高中生物 第六章 遺傳與人類健康 6.3 基因治療和人類基因組計劃教案 浙科版必修2

1、第六章 遺傳與人類健康第三節(jié) 基因治療和人類基因組計劃一、教學(xué)目標(biāo)：知識目標(biāo)：知道基因治療的概念，理解基因治療的基本方法和基本程序。了解人類基因組計劃的內(nèi)容、過程、意義及實施的艱巨性，學(xué)會利用互聯(lián)網(wǎng)收集有關(guān)人類基因組計劃的信息資料。探討基因檢測可能帶來的影響，理性思考科學(xué)進步的意義與價值。 能力目標(biāo)：通過對scid病基因治療圖的分析，提高學(xué)生識圖能力。培養(yǎng)學(xué)生利用互聯(lián)網(wǎng)搜集信息資料的能力、表達能力、語言組織能力和團隊合作能力。通過探討基因檢測對社會帶來的一系列問題，培養(yǎng)學(xué)生分析判斷能力。情感態(tài)度與價值觀：正確認識人類基因組計劃的艱巨性，激發(fā)學(xué)生探求生命科學(xué)奧秘的興趣。培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度及勇于探索、克

2、服困難等科學(xué)素養(yǎng)，提高學(xué)生創(chuàng)新意識。二、教材分析：教材的地位作用：基因治療與人類基因組計劃是本章的重點內(nèi)容之一。此節(jié)內(nèi)容是學(xué)生通過對第2冊前幾章有關(guān)遺傳變異知識的學(xué)習(xí)，意在理論聯(lián)系實際，也為以后基因工程的學(xué)習(xí)打下了基礎(chǔ)。教材以治療scid患者為例，介紹了基因治療的基本過程：第一步，ada基因整合到逆轉(zhuǎn)錄病毒。第二步，此病毒感染人t淋巴細胞。第三步，ada基因整合到人染色體上。第四步，把已整合的t淋巴細胞回注到病人體內(nèi)。通過具體病例的介紹使學(xué)生理解基因治療的一般步驟和方法。第二個內(nèi)容是介紹了人類基因組計劃的實施過程及意義。安排了一個課外活動：利用互聯(lián)網(wǎng)了解人類基因組計劃的實施過程和應(yīng)用價值。通過

3、每位學(xué)生親自查找，搜集資料，全班討論，獲得全面的信息，能培養(yǎng)學(xué)生收集信息的能力，并深刻認識到科學(xué)探索過程中的艱辛。學(xué)生活動：討論誰有權(quán)利知道基因檢測的結(jié)果。設(shè)置了多個討論題，供學(xué)生活動，從而使學(xué)生更深入地理解人類基因組計劃的意義，加深對前面知識的理解。教學(xué)重點：基因治療的概念，scid病的基因治療過程，人類基因組計劃的實施過程及意義.難點：scid病的基因治療步驟。學(xué)情分析：關(guān)于基因治療和人類基因組計劃是目前科學(xué)界的熱門話題，學(xué)生已從電 視或各種媒體中有所了解，并且通過本章以上幾節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，學(xué)生在 第一冊中已學(xué)習(xí)了病毒、細菌、淋巴細胞等細胞結(jié)構(gòu)的特點，通過第二冊的學(xué)習(xí)，已掌握了有關(guān)組成基因的

4、堿基序列、性狀及基因控制性狀等知識，為本章內(nèi)容的學(xué)習(xí)打下了基礎(chǔ)。但是學(xué)生對從根本上治療疾病措施基因治療的具體步驟不是很清楚。三、教學(xué)設(shè)計：課前準(zhǔn)備：教師：搜集信息、供學(xué)生討論閱讀。多媒體課件：基因治療scid病的過程學(xué)生：分組通過互聯(lián)網(wǎng)搜集有關(guān)人類基因組計劃的實施過程的信息，討論并整理，制作成投影片，供課堂上使用。教學(xué)過程：1、設(shè)疑，導(dǎo)入新課師：我國有很多糖尿病患者，此病的病癥是什么？生：尿糖、多飲、多食、多尿。師：病因是什么？生：胰島病變，胰島素含量下降，血糖上升。師：治療方法是如何改進的？學(xué)生討論生：早期治療方案是利用從動物中提取出來的胰島素治療，因為是動物體內(nèi)的，效果不是很理想。如果直接

