1、1,生物技術(shù)概論宋思揚(yáng) 樓士林 主編科學(xué)出版社,生物化學(xué)系 陳漢春 ,2,第1章 生物技術(shù)總論,學(xué)習(xí)目的 了解生物技術(shù)的含義、特點(diǎn)以及生物技術(shù)的發(fā)展史。掌握生物技術(shù)的各項技術(shù)及其相互關(guān)系。認(rèn)識生物技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域及其對人類社會發(fā)展的影響。,3,生物技術(shù)被世界各國視為一項高新技術(shù)，被廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥衛(wèi)生、農(nóng)林牧漁、輕工、食品、化工和能源等領(lǐng)域，促進(jìn)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)改造和新興產(chǎn)業(yè)的形成，對人類社會生活將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的、革命性的影響。 生物技術(shù)不完全是一門新興學(xué)科，它包括傳統(tǒng)生物技術(shù)和現(xiàn)代生物技術(shù)兩部分。,4,1.1 生物技術(shù)的含義 1.1.1 生物技術(shù)的定義 生物技術(shù)(biotechnology)，也稱生物

2、工程(bioengineering)， 是指人們以現(xiàn)代生命科學(xué)為基礎(chǔ)，結(jié)合其他基礎(chǔ)學(xué)科的科學(xué)原理，采用先進(jìn)的工程技術(shù)手段，按照預(yù)先的設(shè)計改造生物體或加工生物原料，為人類生產(chǎn)出所需產(chǎn)品或達(dá)到某種目的。因此，生物技術(shù)是一門新興的、綜合性的學(xué)科。,5,微生物 工程菌 發(fā)酵工程 基因工程 蛋白質(zhì)或酶 蛋白質(zhì)工程或酶工程 產(chǎn)品 動、植物個體或細(xì)胞 細(xì)胞工程 優(yōu)良動、植物品系,1.1.2 生物技術(shù)的種類及其相互關(guān)系,6,1.1.2.1 基因工程(gene engineering) 應(yīng)用人工方法把生物的遺傳物質(zhì)，通常是脫氧核糖核酸(DNA)分離出來，在體外進(jìn)行切割、拼接和重組。然后將重組DNA導(dǎo)入某種宿主細(xì)

3、胞或個體，從而改變它們的遺傳品性；有時還使新的遺傳信息在新的宿主細(xì)胞或個體中大量表達(dá)，以獲得基因產(chǎn)物(多肽或蛋白質(zhì))。也稱DNA重組技術(shù)。,7,1.1.2.2 細(xì)胞工程(cell engineering) 指以細(xì)胞為基本單位，在體外條件下進(jìn)行培養(yǎng)、繁殖；或人為地使細(xì)胞某些生物學(xué)特性按人們的意愿發(fā)生改變，從而改良生物品種和創(chuàng)造新品種；或加速繁育動、植物個體；以獲得某種有用的物質(zhì)的過程。 細(xì)胞培養(yǎng) 細(xì)胞融合（細(xì)胞雜交技術(shù)） 細(xì)胞重構(gòu)（如細(xì)胞器移植）,8,1.1.2.3 酶工程(enzyme engineering) 利用酶、細(xì)胞器或細(xì)胞所具有的特異催化功能, 或?qū)γ高M(jìn)行修飾改造，并借助生物反應(yīng)器和

4、工藝過程來生產(chǎn)人類所需產(chǎn)品的一項技術(shù)。它包括酶的固定化技術(shù)、細(xì)胞的固定化技術(shù)、酶的修飾改造技術(shù)及酶反應(yīng)器的設(shè)計等技術(shù)。,9,1.1.2.4 發(fā)酵工程(fermentation engineering) 利用微生物生長速度快、 生長條件簡單以及代謝過程特殊等特點(diǎn)，在合適條件下，通過現(xiàn)代化工程技術(shù)手段，由微生物的某種特定功能生產(chǎn)出人類所需的產(chǎn)品稱為發(fā)酵工程，也稱微生物工程。,10,1.1.2.5 蛋白質(zhì)工程（protein engineering） 是指在基因工程的基礎(chǔ)上，結(jié)合蛋白質(zhì)結(jié)晶學(xué)、計算機(jī)輔助設(shè)計和蛋白質(zhì)化學(xué)等多學(xué)科的基礎(chǔ)知識，通過對基因的人工定向改造等手段，對蛋白質(zhì)進(jìn)行修飾、改造、拼接以

5、產(chǎn)生能滿足人類需要的新型蛋白質(zhì)。,11,1.1.3 生物技術(shù)所涉及的學(xué)科 現(xiàn)代生物技術(shù)是所有自然科學(xué)領(lǐng)域中涵蓋范圍最廣的學(xué)科之一。它以包括分子生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、微生物學(xué)、免疫生物學(xué)、人體生理學(xué)、動物生理學(xué)、植物生理學(xué)、微生物生理學(xué)、生物化學(xué)、生物物理學(xué)、遺傳學(xué)等幾乎所有生物科學(xué)的次級學(xué)科為支撐，又結(jié)合了諸如化學(xué)、化學(xué)工程學(xué)、數(shù)學(xué)、微電子技術(shù)、計算機(jī)科學(xué)、信息學(xué)等生物學(xué)領(lǐng)域之外的尖端基礎(chǔ)學(xué)科，從而形成一門多學(xué)科互相滲透的綜合性學(xué)科。其中又以生命科學(xué)領(lǐng)域的重大理論和技術(shù)的突破為基礎(chǔ)。,12,13,生物技術(shù)所涉及的行業(yè)種類 行業(yè)種類 經(jīng)營范圍 疾病治療 用于控制人類疾病的醫(yī)藥產(chǎn)品及技術(shù)，包括抗生素

