若干現(xiàn)代生物科學(xué)技術(shù).ppt

若干現(xiàn)代生物科學(xué)技術(shù),曾 小 龍,人類(lèi)基因組的含義和研究背景,人類(lèi)基因組計(jì)劃是美國(guó)科學(xué)家于1985年率先提出的，旨在闡明人類(lèi)基因組30億個(gè)堿基對(duì)的序列，發(fā)現(xiàn)所有人類(lèi)基因并搞清其在染色體上的位置，破譯人類(lèi)全部遺傳信息，使人類(lèi)第一次在分子水平上全面地認(rèn)識(shí)自我。計(jì)劃于1990年正式啟動(dòng)，這一價(jià)值30億美元的計(jì)劃的目標(biāo)是，為30億個(gè)堿基對(duì)構(gòu)成的人類(lèi)基因組精確測(cè)序，從而最終弄清楚每種基因制造的蛋白質(zhì)及其作用。,人類(lèi)基因組計(jì)劃的意義,人類(lèi)基因組的破譯，基因藥物和基因治療成為現(xiàn)實(shí)。人類(lèi)的整體健康狀況將會(huì)提高，二十一世紀(jì)的醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)將由此奠定。,人類(lèi)基因組計(jì)劃的意義,人類(lèi)基因組計(jì)劃是人類(lèi)自然科學(xué)史上最偉大的創(chuàng)舉之一！它完全是為了全人類(lèi)的發(fā)展：帶來(lái)全人類(lèi)的博愛(ài)，鼓勵(lì)全球科學(xué)家的自由參與而縮小發(fā)達(dá)國(guó)家與發(fā)展中國(guó)家在科學(xué)技術(shù)上的差異，保證全人類(lèi)對(duì)人類(lèi)本身認(rèn)識(shí)即人類(lèi)基因組DNA序列的平等分享。,人類(lèi)基因組計(jì)劃的意義,研究基因組的所有基因，就有可能揭開(kāi)生命的所有奧秘?！叭祟?lèi)基因組計(jì)劃”建立的人類(lèi)基因組圖，可以理解成“人體第二張解剖圖”，它將成為疾病的預(yù)測(cè)、預(yù)防、診斷、治療及個(gè)體醫(yī)學(xué)的參照，將奠定二十一世紀(jì)乃至更長(zhǎng)時(shí)期生命科學(xué)、基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)與生物產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ),人類(lèi)基因組計(jì)劃的意義,“人類(lèi)基因組計(jì)劃”在研究人類(lèi)過(guò)程中建立起來(lái)的策略、思想與技術(shù)，構(gòu)成了生命科學(xué)的新的學(xué)科基因組學(xué)，可以用于研究微生物、植物及其它動(dòng)物。,人類(lèi)基因組計(jì)劃的熱點(diǎn),克隆的概念,克隆一詞是英文單詞clone的音譯，它通常被意譯為無(wú)性繁殖系，指后代完全由一個(gè)細(xì)胞復(fù)制，具有完全相同的遺傳物質(zhì)。,克隆的基本原理,目前，生產(chǎn)哺乳動(dòng)物克隆的方法主要有胚胎分割和細(xì)胞核移植兩種?？寺⊙颉岸嗬颉?，以及其后各國(guó)科學(xué)家培育的各種克隆動(dòng)物，采用的都是細(xì)胞核移植技術(shù)。所謂細(xì)胞核移植，是指將不同發(fā)育時(shí)期的胚胎或成體動(dòng)物的細(xì)胞核，經(jīng)顯微手術(shù)和細(xì)胞融合方法移植到去核卵母細(xì)胞中，重新組成胚胎并使之發(fā)育成熟的過(guò)程。