生物技术与人类健康演示文稿

生物技术与人类健康演示文稿本文档共96页；当前第1页；编辑于星期二\3点21分优选生物技术与人类健康本文档共96页；当前第2页；编辑于星期二\3点21分一.人类疾病特征1.遗传病1902年英国医生加洛特(A.Garrod)从家族病史，发现并研究了第一例遗传病——尿黑酸症，并发现该病由单个隐性基因控制。尤其难得是，加洛特预测，尿黑酸病病人缺乏一种酶，而正常人有，加洛特把这种遗传病症状称为“先天性代谢差错”。

后来的研究证明加洛特的预见是对的。本文档共96页；当前第3页；编辑于星期二\3点21分苯丙氨酸代谢途径关系到三种遗传病本文档共96页；当前第4页；编辑于星期二\3点21分迄今已记录的遗传病有

3000

多种，找到了200

多个与遗传病有关的基因。根据基因的位置与病症，把遗传病分为三类：本文档共96页；当前第5页；编辑于星期二\3点21分类型特征病例基因在常染色体(隐性)基因在常染色体(显性)基因在X染色体只有在父母均携带缺陷基因情况下，子女才可能表现病症。父母一方有病症，子女出现病症的概率为50％。

母/女常常是缺陷基因携带者。病症更多出现在儿子身上。苯丙酮尿症(PKU)

纤维性囊泡化(CF)镰刀状贫血症亨廷顿氏病家族性高胆固醇血症血友病

红绿色盲

肌营养不良症本文档共96页；当前第6页；编辑于星期二\3点21分亦是苯丙氨酸代谢紊乱病症。但是疾病后果的严重程度远大于尿黑酸症。因为脑发育受阻，严重脑力呆滞，智商0～50。苯丙酮尿症(PKU)是苯丙氨酸代谢途径中又一种“遗传病”。也是常染色体隐性遗传。白化病本文档共96页；当前第7页；编辑于星期二\3点21分白化病本文档共96页；当前第8页；编辑于星期二\3点21分由于红血球不正常带来严重后果。

问题在于血红蛋白-链一个谷氨酸残基变成了缬氨酸残基。镰刀状贫血症正常红血球镰刀状红血球本文档共96页；当前第9页；编辑于星期二\3点21分有意思的是在非洲大陆某些地区镰刀状贫血症发病率高，携带者也多。这些地区恰恰又是一种恶性疟疾流行地区。分析表明，镰刀状贫血症缺陷基因携带者比正常人对恶性疟疾有抗性。恶性疟疾流行地区镰刀状贫血病基因高频地区本文档共96页；当前第10页；编辑于星期二\3点21分显性遗传病裂手裂足(龙虾爪手)多指短指软骨发育不全本文档共96页；当前第11页；编辑于星期二\3点21分正常的手指短指本文档共96页；当前第12页；编辑于星期二\3点21分这种病的患者身体内，编码低密度脂蛋白(LDL)受体的基因突变。

LDL受体分布在细胞表面，功能是把血流中的

LDL

吸收到细胞中来。LDL受体蛋白失去功能，便形成高胆固醇血症，进一步造成动脉粥样硬化。家族性高胆固醇血症本文档共96页；当前第13页；编辑于星期二\3点21分正常人轻度病症严重病症本文档共96页；当前第14页；编辑于星期二\3点21分正常血管动脉粥样硬化血管本文档共96页；当前第15页；编辑于星期二\3点21分患者表现为血凝过程受阻，常常在有伤口时，出血不止。

血凝机制包括一系列蛋白水解酶活化过程的级联反应。涉及十个左右凝血因子。其中凝血因子

Ⅷ和Ⅸ位于Ⅹ－染色体上。血友病正是因为这两个因子之一的基因发生突变，所以血友病是基因位于X－染色体的隐性基因遗传病。血友病本文档共96页；当前第16页；编辑于星期二\3点21分血友病家族的一个著名的例子是英国维多利亚女王(1819－1901)家族。维多利亚女王身上的血友病缺陷基因—使凝血因子Ⅸ失活—通过皇族通婚，传递到普鲁士皇室，西班牙王室和俄罗斯王室。本文档共96页；当前第17页；编辑于星期二\3点21分英国维多利亚女王及其家族本文档共96页；当前第18页；编辑于星期二\3点21分末代沙皇尼古拉二世家庭本文档共96页；当前第19页；编辑于星期二\3点21分(1)单基因遗传病的患者在人群中比例不高。