6、、生物藥 品、基因治療、干細(xì)胞利用等 診斷 臨床檢測與診斷，食品、環(huán)境與農(nóng)業(yè)檢測 農(nóng)業(yè)、林業(yè)與園藝 新的農(nóng)作物或動物，肥料，生物農(nóng)藥 食品 擴(kuò)大食品、飲料及營養(yǎng)素的來源 環(huán)境 廢物處理、生物凈化、環(huán)境治理 能源 能源的開采、新能源的開發(fā) 化學(xué)品 酶、DNA/RNA及特殊化學(xué)品 設(shè)備 由生物技術(shù)生產(chǎn)的金屬、生物反應(yīng)器、計 算機(jī)芯片及生物技 術(shù)使用的設(shè)備等,14,傳統(tǒng)生物技術(shù) 現(xiàn)代生物技術(shù),1.2 生物技術(shù)發(fā)展簡史,15,1.2.1 傳統(tǒng)生物技術(shù)的產(chǎn)生 傳統(tǒng)生物技術(shù)應(yīng)該說從史前時代起就一直為人們所開發(fā)和利用，以造福人類。在石器時代后期，我國人民就會利用谷物造酒，這是最早的發(fā)酵技術(shù)。 古老的釀造技術(shù)

7、 發(fā)酵技術(shù),16,理論背景： 現(xiàn)代生物技術(shù)是以20世紀(jì)70年代DNA 重組技術(shù)的建立為標(biāo)志的。 1944 年Avery 等闡明了DNA是遺傳信息的攜帶者 1953年Watson &Crick發(fā)現(xiàn)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu) 開 創(chuàng)分子生物學(xué) 1961年H.G.Khorana & M.W.Nirenberg破譯了遺傳 密碼，揭開了DNA 編碼的遺傳信息是如何傳遞給 蛋白質(zhì)這一秘密,17,現(xiàn)代生物技術(shù)的誕生 1973年加州大學(xué)的Cohen等實(shí)現(xiàn)了細(xì)菌間遺傳物質(zhì)的人工重組，轉(zhuǎn)入一個抗藥基因，使大腸桿菌獲得了抗藥性，第一例DNA重組技術(shù)成功。,18,1978年Genetech公司和洛衫磯Hope市醫(yī)學(xué)中心將具有明

8、顯醫(yī)藥實(shí)用價值的蛋白質(zhì)胰島素基因?qū)氲紼.coli 中表達(dá)成功 1980轉(zhuǎn)基因動物首獲成功，美國人得到轉(zhuǎn)人生長激素基因的超級鼠 1983年美國人和比利時人將外源基因引入植物中，并穩(wěn)定遺傳 1997年第一只克隆羊在英國Rosslyn研究所誕生,現(xiàn)代生物技術(shù)的誕生,19,生物技術(shù)的發(fā)展將越來越深刻地影響著世界經(jīng)濟(jì)、軍事和社會發(fā)展的進(jìn)程。,1.3生物技術(shù)對經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的影響,20,1.3.1 改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，解決食品短缺 提高農(nóng)作物的產(chǎn)量及品質(zhì) 培育抗逆的作物優(yōu)良品系，植物種苗的工廠化生產(chǎn) 提高糧食品質(zhì) 生物固氮，減少化肥使用量 發(fā)展畜牧業(yè)生產(chǎn) 動物的大量快速無性繁殖 培育動物的優(yōu)良品系,21,開發(fā)制

9、造貴重的新型藥品 疾病的預(yù)防和診斷 基因治療 人類基因組計劃,1.3.2 提高生命質(zhì)量，延長人類壽命,22,過去10年美國生物技術(shù)產(chǎn)品銷售（百萬美元） 領(lǐng)域 1998年 2003年 2008年 增長率% 人類疾病治療 9120 16100 27000 11 人類疾病診斷 2100 3100 4300 7 農(nóng) 業(yè) 420 1000 2300 19 特制品 390 900 2000 18 非醫(yī)療檢驗(yàn) 270 400 600 8 合 計 12300 2150 36200 11,23,美國工業(yè)化生物技術(shù)研究與發(fā)展基金分布圖,（69）,24,解決能源危機(jī) 生物能源將是最有希望的新能源之一，乙醇、生物柴油

10、等最有希望成為新的替代能源。 保護(hù)環(huán)境 人們可以利用微生物凈化有毒的化合物，降解石油污染，清除有毒氣體和惡臭物質(zhì)，綜合利用廢水和廢渣，處理有毒金屬，達(dá)到凈化環(huán)境、保護(hù)環(huán)境、廢物利用并獲得新的產(chǎn)品的目的。,1.3.3 解決能源危機(jī)、治理環(huán)境污染,25,制造工業(yè)原料 利用微生物在生長過程中積累的代謝產(chǎn)物,生產(chǎn)食品工業(yè)原料，種類繁多。 生產(chǎn)貴重金屬 利用微生物的浸礦技術(shù)對廢渣礦、貧礦、尾礦、廢礦進(jìn)行提煉。,1.3.4 制造工業(yè)原料、生產(chǎn)貴重金屬,26,基因工程對微生物的改造是否會產(chǎn)生某種有致病性的微生物，這些微生物都帶有特殊的致病基因，如果它們從實(shí)驗(yàn)室逸出并且擴(kuò)散，有可能造成類似鼠疫那樣的可怕疾病的