與胚胎分割技術(shù)不同，細(xì)胞核移植技術(shù)，特別是細(xì)胞核連續(xù)移植技術(shù)可以產(chǎn)生無(wú)限個(gè)遺傳相同的個(gè)體。由于細(xì)胞核移植是產(chǎn)生克隆動(dòng)物的有效方法，故人們往往把它稱(chēng)為動(dòng)物克隆技術(shù)。,克隆的基本原理,采用細(xì)胞核移植技術(shù)克隆動(dòng)物的設(shè)想，最初由漢斯施佩曼在1938年提出，他稱(chēng)之為“奇異的實(shí)驗(yàn)”，即從發(fā)育到后期的胚胎（成熟或未成熟的胚胎均可）中取出細(xì)胞核，將其移植到一個(gè)卵子中。這一設(shè)想是現(xiàn)在克隆動(dòng)物的基本途徑。,克隆技術(shù)的應(yīng)用前景,（1）培育優(yōu)良畜種和生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物； （2）生產(chǎn)轉(zhuǎn)基因動(dòng)物； （3）生產(chǎn)人胚胎干細(xì)胞用于細(xì)胞和組織替 代療法； （4）復(fù)制瀕危的動(dòng)物物種，保存和傳播動(dòng) 物物種資源。,克隆的爭(zhēng)議和存在的問(wèn)題,“多莉”的誕生在世界各國(guó)科學(xué)界、政界乃至宗教界都引起了強(qiáng)烈反響，并引發(fā)了一場(chǎng)由克隆人所衍生的道德問(wèn)題的討論。各國(guó)政府有關(guān)人士、民間紛紛作出反應(yīng)：克隆人類(lèi)有悖于倫理道德。,克隆的爭(zhēng)議和存在的問(wèn)題,克隆技術(shù)在理論和技術(shù)上都還很不成熟，在理論上，分化的體細(xì)胞克隆對(duì)遺傳物質(zhì)重編（細(xì)胞核內(nèi)所有或大部分基因關(guān)閉，細(xì)胞重新恢復(fù)全能性的過(guò)程）的機(jī)理還不清楚；克隆動(dòng)物是否會(huì)記住供體細(xì)胞的年齡，克隆動(dòng)物的連續(xù)后代是否會(huì)累積突變基因，以及在克隆過(guò)程中胞質(zhì)線(xiàn)粒體所起的遺傳作用等問(wèn)題還沒(méi)有解決。在實(shí)踐中，克隆動(dòng)物的成功率還很低。 生出的部分個(gè)體表現(xiàn)出生理或免疫缺限。 即使是正常發(fā)育的“多莉”，也被發(fā)現(xiàn)有早衰跡象。,基因工程的概念,基因工程就像技術(shù)科學(xué)的工程設(shè)計(jì)，按照人類(lèi)的需要把這種生物的這個(gè)“基因”與那種生物的那個(gè)“基因”重新“施工”，“組裝”成新的基因組合，創(chuàng)造出新的生物。這種完全按照人的意愿，由重新組裝基因到新生物產(chǎn)生的生物科學(xué)技術(shù)，就稱(chēng)為“基因工程”，或者說(shuō)是“遺傳工程”。 基因工程是生物工程的一個(gè)重要分支，它和細(xì)胞工程、酶工程、蛋白質(zhì)工程和微生物工程共同組成了生物工程。,基因工程的方法,基因工程一般包括四個(gè)步驟：一是取得符合人們要求的DNA片段，這種DNA片段被稱(chēng)為“目的基因”；二是將目的基因與質(zhì)?；虿《綝NA連接成重組 DNA；三是把重組DNA引入某種細(xì)胞；四是把目的基因能表達(dá)的受體細(xì)胞挑選出來(lái)。,基因工程的應(yīng)用,醫(yī)學(xué)上，已研發(fā)了外用重組人表皮生長(zhǎng)因子衍生物噴劑“依濟(jì)復(fù)”。