现代生物技术概论 赵奇 生命科学系 校级精品课程

第十章 生物技术与人类健康 [学习目标] 重点掌握：疫苗的定义和作用机制，生物制品定义和类型，生物技术药物定义和分类，酶联免疫吸附测定原理和临床应用，基因治疗的原理和分类； 一般掌握：常见疫苗种类和免疫原理，生物制药的含义和包含种类，聚合酶链式反应诊断技术，基因芯片诊断，疟疾和肿瘤分子诊断； 了解干细胞治疗，人类基因组计划

第一节：生物技术与疫苗 一、疫苗简介

1.疫苗的概念 疫苗：能够刺激机体产生免疫力的灭活病原体、蛋白质（多肽、肽）多糖、核酸，是单一成分或多种有效成分的混合物质。

2.疫苗的作用机理 用已经失去毒性但仍保留免疫原性的抗原物质接种抗体，使机体产生免疫应答，从而在体内产生特异性抗体或致敏T细胞，这样在再次遇到同样的抗原物质时，机体就会应答免疫力，从而抵御这类疾病。

人体免疫分为两大类： 体液免疫 细胞免疫。

3.疫苗的种类 按照功能 预防性疫苗 治疗性疫苗 麻疹疫苗

卡介苗 预防结核病

生产工艺 传统疫苗 新型疫苗 传统疫苗: 病原体灭活或减毒以保留免疫原性，去除其传染性或毒性的方法制作而成 传统疫苗存在有局限

二、常见疫苗 1、灭活疫苗

病原体在内存活较长一段时间，刺激免疫系统产生反应，但不发病 2、减毒活疫苗 病原体在内存活较长一段时间，刺激免疫系统产生反应，但不发病

3、重组亚单位疫苗 分离提取病原体中免疫功能的蛋白或利用DNA重组技术使重组体表达蛋白、多肽或者合成肽制成的疫苗。

4、核酸疫苗 将编码免疫原或与免疫原相关的外源基因克隆到真核质粒表达载体上，然后将重组的质粒DNA直接注射到动物体内，使外源基因在动物体内表达，产生的抗原激活机体的免疫系统，引发免疫反应，从而达到预防和治疗疾病的目的。

第二节 生物技术与生物制药 一、生物制药简介 广义的生物制药是指利用现代生物技术发展、筛选或生产得到的药物。 狭义的生物药物，主要指基因重组的蛋白质分子类药物

二、生物药物 指利用生物体，生物组织或其成分，综合运用生物学、生物化学、微生物学、免疫学、物理化学和药学的原理和方法进行加工、制造而成的一大类用于预防、治疗或诊断疾病的药物。

1、天然生化药物 存在于生物体，通过提取、分离、纯化等方法获得的具有药理活性的有效成分 一般用化学结构和药理作用进行分类和命名

多肽蛋白药物

2、生物制品 是应用普通的或以基因工程、细胞工程、蛋白质工程、发酵工程等生物技术获得的微生物、细胞、及各种动物和人源的组织和液体等生物材料制备的药物。

3、生物技术药物 采用DNA重组技术或其他新生物技术生产的治疗药物

特征： 来源：细菌、酵母、昆虫、植物和哺乳动细胞等各种表达系统得到的特征细胞产物。 适应症：人体内诊断药物、治疗药物、预防药物。 活性物质：蛋白质或多肽、蛋白多肽类似物或衍生物、由蛋白多肽组成的药物产品。 主要生产技术： 基因工程技术、抗体工程技术、细胞工程技术。

（2）生物技术药物的分类 重组蛋白质药物 重组DNA药物两类。

第三节 生物技术和医学诊断 传统传染病诊断技术涉及两个过程 第一，根据临床症状确定引起病变的病变物 第二，病原物质的分离培养，生理学特性分析，从而确定病原体的这类