11、流行。 轉(zhuǎn)基因作物及食品的生產(chǎn)和銷售，是否對人類和環(huán)境造成長期的影響，擅自改變植物基因是否可能引起一些難以預(yù)料的危險。,1.3.5 生物技術(shù)的安全及其對倫理、道德、 法律的影響,27,分子克隆技術(shù)在人類的應(yīng)用可能造成巨大的社會問題，并對人類自身的進(jìn)化產(chǎn)生影響；而應(yīng)用在其他生物上同樣具有危險性，因?yàn)樗鶆?chuàng)造出的新物種有可能具有極強(qiáng)的破壞力而引發(fā)一場浩劫。 生物技術(shù)的發(fā)展將不可避免地推動生物武器的研制與發(fā)展，使籠罩在人類頭上的生存陰影越來越大。 動物克隆技術(shù)的建立，如果被某些人用來制造克隆人、超人，將可能破壞整個人類社會的和平。,28,第9章 生物技術(shù)與人類健康,學(xué)習(xí)目的 認(rèn)識醫(yī)學(xué)領(lǐng)域是現(xiàn)代生物技術(shù)

12、應(yīng)用最廣泛、成績最顯著、發(fā)展最迅速的領(lǐng)域。了解生物技術(shù)對疫苗生產(chǎn)、疾病診斷、生物制藥等領(lǐng)域的影響；了解生物技術(shù)對人類健康、延長人類壽命、提高生活質(zhì)量所具有的不可估量的作用。,29,醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域是現(xiàn)代生物技術(shù)應(yīng)用最廣泛、成績最顯著、發(fā)展最迅速、潛力也最大的一個領(lǐng)域。 生產(chǎn)常規(guī)方法不能生產(chǎn)的藥品或制劑。 生產(chǎn)靈敏度高、反應(yīng)專一、實(shí)用性強(qiáng)的臨床診斷新試劑。 提供安全性能好、免疫能力強(qiáng)的新一代疫苗。,30,廣義的疫苗是指將病原微生物（如細(xì)菌、立克次氏體、病毒等）及其代謝產(chǎn)物，經(jīng)過人工減毒、滅活或利用基因工程等方法制成的用于預(yù)防傳染病的自動免疫制劑。其中，由細(xì)菌制成的稱為菌苗；由病毒、立克次體、螺旋體等

13、制成的稱為疫苗。,9.1 生物技術(shù)與疫苗,9.1.1 疫苗概說,31,第一代疫苗 19世紀(jì)中葉，法國科學(xué)家Parsteur首先發(fā)明了減毒疫苗的制備技術(shù)。用病原體減毒或弱化制成疫苗，稱之為第一代疫苗。 特點(diǎn)：以減毒、弱化或滅活的病原體做疫苗。,32,第二代疫苗 (基因工程疫苗 ) 將病原體的抗原（某種蛋白質(zhì)）基因克隆在細(xì)菌或真核細(xì)胞內(nèi)，利用其生產(chǎn)的病原體抗原作為疫苗。 特點(diǎn)：利用病原體 的某些抗原成分 作為疫苗。,33,第三代疫苗 (核酸疫苗 ) 將含有編碼病原體抗原基因序列的質(zhì)粒載體直接作為疫苗，經(jīng)肌肉注射等方法導(dǎo)入體內(nèi)，通過宿主細(xì)胞表達(dá)抗原蛋白，誘導(dǎo)宿主產(chǎn)生對該抗原蛋白的免疫應(yīng)答。 特點(diǎn)：用

14、含有病原體抗原基因序列的質(zhì)粒載體直接作為疫苗。,34,9.2.1 ELISA：酶聯(lián)免疫吸附檢測技術(shù) (enzyme linked immunosorbent assay) 基因工程抗原 多克隆抗體與單克隆抗體,9.2 生物技術(shù)與疾病診斷,35,1978年Kan和Dozy首先應(yīng)用羊水細(xì)胞DNA限制性片段長度多態(tài)性（RFLP）進(jìn)行鐮狀細(xì)胞貧血癥的產(chǎn)前診斷，開創(chuàng)了DNA診斷的新技術(shù)。30多年來，DNA診斷技術(shù)飛速發(fā)展，建立了多種多樣的檢測方法，這些檢測方法可以用于遺傳性疾病、腫瘤、傳染性疾病等多種疾病的診斷。,9.2.2 DNA診斷技術(shù),36,9.2.2.1 DNA探針雜交技術(shù),37,PCR: po

15、lymerase chain reaction， 即聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)技術(shù)，是一項體外擴(kuò)增特異DNA片段的技術(shù)。 特點(diǎn)：靈敏度極高，可以檢測極微量的病原體。但如果操作不當(dāng)很容易產(chǎn)生假陽性反應(yīng)。,9.2.2.2 PCR技術(shù),38,變性 95C,延伸 72C,退火 Tm-5C,72延伸10min,2535個循環(huán)后,95預(yù)變性5min,39,40,41,利用PCR診斷遺傳病 遺傳病的診斷包括： 臨癥診斷（symptomatic diagnosis）：是指 遺傳病出現(xiàn)臨床癥狀后所進(jìn)行的診斷。 癥狀前診斷（presymptomatic diagnosis）：是指 臨床癥狀出現(xiàn)前所進(jìn)行的診斷。 產(chǎn)前診斷：胎兒

16、出生前所進(jìn)行的診斷。由于目前大多 數(shù)遺傳病無有效的治療方法，因此產(chǎn)前診斷對于降 低遺傳病的發(fā)生率，提高人口素質(zhì)具有重要的意義。,42,可利用PCR技術(shù)診斷的部分傳染因子 病毒 細(xì)菌 寄生蟲 單純性皰疹病毒 大腸桿菌 衣原體 肝炎病毒 沙門氏菌 錐蟲 巨細(xì)胞病毒 耶爾森氏菌 絲蟲 腺病毒 分支桿菌 瘧原蟲 風(fēng)疹病毒 彎曲菌 血吸蟲 Epstein-Barr病毒 軍團(tuán)菌 利什曼原蟲 輪狀病毒 博代氏桿菌 旋毛蟲 乳頭狀瘤病毒 弧菌 小泰氏梨漿蟲 人免疫缺陷病毒 鏈球菌 弓形蟲 細(xì)小病毒 葡萄球菌 鼻病毒 淋病奈瑟氏菌 立克次氏體 支原菌,利用PCR診斷傳染病,43,限制性片段長度多態(tài)性（RFLP）