以上所说的遗传病都属于单基因遗传病。即病因明确地在于一对基因的突变或缺陷。单基因遗传病的发病率较低，几百分之一至几万分之一。染色体病

由于染色体畸变，包括染色体数目或结构改变所致的遗传病，称为染色体病。这种疾病已记录有500多种，其中，性染色体异常占75％，常染色体异常占25％。如：先天愚型病是因为有三条21号染色体所致。本文档共96页；当前第20页；编辑于星期二\3点21分本文档共96页；当前第21页；编辑于星期二\3点21分先天愚型病患者有独特的面部特征本文档共96页；当前第22页；编辑于星期二\3点21分经过良好的训练,唐氏综合症患者也能有幸福和丰富的生活。本文档共96页；当前第23页；编辑于星期二\3点21分本文档共96页；当前第24页；编辑于星期二\3点21分有的病受几对基因控制，这类遗传病发病与否，不但取决遗传，也在很大程度上受环境影响。

相当一部分常见病或多发病，如：糖尿病、高血压、神经分裂症、支气管哮喘等，都属多基因遗传病。(2)多基因遗传病本文档共96页；当前第25页；编辑于星期二\3点21分2.感染(传染)病HIV病毒模式图本文档共96页；当前第26页；编辑于星期二\3点21分本文档共96页；当前第27页；编辑于星期二\3点21分SARS病毒本文档共96页；当前第28页；编辑于星期二\3点21分流感病毒(InfluenzaVirus),螺旋对称，具包膜。本文档共96页；当前第29页；编辑于星期二\3点21分HA，血凝素NA，神经氨酸酶螺旋对称核衣壳脂质双层膜多聚酶M1，基质蛋白流感病毒的结构本文档共96页；当前第30页；编辑于星期二\3点21分血吸虫的生活史本文档共96页；当前第31页；编辑于星期二\3点21分疟原虫的生活史本文档共96页；当前第32页；编辑于星期二\3点21分锥虫由昆虫传布,寄生在人的脑中使病人昏昏睡死。本文档共96页；当前第33页；编辑于星期二\3点21分真菌(霉菌和酵母)

霉菌

皮肤、指甲真菌感染

白假丝酵母鹅口疮

肺组织胞浆菌病本文档共96页；当前第34页；编辑于星期二\3点21分侵蚀牙齿的釉质而形成空洞。细菌附在牙齿表面，产生酸，本文档共96页；当前第35页；编辑于星期二\3点21分针尖上的大肠杆菌本文档共96页；当前第36页；编辑于星期二\3点21分烟草花叶病毒腺病毒噬菌体疱疹病毒本文档共96页；当前第37页；编辑于星期二\3点21分1997香港禽流感1997香港：学龄儿童因患流感死亡；流感病毒血清型：H5N1，系禽流感；引起恐慌，全体鸡鸭遭灭顶之灾。本文档共96页；当前第38页；编辑于星期二\3点21分正在火化病牛以防止“疯牛病”的传播本文档共96页；当前第39页；编辑于星期二\3点21分二.人类疾病的诊断与治疗1.现代分子诊断技术利用PCR技术或PCR与分子杂交标记相结合，可以快速准确地检测出病原性物质。本文档共96页；当前第40页；编辑于星期二\3点21分检测寄生虫感染诊断方法比较方法优点缺点显微镜检查简单易行，可直接观察到寄生虫的形态速度慢、灵敏度低，对经验水平要求高、费时、费共，无法辨别形态相似的寄生虫体外培养、接种能检测到活的寄生虫，并可检测感染性和感染烈度速度慢，花费高，寄生虫可能难以进行体外培养，且必须用动物材料抗体检测简单、快速、能够实现自动化，可用于检测大量的样品无法区分活体与处于潜伏状态的寄生虫，有时会有非特异性反应DNA杂交及PCR快速灵敏，能够实现自动化，可分辨不同种的寄生虫，不需要从前有寄生虫感染病史花费高，步骤多，无法区分活体和死的寄生虫，有时会有假阳性和假阴性本文档共96页；当前第41页；编辑于星期二\3点21分核酸杂交是DNA诊断分析方法的一种，其工作原理是两条DNA链之间通过碱基配对形成氢键；理论上讲，核酸杂交用来诊断疾病可用于对所有致病微生物的检测。将单链目的DNA结合在膜上加入探针DNA与目标分子共同孵育冲洗掉多余的未结合探针检测探针和目标DNA形成的杂合分子核酸杂交本文档共96页；当前第42页；编辑于星期二\3点21分DNA指纹DNA指纹(DNAFingerprinting)指对待测样品中的DNA进行分析所得到的具有特征性的分子杂交图谱。DNA样本酶解为片段电泳放射自显影DNA

