生物醫(yī)藥與健康緒論

1、生物醫(yī)藥與健康(jinkng) 授課(shuk)人:韋曉蘭 E-mail: 共九十三頁主要(zhyo)內(nèi)容生物技術(shù)概論生物醫(yī)藥概述(i sh)藥理學基礎(chǔ)共九十三頁考試(kosh)平時成績（）+卷面成績（）平時成績考核方法(fngf)：作業(yè)（）：缺次扣分，直至 扣完為止考勤（）：曠課次扣分，直 至扣完為止共九十三頁授課時間:1-10周參考書目:1. 夏煥章 熊宗貴 高等教育出版社 2. 任先達 醫(yī)藥科技出版社共九十三頁生物(shngw)技術(shù)概論 生物(shngw)技術(shù)定義 生物技術(shù)歷史 生物技術(shù)發(fā)展共九十三頁 生物(shngw)技術(shù)的定義年代國家學者內(nèi)容1919匈牙利艾里基（K.Kreky）凡是

2、以生物機體為原料，無論其用何種生產(chǎn)方法進行產(chǎn)品生產(chǎn)的技術(shù)1980，s國際采用基因工程等一類具有現(xiàn)代生物內(nèi)涵或以分子生物學為基礎(chǔ)的技術(shù)1982國際IECDO應(yīng)用自然科學和工程學原理，依靠生物作用劑的作用將物料進行加工以提供產(chǎn)品或用以為社會服務(wù)的技術(shù)目前Bio-X,X是指任何與生物發(fā)出關(guān)聯(lián)的自然科學或工程技術(shù)各種相關(guān)學科和工程技術(shù)以及各自派生的交叉(jioch)分支學科活的或死的微生物、動物或植物的機體、組織、細胞、體液以致分泌物以及從上述組分中提取出來的生物催化劑酶或其他生物活性物質(zhì)有關(guān)的生物機體或其中有關(guān)的器官、細胞、體液或其經(jīng)加工的組分以及少量必要的無機物質(zhì)是工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、食品等產(chǎn)品共九

3、十三頁研究(ynji)對象相關(guān)(xinggun)學科生物技術(shù)共九十三頁糖鏈工程 生物信息學 生物信息學是一門交叉科學，它包含了生物信息的獲取、處理、存儲、分發(fā)、分析和解釋等在內(nèi)的所有(suyu)方面，它綜合運用數(shù)學、計算機科學和生物學的各種工具，來闡明和理解大量數(shù)據(jù)所包含的生物學意義。 共九十三頁基因工程、細胞工程、發(fā)酵工程、蛋白質(zhì)（酶）工程此外還有基因診斷與基因治療技術(shù)、克隆動物技術(shù)、生物芯片技術(shù)、生物材料技術(shù)、生物能源技術(shù)、利用生物降解環(huán)境中有毒有害化合物的技術(shù)直接相關(guān)聯(lián)的學科：分子生物學、微生物學、生物化學(huxu)、遺傳學、細胞生物學、化學(huxu)工程學、醫(yī)藥學等。對人類和社會生

4、活各方面影響最大的生物技術(shù)領(lǐng)域：農(nóng)業(yè)生物技術(shù)、醫(yī)藥生物技術(shù)、環(huán)境生物技術(shù)、海洋生物技術(shù) 生物技術(shù)(jsh)的主要內(nèi)容共九十三頁共九十三頁共九十三頁共九十三頁 基因工程是指在微觀領(lǐng)域（分子水平）中，根據(jù)分子生物學和遺傳學原理，設(shè)計并實施一項把一個生物體中有用的目的(md)DNA(遺傳信息)轉(zhuǎn)入另一個生物體中，使后者獲得新的需要的遺傳性狀或表達所需要的產(chǎn)物，最終實現(xiàn)該技術(shù)的商業(yè)價值。 基因工程(jyn gngchng)及應(yīng)用基因工程與建筑工程共九十三頁基因工程(jyn gngchng)的基礎(chǔ)知識 一、基因的概念: DNA分子中含有特定(tdng)遺傳信息的一段核苷酸序列,是遺傳物質(zhì)的最小功能單位。

