基因工程与人类健康

基因工程与人类健康第1页/共96页生命研究的最基本层次:基因基因是什么?建造大楼的图纸?参天大树的种子?世界科学研究的最大热点第2页/共96页

基因是什么？基因是生命的密码基因记录和传递遗传信息基因决定生物体的生、长、病、老、死等一切生命现象

UnitedGene

第3页/共96页第4页/共96页UnitedGene

基因是染色体上的一段DNA染色体基因1基因2

DNA:脱氧核糖核酸

第5页/共96页第6页/共96页

克里克提出中心法则,

遗传信息由DNA通过RNA流向蛋白质第7页/共96页基因与疾病

基因与人类的疾病密切相关,遗传病是由于基因先天缺陷所致;肿瘤的发生涉及多种基因改变,包括癌基因激活或抑癌基因失活;高血压、糖尿病等多基因病也涉及到多种基因的改变;由病原体所致的传染病也和人体基因密切相关,存在易感人群和耐受人群;甚至外伤也在治疗和恢复过程中离不开基因.第8页/共96页基因与个性

基因与人的性格密切相关,特别是一些精神性疾病,如烦躁,抑郁,同性恋,犯罪,自杀等,最近研究表明,人的聪明程度,行为倾向,饮食习惯,高矮胖瘦等特征均与基因密切相关.第9页/共96页

人类基因组计划(HGP草图绘制已经成功，功能基因组研究将为疾病的预防，诊断和治疗奠定基础。第10页/共96页什么是基因工程?

基因工程原理是应用人工方法将基因分离出来，在体外进行切割、拚接和重组。然后将重组了的DNA导入某种宿主细胞或个体中大量表达蛋白质。这种创造新生物并给予新生物以特殊功能的工程就称为基因工程.也称遗传工程或DNA重组技术。创造新物种,生产多肽药,

赋予新功能第11页/共96页基因工程原理示意图第12页/共96页基因工程:生物技术的核心基因工程微生物发酵工程细胞工程蛋白质生化工程酶工程第13页/共96页基因工程的表达系统原核细胞：大肠杆菌真核细胞：酵母细胞、昆虫(家蚕),哺乳动物细胞生物反应器：转基因植物(分子农场)、转基因动物（乳腺生物反应器）第14页/共96页

基因工程引起巨大变革巨大的科学价值

探索人体和生命的奥秘显著的社会效益

预防和诊断治疗疾病,使人健康长寿美化生活，保护环境。惊人的商业利润新兴支柱产业;比尔盖兹的预言

第15页/共96页生物医药基因及基因工程造福人类第16页/共96页

基因是生物医药产业的源头基因

基因诊断基因治疗反义RNA免疫学诊断基因工程药物化学合成药物设计的靶分子DNA疫苗或核酶等第17页/共96页疾病预防：疫苗传统疫苗：减毒疫苗、灭活疫苗天花,肺结核,炭疽菌基因工程疫苗:抗原决定簇的组合乙型肝炎,脊髓灰质炎,口蹄疫DNA疫苗:激发CTL,模拟天然抗原肿瘤疫苗第18页/共96页基因工程疫苗安全无毒：无灭能不彻底，泄漏，回复，病原体蛋白毒副作用等。可以大量生产；不受来源限制多价疫苗：同时免疫多种传染病成本低廉，易于推广不足：不能完全模仿天然疫苗。蛋白制备纯化和保纯仍然复杂第19页/共96页第20页/共96页

基因工程乙肝疫苗

人类历史上第一种规模化生产、最为成功基因工程疫苗，95年的全球销售额突破10亿美元；美国1986年正式投放市场，美法德已在研究免疫原性最强的第三代多功能疫苗。全世界乙肝病毒携带者78％生活在亚洲国家，约有一半是中国人种，乙肝疫苗的年需求量约7000万支，并呈上升趋势。2000年底在中国基因乙肝疫苗将全部取代血源乙肝疫苗第21页/共96页其他疫苗1.重组甲肝疫苗,丙肝疫苗,2.EB病毒疫苗:预防鼻咽癌3.重组疟疾疫苗4.重组hCG-避孕疫苗,男性避孕疫苗5.重组轮状病毒疫苗:预防腹泻6.其他乙肝疫苗和减毒疫苗的其他剂型第22页/共96页几个问题?结核杆菌卷土重来,卡介苗束手无策