17、是指由于堿基的改變導(dǎo)致DNA上的某一限制性內(nèi)切核酸酶水解位點(diǎn)增加或減少。當(dāng)這種DNA用內(nèi)切酶水解時，產(chǎn)生的DNA片段數(shù)將相應(yīng)地增加或減少，并且其DNA片段的分子質(zhì)量也發(fā)生相應(yīng)的改變，這種DNA片段長度的變化就稱為限制性片段長度多態(tài)性。,9.2.2.3 PCR-RFLP技術(shù),44,45,許多遺傳性疾病就是由于DNA上堿基的改變引起的。如果這種改變正好增加或減少了DNA限制性內(nèi)切核酸酶的水解位點(diǎn),那么就可以用PCR技術(shù)先擴(kuò)增包括這一突變位置在內(nèi)的DNA片段，獲得大量的DNA片段后通過RFLP方法進(jìn)行分析。,46,生物芯片主要指通過平面微細(xì)加工技術(shù)在固體芯片表面構(gòu)建的微流體分析單元和系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)對細(xì)

18、胞、蛋白質(zhì)、核酸以及其他生物組分的準(zhǔn)確、快速、大信息量的檢測。,9.2.2.10 生物芯片技術(shù),47,生物芯片的主要優(yōu)點(diǎn) 采用了平面微細(xì)加工技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)。通過提高集成度，可降低成本。 可組裝大量的 (104106種)生物分子探針，獲取信息量大，效率高。 結(jié)合微機(jī)械技術(shù)，可把生物樣品的預(yù)處理,基因物質(zhì)的提取、擴(kuò)增，以及雜交后的信息檢測集成為芯片實(shí)驗(yàn)室，制備成微型、全自動化、可用于微量試樣檢測的高度集成的智能化生物芯片。,48,目 錄,49,50,51,診斷腫瘤 檢查腫瘤組織基因表達(dá)譜、尋找腫瘤相關(guān) 基因、腫瘤基因突變的研究 。 檢測病原體 將許多代表每種微生物的特殊基因制成一 張芯片，

19、判斷患者感染病原體的種類。 遺傳性疾病的診斷,生物芯片在診斷上的應(yīng)用,52,1928年A.Fleming發(fā)現(xiàn)一種被稱為點(diǎn)青霉（Penicillium notatum）的真菌能產(chǎn)生青霉素。 迄今人們已經(jīng)找到了6000多種不同來源、不同結(jié)構(gòu)、不同作用機(jī)制的抗生素 ，廣泛應(yīng)用的約有100種。,9.3.1 抗生素及其他天然藥物 9.3.1.1 抗生素,9.3 生物技術(shù)與生物制藥,53,全世界每年抗生素的產(chǎn)量超過10萬噸，產(chǎn)值超過50億美元。 抗生素使許多疾病特別是細(xì)菌引起的傳染性疾病得到了有效的控制。 抗生素的濫用，已使許多細(xì)菌產(chǎn)生了抗藥性 。,54,人參組織培養(yǎng)生產(chǎn)人參皂甙 組織培養(yǎng)方法生產(chǎn)紫草的有

20、效成分紫草寧。 紅豆杉細(xì)胞培養(yǎng)法及真菌發(fā)酵法生產(chǎn)紫杉醇。 （尚處于研究階段）,9.3.1.2 其他天然藥物,紫杉醇 紅豆杉,55,將有治療意義的蛋白質(zhì)基因克隆后，導(dǎo)入細(xì)菌、酵母等生長旺盛的表達(dá)系統(tǒng)中，使這個基因接受表達(dá)系統(tǒng)中強(qiáng)的表達(dá)元件的控制而大量表達(dá)，從而得到可供臨床使用的大量藥物。,9.3.2 基因工程藥物,56,安全，不易被病原體污染。 成本低、產(chǎn)量高。 用傳統(tǒng)技術(shù)提取5mg的生長激素釋放抑制因子需要50萬頭綿羊的腦，而用基因工程技術(shù)生產(chǎn)只需9L細(xì)菌發(fā)酵液。 生產(chǎn)的蛋白質(zhì)藥物的性質(zhì)更加穩(wěn)定、活性更高、副作用更低。 可以通過基因工程的方法對蛋白質(zhì)基因的結(jié)構(gòu)加以改造以改變蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，使其更穩(wěn)

21、定。,優(yōu)點(diǎn)多,57,美國十分重視基礎(chǔ)研究，立足于創(chuàng)新，因此美國的基因制藥一直處于領(lǐng)先水平。美國現(xiàn)有各類生物技術(shù)公司2000多家，其中1300多家從事醫(yī)藥產(chǎn)品的開發(fā)研究， 300多家為上市公司。1997年美國基因工程藥物的銷售額為60億美元，到2001年的產(chǎn)值已達(dá)200多億美元。 日本基因工程藥物的年銷售額也高達(dá)幾千億日元。 我國基因工程藥物數(shù)量少、市場規(guī)模仍然十分有限。,效益高,58,用基因工程技術(shù)生產(chǎn)的部分人類蛋白質(zhì)藥物 蛋白質(zhì)名稱 用途 促腎上腺皮質(zhì)激素（adrenocorticotrophic hormone） 治療風(fēng)濕（rheumatic disease） B細(xì)胞生長因子（B-cell

