人类遗传学及其应用

人类遗传学及其应用1第1页，共34页，2023年，2月20日，星期日人類遺傳學遺傳現象遺傳模式與遺傳不穩定性人類遺傳學的應用人類基因體計畫（HumanGenomeProject）遺傳篩檢基因療法（GeneTherapy）DNA指紋（DNAFingerprint）2第2页，共34页，2023年，2月20日，星期日內容出處DNA的14堂課

UnderstandingDNAandGeneCloning byKarlDrlica

周業仁譯 天下3第3页，共34页，2023年，2月20日，星期日背景知識人類的體細胞（somaticcell）含有23對染色體，其中兩條是性染色體。Y染色體：來自父親X染色體：來自母親女性擁有XX，男性有XY。人類DNA約有三萬個基因，基因的表現是由蛋白質控制。4第4页，共34页，2023年，2月20日，星期日生殖細胞的多樣性5第5页，共34页，2023年，2月20日，星期日單一基因造成的疾病顯性體染色體（autosome）疾病隱性體染色體疾病X染色體關連疾病6第6页，共34页，2023年，2月20日，星期日顯性體染色體疾病顯性：兩份基因中只要有一份帶有性質通常患者雙親中至少一人患病但若患者在發病前就死於其他原因，會讓人誤以為那一代沒有患病例子：亨丁頓氏舞蹈症患者會失去控制肢體的能力7第7页，共34页，2023年，2月20日，星期日隱性體染色體疾病隱性：兩份基因都要有同樣性質只有一份基因變異者稱為帶因者（carrier）父母都帶因則下一代有1/4機率患病多數是例子因為酵素的生化性質出了問題例子：囊腫纖維變性鐮形血球性貧血症苯酮尿症（phenylketonuria）戴薩克斯症（Tay-Sachsdisease）8第8页，共34页，2023年，2月20日，星期日X染色體關連疾病男女遺傳模式不同，因為男性只有一份X。患病男性不會將疾病傳給兒子患病男性一定會將疾病基因傳給女兒三種遺傳模式：隱性X染色體關連疾病顯性X染色體關連疾病隱性X染色體關連疾病但使下一代男性死亡9第9页，共34页，2023年，2月20日，星期日隱性X染色體關連疾病通常發生在男性身上。病患的母親為帶因者，通常沒有症狀。家族病史：患病者應該是舅舅與表兄弟。有50%機率兒子會患病（從母方）。若女兒患病，則患者父親一定是患者，母親可能是患者或帶因。例子：血友病（血液凝結出了問題）、色盲。10第10页，共34页，2023年，2月20日，星期日顯性X染色體關連疾病男女都有，比例約為1:2。患病的母親通常或會將疾病傳給半數的下一代。患病的父親只會將疾病傳給女兒，不會傳給兒子。11第11页，共34页，2023年，2月20日，星期日隱性X染色體關連疾病但使下一代男性死亡不會有X染色體上攜帶疾病基因的父親。若女性患者懷男胎兒，流產的機會很大。12第12页，共34页，2023年，2月20日，星期日多因子疾病高血壓、痛風、糖尿病、消化性潰瘍等，沒有明顯的遺傳模式，因此不容易研究與預測。13第13页，共34页，2023年，2月20日，星期日突變造成的疾病每一代都可能發生突變，根據估計，任何一個基因突變的機率約為十萬分之一。許多突變對身體無害，因此新突變引起的疾病的機率低於十萬分之一。（突變改變所生成的胺基酸序列，但未必改變蛋白質的功能）14第14页，共34页，2023年，2月20日，星期日染色體異常疾病唐氏症（Downsyndrome）：患者第21號染色體有3條，不是正常的兩條。許多因素會影響到染色體異常的類型與發生機率，但目前人類僅瞭解一小部分。科學家確定的是，孕婦年紀越大，胎兒的染色體異常機率越高。15第15页，共34页，2023年，2月20日，星期日遺傳的不穩定性某些遺傳疾病，代代相傳，但病情會越來越嚴重。這令科學家很不解，因為DNA是很穩定的遺傳物質。後來發現，這些病情的嚴重性，與一些重複的三核甘(?)酸序列有關，次數越多，越容易罹病。這類疾病通常是長大成人之後才會出現的神經疾病。16第16页，共34页，2023年，2月20日，星期日17第17页，共34页，2023年，2月20日，星期日人類遺傳學的應用人類基因體計畫（HumanGenomeProject）遺傳篩檢基因療法（GeneTherapy）DNA指紋（DNAFingerprint）18第18页，共34页，2023年，2月20日，星期日人類基因體計畫1980年代中期開始。19第19页，共34页，2023年，2月20日，星期日遺傳檢測指偵測某人是否帶有某種遺傳疾病的各種方法。