這種噴劑將顯著促進(jìn)創(chuàng)傷愈合，大大提高臨床治療水平，是中國(guó)基因工程制藥領(lǐng)域取得的又一項(xiàng)新成果。,基因工程的應(yīng)用,轉(zhuǎn)基因食品上，在實(shí)驗(yàn)室中，把動(dòng)植物的基因加以改變，再制造出具備新特征的食品種類(lèi)。所有生物的 DNA上都寫(xiě)有遺傳基因，它們是建構(gòu)和維持生命的化學(xué)信息。通過(guò)修改基因，科學(xué)家們就能夠改變一個(gè)有機(jī)體的部分或全部特征。,轉(zhuǎn)基因食品的隱患,毒性：一些研究學(xué)者認(rèn)為，對(duì)于基因的人工提煉和添加，可能在達(dá)到某些人們想達(dá)到的效果的同時(shí)，也增加和積聚了食物中原有的微量毒素。 毒性：過(guò)敏反應(yīng)：對(duì)于一種食物過(guò)敏的人有時(shí)還會(huì)對(duì)一種以前他們不過(guò)敏的食物產(chǎn)生過(guò)敏。 營(yíng)養(yǎng)問(wèn)題：外來(lái)基因會(huì)以一種人們目前還不甚了解的方式破壞食物中的營(yíng)養(yǎng)成分。,轉(zhuǎn)基因食品的隱患,對(duì)抗生素的抵抗作用：當(dāng)一個(gè)外來(lái)基因加入到植物或細(xì)菌中去，這個(gè)基因會(huì)與別的基因連接在一起。人們?cè)诜昧诉@種改良食物后，食物會(huì)在人體內(nèi)將抗藥性基因傳給致病的細(xì)菌，使人體產(chǎn)生抗藥性。 對(duì)環(huán)境的威脅：在許多基因改良品種中包含有從桿菌中提取出來(lái)的細(xì)菌基因，這種基因會(huì)產(chǎn)生一種對(duì)昆蟲(chóng)和害蟲(chóng)有毒的蛋白質(zhì)。,基因芯片的概念,基因芯片（Gene Chip)）即DNA芯片（DNA Chip)，是指利用現(xiàn)代探針固相原位合成技術(shù)、照相平板印刷技術(shù)、高分子合成技術(shù)等微電子技術(shù)把大量分子生物學(xué)技術(shù)（包括南北印跡技術(shù)、探針雜交技術(shù)、PCR等）具體而微的固定在一定狹小的空間內(nèi)，以實(shí)現(xiàn)高速度、高通量、集約化和低成本的分析技術(shù)?；蛐酒母拍瞵F(xiàn)已泛化到生物芯片（biochip）、微陣列（Microarray）、DNA芯片（DNA chip），甚至蛋白芯片。,基因芯片的研究進(jìn)展和發(fā)展前景,基因芯片亟待解決的問(wèn)題 (1)基因芯片的特異性的提高； (2)樣品制備和標(biāo)記操作的簡(jiǎn)化； (3)增加信號(hào)檢測(cè)的靈敏度； (4)高度集成化樣品制備、基因擴(kuò)增、核酸標(biāo)記及檢測(cè)儀器的研制和開(kāi)發(fā)。,基因芯片的研究進(jìn)展和發(fā)展前景,對(duì)生物芯片研究人員來(lái)說(shuō)，最終的研究目標(biāo)是對(duì)分析的全過(guò)程實(shí)現(xiàn)全集成，即縮微芯片實(shí)驗(yàn)室（laboratory on a chip）。這個(gè)實(shí)驗(yàn)室的成功是生物芯片研究領(lǐng)域的一大突破，它向人們展示了用生物芯片制作縮微實(shí)驗(yàn)室的可能。上述問(wèn)題不僅是當(dāng)前和今后一段時(shí)期內(nèi)國(guó)內(nèi)外基因芯片技術(shù)研究的焦點(diǎn)，同時(shí)也是基因芯片能否從實(shí)驗(yàn)室研究推向臨床應(yīng)用的關(guān)鍵問(wèn)題。