22、 growth factor） 治療免疫系統(tǒng)功能失調(diào) 降鈣素(calcitonin) 治療軟骨病(osteomalacia) 集落刺激因子(colony stimulating factor) 治療血液病、腫瘤輔助治療 絨毛膜促性腺激素(chorionic gonadotropin) 治療不排卵癥 內(nèi)啡肽和腦啡肽(endorphine and enkephalin) 鎮(zhèn)痛劑(analgesic agent) 上皮生長因子(epidermal growth factor) 促進(jìn)傷口愈合 促紅細(xì)胞生成素(erythropoietin) 治療貧血(anemia) 凝血因子(factor ) 治療血友

23、病(hemophilia) 凝血因子(factor ) 治療血友病 生長激素(growth hormone) 促進(jìn)生長 生長激素釋放因子(growth hormone releasing factor) 促進(jìn)生長 胰島素(insulin) 治療糖尿病(diabetes) 干擾素(interferon) 抗病毒抗腫瘤 白細(xì)胞介素(interleukin) 治療癌癥,59,蛋白質(zhì)名稱 用途 淋巴細(xì)胞毒素(lymphotoxin) 抗腫瘤 巨噬細(xì)胞激活因子(macrophage activating factor) 抗腫瘤 神經(jīng)生長因子(nerve growth factor) 促進(jìn)神經(jīng)系統(tǒng)損傷的修

24、復(fù) 血小板衍生因子(platelet-derived growth factor) 治療動脈粥樣硬化 松弛素(relaxin) 助產(chǎn)劑 血清白蛋白(serum albumin) 血漿補(bǔ)充物 生長調(diào)節(jié)素(somatomedin C) 促進(jìn)生長 組織型纖溶酶原激活劑(tissue plasminogen activator) 溶栓劑 腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor) 抗腫瘤 尿抑胃素(urogastrone) 抗?jié)兯幬?尿激酶(urokinase) 溶栓劑,用基因工程技術(shù)生產(chǎn)的部分人類蛋白質(zhì)藥物（續(xù)表）,60,我國已經(jīng)批準(zhǔn)上市的基因工程藥物,藥品名 開發(fā)生產(chǎn)公司 批準(zhǔn)時

25、間 適應(yīng)證 重組人干擾素1b（外用）長春生研所 1989年試生產(chǎn) 病毒性角膜炎 重組人干擾素1b 上海生研所 1996年正式生產(chǎn) 乙肝，丙肝等 深圳科興 1996年正式生產(chǎn) 乙肝，丙肝 重組人干擾素2a 長春生研所 1996年正式生產(chǎn) 尖銳濕疣，皰疹 長生藥業(yè) 1997年正式生產(chǎn) 乙肝，丙肝 三生藥生 1997年正式生產(chǎn) 乙肝，丙肝 大洲藥業(yè) 1997年正式生產(chǎn) 乙肝，丙肝 重組人干擾素2b 里亞哈爾 1996年正式生產(chǎn) 乙肝，丙肝 華立達(dá) 1997年正式生產(chǎn) 乙肝，丙肝 安科 1997年試生產(chǎn) 乙肝，丙肝 華新 1997年試生產(chǎn) 乙肝，丙肝 重組干擾素- 上海生研所 1994年試生產(chǎn) 類風(fēng)濕

26、 克隆 1995年試生產(chǎn) 類風(fēng)濕 麗珠生物工程 1995年試生產(chǎn) 類風(fēng)濕,61,藥品名 開發(fā)生產(chǎn)公司 批準(zhǔn)時間 適應(yīng)證 重組人白細(xì)胞介素-2 長春生研所 1997年正式生產(chǎn) 癌癥輔助治療 長生藥業(yè) 1997年正式生產(chǎn) 癌癥輔助治療 四環(huán)制藥 1997年正式生產(chǎn) 癌癥輔助治療 華新 1997年正式生產(chǎn) 癌癥輔助治療 三生藥業(yè) 1997年正式生產(chǎn) 癌癥輔助治療 深圳科興 1997年正式生產(chǎn) 癌癥輔助治療 中化合通 1995年試生產(chǎn) 癌癥輔助治療 金絲利 1995年試生產(chǎn) 癌癥輔助治療 康利制藥 1995年試生產(chǎn) 癌癥輔助治療 重組人粒細(xì)胞集落刺激因子 九源 1997年試生產(chǎn) 化療生白細(xì)胞 重組人粒

27、細(xì)胞、巨細(xì)胞集落 特寶 1997年試生產(chǎn) 化療生白細(xì)胞 刺激因子,我國已經(jīng)批準(zhǔn)上市的基因工程藥物（續(xù)表）,62,藥品名 開發(fā)生產(chǎn)公司 批準(zhǔn)時間 適應(yīng)癥 鏈激酶 醫(yī)大實(shí)業(yè)（上海） 1996年試生產(chǎn) 心梗溶栓 重組人促紅細(xì)胞生成素 華欣 1997年試生產(chǎn) 再障貧血 永銘維沃 1997年試生產(chǎn) 再障貧血 堿性成纖維細(xì)胞生成因子 珠海東大 1996年試生產(chǎn) 創(chuàng)傷，燒傷 bFGF（外用）,我國已經(jīng)批準(zhǔn)上市的基因工程藥物（續(xù)表）,63,截止2004年美國FDA批準(zhǔn)上市的治療性抗體 名稱 靶向抗原 適應(yīng)證 抗體種類 公司 批準(zhǔn)時間,OKT3 CD3 移植排斥 鼠mAb Johnson 1986 ReoPro