5、從人體血清中提取，不僅費用昂貴，而且產(chǎn)量很少。幾年前科學(xué)家將人體內(nèi)控制合成胰島素的基因成功地導(dǎo)入了一奶牛受精卵內(nèi)，從而穩(wěn)定地從乳汁中獲得了大量的胰島素。但是病人還是必須定時注射胰島素。那么最根本最徹底的辦法是把正常胰島素基因轉(zhuǎn)入胰島細胞中，使細胞恢復(fù)合成胰島素的能力,即基因治療。2、案例教學(xué)，獲得新知教師提供一事例：“法國氣泡兒童事件”。該事件發(fā)生在法國巴黎某醫(yī)院實施scid病基因治療臨床試驗中。該免疫缺陷癥表現(xiàn)為t細胞和b細胞的嚴重免疫缺陷，如不治療，嬰兒會在出生后一年內(nèi)，由于嚴重和反復(fù)的感染而夭折。scid常規(guī)療法是進行骨髓移植，但是它的配型很困難，而且會由于捐獻者患有感染性的單核細胞增多

6、癥，導(dǎo)致病人產(chǎn)生淋巴瘤。師scid病的病因：腺苷脫氨酶（ada）缺陷引起，ada催化腺苷和脫氧腺苷成為肌苷和2-脫氧肌苷，ada在淋巴細胞中最多，ada缺乏導(dǎo)致脫氧腺苷和脫氧三磷酸腺苷蓄積在細胞內(nèi)，特別是淋巴細胞內(nèi)。這兩種代謝產(chǎn)物對淋巴細胞具有毒性，它們能抑制核糖核苷酸還原酶活性而阻礙dna合成。生：閱讀書本130頁圖6-11及相關(guān)內(nèi)容。師：多媒體動畫展示師：病毒、細菌、t淋巴細胞結(jié)構(gòu)有何區(qū)別？生：病毒無細胞結(jié)構(gòu)，細菌原核細胞，無染色體，人t淋巴細胞為真核細胞，有真正的細胞核。師：細菌中的ada基因是如何整合到反轉(zhuǎn)錄病毒上的？生：逆轉(zhuǎn)錄病毒感染細菌。師：t淋巴細胞的功能是什么？生：免疫。師：t

7、淋巴細胞能與被抗原入侵的宿主細胞密切接觸，激活靶細胞內(nèi)的溶酶體酶，使靶細胞的通透性發(fā)生改變，最終導(dǎo)致靶細胞裂解死亡，細胞內(nèi)的抗原也因失去藏身之所而為抗體消滅。同時，t淋巴細胞還能釋放出可溶性免疫活性物質(zhì)淋巴因子，如白細胞介素、干擾素等。淋巴因子大都是通過加強各種有關(guān)細胞的作用來發(fā)揮免疫效應(yīng)的。師：t淋巴細胞如何得到ada基因？生：逆轉(zhuǎn)錄病毒的感染。師小結(jié)：基因治療scid病基本步驟：（1）讓反轉(zhuǎn)錄病毒作為載體，首先將細菌中的ada基因整合到病毒核酸上。（2）用它去感染病人t淋巴細胞，體外培養(yǎng)t淋巴細胞，篩選出ada基因已整合到染色體上的細胞。（3）將攜帶正常ada基因的t淋巴細胞回注到病人體內(nèi)

8、。從而歸納出一般基因治療的過程：圖 1-9 基因治療的步驟3、搜集信息，培養(yǎng)能力教師指導(dǎo)學(xué)生活動提供材料，學(xué)生分組討論這些資料。材料一人類基因組計劃是人類歷史上第一次由全世界各國不分大小、不分強弱，所有科學(xué)家一起執(zhí)行的科研項目。實施人類基因組計劃伊始，發(fā)達國家具有遠見的科學(xué)家即號召全球各個國家的政府都重視這一項目，并號召全世界科學(xué)家共同參與，建議所有的進展、所有的數(shù)據(jù)、所有的實驗資源應(yīng)隨時公布于眾，讓全世界所有國家免費享用。在實施過程中，各國科學(xué)家精誠合作、共享材料、共享數(shù)據(jù)，共同攻關(guān)。這在人類自然科學(xué)史上，是史無前例的。人類基因組計劃與另兩個有全球性意義的項目，即曼哈頓原子彈計劃和阿波羅登月

9、計劃相比，更顯示了人類的諧同與進步，自（）材料二人類基因組計劃（human genome project，hgp）也稱人類基因測序計劃，主要目標(biāo)是完成對人類的基因組的所有堿基序列的測定，闡明人體中全部基因的位置、結(jié)構(gòu)、功能、表達、調(diào)控方式及致病突變的全部信息。自（http：/）材料三1989年美國成立“國家人類基因組研究中心”。諾貝爾獎獲得者、 dna分子雙螺旋模型提出者沃森（jwaston）出任第一任主任。1990年，歷經(jīng)5年辯論之后，美國國會批準(zhǔn)美國的“人類基因組計劃”于同年10月1日正式啟動。美國的人類基因組計劃總體規(guī)劃是：擬在15年內(nèi)至少投入30億美元，進行對人類全基因組的分析。此計劃

