以聚合成双链（这一过程称为退火或复性）。在此过程中，结成双链（这一过程称为退火或复性）。在此过程中，结合有标记过的特异性寡核苷酸的合有标记过的特异性寡核苷酸的DNA区段经过显影或显区段经过显影或显色，即可以检测出来。色，即可以检测出来。n 分子杂交的原理分子杂交的原理12.2 探针（探针（probe）的概念及种类）的概念及种类从化学和生物学意义上理解，探针是一种已知特性的分从化学和生物学意义上理解，探针是一种已知特性的分子，它带有供反应后检测的合适标记物，并仅与特异靶子，它带有供反应后检测的合适标记

6、物，并仅与特异靶分子反应。实际上，抗原分子反应。实际上，抗原-抗体、外源凝集素抗体、外源凝集素-碳水化合碳水化合物、亲和素物、亲和素-生物素、受体生物素、受体-配基（配基（ligand）以及互补核）以及互补核酸间的杂交都属于探针酸间的杂交都属于探针-靶分子反应。靶分子反应。 n 什么是探针？什么是探针？n 核酸探针的种类核酸探针的种类 核酸探针根据标记方法不同可粗分为放射性探针和核酸探针根据标记方法不同可粗分为放射性探针和非放射性探针两大类。非放射性的探针又分为荧光非放射性探针两大类。非放射性的探针又分为荧光探针、探针、DNA半抗原标记探针、光敏生物素标记探针半抗原标记探针、光敏生物素标记探针

7、以及酶标记的探针（要结合底物显色）等。根据探以及酶标记的探针（要结合底物显色）等。根据探针的核酸性质不同又可分为针的核酸性质不同又可分为DNA探针、探针、RNA探针、探针、cDNA探针及寡核苷酸探针等几类。下面分别介绍探针及寡核苷酸探针等几类。下面分别介绍这几种探针。这几种探针。 DNA探针是最常用的核酸探针，指长度在几百碱探针是最常用的核酸探针，指长度在几百碱基对以上的双链基对以上的双链DNA或单链或单链DNA探针。现已获得探针。现已获得的的DNA探针数量很多，有细菌、病毒、原虫、真探针数量很多，有细菌、病毒、原虫、真菌、动物和人类细胞菌、动物和人类细胞DNA探针。这类探针多为某探针。这类探

8、针多为某一基因的全部或部分序列，或某一非编码序列。一基因的全部或部分序列，或某一非编码序列。这些这些DNA片段是特异的。片段是特异的。1）DNA探针探针这类探针多克隆在质粒载体中，可以无限繁殖，这类探针多克隆在质粒载体中，可以无限繁殖，大量获得，制备方法简便；大量获得，制备方法简便；DNA探针不易降解（相对探针不易降解（相对RNA而言），一般能有而言），一般能有效抑制效抑制DNA酶活性；酶活性；DNA探针的标记方法较成熟，有多种方法可供选探针的标记方法较成熟，有多种方法可供选择，如缺口平移、随机引物法及择，如缺口平移、随机引物法及PCR标记法等，标记法等，能用于同位素和非同位素标记。能用于同位

9、素和非同位素标记。 DNA探针（包括探针（包括cDNA探针）的主要优点有下面三点：探针）的主要优点有下面三点：cDNA（complementary DNA）是指互补于）是指互补于mRNA的的DNA分子。分子。cDNA是由是由RNA经一种称为逆转录酶经一种称为逆转录酶（reverse transcriptase）（是）（是Temin等在等在70年代初年代初研究致癌研究致癌RNA病毒时发现的）的病毒时发现的）的DNA聚合酶催化产生聚合酶催化产生的。该酶以的。该酶以RNA为模板，根据碱基配对原则，按照为模板，根据碱基配对原则，按照RNA的核苷酸顺序合成的核苷酸顺序合成DNA（其中（其中U与与A配对）

10、。配对）。2）cDNA探针探针 RNA探针是一类很有前途的核酸探针，由于探针是一类很有前途的核酸探针，由于RNA是单链分子，所以它与靶序列的杂交反应效率极是单链分子，所以它与靶序列的杂交反应效率极高；高； 这类这类RNA探针主要用于科学研究目的。例如，在探针主要用于科学研究目的。例如，在筛选逆转录病毒人类免疫缺陷病毒（筛选逆转录病毒人类免疫缺陷病毒（HIV）的基）的基因组因组DNA克隆时，因无克隆时，因无DNA探针可利用，就利用探针可利用，就利用HIV的全套标记的全套标记mRNA作为探针，成功地筛选到作为探针，成功地筛选到多株多株HIV的克隆；的克隆； RNA探针除可用于检测探针除可用于检测D