28、 血小板受體 冠心病 人-鼠嵌合Fab Centor/Lilly 1994 IIb IIIa Panorex 1721A 大腸癌 鼠mAb Centocor 1995 (德國) Rituxan CD20 淋巴瘤 人-鼠嵌合IgG1 IDEC / 1997 Genentech /Roche Zanapax CD25 移植排斥 人源化抗體 Roche 1997 Remicade TNF2 炎癥性腸病 人-鼠嵌合IgG1 Centocor 1998、1999 類風(fēng)濕,9.3.3 治療性抗體,64,Synagis RSV RSV感染 人源化抗體 Medlmmune 1989 Simulect CD25

29、 移植排斥 人-鼠嵌合IgG1 Novartis 1989 Herceptin HER2 /neu 乳腺癌 人源化抗體 Genentech 1989 Mylotarg CD33 AML 人源化抗體- Wyeth Ayerst 2000 化療藥物交聯(lián)物 Campath CD52 CLL 人源化抗體 Millenium DEC 2001 Zevalin CD20 淋巴瘤 鼠IgG1-放射 Pharmaceuticals 2002 性核素共軛化合物 Xolair IgE2Fc 過敏癥 人源化抗體 Tanox/Genentech 2002 /Novartis Humira TNF2 類風(fēng)濕 人IgG1

30、 Abbot/CAT 2003 Bexxar CD20 淋巴瘤 鼠mAb Corixa 2003 Erbitux EGFR 晚期直腸癌 人-鼠嵌合IgG1 Imclone 2004 Avastin VEGF 結(jié)直腸癌 人源化抗體 Genentech 2004,截止2004年美國FDA批準(zhǔn)上市的治療性抗體（續(xù)表） 名稱 靶向抗原 適應(yīng)證 抗體種類 公司 批準(zhǔn)時間,65,品種 批準(zhǔn)時間 抗人IL-8單克隆抗體乳膏 2001 注射用重組人II型TNF受體-抗體融合蛋白 2003 131I腫瘤細(xì)胞核人-鼠嵌合單克隆抗體注射液 2003 鼠源抗CD3單克隆抗體（進(jìn)口） 2003 重組人-鼠嵌合抗CD20

31、單克隆抗體注射液 2004 注射用重組抗HER2人源化單克隆抗體 2004 注射用鼠抗人CD3表面抗原單克隆抗體 臨床公告 抗人T淋巴細(xì)胞單克隆抗體 臨床公告,我國獲批準(zhǔn)注冊的抗體藥物,66,所謂的基因治療是指利用遺傳學(xué)的原理治療人類的疾病。傳統(tǒng)意義上的基因治療（gene therapy）是指目的基因?qū)氚屑?xì)胞以后與宿主細(xì)胞內(nèi)的基因發(fā)生重組，成為宿主細(xì)胞的一部分，從而可以穩(wěn)定地遺傳下去并達(dá)到治療疾病的目的。,9.4.1 基因治療,9.4 生物技術(shù)與生物療法,67,由于技術(shù)的進(jìn)步，近年來采用基因工程技術(shù)，即使目的基因和宿主細(xì)胞內(nèi)的基因不發(fā)生重組，目的基因也能得到暫時的表達(dá)，為了與傳統(tǒng)意義上的基因

32、治療相區(qū)別，有時又將其稱為基因療法（gene therapeutics）。,68,基因治療根據(jù)對宿主病變基因采取的措施不同，可分為基因置換、基因修正、基因修飾和基因失活四大策略。,正常紅細(xì)胞 鐮狀紅細(xì)胞,69,對于成功地進(jìn)行單基因病的基因治療來說，必須具備以下條件： 選擇合適的疾??； 具備該病分子缺陷的知識，深入了解其發(fā)病機(jī)理； 用于治療的基因（目的基因）已被克?。?克隆基因的有效表達(dá)； 具有可用于臨床前試驗(yàn)的動物模型。,9.4.1.1單基因病的基因治療,70,只有10多種遺傳性疾病的分子發(fā)病機(jī)理了解得比較清楚，也只有少數(shù)幾種遺傳性疾病具有基因治療的方案。如腺苷脫氨酶（ADA）基因缺陷引起的嚴(yán)

33、重型復(fù)合性免疫缺陷癥（SCID）；凝血因子基因缺陷引起的血友??；低密度脂蛋白受體（LDLR）基因缺陷引起的家族性高血脂癥（FH）以及跨膜轉(zhuǎn)導(dǎo)調(diào)節(jié)因子（CFTR）基因缺陷引起的囊性纖維化（CF）等。,71,病名 基因 靶細(xì)胞 機(jī)構(gòu) 囊性纖維變性 CFTR 呼吸道上皮細(xì)胞 美國國立衛(wèi)生研究院 SCID ADA 淋巴細(xì)胞、CD34+細(xì)胞 美國國立衛(wèi)生研究院 Gaucher 病 葡萄糖腦苷脂酶 CD34+外周血干細(xì)胞 美國匹茲堡大學(xué) 1-抗胰蛋白 1抗胰蛋白酶 鼻、呼吸道上皮細(xì)胞 美國范德比爾特大學(xué) 酶缺陷癥 Fanconi貧血 FACC CD34+外周血干細(xì)胞 美國國立衛(wèi)生研究院 Hunter綜合征