HIV病毒变化多端,重组疫苗艰难应变

肿瘤疫苗呼之不出,何日才能如愿以偿第23页/共96页

免疫诊断单克隆抗体临床诊断的天下疾病的预测早期,准确诊断,导向诊断,指导治疗临床预后

ELISA，免疫组化，荧光，化学发光，流式细胞仪多种形式第24页/共96页基因诊断从遗传病到肿瘤从Southern到PCR从组织到外周血病毒疾病检测显神威基因芯片的诞生DNA指纹第25页/共96页遗传病的诊断第26页/共96页神奇的PCR：1变成1000万第27页/共96页基因芯片

-------生物芯片的先锋

第28页/共96页生物芯片的应用临床诊断商品检疫新药开发第29页/共96页基因芯片用于病源性疾病诊断和肿瘤等疾病分型第30页/共96页组份1组份2组份3全组份基因芯片筛选新药第31页/共96页疾病治疗基因工程药物单克隆抗体基因治疗酶抑制剂小分子多肽治疗性疫苗第32页/共96页基因工程药物天然基因:如促进血细胞生长因子基因衍生物:如肿瘤坏死因子天然重组和融合:导向性干扰素人工合成基因:如小肽分子

基因工程疫苗:如乙肝疫苗第33页/共96页

基因药物的优势第34页/共96页第35页/共96页在植物中成功表达的药用蛋白第36页/共96页*一些生物制药产品(I)重组人干扰素（IFN）系列

干扰素是人体淋巴细胞分泌的一类功能调节蛋白，具有抑制病毒复制，肿瘤生长等作用，用于约30多种疾病的治疗。干扰素主要分为a、β和γ-IFN三种类型。

1986年美国FDA首先批准基因IFN上市，目前已经有57个国家批准干扰素上市。

我国基因工程产业化最早,最好,销售额最高，达到5亿元。第37页/共96页*一些生物制药产品(II)白细胞介素介导白细胞及其他多种细胞间相互作用、对免疫反应的各个部位起重要免疫调节作用的淋巴因子，现已被克隆的白介素至少有13种。其中IL-2：提高机体免疫力、诱导增强免疫细胞对肿瘤细胞的杀伤作用(抗肿瘤)、抗病毒感染，用于麻疯病的治疗第38页/共96页*一些生物制药产品(III)集落刺激因子刺激各种造血祖细胞增殖、生长和分化的细胞系调节因子(1).粒细胞集落刺激因子(G-CSF)

有效治疗肿瘤放疗化疗后白细胞减少、骨髓抑制、并特异性促进粒细胞的恢复和生成、促进骨髓的恢复。最畅销的基因工程药品.(>20亿美元)。第39页/共96页*一些生物制药产品(IV)(2).促红细胞生成素(EPO)

调节红细胞生成的重要细胞因子，能使慢性肾功能衰竭性贫血、再障贫血、肿瘤性贫血。肿瘤放疗化疗及其它原因引起的贫血患者的红细胞在10天内得到恢复，可将肾衰竭患者的寿命从半年延长到20年以上，是目前治疗肾衰竭贫血的唯一有效药。最为成功、最为畅销的基因工程药物(35亿美元)。第40页/共96页*一些生物制药产品(V)表皮生长因子(EGF)

能够刺激皮肤、角膜和各种器官上皮细胞生长、分化的生长因子，对维持和保护这些器官的功能和完整性以及修复再生起着重要作用，临床上主要用于烧伤、烫伤、手术后伤口愈合和各种溃疡的治疗，疗效显著，疤痕较少。(EGF眼药水、抗衰老化妆品、美容整容等）。第41页/共96页*一些生物制药产品(VI)重组人胰岛素(rhu

Insulin)

人体内唯一降低血糖的激素，70年代以来一直是治疗糖尿病的最有效的药物，英美都在致力于口服胰岛素的研究，并已经取得很大成效，必将完全取代生化提取的牛或猪胰岛素。(20亿美元)第42页/共96页单克隆抗体单克隆抗体的导向治疗:生物导弹化学药物,毒素和放射性核数作弹头和单克隆抗体(瞄准器)偶联,制成生物导弹.第一代单克隆抗体:鼠源基因工程抗体:抗体的人源化完全人化的单克隆抗体美国批准7种单克隆抗体临床上市!第43页/共96页药物靶点的筛选未来药物发展最为活跃的领域人类基因组的魅力所在中草药现代化的思考单一靶点到鸡尾酒联合运用