11、NA和和mRNA外，还有一外，还有一个重要用途，在研究基因表达时，常常需要观察个重要用途，在研究基因表达时，常常需要观察该基因的转录状况。该基因的转录状况。 3）RNA探针探针由于利用固相杂交后，未杂交的游离片段可容易地由于利用固相杂交后，未杂交的游离片段可容易地漂洗除去，膜上留下的杂交物容易检测和能防止靶漂洗除去，膜上留下的杂交物容易检测和能防止靶DNA自我复性等优点，故该类型最为常用。固相杂自我复性等优点，故该类型最为常用。固相杂交类型主要有菌落原位杂交（交类型主要有菌落原位杂交（Colony in situ hybridization） 、点杂交（、点杂交（Dot blot）、）、Sou

12、thern（印迹）杂交（印迹）杂交（ Southern blot ）、）、Northern（印（印迹）杂交（迹）杂交（Northern blot）、组织原位杂交）、组织原位杂交（Tissue in situ hybridization）等。）等。n 杂交的方法杂交的方法菌落原位杂交是将细菌菌落原位杂交是将细菌从培养平板转移到硝酸从培养平板转移到硝酸纤维素滤膜上，然后将纤维素滤膜上，然后将滤膜上的菌落裂解以释滤膜上的菌落裂解以释放出放出DNA。将。将DNA烘烘干固定于膜上，并与干固定于膜上，并与32P标记的探针杂交，标记的探针杂交，放射自显影检测菌落杂放射自显影检测菌落杂交信号，并与平板上的交信

13、号，并与平板上的菌落对位。菌落对位。l 菌落原位杂交（菌落原位杂交（Colony in situ hybridization）点杂交法是将被检测标本点到膜上，烘烤固定。这种点杂交法是将被检测标本点到膜上，烘烤固定。这种方法耗时短，可做半定量分析，一张膜上可同时检测方法耗时短，可做半定量分析，一张膜上可同时检测多个样品。为使点样准确方便，市售有多种多管吸印多个样品。为使点样准确方便，市售有多种多管吸印仪（仪（manifolds），如），如Minifold I和和II、Bio-Dot (BioRad )和和HybriDot,它们有许多孔，样品加到孔它们有许多孔，样品加到孔中，在负压下就会流到膜上呈

14、斑点状或狭缝状，反复中，在负压下就会流到膜上呈斑点状或狭缝状，反复冲洗进样孔，取出膜烤干或紫外线照射以固定标本，冲洗进样孔，取出膜烤干或紫外线照射以固定标本，这时的膜就可以进行杂交。这时的膜就可以进行杂交。l 点杂交法（点杂交法（Dot blot）Southern杂交基本方法是将杂交基本方法是将DNA标本用限制性内切酶标本用限制性内切酶消化后，经琼脂糖凝胶电泳分离各酶解片段，然后经碱消化后，经琼脂糖凝胶电泳分离各酶解片段，然后经碱变性，将变性，将DNA从凝胶中转印至硝酸纤维素滤膜上，烘干从凝胶中转印至硝酸纤维素滤膜上，烘干固定后即可用于杂交。凝胶中固定后即可用于杂交。凝胶中DNA片段的相对位置

15、在片段的相对位置在DNA片段转移到滤膜的过程中继续保持着。片段转移到滤膜的过程中继续保持着。附着在滤膜上的附着在滤膜上的DNA与与32P标记的标记的DNA探针杂交，利用探针杂交，利用放射自显影术确定探针互补的每条放射自显影术确定探针互补的每条DNA带的位置，从而带的位置，从而可以确定在众多酶解产物中含某一特定序列的可以确定在众多酶解产物中含某一特定序列的DNA片段片段的位置和大小。的位置和大小。Southern blot 是研究是研究DNA图谱的基本技术，在遗传诊图谱的基本技术，在遗传诊断断DNA图谱分析、特定基因组的分析及图谱分析、特定基因组的分析及PCR产物分析等产物分析等方面有重要价值。

16、方面有重要价值。l Southern杂交（杂交（ Southern blot）Northern杂交这是一种将杂交这是一种将RNA从琼脂糖凝胶中转印到从琼脂糖凝胶中转印到硝酸纤维素膜上的方法。硝酸纤维素膜上的方法。DNA技术由技术由Southern于于1975年创建，称为年创建，称为Southern杂交技术。杂交技术。RNA杂交技术正好杂交技术正好与与DNA相对应，故被趣称为相对应，故被趣称为Northern杂交，与此原理杂交，与此原理相似的蛋白质印迹技术则被称为相似的蛋白质印迹技术则被称为Western blot。Northern杂交的杂交的RNA吸印与吸印与Southern杂交的杂交的DNA

