若干现代生物科学技术.ppt

1、若干现代生物科学技术,曾 小 龙,人类基因组的含义和研究背景,人类基因组计划是美国科学家于1985年率先提出的，旨在阐明人类基因组30亿个碱基对的序列，发现所有人类基因并搞清其在染色体上的位置，破译人类全部遗传信息，使人类第一次在分子水平上全面地认识自我。计划于1990年正式启动，这一价值30亿美元的计划的目标是，为30亿个碱基对构成的人类基因组精确测序，从而最终弄清楚每种基因制造的蛋白质及其作用。,人类基因组计划的意义,人类基因组的破译，基因药物和基因治疗成为现实。人类的整体健康状况将会提高，二十一世纪的医学基础将由此奠定。,人类基因组计划的意义,人类基因组计划是人类自然科学史上最伟大的创举

2、之一！它完全是为了全人类的发展：带来全人类的博爱，鼓励全球科学家的自由参与而缩小发达国家与发展中国家在科学技术上的差异，保证全人类对人类本身认识即人类基因组DNA序列的平等分享。,人类基因组计划的意义,研究基因组的所有基因，就有可能揭开生命的所有奥秘。“人类基因组计划”建立的人类基因组图，可以理解成“人体第二张解剖图”，它将成为疾病的预测、预防、诊断、治疗及个体医学的参照，将奠定二十一世纪乃至更长时期生命科学、基础医学与生物产业的基础,人类基因组计划的意义,“人类基因组计划”在研究人类过程中建立起来的策略、思想与技术，构成了生命科学的新的学科基因组学，可以用于研究微生物、植物及其它动物。,人类

3、基因组计划的热点,人类基因组属于全人类，谁来掌管我们的基因？怎样来照料我们的基因？怎样来研究我们的基因？怎样来防止以基因知识来制造新的不平等与遗传歧视？怎样制止以基因差异而制造“种族选择就性生物灭绝武器”？等等。这都是生物工程研究不可回避的现实问题。 谁掌握了人类的奥秘，谁就主宰人类世界！,克隆的概念,克隆一词是英文单词clone的音译，它通常被意译为无性繁殖系，指后代完全由一个细胞复制，具有完全相同的遗传物质。,克隆的基本原理,目前，生产哺乳动物克隆的方法主要有胚胎分割和细胞核移植两种。克隆羊“多莉”，以及其后各国科学家培育的各种克隆动物，采用的都是细胞核移植技术。所谓细胞核移植，是指将不同

4、发育时期的胚胎或成体动物的细胞核，经显微手术和细胞融合方法移植到去核卵母细胞中，重新组成胚胎并使之发育成熟的过程。与胚胎分割技术不同，细胞核移植技术，特别是细胞核连续移植技术可以产生无限个遗传相同的个体。由于细胞核移植是产生克隆动物的有效方法，故人们往往把它称为动物克隆技术。,克隆的基本原理,采用细胞核移植技术克隆动物的设想，最初由汉斯施佩曼在1938年提出，他称之为“奇异的实验”，即从发育到后期的胚胎（成熟或未成熟的胚胎均可）中取出细胞核，将其移植到一个卵子中。这一设想是现在克隆动物的基本途径。,克隆技术的应用前景,（1）培育优良畜种和生产实验动物； （2）生产转基因动物； （3）生产人胚胎

5、干细胞用于细胞和组织替 代疗法； （4）复制濒危的动物物种，保存和传播动 物物种资源。,克隆的争议和存在的问题,“多莉”的诞生在世界各国科学界、政界乃至宗教界都引起了强烈反响，并引发了一场由克隆人所衍生的道德问题的讨论。各国政府有关人士、民间纷纷作出反应：克隆人类有悖于伦理道德。,克隆的争议和存在的问题,克隆技术在理论和技术上都还很不成熟，在理论上，分化的体细胞克隆对遗传物质重编（细胞核内所有或大部分基因关闭，细胞重新恢复全能性的过程）的机理还不清楚；克隆动物是否会记住供体细胞的年龄，克隆动物的连续后代是否会累积突变基因，以及在克隆过程中胞质线粒体所起的遗传作用等问题还没有解决。在实践中，克隆

6、动物的成功率还很低。 生出的部分个体表现出生理或免疫缺限。 即使是正常发育的“多莉”，也被发现有早衰迹象。,基因工程的概念,基因工程就像技术科学的工程设计，按照人类的需要把这种生物的这个“基因”与那种生物的那个“基因”重新“施工”，“组装”成新的基因组合，创造出新的生物。这种完全按照人的意愿，由重新组装基因到新生物产生的生物科学技术，就称为“基因工程”，或者说是“遗传工程”。 基因工程是生物工程的一个重要分支，它和细胞工程、酶工程、蛋白质工程和微生物工程共同组成了生物工程。,基因工程的方法,基因工程一般包括四个步骤：一是取得符合人们要求的DNA片段，这种DNA片段被称为“目的基因”；二是将目的