細胞檢驗：查看胎兒的染色體是否有斷裂、重組、數目不正確的情形。血液分析：察看血液中是否有與遺傳疾病有關的蛋白質。DNA檢測：分析是否含有與疾病有關的序列。20第20页，共34页，2023年，2月20日，星期日DNA檢測Restriction-fragment-lengthpolymorphism：用限制酵素將DNA切割成許多片段，進行電泳分離，然後運用轉移雜交法，找出RFLP。準確度相當高。CA-microsatelliteDNA21第21页，共34页，2023年，2月20日，星期日親代篩檢戴薩克斯症：退化性疾病，常見於中、東歐猶太裔。藉由成人篩檢，避免疾病基因的帶因者通婚，加上人工流產，減少了90%以上的病例。22第22页，共34页，2023年，2月20日，星期日新生兒篩檢苯酮尿症：因為體內不能正常代謝苯丙胺酸，使得苯丙胺酸累積過量，導致病人智能遲鈍。限制病人飲食中苯丙胺酸含量，症狀得以減輕。鐮形血球性貧血症：罹患的新生兒容易受到各種感染。可施用抗生素預防。新生兒檢驗不應用來檢驗不治之症，也不應供父母做生育參考。23第23页，共34页，2023年，2月20日，星期日成人疾病檢測冠狀動脈硬化：血液中膽固醇含量過高，形成沈積物，塞住冠狀動脈。因為低密度脂蛋白（lowdensitylipoprotein）過高，與膽固醇結合形成「壞膽固醇」。某個基因會製造具有偵測壞膽固醇含量的受體，告訴細胞停止製造膽固醇。兩份基因中有一份失常，血液中膽固醇含量會比正常高出2、3倍，而且在五十歲以前就會得心臟病。兩份都出問題，膽固醇會比正常高出6到8倍，青少年階段就會發病。24第24页，共34页，2023年，2月20日，星期日癌症:腫瘤抑制基因發生突變。人體到了成年之後，大部分細胞分裂都減緩腳步，細胞的DNA多少也發生突變。從此一角度來看，癌症是經過多次突變而產生的體細胞疾病。若腫瘤抑制基因的缺陷早就存在於生殖細胞，則先天比較容易患癌症。腫瘤抑制基因的作用視組織而定，因此因遺傳而患癌症的情形也隨組織種類而異。25第25页，共34页，2023年，2月20日，星期日p53是主要的抗癌基因之一，所製造的蛋白質會在DNA受損時阻止DNA複製。但這種情形本身並不致癌。p53異常與50種以上的癌症有關連性，包括結腸癌、肺癌、乳癌、子宮頸癌、尿道癌、膀胱癌、皮膚癌。乳癌：一般人五十歲以前患乳癌機率是1%，某些家族則能高達60%。這與BCRA1基因異常有關。26第26页，共34页，2023年，2月20日，星期日基因療法將正常的基因加入細胞，彌補基因的缺陷。第一宗官方核准的基因治療實驗是用來治療缺少腺甘(?)脫胺酉每（adenosinedeaminase）:缺少者會有免疫力不足的毛病。研究人員抽出病童淋巴球，利用反轉錄病毒（retrovirus）把正常基因送入其中，再把淋巴球注射回病童體內。類似的方法可用來對付囊腫纖維變性、膽固醇失調與某些癌症。27第27页，共34页，2023年，2月20日，星期日基因療法要解決的技術問題找出致病基因研發更好的傳送基因方法因為多數組織與器官細胞無法以人工培養，如腦細胞。未來可能發明特致病毒，直接將基因帶入人體，送入細胞之內。某些種類的細胞只有很短的壽命，因此需不斷重新加入人工改造的細胞。將來的一大突破可能是利用改良的幹細胞（臍帶血），因為幹細胞能生存很久。28第28页，共34页，2023年，2月20日，星期日基因療法面臨的其他問題生殖細胞系基因療法（germlinegenetherapy）遺傳物質傳遞決定權、下一代是否有權決定不接受上一代的人工改造結果。在小老鼠身上實驗成功，雖然目前技術尚不完善，但基本原理用在人身上應該沒問題。人類是否有基因改造的權力，以及基因改造的決定權在誰身上。29第29页，共34页，2023年，2月20日，星期日用DNA技術驗明正身查出親身父親、查明強暴案嫌疑犯有罪或是冤枉等。過去仰賴血型分析，但血型種類不多、血液樣本保存不易。除了同卵雙生外，每個人DNA都不同，而且從人體各部位都可取得（髮根細胞、指甲）。30第30页，共34页，2023年，2月20日，星期日DNA指紋術（DNAfingerprint）不定數目重複序列（VNTR,Variablenumberoftandemrepeats），出現在DNA多形區（polymorphism）。用限制酵素切割這種區域外圍，然後測量區域長度。由於人類染色體成對，因此多數每個VNTR區域會有兩份。可運用好幾區段的VNTR，以降低辨識錯