5、 共九十三頁A：S有夾膜致病菌，B：R突變(tbin)非致病菌，C：加熱殺死S菌，D：活R死S共九十三頁共九十三頁共九十三頁共九十三頁共九十三頁二、基因的一般特性：基因可自我(zw)復(fù)制，基因決定蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，基因可突變。共九十三頁三、DNA的結(jié)構(gòu)與性能DNA的結(jié)構(gòu)：四種核苷酸（A T C G）連接的雙螺旋結(jié)構(gòu)。DNA的性質(zhì)與功能(gngnng)吸收光譜260電場中泳動共九十三頁變性 復(fù)性(f xn) 雜交共九十三頁四、DNA的復(fù)制(fzh)：半保留復(fù)制共九十三頁 五、基因(jyn)表達 轉(zhuǎn)錄： 在RNA聚合酶的催化(cu hu)下以DNA為模板合成mRNA的過程。 共九十三頁 2、翻譯(fny

6、)： 以mRNA為模板,tRNA作為運載工具,將活化的氨基酸在核糖體上合成蛋白質(zhì)的過程。 共九十三頁 基因(jyn)表達共九十三頁真核細胞的翻譯(fny)過程共九十三頁基因工程(jyn gngchng)基本操作步驟共九十三頁 稀少(xsho)珍貴的蛋白質(zhì)藥物1982年，美國食品與藥物管理局批準了首例基因工程產(chǎn)品人胰島素投放市場它標志(biozh)了基因工程產(chǎn)品正式進入到商業(yè)化階段。人生長激素、表皮生長因子、腫瘤壞死因子、a-干擾素、纖維素酶、抗血友病因子、紅細胞生成素、尿激酶原、白細胞介素-2、集落刺激因子、乙肝疫苗等等共九十三頁 畜牧業(yè)中的應(yīng)用(yngyng)動物(dngw)疫苗、生長激素等

7、例：從轉(zhuǎn)基因羊的羊奶中提取出治療心臟病的藥物tPA共九十三頁 種植業(yè)中的應(yīng)用(yngyng)用攜帶外源基因(jyn)的農(nóng)桿菌Ti質(zhì)粒轉(zhuǎn)化植物原生質(zhì)體，使外源DNA與植物染色體DNA整合，通過原生質(zhì)體的培養(yǎng)分化成愈傷組織，最后發(fā)育成具有新性狀的完整植株轉(zhuǎn)基因植物共九十三頁共九十三頁 抗化學(huxu)除草劑基因轉(zhuǎn)基因西紅柿固氮酶基因人類DNA環(huán)境保護(hunjng boh)等等共九十三頁分子(fnz)診斷應(yīng)用遺傳性疾病(jbng)的診斷羊水和胎盤絨毛膜檢測共九十三頁鐮狀紅細胞貧血癥的檢測(jin c)一種常染色體退化遺傳病引起原因(yunyn)：基因的點突變，丟失了可被MstII或Cvnl切開的

8、一個限制性內(nèi)切酶位點。正常：三條帶患?。阂粭l帶子女1：正常子女2：患病子女3：攜帶者共九十三頁 利用 PCR與分子雜交標記快速準確地檢測(jin c)病原性物質(zhì)共九十三頁“后基因組時代”將是“蛋白質(zhì)組學時代”，即從對基因信息的研究轉(zhuǎn)向(zhunxing)對蛋白質(zhì)信息的研究，包括研究蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)、功能與應(yīng)用及蛋白質(zhì)相互關(guān)系和作用。蛋白質(zhì)工程就是在對蛋白質(zhì)的化學、晶體學、動力學等結(jié)構(gòu)與功能認識的基礎(chǔ)上，對蛋白質(zhì)人工改造與合成，最終獲得商業(yè)化的產(chǎn)品。蛋白質(zhì)工程(gngchng)、發(fā)酵工程(gngchng)和細胞工程(gngchng)簡介 蛋白質(zhì)工程共九十三頁蛋白質(zhì)工程的主要步驟通常包括：（1）從生物體