17、吸印吸印方法类似，只是在进样前用甲基氧化汞、乙二醛或甲醛方法类似，只是在进样前用甲基氧化汞、乙二醛或甲醛使使RNA变性，而不用变性，而不用NaOH，因为它会水解，因为它会水解RNA的的2-羟基基团。羟基基团。RNA变性后有利于在转印过程中与硝酸纤维素膜结合变性后有利于在转印过程中与硝酸纤维素膜结合以及保持其单链状态。主要用于检测基因的表达情况。以及保持其单链状态。主要用于检测基因的表达情况。Northern杂交（杂交（Northern blot）整体原位杂交整体原位杂交(whole mount in situ hybridization)类似于组织原位杂交，只是使用整个早期胚胎，类似于组织原位

18、杂交，只是使用整个早期胚胎，RNA探探针与整个胚胎组织针与整个胚胎组织RNA的杂交可精确分析探针的互补序的杂交可精确分析探针的互补序列在生物体内的空间分布以及不同发育阶段的表达情况。列在生物体内的空间分布以及不同发育阶段的表达情况。因此整体原位杂交是研究基因时空动态的一种重要技术。因此整体原位杂交是研究基因时空动态的一种重要技术。Human chromosome 21 geneexpression atlas in the mouseNATURE |VOL 420 | 5 DECEMBER 2002。组织原位杂交简称原位杂交，指组织或细胞的原位杂组织原位杂交简称原位杂交，指组织或细胞的原位杂交

19、，它与菌落的原位杂交不同。交，它与菌落的原位杂交不同。原位杂交是经适当处理后，使细胞通透性增加，让探原位杂交是经适当处理后，使细胞通透性增加，让探针进入细胞内与针进入细胞内与DNA或或RNA杂交。因此杂交。因此,原位杂交可原位杂交可以确定探针的互补序列在胞内的空间位置，这一点具以确定探针的互补序列在胞内的空间位置，这一点具有重要的生物学和病理学意义。例如，与细胞有重要的生物学和病理学意义。例如，与细胞RNA的的杂交可精确分析一种杂交可精确分析一种RNA在细胞中和组织中的分布。在细胞中和组织中的分布。此外，原位杂交还是显示细胞亚群分布和动向及病原此外，原位杂交还是显示细胞亚群分布和动向及病原微生

20、物存在方式和部位的一种重要技术。微生物存在方式和部位的一种重要技术。组织原位杂交（组织原位杂交（Tissue in situ hybridization） 纪念发明者纪念发明者Edward Southern，1975（1）提取总）提取总DNA（2）酶解）酶解（3）电泳）电泳（4）转膜转膜（5）变性解链）变性解链（6）DNA探针及杂交探针及杂交（7）洗脱）洗脱（8）放射自显影）放射自显影（9）比较分析）比较分析12.3 Southern杂交操作步骤杂交操作步骤12.4 Northern 杂交操作步骤杂交操作步骤 见见Southern杂交操作步骤杂交操作步骤1. 提取总提取总RNA或或mRNA；2

21、. 电泳；电泳；3. 转膜；转膜；4. DNA探针及杂交；探针及杂交；5. 洗脱；洗脱；6. 放射自显影；放射自显影；7. 比较分析比较分析。附附1 Western blot (免疫印迹免疫印迹): Western blot is a method for identifying a specific protein in a complex mixture and simultaneously determining its molecular weight. The name came about this way: DNA blot was first described by E. M

22、. Southern and, hence, became Southern blot. RNA blotting then was dubbed Northern blot. Thus, it was inevitable that protein blot would become Western blot. The procedure can be broken down into a series of steps. 12.6 生物芯片技术生物芯片技术 生物芯片又称生物芯片又称DNADNA芯片或基因芯片，它们是芯片或基因芯片，它们是DNADNA杂交探针技杂交探针技术与半导体工业技术相结

23、合的结晶。该技术系指将大量探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针分子固定于支持物上后与带荧光标记的DNADNA样品分子进行样品分子进行杂交，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，并利用计算机进行分析。品分子的数量和序列信息，并利用计算机进行分析。 19961996年底，美国年底，美国 Affymetrix Affymetrix 结合照相平板印刷、计算机、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半导体、寡核苷酸合成、荧光标记、核酸

24、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激光共聚扫描等高新技术，研制创造了世界第一块DNADNA芯片。芯片。n 生物芯片技术的一般原理生物芯片技术的一般原理 DNADNA芯片可用于大规模筛查基因突变所引起的疾病，如芯片可用于大规模筛查基因突变所引起的疾病，如p53p53基基因的检测；因的检测； 分析基因组及发现新基因等具有很大的优势；分析基因组及发现新基因等具有很大的优势；DNADNA芯片技术用于基因组分析时，具有样品用量小、信息芯片技术用于基因组分析时，具有样品用量小、信息量大、分析方法简易快速、自动化程度高等多项优点，特别量大、分析方法简易快速、自动化程度高等多项优点，特