10、在1993年作了修改，其主要內(nèi)容包括：人類基因組的基因圖構(gòu)建與序列分析；人類基因的鑒定；基因組研究技術(shù)的建立；人類基因組研究的模式生物；信息系統(tǒng)的建立。此外，還有人類基因組研究的社會、法律與倫理問題，交叉學(xué)科的技術(shù)訓(xùn)練，技術(shù)的轉(zhuǎn)讓，研究計劃外延等共9方面的內(nèi)容。自（http：/）材料四人類基因組草圖也僅僅是草圖1990年首先在美國啟動的“人類基因組計劃”是為了測定組成人類基因組的核苷酸序列。人類基因組大約由30億個堿基對組成，打個比方，就像是一部由30億個由atcg四個字母交替組成的大書。這個計劃的目的，就是要知道這四個字母的排列順序。但是由于技術(shù)的原因，在測序之前，需要先把這本書撕成許多個片

11、斷分別閱讀，然后再把這些片斷拼接起來恢復(fù)成一本完整的書。所謂完成了“工作草圖”，這僅僅指的是初步把這些片斷拼湊了起來，里面還有空白和錯誤，并不是一本完整準(zhǔn)確的書。即使在兩三年以后得到了完整的書，也絕不意味著就讀懂了這本書。知道了基因組序列并不是就破譯人類基因的奧秘。人類基因組絕大部分是沒有功能意義的dna序列，只有少部分是有意義的，包括了大約十萬個基因。在獲得基因組完整序列之后，下一步的工作，是把其中的全部基因找出來。只有找到了這十萬個基因，了解了其編碼的蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和基本功能以及基因調(diào)控的機制，才可以說初步破譯了人類基因的奧秘，這是極其艱巨的工作，目前已從基因組序列找出來的人類基因已有三萬多

12、個，但是能跟被編碼的蛋白質(zhì)對上號的，也不過數(shù)千個。最樂觀的估計，沒有幾十年的時間，不可能初步完成這項破譯，而如果要把所有蛋白質(zhì)的相互關(guān)系研究透徹，那要花上更長久的時間即使到了這個遙遙無期的時刻，也絕不意味著我們完全掌握了人類遺傳的奧秘。人類基因組計劃是源于一個并不恰當(dāng)?shù)挠^念，以為存在著一種典型的純粹的人，可以用少數(shù)幾個人（塞來拉公司用的是5個不同種族的人）的基因組來代表人類基因組。但是人類的遺傳有著無限多的變異性?；虻淖儺愡h多于蛋白質(zhì)的變異，并不存在一本單一的基因標(biāo)準(zhǔn)“密碼本”。如果將某些個特定個體的遺傳當(dāng)成了人類遺傳的標(biāo)準(zhǔn)而忽視了人類遺傳的多樣性，是極其危險的。人類基因組的完整序列，無疑能

13、成為遺傳學(xué)研究的重要工具，至少，它有助于我們更快速地鑒定、克隆人類基因，特別是那些已先在別的生物中發(fā)現(xiàn)的基因。但是，人類基因組序列所起的作用是相當(dāng)有限的。就像一張地圖，它能給旅行者帶來很大的便利，卻不能保證就能達到目的地。何況還存在著無數(shù)不盡相同的地圖。人類基因組序列的獲得，只是全面破譯人類遺傳奧秘的起點，而不是結(jié)束。自叩問基因時代的爭論方舟子著 p35。材料五六國科學(xué)家公布人類基因組細節(jié)研究成果新華網(wǎng)華盛頓2月11日專電（記者吳偉農(nóng)）人類基因計劃、美國塞萊拉遺傳信息公司、美國科學(xué)雜志和英國自然雜志聯(lián)合宣布，繼科學(xué)家去年繪制成功人類基因組工作框架圖之后，他們又繪制出了更加準(zhǔn)確、清晰、完整的人類

14、基因組圖譜，對人類基因的面貌有了新的發(fā)現(xiàn)：一、基因數(shù)量少得驚人。一些研究人員曾經(jīng)預(yù)測人類約有14萬個基因，但塞萊拉公司將人類基因總數(shù)定在26383萬到39114萬個之間。如果最終確定出的基因數(shù)在這個范圍內(nèi)，比如3萬個左右，那么，人類只比果蠅多大約13萬個基因。塞萊拉公司的科學(xué)家測出的序列準(zhǔn)確地覆蓋了基因組的95，并已經(jīng)確定了所有基因的2/3，平均測序精度為9996。二、人類基因組中存在“熱點”和大片“荒漠”，人類基因組序列中所謂的“荒漠”就是包含極少或根本不包含基因的部分，基因組上大約14的區(qū)域是長長的、沒有基因的片段?；蛎芏仍诘?7、第19和第22號染色體上最高，在x染色體，第4、第18號

