單元活動構建第4章

生物技術的安全性與倫理問題單元活動用辯證的觀點看待基因治療的相關問題任務內(nèi)容任務一從轉基因的角度理解基因治療的過程和優(yōu)缺點任務二客觀分析基因治療的安全性和倫理問題基因治療在探索中前進。20世紀60年代，科學家首次提出基因治療的概念，為基因治療的發(fā)展奠定了基礎。1990年，研究者用逆轉錄病毒將正確編碼腺苷脫氨酶的基因?qū)腚x體培養(yǎng)的患者淋巴細胞，再將細胞輸回患者體內(nèi)，成功恢復了患者體內(nèi)腺苷脫氨酶的合成。此次成功是基因治療史上的重要里程碑。此后，科學家開展了大量的基因治療試驗，一些基因治療產(chǎn)品也陸續(xù)獲得批準上市。近年來，以CRISPR/Cas9為代表的基因編輯技術的興起讓基因治療步入了全新的階段。利用基因編輯技術，可在體內(nèi)或體外對靶基因進行精準編輯，比如將目的基因插入指定位點，或敲除特定基因；通過單堿基編輯技術，可對靶位點進行精準的堿基編輯，從而糾正原來的基因突變。目前，基于基因編輯技術的臨床試驗獲得了良好的治療效果?；蛑委熢谌〉梅e極進展的同時，也面臨著諸多問題，如安全性、倫理問題等。目前基因治療常用的載體是病毒載體，包括逆轉錄病毒、腺相關病毒(AAV)等。逆轉錄病毒可整合外源基因到宿主基因組從而使產(chǎn)物長期穩(wěn)定表達，但這種隨機整合的特性會帶來潛在的安全隱患。病毒有一定的免疫原性，可激活機體的特異性免疫應答，導致基因治療失敗，甚至危及生命。2017年，首例利用AAV載體攜帶凝血因子基因?qū)ρ巡〉呐R床治療以失敗告終，此例就與載體輸注后AAV病毒衣殼引起的免疫應答有關。同時，基因編輯的脫靶效應也不容忽視，一旦脫靶效應發(fā)生在重要功能基因上，會造成嚴重的安全風險。經(jīng)過幾十年的螺旋式發(fā)展，基因治療在遺傳病和獲得性疾病(如惡性腫瘤、心血管疾病和感染性疾病等)的治療上均取得了令人興奮的臨床試驗進展。基因治療的進步為許多疾病的治療提供了新的思路，也讓無數(shù)患者看到了希望。不久的將來，基因治療或?qū)⒊蔀槿祟惣膊≈委煵豢苫蛉钡囊徊糠??；顒?用逆轉錄病毒將正確編碼腺苷脫氨酶的基因?qū)腚x體培養(yǎng)的患者淋巴細胞，再將細胞輸回患者體內(nèi)，恢復了患者體內(nèi)腺苷脫氨酶的合成。該過程的核心步驟是什么？基因表達載體由哪些結構組成？答案：核心步驟是基因表達載體的構建。啟動子、終止子、標記基因、目的基因、復制原點等。任務一從轉基因的角度理解基因治療的過程和優(yōu)缺點活動2基因治療是在______________水平進行操作，以實現(xiàn)緩解或治愈疾病的一種治療手段。將AAV載體輸入自身存在抗AAV抗體的患者體內(nèi)，抗體會__________________從而降低載體的遞送效果，AAV病毒衣殼會引起機體細胞免疫應答進而使__________________被破壞而失效。DNA分子與AAV特異性結合導入目的基因的細胞活動3視網(wǎng)膜上包括視桿細胞和視錐細胞。引起色素性視網(wǎng)膜炎的基因突變首先會導致視桿細胞死亡，繼而引起視錐細胞死亡，最終導致視網(wǎng)膜退化，眼睛失明。某實驗室利用基因編輯技術和視網(wǎng)膜退化小鼠模型為實驗材料開展相關實驗，使模型小鼠的視桿細胞身份基因喪失功能，誘導視桿細胞獲得視錐細胞的特征，使之能夠不受有害致病突變基因的影響。(1)從DNA分子中獲取模型小鼠的視桿細胞身份基因，需要使用的酶是________，然后使用______________酶將視桿細胞身份基因與cAs基因、CRISPR相關基因構建為重組載體。限制酶DNA連接(2)可使用____________法將重組載體導入模型小鼠的受精卵中，然后使受精卵發(fā)育為小鼠。(3)檢測到小鼠的視網(wǎng)膜未退化，視覺得到改善，說明導入的重組cAs基因、CRISPR相關基因____________，使視桿細胞不被引起色素性視網(wǎng)膜炎的基因突變所影響，不發(fā)生死亡。顯微注射正常表達活動1逆轉錄病毒可整合外源基因到宿主基因組從而使產(chǎn)物長期穩(wěn)定表達，但這種隨機整合的特性會帶來潛在的安全隱患。病毒有一定的免疫原性，可激活機體的特異性免疫應答，導致基因治療失敗，甚至危及生命。(1)逆轉錄病毒載體可將外源基因整合到宿主基因組，這種隨機整合會帶來潛在的安全隱患，原因是什么？答案：外源DNA若是插入到具有重要的作用基因上，可能導致基因失活，或者激活原癌基因?qū)е掳┳?。任務二客觀分析基因治療的安全性和倫理問題(2)CCR5是HIV感染人體細胞不可缺少的關鍵受體?？蒲腥藛T以CCR5基因為靶基因，利用基因治療手段治療艾滋病，取得積極效果，請分析該治療的思路。答案：分離患者的T細胞或造血干細胞，利用基因編輯技術敲除細胞中的CCR5基因，再將細胞輸回患者體內(nèi)，以提高細胞抵抗HIV感染的能力。(3)下列有關對基因治療的認識或態(tài)度，正確的是(