神奇的靶分子第44页/共96页

基因治疗-新的医学革命

*

基因治疗是把药物工厂开到人体里去，在需要的时候就生产药物，不需要的时候自动关闭。将正常有功能的基因导入人体,以基因作为药物治疗疾病.*基因治疗医药工业的第四次革命。

第45页/共96页基因治疗的基本原理第46页/共96页基因治疗什么病?遗传病:基因先天缺陷,理论上疾病治疗的希望根本所在;如隐性单基因遗传病.肿瘤:为肿瘤治疗提供了一条新路,发展迅速,具有潜在的商业价值传染病:艾滋病,肝炎等疾病的治疗一种新的尝试.其他疾病:心脑血管疾病,神经系统退行性疾病,不妨一试,意外效果.第47页/共96页基因治疗-从治疗到预防

基因治疗不仅可以用于疾病的治疗,还可以用于疾病的预防.

传染病的预防:基因免疫(DNA疫苗),肝炎,肺结核,腹泻,流感等;HIV预防

肿瘤预防:鼻咽癌,宫颈癌病毒导致肿瘤等;

肿瘤复发预防:各种基因转移肿瘤瘤苗免疫第48页/共96页基因治疗--从治疗到提高

基因治疗不仅可以用于疾病的治疗和预防,还可以用于人类生活质量的提高和改善.1.肥胖,秃顶患者的福音

2.长命百岁不再难求

3.耳聪目明易如反掌

4.性格重塑随心所欲问题焦点:基因治疗的伦理学的挑战第49页/共96页基因治疗--三大要素1.基因转移系统2.基因表达调控3.治疗相关基因第50页/共96页“

病毒”也是幸运的使者

基因治疗的“

枪炮”---基因转移系统第51页/共96页基因治疗的“弹药”-----基因

基因治疗如同武器,基因转移方法是枪炮,而治疗所选用的基因就是弹药.

基因来源于人类对疾病分子病理的认识,基因功能的研究.

如:CFTR基因与CF基因治疗基因治疗是人类基因组计划研究--功能基因组研究的最大受益者之一.第52页/共96页基因治疗研究现状

基因治疗从1989年进入临床试验以来,从相对禁锢到迅速发展,过热泛滥,反思降温,平稳发展,猛烈抨击,捷报频传等阶段.

目前,基因治疗临床方案已经超过430余项,受试人数超过4000人,涉及肿瘤,传染病,心脑血管疾病和遗传性疾病.

第53页/共96页世界首例ADA缺乏症基因治疗患者第54页/共96页复旦大学等进行了世界首次血友病B基因治疗第55页/共96页反义核酸与反基因技术

针对特定的基因，人工合成一段修饰的寡核苷酸序列，或采用反义序列的表达载体，在人体细胞内特异抑制特定基因的表达或转录。寡核苷酸修饰的必要性：延长半衰期，抗降解。特点：针对性强，设计合成简单不足：细胞屏障，持续给药，效率？实例:ISIP抗艾滋病的反义核酸药物上市第56页/共96页药物遗传学/药物基因组学

研究药物治疗反应差别与基因多态性的关系,为患者寻找最合适的药;为药寻找最合适的人群.

为什么同样是高血压,吃同样的药效果不同?为什么同样是白血病,同样的化疗效果千差万别?

如何避免青霉素过敏,庆大霉素耳聋如何选择合适的药物,合适的剂量?

药物基因组学的遗传基础:SNP第57页/共96页SNP(SingleNucleotidePolymorphism)

单核苷酸多态性

是人类基因组中最常见的基因多态性，是继RFLP,STR之后的第3代遗传学标记,是个体差异的最基本因素，是功能基因组学、疾病基因组学、药物基因组学和环境基因组学研究重要内容。

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药物基因组学已经成为一个发现新颖和高效药物的途径,对于制药公司和患者的诱人价值在于降低药物开发成本,增强对某些疑难杂症的治疗,为患者寻找合适的药,为药寻找合适的人群,并最终改善新药的安全性和成本效益.

药物基因组学研究是现代医学中的一场历史性革命,她将制药公司和患者紧紧地结合在一起，强调以人为本，因人制宜，在不远的将来,人们可望进入个性化医疗时代.第59页/共96页个性化治疗的美好前景

最近,美国<<财富>>杂志描绘了一幅未来就医图:如果你到了医院,经过医生和系列化验诊断为某种疾病,如何治疗呢?