9、中分離純化目的蛋白；（2）測定其氨基酸序列；（3）借助核磁共振和X射線晶體衍射(ynsh)等手段，盡可能地了解蛋白質(zhì)的二維重組和三維晶體結(jié)構(gòu); 蛋白質(zhì)工程(gngchng)（4）設(shè)計各種處理條件，了解蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)變化，包括折疊與去折疊等對其活性與功能的影響；（5）設(shè)計編碼該蛋白的基因改造方案，如點突變；（6）分離、純化新蛋白，功能檢測后投入實際使用。共九十三頁現(xiàn)代發(fā)酵工程主要指利用微生物、包括利用DNA重組技術(shù)改造的微生物在全自動發(fā)酵罐或生物反應(yīng)器中生產(chǎn)某種商品的技術(shù)。現(xiàn)代發(fā)酵工程是生物代謝(dixi)、微生物生長動力學、大型發(fā)酵罐或生物反應(yīng)器研制、化工原理等密切結(jié)合和應(yīng)用的結(jié)果。 發(fā)酵(f

10、jio)工程共九十三頁一般發(fā)酵工程包括以下基本步驟：（1）菌種選育；（2）細胞大規(guī)模培養(yǎng)即發(fā)酵過程；（3）生產(chǎn)活性的誘導(dǎo)；（4）菌體及產(chǎn)物(chnw)的收獲 發(fā)酵(f jio)工程發(fā)酵工程的產(chǎn)品范圍非常廣泛。從食品、藥品、精細化工產(chǎn)品到許多工業(yè)用原料等等生物可降解塑料PHB等共九十三頁細胞工程是指通過細胞水平上的篩選或改造，獲得(hud)有商業(yè)價值的細胞株或細胞系，再通過規(guī)模培養(yǎng)，獲得(hud)特殊商品的技術(shù)與過程。細胞工程包括動物細胞工程和植物細胞工程，它們分別以動物細胞和植物細胞為主要生產(chǎn)對象，以細胞培養(yǎng)為主要過程和內(nèi)容。 細胞工程共九十三頁動物(dngw)細胞培養(yǎng) 細胞工程共九十三頁單細

11、胞藻類培養(yǎng)(piyng) 細胞工程一些單細胞低等植物如單細胞藻類的大規(guī)模培養(yǎng)成為細胞工程的重要組成部分(z chn b fn)獲得蛋白質(zhì)資源、營養(yǎng)食品、精細化工產(chǎn)品等等共九十三頁高等植物(godngzhw)細胞培養(yǎng) 細胞工程高等植物細胞具有全能性。從高等植物的幼胚、根、莖、葉、花和果實等不同器官的組織中分離的單個細胞，經(jīng)過特殊培養(yǎng)形成愈傷組織，并可進一步誘導(dǎo)(yudo)生成完整的植株。共九十三頁細胞融合、細胞重組(zhn z)、雜交瘤技術(shù) 細胞工程細胞融合是將不同種類的兩種細胞經(jīng)過特殊處理后放在一起，在某些促融因子作用下發(fā)生融合，形成(xngchng)雜種細胞。細胞重組是把不同種類的細胞的部件

12、重新組合裝配，包括核的移植、葉綠體移植、核糖體重建及線粒體裝配等。雜交瘤技術(shù)是通過細胞融合產(chǎn)生特異雜交瘤細胞。共九十三頁生物技術(shù)(jsh)的歷史名稱區(qū)間代表性技術(shù)和產(chǎn)品其他經(jīng)驗生物技術(shù)時期人類出現(xiàn)19世紀中期風肉、果酒、酸奶、啤酒、麻沸散近代生物技術(shù)建立時期1850s1950s顯微鏡的誕生、微生物學的出現(xiàn)近代生物技術(shù)全盛時期1950s1970s青霉素工業(yè)的開發(fā)成功、酶作為催化劑的生物產(chǎn)品的出現(xiàn)現(xiàn)代生物技術(shù)建立和發(fā)展時期20世紀末期分子生物學理論的產(chǎn)生、基因工程技術(shù)成為主導(dǎo)共九十三頁啤酒(pji)的釀制共九十三頁愛德華琴納 巴斯德共九十三頁顯微鏡的發(fā)明(fmng)300多年(du nin)前 L