指纹本文档共96页；当前第43页；编辑于星期二\3点21分DNA指纹的应用-司法鉴定DNA指纹带型图在法庭上可用于谋杀案取证本文档共96页；当前第44页；编辑于星期二\3点21分被告血样受害者血样被告衣服上的血样DNA指纹的应用——司法鉴定本文档共96页；当前第45页；编辑于星期二\3点21分√

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DNA指纹的应用——亲子鉴定Myfather?本文档共96页；当前第46页；编辑于星期二\3点21分2.人类疾病的基因治疗遗传病的根治应该是基因治疗，但是基因治疗的难度很高。

1990年第一例基因治疗临床试验使腺苷酸脱氨酶(ADA)基因进入骨髓细胞，再送回病人体内，治疗严重综合免疫缺失症(SCID)获得初步效果。1990年，转基因T淋巴细胞注射到人体骨髓组织中治疗SCID。本文档共96页；当前第47页；编辑于星期二\3点21分这个名叫David的男孩已近10岁了,他生下来就在隔离室中长大。【SCID患儿】本文档共96页；当前第48页；编辑于星期二\3点21分找到致病基因；克隆得到大量与致病基因相应的正常基因；采取适当方法把正常基因放回到病人身体内去；进入体内的正常基因应正常表达。基因治疗的必要步骤：本文档共96页；当前第49页；编辑于星期二\3点21分①克隆得到正常基因②以病毒DNA为载体③正常基因转入人体细胞④再转入病人身体本文档共96页；当前第50页；编辑于星期二\3点21分AshantideSilva,Now13,wasthefirstpatienttobetreatedwithgenetherapy.重症联合免疫缺陷的基因治疗

腺苷脱氨酶基因治疗(1990)本文档共96页；当前第51页；编辑于星期二\3点21分有时，补充必要的酶也很起作用。纤维性囊泡化病(CF)是美国白色人种中较为常见的遗传病。病儿从肺、胰腺等处分泌粘液，阻碍呼吸、消化等功能。5岁前可能因呼吸阻碍致死。蛋白质水平治疗CF病儿吸入基因工程法制备的DNA酶粉，症状大为改善。本文档共96页；当前第52页；编辑于星期二\3点21分三.人类基因组计划(HGP)February2001,TheHGPconsortiumpublishesitsworkingdraftinNature

(15February),andCelerapublishesitsdraftinScience(16February).本文档共96页；当前第53页；编辑于星期二\3点21分白宫的庆典2000-6-26,Venter(left)&Collins(right)1998年，Venter成立了Celera公司，参与竞争HGP。Collins为美国HGP首席科学家。本文档共96页；当前第54页；编辑于星期二\3点21分HGP发展过程(1)1986[美]Dulbecco首次提出了“人类基因组工程”。原计划约10～15年完成，耗资30亿美元，其宏伟的程度堪与Manhatto原子弹计划和Appolo登月计划相提并论。