您只要将带有自己遗传档案的软盘插入电脑,同时输入疾病和治疗相关信息,电脑就会提示您应该选择什么药,什么亚型,最佳剂量和剂型,服用的效果.

第60页/共96页环境基因组学

研究物理,化学和生物环境对人体基因组的作用及其易感性.

为什么有人抽烟不得肺癌?而另外一部分人却敏感异常?

为什么有些人喝酒海量?而另外一些人一喝酒就醉倒?

为什么有人对艾滋病谈笑风生,而一部分人却谈虎色变?第61页/共96页

环境基因组学所研究的基因多态性和药物基因组学研究所涉及的的基因具有部分共同性:细胞色素P450家族---等代谢相关基因环境基因组学涉及10类基因:毒物代谢基因;激素代谢基因;受体基因,DNA修复基因,细胞周期基因,细胞死亡控制基因;免疫相关基因,参与氧化过程和信号传导基因;维生素和矿物质代谢基因.

第62页/共96页基因预测和治疗

根据基因多态和疾病的相关性,可以对疾病进行预测和风险性估计,根据基因多态性进行针对性的治疗并对治疗效果进行判定.

凝血因子V与血栓;载脂蛋白E与老年性痴呆;HLA与强直性脊柱炎,GST和CYP1A1,2D6与吸烟导致肺癌.治疗个性化:ACE与高血压药物治疗;心梗手术治疗预后.白血病治疗预后:第63页/共96页未来的基因预测学1.预测疾病发生的风险性,提供预防措施2.预测疾病的发展以及对治疗的敏感性3.预测疾病治疗的效果4.预测人的性格:喜怒哀乐5.预测人的生理特征:高矮胖瘦6.预测人的理想职业及其风险回避7.预测人的健康状态,寿命第64页/共96页第65页/共96页个人遗传档案

未来的社会,每人只要取一滴血就可以拥有一个遗传档案,从中可以进行各项基因预测.

个人遗传档案的理想形式是:一块基因芯片.

看病时,芯片插入电脑,决定了个性化的医疗方案.第66页/共96页基因隐私基因隐私是人固有的最为神秘的隐私,从受精卵到人出生,从咿呀学语到寿终正寝,基因密码所携带的隐私就存在每个人生命之中.随着基因技术的发展,未来获取个人基因信息越来越容易,基因隐私很容易被检测,首要问题是我们当事人需要不需要知道这些基因隐私?疾病的预防,预测,诊断和指导性治疗;指导选择职业,克服性格缺点,扬长避短第67页/共96页基因歧视,种族歧视基因犯罪基因滥用基因宿命论试管婴儿,克隆人与基因造人生物武器与基因武器基因兴奋剂转基因食品的安全性,生态问题核酸营养液--基因食品打假;第68页/共96页

对环境生态（超级杂草〕长远作用问题??编码目的基因表达可能对人体导致的过敏问题??转基因植物的安全性第69页/共96页

生命的发育第70页/共96页胚胎干细胞与治疗性克隆第71页/共96页

胚胎干细胞分化为各种细胞和组织

骨髓

神经元

心肌

胰岛培养干细胞第72页/共96页第73页/共96页第74页/共96页组织工程?组织工程：应用生命科学与工程学的原理与技术，在正确认识哺乳动物的正常及病理两种状态下的组织结构与功能关系的基础上，研究、开发用于修复、维护、促进人体各种组织或器官损伤后的功能和形态的生物替代物的一门新兴学科。

将体外培养的组织细胞，扩增后吸附于一种生物相容性好、可被人体逐步降解吸收的细胞外基质(ECM)上，使细胞按预制形态的三维支架生长。然后将这种细胞生物材料复合体植入机体病损部位，形成了新的具有其原来特殊功能和形态的相应组织和器官。WHAT第75页/共96页

组织工程

软骨组织工程骨组织工程皮肤组织工程肝脏组织工程神经系统组织工程其他骨髓,胰岛...

单一向复合第76页/共96页鼠，要是有了人耳，就不再是鼠，而是...人耳裸鼠第77页/共96页国际、国内生物医药发展现状

国际上药物开发最为活跃,发展最为迅速,前景最为广阔的永远的朝阳产业2000年:生物技术1000亿/生物医药200亿美元.

特点:生物医药发展多元化;新技术发展迅速国际:日新月异,迅速发展国内:发展,跟踪新的浪潮第78页/共96页国际:极为重视,成效卓著

目前全球共有2000余家现代生物制药公司，有上千家机构和1亿多人正从事着50多种新型药物和疫苗的科研开发和生产，有700多种生物制剂有可能完成临床试验投放市场，有2000多种还在实验室阶段,年递增24%.