13、eeuwenhoek 世界上最早的顯微鏡Robert Hooke 軟木蜂窩狀的小格子“細胞”1838年Schleiden 1839年Schwann細胞是組成生物體的基本單位共九十三頁1855年，Virchow細胞學說可以歸納(gun)為以下兩點：1 所有生物都由細胞和細胞的產(chǎn)物組成；2 新的細胞必須經(jīng)過已存在的細胞分裂而產(chǎn)生。細胞是生命活動的基本單位共九十三頁施旺共九十三頁青霉素工業(yè)(gngy)固定化酶技術(shù)(jsh)青霉素工業(yè)的開發(fā)和酶工程的出現(xiàn)共九十三頁達爾文施旺孟德爾阿凡萊證明(zhngmng)DNA摩爾根基因?qū)W說華生克里克DNA結(jié)構(gòu)和中心法則基因工程產(chǎn)品分子生物學與基因工程共九十三頁共九

14、十三頁基因(jyn)技術(shù)單克隆抗體技術(shù)(jsh)動植物細胞培養(yǎng)技術(shù)雜交技術(shù)轉(zhuǎn)基因技術(shù)克隆技術(shù)生物芯片技術(shù)共九十三頁轉(zhuǎn)基因技術(shù)(jsh)共九十三頁公元前5000年谷物選種人類祖先發(fā)現(xiàn)，最茁壯的植株的種子培植出的谷物也更優(yōu)良。這是人類開始按照人的意圖(yt)控制生命的開端，這也是克隆技術(shù)最終目標的最初體現(xiàn)。 1952年克隆蝌蚪-小小的蝌蚪改寫了生物技術(shù)發(fā)展史，成為世界(shji)上第一種被克隆的動物。1972年基因復(fù)制-克隆技術(shù)精細到以單個基因復(fù)制為單位。1978年第一例試管嬰兒出生克隆技術(shù)共九十三頁1997年2月多利-世界(shji)第一例從成年動物細胞克隆出的哺乳動物綿羊多利誕生。1998年克

15、隆(k ln)批量化-美國夏威夷大學的科學家用成年細胞克隆出50多只老鼠，并接著培育出3代遺傳特征完全一致的實驗鼠。與此同時，其它幾個私立研究機構(gòu)也用不同的方法成功克隆出小牛。2000年人類近親被克隆-美國俄勒岡的研究者用與克隆多利羊截然不同的方法克隆出猴子，此外，幫助培育出多利羊的生物技術(shù)公司宣布克隆出5只小豬仔。該公司宣稱，克隆豬終將成為人類移植器官的“加工廠”。2001年克隆人被提上日程 2004年“克隆人類胚胎”在英國合法化,僅供醫(yī)療研究.共九十三頁生物芯片(shn w xn pin)技術(shù)生物芯片又稱DNA芯片或基因芯片，它們是DNA雜交探針技術(shù)與半導(dǎo)體工業(yè)技術(shù)相結(jié)合的結(jié)晶。該技術(shù)系指

16、將大量探針分子固定于支持物上后與帶熒光標記的DNA樣品分子進行雜交，通過檢測每個探針分子的雜交信號強度進而獲取樣品分子的數(shù)量和序列信息。1996年底，美國 Affymetrix 結(jié)合照相平板印刷、計算機、半導(dǎo)體、寡核苷酸合成、熒光標記、核酸探針分子雜交和激光共聚掃描等高新技術(shù)，研制創(chuàng)造(chungzo)了世界第一塊DNA芯片。 生物芯片技術(shù)的一般原理共九十三頁 A. 用于微陣列芯片制作的點樣儀。；B. 封裝在卡盒中的微陣列芯片; C. 用于微陣列芯片熒光標記檢測的激光共聚焦掃描器；D. 微陣列芯片的局部放大；E. 微陣列芯片上固定(gdng)DNA探針的示意圖。圖中藍色的DNA鏈是預(yù)先固定在芯