)A．所有的基因治療策略都是用正?；蛉ヌ鎿Q突變基因B．遺傳病是由遺傳物質(zhì)改變所致，基因治療只適用于治療遺傳病C．對于體外無法培養(yǎng)的細胞，可通過載體直接將基因?qū)牖颊唧w內(nèi)細胞進行治療D．基因治療具有難以預料的潛在安全隱患，不應該繼續(xù)研究和發(fā)展√活動2為了治療新型冠狀病毒感染，科學工作者從新型冠狀病毒的RNA中，剪切出能指導S蛋白(能引起新型冠狀病毒侵染人體肺部細胞的蛋白質(zhì))的RNA，經(jīng)逆轉錄形成單鏈DNA，再合成雙鏈DNA，編輯成目的基因并與相應的質(zhì)粒結合構建基因表達載體后，導入工程菌中培養(yǎng)，從中分離提取S抗原蛋白，加工制成新型冠狀病毒疫苗。利用這種方法制備疫苗的優(yōu)點有哪些？(至少答兩點)。答案：可快速和大量制備、安全等。活動3我國不贊成、不支持、不接受任何克隆人實驗，贊成以治療和預防疾病為目的的人類胚胎干細胞研究，但研究必須是有序的，并要在有效監(jiān)控和嚴格審查條件下進行。我國贊成治療性克隆人，堅決反對生殖性克隆人的原因是什么？答案：①克隆人只是某些人出于某種目的制造的“產(chǎn)品”，沒有“父母”，可能會導致他們心理上受到傷害；②生殖性克隆人是對人類尊嚴的侵犯；③克隆人的家庭地位難以認定；④沖擊現(xiàn)有有關婚姻、家庭和兩性關系的倫理道德觀念；⑤克隆技術尚不成熟，不能保證克隆出無缺陷的人；⑥破壞了人類基因多樣性的天然屬性，不利于人類的生存和進化?！?．傳統(tǒng)的基于慢病毒感染、胚胎基因編輯構建非人靈長類腦疾病動物模型常出現(xiàn)操作困難、編輯基因脫靶等問題。若對非人靈長類動物的體細胞進行基因編輯并獲得陽性克隆的細胞，利用體細胞核移植技術構建動物疾病模型具有優(yōu)勢。下列關于體細胞核移植技術的分析中，錯誤的是(

)A．將經(jīng)基因編輯的單個體細胞注入MⅡ期的卵母細胞中B．用電刺激、Ca2+載體等方法激活重構胚，促進胚胎分裂發(fā)育C．重組胚必須移植到同種、生理狀態(tài)相同的雌性個體中才能繼續(xù)發(fā)育D．基因編輯動物模型的遺傳背景保持相同，有利于減小實驗研究誤差A

解析：細胞核移植技術可將經(jīng)基因編輯的單個體細胞注入去核的MⅡ期的卵母細胞中，A錯誤；可以用物理或化學方法(如電刺激、Ca2+載體、乙醇、蛋白酶合成抑制劑等)激活重構胚，使其完成細胞分裂和發(fā)育進程，B正確；重構胚必須移植到同種、生理狀態(tài)相同的雌性個體中才能繼續(xù)發(fā)育，否則可能存在免疫排斥等問題，胚胎難以存活，C正確；基因編輯動物模型的遺傳背景保持相同，可以通過它們之間的對比來分析致病基因，有利于減小實驗研究誤差，D正確。2．基因治療是指把正常基因?qū)氩∪梭w內(nèi)，使該基因的表達產(chǎn)物發(fā)揮功能，從而達到治療疾病的目的。下列關于基因治療的說法中，不正確的是(