34、 杜糖醛酸2-硫酸酯酶 外周血干細(xì)胞 美國密尼蘇達(dá)大學(xué) 慢性肉芽腫病 p47/phox CD34+外周血干細(xì)胞 美國國立衛(wèi)生研究院 血友病B 凝血因子 成纖維細(xì)胞 上海復(fù)旦大學(xué)和長海醫(yī)院 嘌呤核苷 嘌呤核苷磷酸化酶 外周血淋巴細(xì)胞 美國密尼蘇達(dá)大學(xué) 磷酸化酶缺陷 轉(zhuǎn)氨基甲酰 轉(zhuǎn)氨基甲酰鳥氨酸酶 肝臟 美國賓州大學(xué) 鳥氨酸酶缺陷 X-連鎖SCID 細(xì)胞因子共同鏈 CD34+細(xì)胞 美國洛杉磯兒童醫(yī)院,部分單基因遺傳病臨床基因治療概況,72,SCID患者只能生活在無菌的空間中。,73,SCID 治療策略,74,我國在遺傳病的基因治療方面也開展得比較早。1991年7月，我國開始進(jìn)行血友病B的基因治療。

35、從一批志愿接受基因治療的血友病患者中選擇了兩兄弟（伴性遺傳）進(jìn)行治療。效果明顯，1994年通過衛(wèi)生部的評審。,血友病患者右膝關(guān)節(jié)急性出血,75,瘤苗治療策略通過免疫系統(tǒng)殺滅癌細(xì)胞，即通過提高癌細(xì)胞的免疫原性和（或）調(diào)動機(jī)體的免疫功能達(dá)到殺滅癌細(xì)胞的作用。 基因修飾策略利用正常的抑癌基因替代失活的抑癌基因，達(dá)到抑制細(xì)胞惡性繁殖的目的。,9.4.1.2 瘤苗與腫瘤的基因治療,76,目前的腫瘤疫苗根據(jù)其組成可分為四種： 腫瘤細(xì)胞疫苗：即原始的腫瘤疫苗； 腫瘤核酸疫苗：即腫瘤DNA疫苗； 腫瘤肽疫苗：包括用化學(xué)合成法合成腫瘤特異的短肽或基因工程方法制備的短肽 ； 腫瘤基因工程疫苗：通過基因工程技術(shù)，將

36、目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞并表達(dá)而制成的瘤苗。,瘤苗與腫瘤治療,77,根據(jù)腫瘤疫苗的作用機(jī)理，可將腫瘤疫苗分成3種類型： 增強(qiáng)腫瘤細(xì)胞的免疫原性 提高機(jī)體整體抗瘤能力，調(diào)動機(jī)體的免疫功能 表達(dá)產(chǎn)物直接殺傷癌細(xì)胞,視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤,78,天然存在的或人工合成的一類RNA分子，它不能編碼蛋白質(zhì)，但它的核苷酸順序與目標(biāo)mRNA可互補(bǔ)配對，所以這種反義RNA可與mRNA結(jié)合配對從而干擾mRNA的翻譯，使相應(yīng)的基因不能表達(dá)。這種利用反義RNA封閉某個基因（靶基因）表達(dá)的技術(shù)稱為反義技術(shù)。,反義技術(shù)與癌基因失活,79,siRNA (small interfering RNAs： 2123核苷酸長的 dsRNA小片

37、段 ),RNA干擾（RNA interference） 雙鏈RNA對基因表達(dá)的阻抑作用被稱為RNA干預(yù)（RNA interference, RNAi），是發(fā)生在轉(zhuǎn)錄后水平的基因沉默。,80,安德魯法爾(Andrew Fire， 1959年)， 美國斯坦福醫(yī)學(xué)院病理學(xué)和遺傳學(xué)教授,克雷格梅洛(Craig C. Mello, 1960年)，美國馬薩諸塞州大學(xué)醫(yī)學(xué)院分子醫(yī)學(xué)教授。,81,諾貝爾獎評審委員會在評價Fire和Mello的研究成果時說： “他們的發(fā)現(xiàn)能解釋許多令人困惑、相互矛盾的實(shí)驗(yàn)觀察結(jié)果，并揭示了控制遺傳信息流動的自然機(jī)制。這開啟了一個新的研究領(lǐng)域?！?諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎評審委員會主

38、席戈蘭漢松說： “我們?yōu)橐环N基本機(jī)制的發(fā)現(xiàn)頒獎。這種機(jī)制已被全世界的科學(xué)家證明是正確的，是給它發(fā)個諾貝爾獎的時候了” 。,82,RNA干擾過程圖,83,特異性降解同源mRNA，具有傳遞性（細(xì)胞間傳遞及生物個體代間傳遞）。,RNAi的特征,84,siRNA的表達(dá),siRNA表達(dá)載體以真核啟動子操縱一段小的發(fā)夾RNA(short hairpin RNA， shRNA)在哺乳動物細(xì)胞中的表達(dá)。,85,siRNA的應(yīng)用,研究信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路和基因功能； 治療人類疾病，如國內(nèi)已將RNAi技術(shù)用于SARS治療的攻關(guān)研究。,86,RNAi研究被Science雜志評為2001年的十大科學(xué)成就之一； RNAi研究被

39、列為2002年Science雜志評的十大科學(xué)成就之首； RNAi研究被授予2006年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎； Dr. Fire and Mello分享了1000萬瑞典克朗（約合140萬美元）的獎金。 “沉默” 是金。,87,抑癌基因在正常細(xì)胞中處于表達(dá)狀態(tài)，它的基因產(chǎn)物起著抑制細(xì)胞生長的作用。一旦這種基因突變而喪失功能，將促使細(xì)胞生長繁殖。 這類基因突變后必須用正常有功能基因來替代突變了的基因，起抑制細(xì)胞生長的作用。,抑癌基因與基因修飾,88,自殺基因治療是一種具有廣泛應(yīng)用前景的基因治療方法。 “自殺”基因是指它的蛋白質(zhì)產(chǎn)物能使無毒性的化療藥物前體轉(zhuǎn)變?yōu)槎拘孕问?，或者提高靶?xì)胞對化療藥物的敏感性