1990年4月美国宣布开始实施人类基因组测序工作。1999破译出人类第22号染色体的遗传密码。2000

完成了人类第21号染色体的测序。预计从原定的2003年6月提前到2001年6月完成。本文档共96页；当前第55页；编辑于星期二\3点21分2000年6月26日美，英,日，德，法，中六国共同宣布人类基因组工作草图绘制成功。2000：Celera公司完成果蝇基因组(180Mb)的全部测序工作；德国和日本的科学家公布了人类第21条染色体的测序结果；6月26日HGP与Celera公司的领导人在白宫的庆祝仪式上共同宣布了人类基因组工作框架图的完成，并约定将双方的研究成果同时发表；12月，第一个植物基因组—拟南芥基因组被全部测序，大小为125Mb.HGP发展过程(2)本文档共96页；当前第56页；编辑于星期二\3点21分2001年2月，HGP将自己测定的人类基因组工作框架图发表在《Nature》(2001，409：6822)上；Celera公司则将它们的成果发表在《Science》(2001，291：5507)上。发表的“工作框架图”已能覆盖人类基因组的97%，其中至少92%的序列已组装的准确无误，并显示其中只有3万到4万个编码蛋白质的基因，这是人类基因组研究的一个重要里程碑。2003年4月14日，美，英日，德，法，中六国科学家完成了人类基因组序列图的绘制，实现了人类基因组计划的所有目标。HGP发展过程(3)本文档共96页；当前第57页；编辑于星期二\3点21分2003年人类表观基因组计划(HumanEpigenomeProject)于10月7日正式启动。这是世界上首项针对控制人类基因“开”和“关”的主要化学变化进行的图谱绘制工作，它将帮助科学家建立人类遗传与疾病之间的关键联系。2004年10月国际人类基因组计划合作组织在《Nature》杂志上宣布误差小于10万分之一的人类基因组完成图已成功绘就。已将原来15万个“缺隙”减少到341个。完成图显示人类基因组只含有2～2.5万个基因(30亿bp)，比原来的估计要少。HGP发展过程(3)本文档共96页；当前第58页；编辑于星期二\3点21分美国：贡献率为54%英国：贡献率为33%日本：贡献率为7%法国：贡献率为2.8%德国：贡献率为2.2%中国：贡献率为1%6个国家参与了这项巨大科研工程，它们的科研贡献率分别是：本文档共96页；当前第59页；编辑于星期二\3点21分基因组(genome)

基因组是指人体所有遗传信息的总和，携带有细胞或生物机体的一整套遗传指令的核酸量称为基因组。在一种细胞内存在的全部蛋白质称为蛋白质组。在特定时间、特定环境和实验条件下基因组活跃表达的蛋白质为功能蛋白质组(FunctiondProteome)，蛋白质组和功能蛋白质组是生命科学的新的研究内容(对象)。蛋白质组(proteome)基本概念★★★本文档共96页；当前第60页；编辑于星期二\3点21分人体细胞的核型(SpectralKaryotype)“基因组(genome)”一词是1920年Winkles从GENes和chromosOMEs组成的。泛指一个细胞或一个生物体的全部遗传信息。在真核生物，基因组是指一套(单倍体)染色体DNA。

本文档共96页；当前第61页；编辑于星期二\3点21分本文档共96页；当前第62页；编辑于星期二\3点21分人类基因组是指人的24条染色体(22条常染色体＋2条性染色体)内的全部DNA和线粒体DNA，其中蕴藏的信息决定了人类个体发育、生殖、生长、疾病、衰老、死亡等所有生命现象。本文档共96页；当前第63页；编辑于星期二\3点21分全部人类基因组约有2.91Gbp

。基因数量约3～4万(26383～39114)。目前已定位了2.6万多个基因，但其中尚有42%的功能不明。人类基因组中存在“热点”和大片“荒漠”。编码序列约占3%，非编码序列约占97%。

35.3%的基因组包含重复的序列。人与人之间99.99%的基因密码是相同的。仅1%～1.5%的人类基因带有制造蛋白质的指令。大约有223个基因可能是人类的脊椎动物祖先生存时由细菌插入的序列。男性的基因突变率是女性的两倍，而且大部分人类遗传疾病是在Y染色体上进行的。人类基因组草图初步结论本文档共96页；当前第64页；编辑于星期二\3点21分已测序的生物Arabidopsisthaliana(mustardplant)2,500DrosophiaMelanogaster(fruitfly)13,061SaccharomycesCervisiae(baker’syeast)6,034CaenorhaboditisElegans(roundworn)19,099本文档共96页；当前第65页；编辑于星期二\3点21分HGP的科学目标★★★第一：在制图的基础上测序，最后获得四张图谱(遗传图、物理图、转录图、序列图)，这四张图组成人类不同层次的、分子水平的“第二张解剖图”，成为人类认识自我的新的知识源泉。

