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1、第八章 生物技术与健康主要内容1.生物技术概述2.细胞工程与健康3.基因工程与健康4.蛋白质工程与健康5.生物技术制药与健康6.生物芯片与健康7.生物技术的安全性和社会伦理问题生物技术概述8.1.1生物技术概念生物技术(biotechnology)，也称生物工程(bioengineering)，是指人们以现代生命科学为基础，结合其他基础学科的科学原理，采用先进的工程技术手段，按照预先的设计改造生物体或加工生物原料，为人类生产出所需产品或达到某种目的。因此，生物技术是一门新兴的、综合性的学科。8.1.2生物技术内容1.基因工程：主要涉及一切生物类型所共有的遗传物质核酸的分离、提取、体外剪切、拼接
2、重组以及扩增与表达等技术。2.细胞工程：包括一切生物类型的基本单位细胞的离体培养、繁殖、再生、融合以及细胞核、细胞质乃至染色体与细胞器（如线粒体、叶绿体等）的移植与改建 等操作技术。3.蛋白质工程：以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系作为基础，通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造或制造一种新的蛋白质，以满足人类对生产和生活的需求。4.发酵工程：也有人称为微生物工程，就是给微生物提供最适宜的发酵条件生产特定产品的一种技术。8.1.3生物技术发展史传统生物技术应该说从史前时代起就一直为人们所开发和利用，以造福人类。在石器时代后期，我国人民就会利用谷物造酒，这是最早的发酵技术。古老的酿
3、造技术发酵技术现代生物技术的诞生1973年加州大学的Cohen等实现了细菌间遗传物质的人工重组，转入一个抗药基因，使大肠杆菌获得了抗药性，第一例DNA重组技术成功。1978年Genetech公司和洛杉矶Hope市医学中心将具有明显医药实用价值的蛋白质胰岛素基因导入到E.coli中表达成功1980转基因动物首获成功，美国人得到转人生长激素基因的超级鼠1983年美国人和比利时人将外源基因引入植物中，并稳定遗传1997年第一只克隆羊在英国Rosslyn研究所诞生8.1.4生物技术与医药卫生一、基因工程药品二、单克隆抗体与疾病诊断三、“生物导弹”四、基因诊断五、基因治疗细胞工程与健康8.2.1 细胞工
4、程的概念细胞工程是指以细胞作为研究对象，应用细胞生物学和分子生物学的原理与方法，在细胞水平上进行的操作，按照人们的意志设计改造细胞的某些遗传性状，从而培育出新的生物改良品种或通过细胞培养获得自然界中难以获得的珍贵产品的新兴生物技术。8.2.2 细胞工程的主要技术细胞培养技术8.2.2 细胞工程的主要技术细胞融合技术8.2.2 细胞工程的主要技术细胞重组技术a细胞核移植b细胞器移植8.2.3 单克隆抗体每个B淋巴细胞都只能分泌一种特异性的抗体蛋白质，但是寿命有限。癌症细胞在体外可以无限传代增殖。B淋巴细胞+癌症细胞=淋巴杂交瘤细胞通过这一技术大量制备单克隆抗体。单克隆抗体制备1984诺贝尔生理与
5、医学奖CsarMilsteinGeorgesJ.F.KhlerNielsK.Jerne8.2.4 干细胞干细胞分类干细胞分类胚胎干细胞（Embryonic Stem Cells,ESCs）是指从囊胚期的内细胞团中分离出来的，能在体外培养、具有发育全能性的干细胞。胚胎干细胞研究意义基因工程与健康8.3.1 基因工程概念基因工程是指用现代遗传学及分子生物学的理论和方法，按照人类的需要，用DNA重组技术对生物基因组的结构或组成进行人为修饰或改造，从而改变生物的结构和功能，以便更经济、更有效地生产人类所需要的物质和产品的技术。8.3.2 基因工程内容1.提取目的基因2.目的基因与运载体结合3.目的基因
6、导入受体细胞4.目的基因的检测和表达8.3.3 基因工程与医药8.3.3.1.分子导向药物多抗肿瘤药物（包括核素或毒素）往往由于缺乏作用的选择性和特异性而无法付之临床应用，或勉强用于恶性肿瘤的治疗而因毒副作用太大终归于失败.把抗肿瘤药物、核素或毒素通过交联技术同某种肿瘤的特异性单抗结合起来，构建成单抗偶合物,实践结果并不像预想的那么理想。人们发展了从分子水平上改造基因并生产分子导向药物的思想，实践证明，分子导向药物的效果是令人满意的。白细胞介素（L）的N端个氨基酸的功能是专门结合辅助T细胞受体的。而白喉毒素则可以区分为三个区段；区段的功能是无特异性地破坏细胞蛋白质合成的延长而致死细胞，人们把白
7、喉毒素的区段基因予以切除，把其区段同L基因重新组合，这样就形成了L白喉毒素的嵌合基因。再运用基因工程技术高效表达该嵌合基因，从而提取纯化出相应的杂合蛋白质。研究结果表明，这样的杂合蛋白质只结合并进入和杀伤辅助T细胞，而对其他类型的细胞或组织无杀伤作用，实现了分子导向的目标。据报道，曾应用该毒蛋白治疗了一例类风湿病人。8.3.3.2.基因工程抗体单克隆抗体用于疾病治疗不尽人意。原因在于目前治疗的单抗，绝大多数为小鼠单抗。小鼠单抗是小鼠免疫球蛋白，对人体而言，则是一种异体蛋白，会引起人体产生人抗鼠抗体（Human Anti-mouseAnti唱bodies，HAMA）。此时再度使用小鼠单抗，HAM