40、，充分發(fā)揮其細(xì)胞毒作用，使導(dǎo)入自殺基因的細(xì)胞“自殺”，達(dá)到殺滅靶細(xì)胞的目的。另外，“自殺”基因也可以發(fā)揮旁觀者的效應(yīng)，殺死未導(dǎo)入“自殺”基因的鄰近細(xì)胞。因此自殺基因療法可以在腫瘤、血管增生性疾病、骨髓移植等疾病的治療中發(fā)揮作用。,9.4.1.3 自殺基因治療,89,干細(xì)胞是一種具有多分化潛能和自我復(fù)制功能的早期未分化細(xì)胞，醫(yī)學(xué)上稱其為“萬用細(xì)胞”。在特定條件下，它可以分化成不同的功能細(xì)胞，形成多種組織和器官。因此人們期望能夠用干細(xì)胞來修復(fù)那些不能再生的壞損組織或器官，從而治愈某些疾病。,9.4.2 干細(xì)胞的利用,90,用干細(xì)胞生物工程治療疾病的最顯著特點(diǎn)就是：從理論上講，它可以治療幾乎所有疾病

41、，比如癌癥、心肌壞死性疾病、自身免疫疾病和神經(jīng)退行性疾病等。如果和基因治療相結(jié)合，還可以治療眾多遺傳性疾病。,91,從總體上說，干細(xì)胞研究還處于起步階段，其成為研究熱點(diǎn)還只是近幾年的事，到目前為止人們已經(jīng)能夠分離、培養(yǎng)干細(xì)胞，但要誘導(dǎo)胚胎干細(xì)胞定向分化，還是一件很困難的事。不過這項研究所蘊(yùn)藏著的巨大的應(yīng)用前景不能不令人心動。,92,最早提出HGP這一設(shè)想的是美國生物學(xué)家、諾貝爾獎得主Dulbecco。他在1986年3月7日出版的Science雜志上發(fā)表了一篇題為“腫瘤研究的一個轉(zhuǎn)折點(diǎn)：人類基因組的全序列分析”的短文，提出包括癌癥在內(nèi)的人類疾病的發(fā)生都與基因直接或間接有關(guān)，呼吁科學(xué)家們聯(lián)合起來，

42、從整體上研究人類的基因組，分析人類基因組的序列。他說，這一計劃可以與征服宇宙的計劃相媲美，我們也應(yīng)該以征服宇宙的氣魄來進(jìn)行這一工作。,9.5.1 HGP產(chǎn)生的背景,9.5 人類基因組計劃（HGP）,93,HGP的最終任務(wù)是要破譯人體遺傳物質(zhì)DNA分子所攜帶的全部遺傳信息。 完成后將獲得四張圖：物理圖、遺傳圖、序列圖和轉(zhuǎn)錄圖。前三張圖實(shí)際上是精確度不同的三張序列圖，最后一張圖則用來表示DNA上哪些核苷酸序列可以編碼蛋白質(zhì)。,9.5.2 HGP的任務(wù),94,人類基因組有31.6億個核苷酸，3萬4萬個基因。 基因在染色體上不是均勻分布的。 人與人之間有99.9%的基因密碼是相同的。 35.3 %的基

43、因包含重復(fù)序列。,人類基因組計劃的主要成果,95,將大大加速醫(yī)學(xué)科學(xué)基礎(chǔ)研究的進(jìn)程。 在人類的疾病治療和預(yù)防方面也將做出特殊的貢獻(xiàn)。 HGP項目的啟動已經(jīng)不僅僅局限于人類的基因組，它的影響還包括對一些模式生物的基因組的研究。,9.5.4 HGP對醫(yī)學(xué)發(fā)展的影響,96,“基因爭奪戰(zhàn)”是一種資源爭奪戰(zhàn)。 “基因爭奪戰(zhàn)”也是一場知識產(chǎn)權(quán)之戰(zhàn)。 我國是基因資源大國，資源特別豐富，應(yīng)盡力加以保護(hù)，避免流失。,9.5.5 基因資源的保護(hù),97,人類基因組計劃引發(fā)的問題 1. 基因爭奪戰(zhàn) 在世界范圍內(nèi), 基因?qū)＠驯粡V泛承認(rèn)。與此相應(yīng), 一場沒有硝煙的“基因爭奪戰(zhàn)”的序幕已經(jīng)拉開。一是公私之爭。在美國, 國

44、家人類基因組研究與私營的塞萊拉(Celera)遺傳信息公司之爭已是十分激烈。二是發(fā)達(dá)國家之間的對抗, 尤其是在實(shí)力雄厚的歐洲, 許多新興的生物技術(shù)公司迅速崛起, 以期打破美國的壟斷。三是發(fā)達(dá)和發(fā)展中國家之爭。,98,99,基因爭奪戰(zhàn): 中國歷史悠久、人口眾多。 56個民族中存在大量集群繁衍的獨(dú)立家族和人群 ,甚至能找到溯源數(shù)代的譜系記錄。血緣關(guān)系一脈相承 ,這使中國人的基因保存的十分完整。而且 ,外在病癥與功能基因的對應(yīng)關(guān)系比較清楚。這樣就很容易發(fā)現(xiàn)種族性、家族性遺傳疾病的功能基因。 我國政府出臺了一個保護(hù)中國基因的法則 ,規(guī)定了任何機(jī)構(gòu)或公司都不能把我國的人類遺傳材料相關(guān)血清、細(xì)胞、骨髓或標(biāo)本送到國外。,100,2. 引發(fā)“基因歧視”: 對某一個體的“基因歧視”: 如果某一個體的基因缺陷被泄密 ,他會因此 在升學(xué)、就業(yè)、保險等方