25、别适合于寻找新基因、基因表达检测、突变检测、基因组多态适合于寻找新基因、基因表达检测、突变检测、基因组多态性分析和基因文库作图以及杂交测序等方面。性分析和基因文库作图以及杂交测序等方面。 医学、化学、新药开发、司法鉴定、农业技术和食品技术领医学、化学、新药开发、司法鉴定、农业技术和食品技术领域也具有广泛的应用；域也具有广泛的应用； 19981998年底，美国科学促进会将基因芯片技术列为年底，美国科学促进会将基因芯片技术列为19981998年度自年度自然科学领域十大进展之一。一些科学家把基因芯片称为然科学领域十大进展之一。一些科学家把基因芯片称为“可可以随身携带的微型实验室以随身携带的微型实验室

26、”。n 生物芯片技术的主要应用生物芯片技术的主要应用 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。12.7 分子杂交技术的应用分子杂交技术的应用 分子杂交技术不仅广泛应用于科学研究方面，而且还分子杂交技术不仅广泛应用于科学研究方面，而且还主要用于遗传性疾病的诊断，如血红蛋白病的诊断、主要用于遗传性疾病的诊断，如血红蛋白病的诊断、先天性遗传病的产前诊断等方面

27、；先天性遗传病的产前诊断等方面； 内源性病变基因研究如癌基因检测、基因突变、基因内源性病变基因研究如癌基因检测、基因突变、基因缺失或变异引起的疾病的基因诊断；缺失或变异引起的疾病的基因诊断； 分子杂交技术也是诊断外源性病原体，如病毒、细菌、分子杂交技术也是诊断外源性病原体，如病毒、细菌、原虫等导致的疾病最常用的检测手段。原虫等导致的疾病最常用的检测手段。 在法医检测中分子杂交技术应用于有关性别鉴别和在法医检测中分子杂交技术应用于有关性别鉴别和DNA指纹谱的鉴定。可将核酸分子探针检测比喻为在指纹谱的鉴定。可将核酸分子探针检测比喻为在柴草堆中去找一根针的神奇技术。柴草堆中去找一根针的神奇技术。n

28、疾病的分子诊断疾病的分子诊断应用分子生物学方法检测患者体内遗传物质的结构和功应用分子生物学方法检测患者体内遗传物质的结构和功能变化而作出的或辅助临床诊断的技术，称为疾病的分能变化而作出的或辅助临床诊断的技术，称为疾病的分子诊断，也叫子诊断，也叫基因诊断基因诊断。1. 病原生物侵入导致的，如肝炎、艾滋病、支原体、病原生物侵入导致的，如肝炎、艾滋病、支原体、细菌、寄生虫，非典以及禽流感等。细菌、寄生虫，非典以及禽流感等。2. 先天遗传性疾患，如苯丙酮尿症及先天遗传性疾患，如苯丙酮尿症及。3. 后天基因突变引起的疾病，如肿瘤。后天基因突变引起的疾病，如肿瘤。 疾病分子诊断的对象疾病分子诊断的对象（1

29、 1）提取）提取DNADNA；（2 2）以）以DNADNA为模板，利用为模板，利用PCRPCR仅对可能发生突变的核苷酸区域设仅对可能发生突变的核苷酸区域设计引物进行扩增后转移到滤膜上，热变性成单链；计引物进行扩增后转移到滤膜上，热变性成单链；（3 3）分别用两种特异性互补寡核苷酸分子探针（）分别用两种特异性互补寡核苷酸分子探针（ASOASO）杂交。）杂交。l 利用利用PCRPCR与分子杂与分子杂交标记相结合，可交标记相结合，可以快速准确地检测以快速准确地检测出病原性物质。出病原性物质。l 病原物所致疾病的诊断病原物所致疾病的诊断在人类基因组在人类基因组DNA中存在高度变异的短的超变区，即数目变

30、中存在高度变异的短的超变区，即数目变异的串联重复序列区（异的串联重复序列区（ variable number of tandem repeats，VNTR），如（），如（CA）n 。这些短的重复顺序长度。这些短的重复顺序长度不一样，但它们都几乎都共有一种不一样，但它们都几乎都共有一种“核心顺序核心顺序”。“核心顺核心顺序序”长长1015bp。如果人工合成很短的重复顺序作为。如果人工合成很短的重复顺序作为DNA分子杂交的探针，同经限制性内切酶酶切的人体分子杂交的探针，同经限制性内切酶酶切的人体DNA作作Southern杂交，可以获得长度不等的杂交带。杂交带的数目杂交，可以获得长度不等的杂交带。杂

31、交带的数目和分子量大小几乎不可能有两个人会完全相同的，因此把这和分子量大小几乎不可能有两个人会完全相同的，因此把这种杂交带的图型称为种杂交带的图型称为“DNA指纹指纹”（DNA finger-printing），），意思是意思是DNA的杂交带型同指纹一样，也是每个人所特有的。的杂交带型同指纹一样，也是每个人所特有的。 n 在在“DNA指纹指纹”与与VNTR中的应用中的应用DNA FingerprintingSix Different Phenotypes/Genotypes with only 3 VNTR Alleles DNAs from different individuals can