)A．基因治療的原理是基因突變B．基因治療時可用經(jīng)過修飾的病毒做載體C．基因治療只能治療因基因異常導致的遺傳病D．經(jīng)基因治療治愈的病人，其后代仍有可能再患同種基因疾病√A

解析：基因治療的原理是基因重組，A錯誤；基因治療是把正?；?qū)氩∪梭w內(nèi)有缺陷的細胞中，所以在治療時可用經(jīng)過修飾的病毒做載體，B正確；基因治療只能治療因基因異常導致的遺傳病，如白化病、紅綠色盲等，而不能治愈所有的遺傳病，C正確；基因治療的對象是具有致病基因的體細胞，沒有涉及原始生殖細胞，所以其后代仍可能患有同種基因疾病，D正確。3．腺苷脫氨酶(ADA)基因缺陷癥是一種免疫缺陷病，對患者采用基因治療的方法是：取出患者的白細胞，進行體外培養(yǎng)時導入正常ADA基因，再將這些白細胞輸回患者體內(nèi)，使其免疫功能增強，能正常生活。下列有關敘述正確的是(

)A．導入的正常ADA基因可遺傳給后代B．正常ADA基因替換了患者的缺陷基因C．正常ADA基因通過控制ADA的合成來影響免疫功能D．運用基因工程技術，把有缺陷的基因切除，達到治療疾病的目的√C

解析：正常ADA基因?qū)氲氖腔颊叩陌准毎?，生殖細胞的遺傳物質(zhì)并沒有發(fā)生改變，所以不能遺傳給后代，A錯誤；將正常ADA基因?qū)肓嘶颊叩陌准毎?，但是并沒有替換患者的缺陷基因，B錯誤；正常ADA基因通過控制ADA的合成來增強免疫功能，C正確；基因治療是把正?；?qū)氩∪梭w內(nèi)有缺陷的細胞中，使該基因的表達產(chǎn)物發(fā)揮功能，而不是把有缺陷的基因切除，D錯誤。4．CRISPR/Cas9基因編輯技術是利用Cas9蛋白-sgRNA復合體對雙鏈DNA的特定序列進行識別并切割，從而達到基因定點敲除、插入、替換的目的。其中sgRNA的引導序列負責對DNA上的靶序列進行定位，再由被激活的Cas9蛋白對靶序列進行切割(如圖所示)，下列敘述錯誤的是(

)A．sgRNA的引導序列可在DNA聚合酶的催化下合成B．Cas9蛋白-sgRNA復合體的功能類似于限制酶C．sgRNA引導序列對DNA靶序列進行定位，利用了堿基互補配對原理D．該技術能實現(xiàn)對基因的定向改造，可用于某些疾病的基因治療√A

解析：sgRNA的引導序列可在RNA聚合酶的催化下合成，A錯誤；根據(jù)題圖分析可知，Cas9蛋白-sgRNA復合體可斷開DNA上的磷酸二酯鍵，功能類似于限制酶，B正確；由題圖可知，sgRNA的引導序列通過與DNA靶序列間的堿基互補配對進行定位，C正確；CRISPR/Cas9基因編輯技術是利用Cas9蛋白-sgRNA復合體對雙鏈DNA的特定序列進行識別并切割，從而達到基因定點敲除、插入、替換的目的，所以該技術能實現(xiàn)對基因的定向改造，可用于某些疾病的基因治療，D正確。5．近年來，基因治療作為一種新的治療手段，可以治療多種疾病。GDNF是一種神經(jīng)營養(yǎng)因子，對損傷的神經(jīng)細胞具有營養(yǎng)和保護作用。研究人員構建了含GDNF基因的表達載體(如圖所示)，并導入到大鼠神經(jīng)干細胞中用于干細胞基因治療的研究。請回答下列問題：(1)若要獲得大量GDNF基因，可通過____________技術進行體外擴增，該技術所需的引物有____________種。(2)基因工程中，最核心的步驟是____________(填圖中序號)；能否用限制酶XhoⅠ和EcoRⅠ同時切割目的基因和載體，并說明原因_____________________________________________________________________________________________________。重組載體上啟動子的作用是___________________________________________________________________。(3)圖中a稱為__________________；b將來發(fā)育為________________。(4)過程⑥產(chǎn)生的小鼠并不都是轉基因小鼠的原因是________________________________________________________________________________________________。解析：(1)能體外大量獲得目的基因的技術是PCR技術，PCR技術所需要的引物有2種。(2)基因工程的基本操作步驟主要包括四步：目的基因的獲取；基因表達載體的構建；將目的基因?qū)胧荏w細胞；目的基因的檢測與鑒定。其中，圖中①構建基因表達載體是基因工程的核心步驟