第79页/共96页美国、日本、欧洲遥遥领先

美国在生物技术方面的研究开发一直走在世界最前列：1997年美国已有1300多家生物技术公司（占世界总数的2/3），其中有70％从事医药产品的开发，较大的公司有225家；已经有350家生物工程公司上市，1996年市场价值达到830亿美元，盈利124亿美元；已有39个基因工程药物正式投放市场,有500多个生物技术药品和疫苗进入临床试验,有100多个处于早期研制阶段.但是真正盈利的公司很少.第80页/共96页自1982年第一个基因工程药物胰岛素诞生以来，上市品种110种，其中2001年上半年上市27种,治疗数百种疾病。2000年产值超过200亿美元，每年投入超过100亿美元。临床试验阶段药物369种，近6年批准的药物是前15年的3倍，近4年是前15年总和。新的适应症59个，也是药物开发的重要内容。重组制剂概念在扩大，如活性成分等。基因工程重组疫苗和抗体的潮流。第81页/共96页

日本，欧洲等也不甘落后：日本：日本政府非常重视，形成筑波和千叶县产业群。采取合作化，信息化、实用化和商品化的策略（创新不足）。大部分基因药物与美国合作，也有一些美国没有上市品种，TNF，SOD，ANP白蛋白等。日本生物制药的年产值平均以44%的速度增长，已批准上市的基因工程药物有39种，临床试验22种，销售额超过4500亿日元，其中EPO1100亿日元/年,近年呈下降趋势。第82页/共96页欧盟：在法国、瑞士和德国形成金三角研究产业区。欧盟共拥有700多家生物技术公司，已有15个成员国的528个实验室、77个工业企业参与生物药物开发，欧盟近期批准了360个生物科研项目并准备为此拨款9500万美元，如德国加大投入，发展速度超过日本。在临床试验中100项，上市68项，其中2001年上半年批准12种。第83页/共96页世界制药行业目前面临着同样问题

(1)各国政府都在抑制医疗费用的上涨；(2)医药行业的竞争日趋激烈；(3)新药的研制开发费用和难度不断增加；(4)药政管理、药品审批越来越严格；(5)强强联合、兼并重组成为发展新趋势，以期通过“市场兼并、技术占有、资源配置的优化”实现较大程度的“风险分散、成本降低、劳动率提高、经营垄断等”。第84页/共96页国内:跟踪新的浪潮研究开发起步较晚，产业化更晚，基础较差，“863计划”、国家科技攻关支持上游研究,开发,临床试验阶段，新药证书21种基因工程药物分别完成临床试验、获得新药证书、已经或即将拿到生产批文并开始生产，20种药物在临床试验阶段，还有近百种药物正处于不同的开发阶段。以仿制为主。第85页/共96页

我国在1997年形成一个高潮，目前有300多家单位从事生物工程研究，有200余家现代生物医药企业，50多家生物工程技术开发公司，其中有60余家已投入各类药物的生产，年产值逐年递增，从1996年2亿元人民币到2001年近30亿元。上海张江生物医药园区，广东中山健康产业基地,深圳生物科技园区以及国内高新技术园区均以生物技术作为重要特色和内容。主要的大型企业有：深圳科兴，沈阳三生，深圳康泰，珠海丽珠，上海华新，上海联合赛尔，上海复星，通化东宝，杭州九源。第86页/共96页人类基因克隆,神经性耳聋，乳光牙，短指基因克隆，新型载体,抗菌素生产菌株。肝炎疫苗和干扰素治疗肝炎重要进展基因工程疫苗,基因工程多肽药物进入不同阶段基因治疗取得突破:血友病,脑肿瘤,胃癌,肺癌以及心血管疾病基因治疗进入临床转基因羊/克隆羊获得成功生物导弹工程:C-ALL治疗临床应用蛋白质工程研究:结构与功能,突变体:长效胰岛素,tPA,SK第87页/共96页我国研发上市基因工程药物上市:IFN1b,IFN2a,IFN2b,IFN,GH,IL-2及其衍生物,G-CSF,GM-CSF,EPO,EGF及其衍生物，bFGF,rSK，Insulin,抗IL-8单抗以及乙肝疫苗，痢疾疫苗等。临床及研发:TNF,LT,TPO,EGF,IL-11,IL-3