32、 be distguished by analysis of VNTR alleles. For a simple case of only 3 alleles, 3 heterozygous and 3 homozygous patterns are possible (see diagram). For n different alleles, there are (n)(n+1)/2 possible genotypes. 基因亲子鉴定也叫基因亲子鉴定也叫“DNA指纹图谱分析指纹图谱分析” ，其道理和血型，其道理和血型鉴别是一样的，只不过筛选范围更大、结果更精确而已。但鉴别是一样的，只不

33、过筛选范围更大、结果更精确而已。但由于常用的由于常用的ABO血型只有四种类型，即血型只有四种类型，即A、B、O和和AB型，型，平均平均4人以上就会出现重复；人以上就会出现重复；与血型不同的是，基因是成对存在的，每个人的一种基因都与血型不同的是，基因是成对存在的，每个人的一种基因都有两条基本亚型（等位基因）。每个被挑选做基因亲子鉴定有两条基本亚型（等位基因）。每个被挑选做基因亲子鉴定的的“标记基因标记基因”总共有总共有8-15种亚型，而这些亚型两两配对，种亚型，而这些亚型两两配对，使每个人身上的两亚型有所不同，可组合了几十乃至上百种使每个人身上的两亚型有所不同，可组合了几十乃至上百种不同的基因不

34、同的基因“血血”型。这样一来，人群中具有两条完全相同型。这样一来，人群中具有两条完全相同的类型的人就很少；的类型的人就很少；DNA指纹图谱呈孟德尔方式稳定遗传，所以，孩子的两种指纹图谱呈孟德尔方式稳定遗传，所以，孩子的两种亚型必定一种来自父亲，另一种来自母亲，这是遗传决定且亚型必定一种来自父亲，另一种来自母亲，这是遗传决定且终生不变的。只要在父母和孩子身上各取终生不变的。只要在父母和孩子身上各取1-5毫升血做基因毫升血做基因检查，一旦在父亲的两条基因和母亲的两条基因中各找到一检查，一旦在父亲的两条基因和母亲的两条基因中各找到一条与孩子相同的基因，就证明了他们之间存在亲子关系。条与孩子相同的基因

35、，就证明了他们之间存在亲子关系。 l “DNA指纹指纹”与亲子鉴定与亲子鉴定 多数情况下用一个标记基因能够将两个孩子区分开，多数情况下用一个标记基因能够将两个孩子区分开，但它也存在基因完全相同的可能。但如果同时分析两但它也存在基因完全相同的可能。但如果同时分析两个标记基因，假设每个标记基因相同的占到，个标记基因，假设每个标记基因相同的占到，则两个都相同的可能性只有则两个都相同的可能性只有1/51/5=1/25。若同时分。若同时分析析9个标记基因，则因基因完全相同而出现重复的机会个标记基因，则因基因完全相同而出现重复的机会会降低到近二百万分之一；会降低到近二百万分之一；目前国际上亲子鉴定最多用到

36、目前国际上亲子鉴定最多用到14个标记基因，可使重个标记基因，可使重复率降低到复率降低到60亿分之一，这对于亿分之一，这对于50亿的全球人口来说，亿的全球人口来说，几乎不可能重复；几乎不可能重复；迄今为止发现，我们每人体内都含有迄今为止发现，我们每人体内都含有7000余个标记基余个标记基因，用它们可做出若干套因，用它们可做出若干套“基因（基因（DNA）指纹图谱）指纹图谱”，其精确程度远远超过我们皮肤的指纹其精确程度远远超过我们皮肤的指纹;皮肤的指纹可以磨掉，外表可以因整容而改变，一个皮肤的指纹可以磨掉，外表可以因整容而改变，一个人的基因是不可能全部更换的。因此，人的基因是不可能全部更换的。因此，

37、DNA指纹指纹图谱图谱可谓现今最精确的身份证明。可谓现今最精确的身份证明。 How is DNA Fingerprinting Done? 1. Performing a Southern Blot 2. Making a Radioactive Probe 3. Creating a Hybridization Reaction 4. VNTRs Southern Blot1. Isolating the DNA；2. Cutting the DNA；3. Sorting the DNA pieces by size；4. Transfering membrane;5. Denaturing

38、 the DNA and probe ；6. Blotting the DNA (hybridization reaction)；7. X-ray development. Making a Radioactive Probe 12345Creating a Hybridization Reaction Number Tandem Repeats (VNTRs)VNTRsRelationship?l “DNA指纹指纹”与法医鉴定与法医鉴定1985年年Teffreys等将等将“DNA指纹指纹”应用于法医鉴定。应用于法医鉴定。他们从血斑、精斑或新鲜毛发根部抽提微量他们从血斑、精斑或新鲜毛发根部抽提