遗传图

物理图

转录图

序列图第二：对基因组DNA的信息进行解读，即基因组功能信息的提取、鉴定和开发利用，以及与此相关的数据资料和技术手段的储存和使用，开展“生物信息学”、“功能基因组学”、“蛋白质组学”的研究。第三：对基因组研究的伦理、法律和社会影响进行探讨(ELSI)。本文档共96页；当前第66页；编辑于星期二\3点21分人体解剖图本文档共96页；当前第67页；编辑于星期二\3点21分遗传图以具有遗传多态性的遗传标记为路标,以遗传学距离为图距绘制的基因组图。此处的遗传多态性定义为在某个遗传位点上具有一个以上的等位基因,且其在群体中出现的频率均高于1%。而遗传学距离则是指在减数分裂事件中,两个位点之间进行交换、重组的百分率,并规定1%的重组率为1cM。多态性标志第一代：

限制性酶切片段长度多态性(restrictionfragmentlengthpolymophism，RFLP)第二代：简单序列长度多态性(simplesequencelengthpolymophism，SSLP)第三代：单个核苷酸多态性(sequencetaggedsite，SNP)本文档共96页；当前第68页；编辑于星期二\3点21分以一段已知核苷酸序列的DNA片段为标记,以Mb或Kb作为图距绘制的基因组图。该DNA片段称序列标记位置(sequencetaggedsite，STS)。物理图的意义在于STS可把经典遗传学与细胞遗传学的位点信息转化为基因组位点的物理信息，基于STS位点信息的相连片段群又提供了研究区域的实验材料，以这些片段的材料便可进行该区域的基因组研究或在该区域寻找新基因。物理图本文档共96页；当前第69页；编辑于星期二\3点21分把mRNA先分离、定位，再转录成cDNA，这就构成一张人类基因的转录图，cDNA片段又称表达序列标签(exprossedsequencetag，EST)，因此转录图也称为表达序列图。由于cDNA具有组织、生理与发育阶段的特异性，因此EST除提供序列信息外，同时也提供了该基因表达的组织、生理状况与发育阶段的信息。转录图本文档共96页；当前第70页；编辑于星期二\3点21分人类基因组核苷酸序列图即是分子水平的最高层次的、最详尽的物理图，由总长度为1ｍ左右、约由31亿核苷酸组成。当前人类基因组全序列图实际上是一个“代表性人类个体”的序列图，因为所有人类基因个体的基因位点都是相同的,不同族种、不同个体的基因差异,以及“正常”与“致病”基因的差异,只是同一位点上的等位基因的差异。序列图本文档共96页；当前第71页；编辑于星期二\3点21分对人基因组计划的质疑花这样大力气集中做一件事是否值得？