7、基因与质粒或病毒DNA连接成重组 DNA；三是把重组DNA引入某种细胞；四是把目的基因能表达的受体细胞挑选出来。,基因工程的应用,医学上，已研发了外用重组人表皮生长因子衍生物喷剂“依济复”。这种喷剂将显著促进创伤愈合，大大提高临床治疗水平，是中国基因工程制药领域取得的又一项新成果。,基因工程的应用,转基因食品上，在实验室中，把动植物的基因加以改变，再制造出具备新特征的食品种类。所有生物的 DNA上都写有遗传基因，它们是建构和维持生命的化学信息。通过修改基因，科学家们就能够改变一个有机体的部分或全部特征。,转基因食品的隐患,毒性：一些研究学者认为，对于基因的人工提炼和添加，可能在达到某些人们想达

8、到的效果的同时，也增加和积聚了食物中原有的微量毒素。 毒性：过敏反应：对于一种食物过敏的人有时还会对一种以前他们不过敏的食物产生过敏。 营养问题：外来基因会以一种人们目前还不甚了解的方式破坏食物中的营养成分。,转基因食品的隐患,对抗生素的抵抗作用：当一个外来基因加入到植物或细菌中去，这个基因会与别的基因连接在一起。人们在服用了这种改良食物后，食物会在人体内将抗药性基因传给致病的细菌，使人体产生抗药性。 对环境的威胁：在许多基因改良品种中包含有从杆菌中提取出来的细菌基因，这种基因会产生一种对昆虫和害虫有毒的蛋白质。,基因芯片的概念,基因芯片（Gene Chip)）即DNA芯片（DNAChip)，

9、是指利用现代探针固相原位合成技术、照相平板印刷技术、高分子合成技术等微电子技术把大量分子生物学技术（包括南北印迹技术、探针杂交技术、PCR等）具体而微的固定在一定狭小的空间内，以实现高速度、高通量、集约化和低成本的分析技术。基因芯片的概念现已泛化到生物芯片（biochip）、微阵列（Microarray）、DNA芯片（DNA chip），甚至蛋白芯片。,基因芯片的研究进展和发展前景,基因芯片亟待解决的问题 (1)基因芯片的特异性的提高； (2)样品制备和标记操作的简化； (3)增加信号检测的灵敏度； (4)高度集成化样品制备、基因扩增、核酸标记及检测仪器的研制和开发。,基因芯片的研究进展和发展

10、前景,对生物芯片研究人员来说，最终的研究目标是对分析的全过程实现全集成，即缩微芯片实验室（laboratory on a chip）。这个实验室的成功是生物芯片研究领域的一大突破，它向人们展示了用生物芯片制作缩微实验室的可能。上述问题不仅是当前和今后一段时期内国内外基因芯片技术研究的焦点，同时也是基因芯片能否从实验室研究推向临床应用的关键问题。,基因芯片的研究进展和发展前景,基因芯片技术在基因表达谱分析、基因诊断、药物筛选及序列分析等诸多领域已呈现出广阔的应用前景，随着研究的不断深入和技术的更加完善基因芯片一定会在生命科学研究领域发挥出其非凡的作用。 从某种意义上我们可以这样认为：基因的结构或

11、种类决定物种；基因的功能或表达则决定生命，即生物的生、老、病、死。 基因芯片技术将为我们提供一条认识生命本质的捷径。,基因芯片的应用,基因破译 染色体是DNA的载体，基因是DNA上有遗传效应的片段，构成DNA的基本单位是四种碱基。由于每个人拥有30亿对碱基，破译所有DNA的碱基排列顺序无疑是一项巨型工程。与传统基因序列测定技术相比，基因芯片破译人类基因组和检测基因突变的速度要快数千倍。,基因芯片的应用,基因诊断 通过使用基因芯片分析人类基因组，可找出致病的遗传基因。未来人们在体检时，由搭载基因芯片的诊断机器人对受检者取血，转瞬间体检结果便可以显示在计算机屏幕上。利用基因诊断，医疗将从千篇一律的

12、“大众医疗”的时代，进步到依据个人遗传基因而异的“定制医疗”的时代。,基因芯片的应用,基因环保 基因芯片可高效地探测到由微生物或有机物引起的污染，还能帮助研究人员找到并合成具有解毒和消化污染物功能的天然酶基因。,基因芯片的应用,基因计算 DNA分子类似“计算机磁盘”，拥有信息的保存、复制、改写等功能。将螺旋状的DNA的分子拉直，其长度将超过人的身高，但若把它折叠起来，又可以缩小为直径只有几微米的小球。因此，DNA分子被视为超高密度、大容量的分子存储器。基因芯片经过改进，利用不同生物状态表达不同的数字后还可用于制造生物计算机。,基因芯片的应用,其他应用 药物筛选和新药开发 基因功能研究 农业和畜牧业 军事和司法,干细胞的概念,干细胞是指未成熟细胞，医学界称之为“万用细胞”。它未充分分化，具有再生各种组织器官和人体的潜在功能。 人体干细胞分为全能干细胞、多能干细胞和专能干细胞三种类型。所谓全能干细胞，就是可以分化成人体的各种细胞，这些分化出的细胞构成人体的各种组织和器官，最终发育成一个完整的人。全能干细胞进一步分化形成各种多能干细胞，多能干细胞经过进一步分化，成为专能干细胞。,干细胞的研究和发展前景,干细胞有以下特点： （1）干细胞本身不是