,基因芯片的研究進(jìn)展和發(fā)展前景,基因芯片技術(shù)在基因表達(dá)譜分析、基因診斷、藥物篩選及序列分析等諸多領(lǐng)域已呈現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景，隨著研究的不斷深入和技術(shù)的更加完善基因芯片一定會(huì)在生命科學(xué)研究領(lǐng)域發(fā)揮出其非凡的作用。 從某種意義上我們可以這樣認(rèn)為：基因的結(jié)構(gòu)或種類(lèi)決定物種；基因的功能或表達(dá)則決定生命，即生物的生、老、病、死。 基因芯片技術(shù)將為我們提供一條認(rèn)識(shí)生命本質(zhì)的捷徑。,基因芯片的應(yīng)用,基因破譯 染色體是DNA的載體，基因是DNA上有遺傳效應(yīng)的片段，構(gòu)成DNA的基本單位是四種堿基。由于每個(gè)人擁有30億對(duì)堿基，破譯所有DNA的堿基排列順序無(wú)疑是一項(xiàng)巨型工程。與傳統(tǒng)基因序列測(cè)定技術(shù)相比，基因芯片破譯人類(lèi)基因組和檢測(cè)基因突變的速度要快數(shù)千倍。,基因芯片的應(yīng)用,基因診斷 通過(guò)使用基因芯片分析人類(lèi)基因組，可找出致病的遺傳基因。未來(lái)人們?cè)隗w檢時(shí)，由搭載基因芯片的診斷機(jī)器人對(duì)受檢者取血，轉(zhuǎn)瞬間體檢結(jié)果便可以顯示在計(jì)算機(jī)屏幕上。利用基因診斷，醫(yī)療將從千篇一律的“大眾醫(yī)療”的時(shí)代，進(jìn)步到依據(jù)個(gè)人遺傳基因而異的“定制醫(yī)療”的時(shí)代。,基因芯片的應(yīng)用,基因環(huán)保 基因芯片可高效地探測(cè)到由微生物或有機(jī)物引起的污染，還能幫助研究人員找到并合成具有解毒和消化污染物功能的天然酶基因。,基因芯片的應(yīng)用,基因計(jì)算 DNA分子類(lèi)似“計(jì)算機(jī)磁盤(pán)”，擁有信息的保存、復(fù)制、改寫(xiě)等功能。將螺旋狀的DNA的分子拉直，其長(zhǎng)度將超過(guò)人的身高，但若把它折疊起來(lái)，又可以縮小為直徑只有幾微米的小球。因此，DNA分子被視為超高密度、大容量的分子存儲(chǔ)器。基因芯片經(jīng)過(guò)改進(jìn)，利用不同生物狀態(tài)表達(dá)不同的數(shù)字后還可用于制造生物計(jì)算機(jī)。,基因芯片的應(yīng)用,其他應(yīng)用 藥物篩選和新藥開(kāi)發(fā) 基因功能研究 農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè) 軍事和司法,干細(xì)胞的概念,干細(xì)胞是指未成熟細(xì)胞，醫(yī)學(xué)界稱(chēng)之為“萬(wàn)用細(xì)胞”。它未充分分化，具有再生各種組織器官和人體的潛在功能。 人體干細(xì)胞分為全能干細(xì)胞、多能干細(xì)胞和專(zhuān)能干細(xì)胞三種類(lèi)型。所謂全能干細(xì)胞，就是可以分化成人體的各種細(xì)胞，這些分化出的細(xì)胞構(gòu)成人體的各種組織和器官，最終發(fā)育成一個(gè)完整的人。全能干細(xì)胞進(jìn)一步分化形成各種多能干細(xì)胞，多能干細(xì)胞經(jīng)過(guò)進(jìn)一步分化，成為專(zhuān)能干細(xì)胞。,干細(xì)胞的研究和發(fā)展前景,干細(xì)胞有以下特點(diǎn)： （1）干細(xì)胞本身不是處于分化途徑的