17、片表面的捕獲探針，紅色的DNA鏈是與捕獲探針互補的靶DNA分子。共九十三頁共九十三頁生物(shngw)技術(shù)的發(fā)展1開展后人類基因組學的研究2開展基因診斷和基因治療研究3各種生物(shngw)新藥的研究開發(fā)4干細胞培養(yǎng)和胚胎工程的發(fā)展5轉(zhuǎn)基因和克隆動物6人類功能基因的研究開發(fā)7基因農(nóng)作物的研究8環(huán)保學科的合作研究9海洋生物技術(shù)的研究10相關(guān)工程技術(shù)學科的研究共九十三頁 Mendel 奧地利原天主教神父(shn f) 不能忘記(wngj)的人在1865年他根據(jù)豌豆七對不同性狀的雜交實驗,發(fā)現(xiàn)生殖細胞成熟中同對因子分離,異對因子自由組合兩條遺傳規(guī)律,即遺傳學分離規(guī)律和自由組合規(guī)律.為遺傳學提供了數(shù)學

18、基礎(chǔ),創(chuàng)立了孟德爾學派。共九十三頁孟德爾碗豆雜交(zjio)實驗共九十三頁 不能忘記(wngj)的人T H Morgan（1866-1945） 美國(mi u)遺傳學家 從1910年到30年代他在果蠅遺傳實驗中進一步證實了孟德爾分離定律和自由組合定律。他的兩大重要發(fā)現(xiàn)：一是發(fā)現(xiàn)基因在染色體上，二是發(fā)現(xiàn)遺傳的基因鏈鎖和互換定律。建立了摩爾根基因?qū)W說。 他的格言：“實驗方法的本質(zhì)在于每一種見解和假說都必須通過實驗的檢驗，然后才被承認其科學地位。共九十三頁摩爾根“果蠅(u yn)的伴性實驗”共九十三頁 不能忘記(wngj)的人 J D Watson F H C Crick 1953年4月25日，英國

19、自然雜志發(fā)表了沃森和克立克的文章“核酸的分子結(jié)構(gòu) DNA的一個(y )結(jié)構(gòu)模型”。標志著DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的建立，從此，遺傳學和生物學的歷史從細胞階段進入了分子階段。共九十三頁 不能忘記(wngj)的人 F Sanger W Gilbert 桑格（英國(yn u)化學家）最早測定胰島素的氨基酸順序獲得1958年諾貝爾化獎。22年后，他因測定了一種噬菌體的一級結(jié)構(gòu)獲1980年的諾貝爾化學獎。 吉爾伯特在DNA測序領(lǐng)域，因其卓越的工作獲得1980年諾貝爾化學獎。共九十三頁 不能忘記(wngj)的人 Paul Berg 伯格（美國生物化學家）通過把兩個不同來源的DNA連結(jié)在一起并發(fā)揮其應(yīng)有的生物學功能

20、，證明了完全可以(ky)在體外對基因進行操作。他作為“重組DNA技術(shù)之父”于1980年獲諾貝爾化獎。共九十三頁 不能忘記(wngj)的人Kary B Mullis 1985年穆利斯發(fā)明了高效復(fù)制DNA片段的聚和酶鏈式反應(yīng)（PCR）技術(shù)，利用該技術(shù)可從極其微量的樣品(yngpn)中大量生產(chǎn)DNA分子，使基因工程獲得了革命性發(fā)展。共九十三頁生物醫(yī)藥概論(giln) 生物醫(yī)藥特點(tdin) 生物醫(yī)藥成果 生物醫(yī)藥前景共九十三頁生物醫(yī)藥的顯著特點高技術(shù)(jsh)（精細和密集的復(fù)雜技術(shù)(jsh)）高投入（尤其是前期科研投入高）長周期 高風險 高利潤共九十三頁生物醫(yī)藥的成果(chnggu)分類重組DNA