39、微量DNA后作后作印迹杂交。从印迹杂交。从4年前的精斑、血斑样品中仍能提取出来年前的精斑、血斑样品中仍能提取出来未降解的未降解的DNA，从中提取，从中提取DNA后可准确无误地做出鉴后可准确无误地做出鉴定，为法医鉴定提供一种新的有效方法。定，为法医鉴定提供一种新的有效方法。 分子杂交是依据相应碱基配对而使两条链中互补的分子杂交是依据相应碱基配对而使两条链中互补的核苷酸序列部位的碱基相结合的过程。分子杂交即可核苷酸序列部位的碱基相结合的过程。分子杂交即可以发生在以发生在DNA-DNA (Southern blot)，也可以发生在，也可以发生在DNA-RNA之间（之间（Northern blot）以

40、及）以及RNA-RNA之间之间（In situ）。分子杂交的原理是依据于核酸的变性、）。分子杂交的原理是依据于核酸的变性、复性及互补的特性；复性及互补的特性； 分子杂交可以广泛应用于基因的筛选和定位、疾病分子杂交可以广泛应用于基因的筛选和定位、疾病诊断、病原物的鉴定、诊断、病原物的鉴定、DNA指纹鉴定等领域。指纹鉴定等领域。生物技术及生物技术安全性与社生物技术及生物技术安全性与社会伦理问题会伦理问题生物技术概述生物技术概述生物技术安全性与社会伦理问题的思考生物技术安全性与社会伦理问题的思考内容内容生物与其它专业的关系越来越密切生物与其它专业的关系越来越密切 19821982年，国际合作与发展组

41、织的定义为：生物技术是应用年，国际合作与发展组织的定义为：生物技术是应用自然科学及工程学的原理，依靠微生物、动物、植物体作自然科学及工程学的原理，依靠微生物、动物、植物体作为反应器将物料进行加工以提供产品为社会服务的技术。为反应器将物料进行加工以提供产品为社会服务的技术。 美国政府技术顾问委员会美国政府技术顾问委员会(OAT) (OAT) 的定义是：应用生物或来的定义是：应用生物或来自生物体的物质制造或改进一种商品的技术，其还包括改自生物体的物质制造或改进一种商品的技术，其还包括改良有重要经济价值的植物与动物和利用微生物改良环境的良有重要经济价值的植物与动物和利用微生物改良环境的技术。技术。

42、生物技术也被认为是在分子生物学基础上建立的、为创建生物技术也被认为是在分子生物学基础上建立的、为创建新的生物类型或新生物机能的实用技术。具体而言，生物新的生物类型或新生物机能的实用技术。具体而言，生物技术包括转基因植物、转基因动物、农作物的分子育种技技术包括转基因植物、转基因动物、农作物的分子育种技术、纳米生物技术、重要疾病的生物治疗等。术、纳米生物技术、重要疾病的生物治疗等。n 生物技术的定义生物技术的定义生物技术概述生物技术概述生物技术的应用生物技术的应用生物经济（书生物经济（书p464）：）：就是充分利用现代生物技术进步的成果进行生物及其附就是充分利用现代生物技术进步的成果进行生物及其附

43、属产品市场化运作或直接为改善生命主体（特别是人类）属产品市场化运作或直接为改善生命主体（特别是人类）生存质量服务的市场化运作的一种经济形式。生存质量服务的市场化运作的一种经济形式。21世纪将是生物技术和生物经济的时代，站在生物技术世纪将是生物技术和生物经济的时代，站在生物技术革命浪潮的前沿，才能够抓住生物技术产业兴起的重大革命浪潮的前沿，才能够抓住生物技术产业兴起的重大机遇，有助于人类社会实现可持续发展和跨越式发展的机遇，有助于人类社会实现可持续发展和跨越式发展的目标！目标！包括在医疗保健、农业、环保、轻化工、食品以及军包括在医疗保健、农业、环保、轻化工、食品以及军事等重要领域，对改善人类健康

44、与生存环境、提高农牧事等重要领域，对改善人类健康与生存环境、提高农牧业和工业产量与质量都发挥着越来越重要的作用。在发业和工业产量与质量都发挥着越来越重要的作用。在发达国家，生物技术已经成为一个新的经济增长点，其增达国家，生物技术已经成为一个新的经济增长点，其增长速度大致是在长速度大致是在25%-30%。中国生物产业规模近年来不断扩大。中国生物产业规模近年来不断扩大。2000-2008年年全国医药工业产品销售收入年均增长达全国医药工业产品销售收入年均增长达20.45%。2008年生物医药产业抗风险能力表现突出，继续保持高速发年生物医药产业抗风险能力表现突出，继续保持高速发展态势，全年医药工业实现