8、A与小鼠单抗结合后，不但会中和单抗使之失效，还会产生有害的过敏反应。为解决这一问题，人们着手运用基因工程技术对抗体进行改造。单克隆抗体人源化8.3.3.3.基因治疗基因治疗的常规办法是应用逆病毒作载体，经同外源基因重组后包装成病毒颗粒，之后转染受体细胞，外源基因将整合在受体细胞的染色体上，并以其表达产物弥补原来缺失的基因产物。蛋白质工程与健康8.4.1 蛋白质工程概念蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系作为基础，通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造或制造一种新的蛋白质，以满足人类对生产和生活的需求。前提：了解蛋白质的结构和功能原理：改造基因（基因修饰或基因合成）目的
9、：定向改造或制造蛋白质8.4.2 蛋白质工程的流程从预期的蛋白质功能出发从预期的蛋白质功能出发设计预期的蛋白质结构设计预期的蛋白质结构推测应有的氨基酸序列推测应有的氨基酸序列找到相对应的脱氧核苷酸序列（基因）找到相对应的脱氧核苷酸序列（基因）8.4.3 蛋白质工程应用人类蛋白质组计划是继人类基因组计划之后，生命科学乃至自然科学领域中的一项重大的科学命题。2001年，国际人类蛋白质组组织宣告成立。之后，该组织正是提出启动两项重大国际合作行为：一项是有中国科学家牵头执行的“人类肝脏蛋白质组计划”；另一项是以美国科学家牵头执行的“人类血浆蛋白质组计划”。国际人类肝脏蛋白质组计划人类蛋白质组计划（）是
10、新世纪第一个国际大型科技合作计划。中国科学家率先倡导并领衔了人类第一个器官（肝脏）国际蛋白质组计划（），开中国引领国际大型科技合作计划之先河生物技术制药与健康8.5.1 生物技术制药概念生物技术制药是指运用微生物学、生物学、医学、生物化学等的研究成果，从生物体、生物组织，综合利用微生物学、化学、生物化学、生物技术、药学等科学的原理和方法制造预防、治疗和诊断药品。8.5.2 生物药物作用机理（1）.调节核酸、蛋白质、糖、脂的生物 合成与分解；（2）.调节生物膜的物质运输和信号感受；（3）.抑制、杀灭致病生物。8.5.3 生物药物类型1.调节因子2.蛋白聚糖类3.酶4.激素5.脂类6.抗体7.类毒
11、素8.疫苗9.动植物来源的生物药品10.核苷，核苷酸11.维生素12.抗生素8.5.4 基因工程制药基因工程药物是指利用基因工程技术研制和生产的药物，主要包括重组蛋白多肽药物、核酸药物、DNA药物和基因工程抗体等。8.5.4.1 基因工程制药优点 利用基因工程技术可大量生产过去难以获得的生理 活性蛋白和多肽（如胰岛素、干扰素、细胞因子等），为临床试用提供有效的保障；可以提供足够量的生理活性物质，以便对其生理、生化和结构进行深入地研究，从而扩大这些物质的应用范围；利用基因工程技术可以发现、挖掘更多的内源性生理活性物质；内源生理活性物质在作为药物使用时存在的不足之处，可以通过基因工程和蛋白质工程进
12、行去除和改造；利用基因工程技术可获得新型化合物，扩大药物筛选来源。8.5.4.2 基因工程制药流程8.5.5 微生物发酵制药利用微生物技术，通过高度工程化的新型综合技术，以利用微生物反应过程为基础，依赖于微生物机体在反应器内的生长繁殖及代谢过程来合成一定产物，通过分离纯化技术进行提取精制，并最终制剂成型来实现药物产品的生产。药用发酵产品分类细菌真菌放线菌抗菌药抗肿瘤药抗病毒药除草剂酶抑制剂免疫调节剂抑制细胞壁合成药影响细胞膜功能药干扰蛋白质合成药抑制核酸合成药抑制生物能量反应要抗生素维生素氨基酸核苷酸甾体激素酶及酶抑制剂生物芯片与健康8.6.1 生物芯片概念 生物芯片主要指通过平面微细加工技术
13、在固体芯片表面构建的微流体分析单元和系统，以实现对细胞、蛋白质、核酸以及其他生物组分的准确、快速、大信息量的检测。基因芯片蛋白质芯片8.6.2 生物芯片的应用1.诊断肿瘤 检查肿瘤组织基因表达谱、寻找肿瘤相关 基因、肿瘤基因突变的研究。2.检测病原体 将许多代表每种微生物的特殊基因制成一 张芯片，判断患者感染病原体的种类。3.遗传性疾病的诊断生物技术的安全性和社会伦理问题8.7.1 生物技术的安全性转基因技术的安全性1.影响非目标生物2.可能引发新的环境问题3.导致生态灾难4.威胁人体健康基因工程的安全性对微生物的改造是否会产生某种有致病性的微生物8.7.2 生物技术的社会伦理问题克隆技术人类社会的隐忧基因组测序个人隐私3.器官移植改造人体活体器官移植器官买卖商业化试管婴儿设计定制个体人体零配件工厂抛弃多余的胚胎滥用试管婴儿故事思 考1.生物技术有那些应用？2.日常生活中能接触到那些现代生物技术革命带来的产品。3.比较生物技术和物理技术对人类社会的作用。