15、和y染色體上相對貧瘠。三、353的基因組包含重復(fù)的序列。這意味著所有這些重復(fù)序列，即原來被認為的“垃圾dna”應(yīng)該被進一步研究。事實上，第19號染色體57是重復(fù)的。除了重復(fù)片段，科學(xué)家還鑒定了210萬個人與人之間不同的基因序列，這些序列被稱為“單核苷酸多態(tài)性”，它們通常是無害的。地球上人與人之間9999的基因密碼是相同的。研究發(fā)現(xiàn)，來自不同人種的人比來自同一人種的人在基因上更為相似。在整個基因組序列中，人與人之間的變異僅為萬分之一。在談到這一發(fā)現(xiàn)的意義時，科學(xué)雜志總編肯尼迪說，塞萊拉科學(xué)家揭示的人類基因組面貌是一項出色的成就，它代表了所有迄今完成的最準(zhǔn)確的人類基因組，也為人類醫(yī)學(xué)新發(fā)展提供了嶄

16、新的、激動人心的前景。學(xué)生活動：學(xué)生分組閱讀、討論上述資料。教師活動：教師提出具體問題，并用實物投影儀投射在大屏幕上。1.人類基因組計劃于哪年啟動？耗資多少？有哪些國家參與？2.人類基因組計劃的研究對象是什么？3.耗此巨資意義何在？我國有什么必要參與其中？4. 2000年6月26日宣布的“人類基因組草圖”完成的是什么？是不是如同中國青年報（2000年6月27日）所言“人類基因密碼破譯”？5.某報道說，當(dāng)某科學(xué)家被記者問到，以后是否可能用轉(zhuǎn)基因技術(shù)創(chuàng)造出從事特殊服務(wù)的“新人類”，如不吃不拉埋頭苦干的轉(zhuǎn)基因奴隸時， 他斷言“這是可能的！”（南方周未2000年7月7日）你的意見呢？6.由于人類基因組

17、計劃的實施，某科學(xué)家預(yù)言：“不久的幾年內(nèi)，人們將看到一健康的5 000種遺傳病以及與遺傳密切相關(guān)的癌癥、心血管疾病、關(guān)節(jié)炎、糖尿病、高血壓、精神病等，都可以得到早期診斷和治療。你同意此種說法嗎？學(xué)生活動：利用互聯(lián)網(wǎng)了解人類基因組計劃的實施過程請每小組指定一員把課前準(zhǔn)備的材料制作成的ppt文件展示給全班同學(xué)，并用簡練的語言向同學(xué)們介紹。學(xué)生討論：（1）你認為人類基因組研究最核心的理論基礎(chǔ)是什么？（2）在人類基因組計劃中最核心的技術(shù)是什么？（3）在人類基因組計劃研究中，有國家參與，也有私人公司參與，私人公司的參與有什么意義？（4）在實施人類基因組計劃的過程中，多個國家進行了國際合作，這體現(xiàn)了今天的

18、科學(xué)發(fā)展具有什么特點？（5）在實施人類基因組計劃的過程中，計算機技術(shù)發(fā)揮了什么樣的作用？師：人類基因組計劃的應(yīng)用價值有那些？生：（1）追蹤疾病基因。（2）估計遺傳風(fēng)險（3）優(yōu)生優(yōu)育（4）建立個人擋案（5）用于基因治療。師：隨著基因組計劃的完成，科學(xué)家已找到了許多致病基因。人們可通過基因檢測來發(fā)現(xiàn)自己是否帶有致病基因，那么基因診斷的方法如何呢？出示基因診斷示意圖：圖 1-6 基因診斷示意圖學(xué)生討論：什么是探針？對dna進行兩次熱處理的原因？基因診斷的原理是什么？師生小結(jié)：探針就是用放射性同位素、熒光分子等標(biāo)記的dna分子。第一次對dna進行熱處理是為了讓dna解旋后成單鏈dna進行擴增，第二次是

19、為了讓單鏈dna與探針dna進行雜交。基因診斷的原理是dna分子的雜交原理。學(xué)生活動：討論誰有權(quán)利知道基因檢測的結(jié)果。學(xué)生討論：就基因檢測給社會、人們的生活帶來的一系問題展開討論。個人知道自己的基因檢測結(jié)果有什么價值？保險公司、企業(yè)雇主為什么想獲得他人的基因信息？關(guān)于“個人基因信息是否應(yīng)該得到保護”這個問題，你的 觀點是什么？列舉支持你的觀點的全部理由。嘗試建立一套法律條例，來規(guī)范基因檢測資料的使用，并說明理由。小組討論，結(jié)果課堂展示。練習(xí)鞏固：1、基因治療是指-（ ）a 把健康的外源基因?qū)胗谢蛉毕莸募毎?，達到治療疾病的目的b對有缺陷的細胞進行修復(fù)，從而使其恢復(fù)正常，從而達到治療疾病的目的c運用人工誘變的方法，使有基因缺陷的細胞發(fā)生基