45、产值展态势，全年医药工业实现产值8666亿元，同比亿元，同比2007年年增长增长25.52%。中国生物产业总规模超过万亿元，生物产。中国生物产业总规模超过万亿元，生物产业正在成为中国高技术领域新的增长点。业正在成为中国高技术领域新的增长点。 近年来，全球生物产业增长速度是世界经济平均增长近年来，全球生物产业增长速度是世界经济平均增长率的近率的近10倍。倍。生物技术已经成为经济发展的新动力，为经济的持续发生物技术已经成为经济发展的新动力，为经济的持续发展提供了新的增长点展提供了新的增长点于于2006年投资年投资1亿美元在上海建立了研发中心，重点研亿美元在上海建立了研发中心，重点研究导致癌症的感染

46、因素。究导致癌症的感染因素。2009年年11月宣布拟投资月宣布拟投资10亿美亿美元扩建中国研发中心，扩张后的研发业务，将聚焦于心元扩建中国研发中心，扩张后的研发业务，将聚焦于心血管疾病。血管疾病。该公司公布年实现净销售额增长，达该公司公布年实现净销售额增长，达亿美元，经营收入增长，达亿美元。亿美元，经营收入增长，达亿美元。 2007年杜邦与中国生物技术公司成立合资企业，年杜邦与中国生物技术公司成立合资企业，加强基因功能发现加强基因功能发现孟山都公司是现今世界最大的种子公司，在蔬菜水果领域排孟山都公司是现今世界最大的种子公司，在蔬菜水果领域排名第一，在大田作物领域排名第二，在农用化学领域排名第名

47、第一，在大田作物领域排名第二，在农用化学领域排名第三，也是世界上最大的转基因种子公司，全球种植的转基因三，也是世界上最大的转基因种子公司，全球种植的转基因作物作物90%为孟山都公司拥有，主要是玉米、棉花种子。为孟山都公司拥有，主要是玉米、棉花种子。在美国，已批准上市的产品有重组在美国，已批准上市的产品有重组-1干扰素、重组干扰素、重组-2a干扰干扰素、重组素、重组-2b干扰素、重组干扰素、重组-1a干扰素、重组干扰素、重组-1b干扰素、重干扰素、重组组-1b干扰素、重组白介素干扰素、重组白介素-2、重组白介素、重组白介素-11、重组红细胞、重组红细胞生成素、重组人胰岛素、重组人粒细胞集落刺激因

48、子、重组人生成素、重组人胰岛素、重组人粒细胞集落刺激因子、重组人粒细胞巨噬细胞集落刺激因子、重组组织型纤溶酶原激活物、粒细胞巨噬细胞集落刺激因子、重组组织型纤溶酶原激活物、重组血小板源性生长因子、重组重组血小板源性生长因子、重组a因子、重组人因子、重组人因子、重因子、重组人组人因子、重组人生长激素、重组链球菌因子、重组人生长激素、重组链球菌dna酶酶、重组乙、重组乙型肝炎疫苗、重组乙型肝炎核心抗原、重组抗型肝炎疫苗、重组乙型肝炎核心抗原、重组抗cd20单抗、重组单抗、重组抗白介素抗白介素-2受体抗体、重组抗癌胚抗原抗体、重组受体抗体、重组抗癌胚抗原抗体、重组-葡糖脑葡糖脑苷脂酶、重组干细胞因子

49、等。苷脂酶、重组干细胞因子等。我国在我国在20世纪世纪80年代中期就已经着手研制白介素年代中期就已经着手研制白介素-2（IL-2）、）、干扰素干扰素-（INF-），粒细胞集落刺激因子（），粒细胞集落刺激因子（G-CSF）、促红）、促红细胞生成素（细胞生成素（EPO）、生长激素（）、生长激素（GH）等生物技术药物。这）等生物技术药物。这几种生物制品在几种生物制品在20世纪世纪90年代中期获准上市。年代中期获准上市。生物制药：生物制药：2010年诺贝尔生理学或医学奖年诺贝尔生理学或医学奖-在体外受精技术领域做出的开创性在体外受精技术领域做出的开创性贡献贡献1998年7月20日，罗伯特爱德华兹与两名

50、试管婴儿索菲和杰克埃梅瑞在伦敦庆祝他们的两岁生日。罗伯特爱德华兹 (Robert G. Edwards)， 剑桥大学教授，英国生理学家，被誉为“试管婴儿之父”。基因治疗基因治疗基因治疗（基因治疗（gene therapy）是利用分子生物学方法将目的基因）是利用分子生物学方法将目的基因导入或者移出患者细胞或者组织，使目的基因表达或被抑制，导入或者移出患者细胞或者组织，使目的基因表达或被抑制，从而使疾病得到治疗。这是一项通过纠正机体内与致病相关的从而使疾病得到治疗。这是一项通过纠正机体内与致病相关的缺陷基因技术。为现代医学和分子生物学相结合而诞生的新技缺陷基因技术。为现代医学和分子生物学相结合而诞

51、生的新技术。基因治疗作为疾病治疗的新手段，它已有一些成功的应用，术。基因治疗作为疾病治疗的新手段，它已有一些成功的应用，并且科学突破将继续推动基因治疗向主流医疗发展。并且科学突破将继续推动基因治疗向主流医疗发展。Gene therapy is the insertion, alteration, or removal of genes within an individuals cells and biological tissues to treat disease. It is a technique for correcting defective genes that are resp

52、onsible for disease development. The most common form of gene therapy involves the insertion of functional genes into an unspecified genomic location in order to replace a mutated gene, but other forms involve directly correcting the mutation or modifying normal gene that enables a viral infection.