是否冲击了生命科学其他重要问题的研究？目前估计，3x109bp中仅3％编码蛋白质

97％不编码蛋白质本文档共96页；当前第72页；编辑于星期二\3点21分人类基因组计划与“蔓哈顿”原子弹计划、“阿波罗”登月计划，并称为自然科学史上的三大计划，但是人类基因组计划对人类自身的影响将远远超过另两项计划。因为人类基因蕴涵有人类生、老、病、死的绝大多数遗传信息，破译它将为疾病的诊断、新药物的研究开发和新的疾病治疗方法的探索带来革命性的变革，所以解码人类基因组又被喻为生物的“圣杯”。但是，科学是一柄双刃剑，科学既可以为人类造福，也可能为人类带来灾难，尤其象人类基因组计划这样对人类本身影响重大的科学项目，已经比任何科学研究计划引出了更多对法律、伦理、国家安全的挑战。HGP对人类的影响本文档共96页；当前第73页；编辑于星期二\3点21分HGP将给人类带来的好处(1)将带动一场医学革命用基因图谱看病基因药物治病基因检测预防隐患基因治疗疾病(2)获取了操纵生命的工具控制生命的孕育—优生优育延长人的寿命选择最佳生活环境(3)得以进行精确的个体鉴定基因身份证生物考古(4)将带来巨大的商机生物制药器官培植本文档共96页；当前第74页；编辑于星期二\3点21分社会平等与基因歧视科技进步与基因技术滥用社会公正与基因成果利益的均等分配技术的不确定性和基因安全HGP可能给人类带来的隐患本文档共96页；当前第75页；编辑于星期二\3点21分2002，中国杨焕明等在《Science》发表了水稻全基因组框架序列图基因总数：46022~55615，约为人类的2倍；其中10,000个基因的功能已确定；水稻的“垃圾”序列多位于基因外，人类的“垃圾”序列多位于基因内；杨焕明博士本文档共96页；当前第76页；编辑于星期二\3点21分水稻第四号染色体测序专家工作组组长、中科院国家基因研究中心韩斌博士中、美、日、法等10个国家和地区的科学家于2005年8月11日在《Nature》杂志发表了水稻基因组“精细图”，覆盖率达95.3％，国对国际水稻基因组计划的贡献率达20％。共定位了37,500个基因，还率先在动植物中完成了对着丝粒的测序。本文档共96页；当前第77页；编辑于星期二\3点21分由美国、以色列、德国、意大利和西班牙的67名科学家组成的国际黑猩猩基因测序与分析联盟初步完成了黑猩猩基因组序列草图与人类基因组序列的比较工作。黑猩猩和人类基因组的DNA序列相似性达到99％；即使考虑到DNA序列插入或删除，两者的相似性也有96％。在2005年9月1日出版的《Nature》杂志和9月2日出版的《Science》杂志都以这项重大的研究成果作为封面文章。本文档共96页；当前第78页；编辑于星期二\3点21分本文档共96页；当前第79页；编辑于星期二\3点21分四.后基因组时代人类首次了解了自身的基因序列，了解了很多远亲生物的基因序列；人类正在面对指数扩增的基因序列资料和各种数据库；人类面临的挑战是如何将基因序列资料转变为有用的知识，进而让这些知识服务于人类，使之能够造福于人类的健康。后基因组时代特点：本文档共96页；当前第80页；编辑于星期二\3点21分前基因组时代的“钓鱼”和后基因组时代的“捞鱼”本文档共96页；当前第81页；编辑于星期二\3点21分后基因组时代研究的重要方向1.

单基因遗传病的致病基因研究和基因诊断2.

复杂性疾病的相关基因研究和疾病易感性分析3.

药物基因组学研究与个体化治疗4.

人类功能基因组学研究

5.

基于基因组的新型药物(Genome-baseddrug)6.

基因治疗7.

生物信息学(Bioinformatics)8.

蛋白质组学(Proteomics)9.

结构基因组学10.

模式生物和病原生物基因组学本文档共96页；当前第82页；编辑于星期二\3点21分1.

单基因遗传病的致病基因研究和基因诊断我国有丰富的疾病资源，特别是一些我国特有的单基因遗传病家系，可提供良好的基础发现新的致病基因。单基因遗传病和复杂疾病本文档共96页；当前第83页；编辑于星期二\3点21分2.

复杂性疾病的相关基因研究和疾病易感性分析在复杂性疾病的中，由于基因的变异加环境和生活习惯等因素的共同影响，使得每个人对不同的疾病的易感性不同。

基因变异的一个重要的指标是单核苷酸多态性。单核苷酸多态性(SingleNucleotidePolymorphisms，SNPs)不同个体间在基因水平上的单核苷酸变异，平均每1000对碱基出现一个SNP,2个无关个体间有300万SNPs。本文档共96页；当前第84页；编辑于星期二\3点21分SNP研究为了解疾病的发病机理，疾病的诊断及疾病易感性研究提供基础。位于外显子区并改变氨基酸序列的SNP以及位于基因表达调控区的SNP可能具有重要临床意义和功能意义。生物信息学可提供SNP的数据库和功能预测。本文档共96页；当前第85页；编辑于星期二\3点21分3.

药物基因组学研究与个体化治疗在临床上对同样一种疾病使用同一种药物，不同的个体对药物的敏感性和毒性反应有很大的区别，这种区别主要由基因决定的,特别是药物靶点基因、药物代谢基因等的单核苷酸多态性，影响了药物作用的强弱和药物代谢的不同。本文档共96页；当前第86页；编辑于星期二\3点21分我爸爸给你爸爸开过同样的药！本文档共96页；当前第87页