21、技術(shù)的產(chǎn)品基因藥物(yow)天然生物藥物合成的生物藥物共九十三頁 稀少(xsho)珍貴的蛋白質(zhì)藥物1982年，美國食品與藥物管理局批準了首例基因工程產(chǎn)品人胰島素投放市場它標志了基因工程產(chǎn)品正式進入(jnr)到商業(yè)化階段。人生長激素、表皮生長因子、腫瘤壞死因子、a-干擾素、纖維素酶、抗血友病因子、紅細胞生成素、尿激酶原、白細胞介素-2、集落刺激因子、乙肝疫苗等等共九十三頁共九十三頁共九十三頁 乙肝病毒（HBV）特征： 1. 有胞膜的雙鏈DNA病毒，形狀(xngzhun)三種（大圓顆粒，小 圓顆粒，管狀顆粒). 屬嗜肝脫氧核糖核酸病毒科. 共九十三頁2. 乙肝病毒抗原(kngyun)組成復(fù)雜。a.

22、 表面抗原（HBsAg）產(chǎn)生表面抗體（HBsAb）。 此抗原存在于病毒顆粒的胞膜上。b. 核心抗原（HBcAg）產(chǎn)生抗核抗體 （HBcAb）。 此抗原在被感染的肝細胞內(nèi)合成。c. e抗原（HBeAg）產(chǎn)生e抗體（HBeAb）。此抗原 存在病毒顆粒核心。共九十三頁共九十三頁I. “大三陽” (HBsAg，HBeAg，HBcAb 陽性) a. 表面抗原(HBsAg)陽性 表明(biomng)乙肝病毒急性感染, 患者血液具傳染性. 與表面抗原相應(yīng)的抗體是表面抗體(HBsAb) b. 核心抗體(HBcAb)陽性 核心抗原在被感染的肝細胞內(nèi)合成, 患者具傳染性.此抗原不進入外周血液, 在血清中不能檢測到

23、此抗原. 與核心抗原相應(yīng)的抗體是抗核抗體(HBcAb)共九十三頁 c. e抗原(HBeAg)陽性 此抗原位于病毒核心內(nèi), 僅在HBsAg 陽性血清中能 檢測到. 此抗原陽性反映病毒在活動性復(fù)制, 傳染性強并易發(fā)展(fzhn)成慢性肝炎. -與e抗原相應(yīng)的抗體是e抗體 (HBeAb) 共九十三頁II. “小三陽” (HBsAg, HBeAb, HBcAb 陽性) HBeAb表示患者體內(nèi)的乙肝病毒復(fù)制(fzh)受到抑制.共九十三頁共九十三頁共九十三頁病毒性肝炎(n yn) 病毒性肝炎(n yn)依地紅 共九十三頁肝硬變門脈性 肝硬化 共九十三頁乙肝傳染源 1. 乙肝患者, 乙肝表面抗原陽性攜帶者均為傳染源. 乙 肝表面抗原陽性攜帶者是指血清中HBsAg陽性,但無 肝炎癥狀并且肝功正常者. 2. 乙肝病毒攜帶者占中國人口的10%. 如母親為攜帶者 會使全家和子孫后代都帶上乙肝病毒.感染途徑(tjng) 1. 通過血液和體液（汗液，唾液，淚液，乳汁，皮膚 破傷后的組織液）接觸性感染。 2. 不會通過正常的呼吸道和消化道傳染。致病機理 復(fù)雜，尚不清楚。共九十三頁 3. - 母嬰垂直傳播 (中國患者約85% ) - 血液和血制品傳播 - 醫(yī)原性傳播 - 家庭內(nèi)密切接觸 - 公共場所（理發(fā)店，美容院） 世界約3億，我國約1.3億攜帶者。