53、Although the technology is still in its infancy, it has been used with some success.生物技术的安全性与社会伦理问题生物技术的安全性与社会伦理问题生物技术可以为人类造福，但如果使用不当也会给人类生物技术可以为人类造福，但如果使用不当也会给人类带来灾难。而且生物技术的使用还涉及到一系列的伦理、带来灾难。而且生物技术的使用还涉及到一系列的伦理、道德和法律问题，所以许多国家已经就这些复杂的问题道德和法律问题，所以许多国家已经就这些复杂的问题成立了专家委员会。成立了专家委员会。1.1. 公平使用遗传信息；公平使用遗传信息

54、；2.2. 保持遗传信息的私人性和隐秘性；保持遗传信息的私人性和隐秘性；3.3. 遗传测试的知情同意；遗传测试的知情同意；4.4. 遗传发现的商业化；遗传发现的商业化；5.5. 对健康专家和政策制定者的教育。对健康专家和政策制定者的教育。n 个人基因信息的隐私权问题个人基因信息的隐私权问题1990年，美国设立了人类基因信息利用的伦理、法律年，美国设立了人类基因信息利用的伦理、法律和社会研究项目，称之为和社会研究项目，称之为ELSI （Ethical, legal and Social Implication），该项目的基金用来研究由新的），该项目的基金用来研究由新的遗传信息和技术及其应用所引起

55、的伦理、法律、经济遗传信息和技术及其应用所引起的伦理、法律、经济以及其它相关领域的问题，包括以下一些特定的论题：以及其它相关领域的问题，包括以下一些特定的论题：或或/hgmias 就业方面的遗传歧视：遗传信息的滥用可能会导致就就业方面的遗传歧视：遗传信息的滥用可能会导致就业方面的遗传歧视，雇主以遗传信息为依据，不雇用业方面的遗传歧视，雇主以遗传信息为依据，不雇用那些有可能休假或由于健康原因提前退休的员工。那些有可能休假或由于健康原因提前退休的员工。n 遗传歧视问题遗传歧视问题 健康保险方面的遗传歧视：有些报道说一些健康保险健康保险方面的遗传歧视

56、：有些报道说一些健康保险业可能会拒绝受理或者取消那些有遗传疾病或易感个业可能会拒绝受理或者取消那些有遗传疾病或易感个人，甚至其子女们的保单，或者增加其保险费。人，甚至其子女们的保单，或者增加其保险费。n 遗传诊断带来的尴尬局面遗传诊断带来的尴尬局面 遗传诊断引发了一些个人的尴尬局面，比如对于成年才发遗传诊断引发了一些个人的尴尬局面，比如对于成年才发病的遗传病，在病的遗传病，在儿童儿童期只能检测，但无法治疗，在这种情期只能检测，但无法治疗，在这种情况下，如何面对？况下，如何面对？ 许多常见病，如心脏病、癌症等是由多个基因相互作用以许多常见病，如心脏病、癌症等是由多个基因相互作用以及某些环境因素的

57、影响导致的。如何处理常见病的遗传易及某些环境因素的影响导致的。如何处理常见病的遗传易感性的不确定性？不同的人群对他们检测出的遗传易感性感性的不确定性？不同的人群对他们检测出的遗传易感性会有会做出怎样的反应？会有会做出怎样的反应？ 所以，必须对人们遗传风险的意义进行教育，让他们知道所以，必须对人们遗传风险的意义进行教育，让他们知道如何更好地控制这种风险，如何对待这种不确定因素。如何更好地控制这种风险，如何对待这种不确定因素。n 克隆人的伦理及安全性问题克隆人的伦理及安全性问题 在克隆阶段，如果有关胚胎发育的基因重新编排或在克隆阶段，如果有关胚胎发育的基因重新编排或启动不完全，对新生儿可能产生什么严重后果呢？启动不完全，对新生儿可能产生什么严重后果呢？ 兄弟、姐妹、父母、子女？兄弟、姐妹、父母、子女？ 自然人如何身处充满克隆人的世界？自然人如何身处充满克隆人的世界？ 克隆克隆“机器机器”人？人？ 器官克隆和干细胞培养和分化器官，用于医学和临器官克隆和干细胞培养和分化器官，用于