一、现代分子诊断技术 利用免疫学和分子生物学的方法对病原物质进行诊断检测

二、酶联免疫吸附测定 1、ELISA 技术的原理 酶与抗体(原)交联形成酶 (原)复合物，另外将抗原或抗体吸附在以聚苯乙烯制成的微孔滴定板上，使之固相化，免疫反应和酶促反应均在其中进行。利用抗原与抗体的特异结合及酶将无色底物催化成有色底物，并根据在一定范围内，酶量与颜色呈正相关的关系进行检测。

主要过程

2、单克隆抗体与多克隆抗体 单克隆抗体是利用细胞融合技术，在体外大量培养融合细胞，由融合细胞产生大量的抗体

单克隆抗体

三、DNA 诊断技术 1、DNA分子杂交技术

2、PCR技术

（1）PCR——RFLP技术

（2）PCR-ELISA 技术

四、基因芯片诊断

五、疟疾的分子诊断

六、肿瘤的分子诊断

第四节 生物技术与疾病治疗 一、干细胞治疗 “万用细胞” 造血干细胞移植

二、基因治疗 1、基因治疗的概念 是将基因直接导入人体，通过控制目的基因的表达，抑制、替代或补偿缺陷基因，从而恢复受体细胞、组织或器官的生理功能，达到治疗疾病的目的。

2、基因治疗的分类 （1）基因置换 用正常基因原位替换病变细胞内致病基因 （2）基因修复 将致病基因的突变碱基序列纠正，正常部分被保留

（3）基因修饰 将目的基因导入病变细胞或其他细胞，目的基因的表达产物能修饰缺陷细胞的功能或使其原有的某些功能得以加强 （4）基因失活 用反义技术能特异性封闭基因的表达特性，抑制一些有害基因表达

（5）免疫调节 将抗原、抗体或细胞因子的基因导入患者体内，改变病人的免疫状态 （6）其他 增加肿瘤细胞对放疗或化疗的敏感性 给予前体药物

3、基因治疗的路线 性细胞基因治疗 将正常基因导入相应的有基因缺陷的性细胞中以纠正该基因缺陷 操作难度大

体细胞基因治疗 将相应的功能基因导入患者的体细胞中使之合成出治疗性蛋白质，利用该蛋白的药理和生理功能发挥达到疾病治疗的目的。

成功地进行基因治疗来说，必备以下条件 ①选择合适的疾病； ②知该病分子缺陷的知识，深入了解其发病机制③用于治疗的基因(目的基因)已被克隆； ④克隆基因的有效表达； ⑤具有可用于临床前试验的动物模型。

HEMB 是由于凝血因子缺乏而引起的患者不能凝血， 轻微外伤后出血不止。 将目的基因导人患者皮肤成纤维细胞，并将细胞回输。经几次回输后，两患者血中凝血因子明显增加，且未见不良反应。

4、恶性肿瘤的基因治疗 采用两种策略 1、瘤苗治疗 2、基因失活策略

1、反义技术与癌基因失活 指天然存在的或人工合成的一类 RNA分子，它不能编码蛋白质，但它的核苷酸顺序与某种 mRNA可互补配对，所以这种反义 RNA可与 mRNA~对结合从而干扰 mRNA 的翻译，使相应的基因不能表达

2、基因修饰与抑癌基因 抑癌基因突变而丧失功能， 将促使细胞生长

第五节 人类基因组计划

一、人类基因组计划产生与目标 Dulbecco在 1986 年《科学》杂志上发表文章，呼吁科学家联合起来，从整体上研究人类的基因组，分析人类基因组的序列 两年后，美国科学院国家研究委员会出具研究报告，支持HGP的实施，建议美国政府给予财政支持

美国国会于 1990 年批准该项目，并决定由美国国立卫生研究院(NIH)和能源部(DOE)从 1990 年 10 月 1 日起组织实施。计划耗资 30 亿美元，历时15年完成整个研究计划

项目进行后，英国、日本、法国、德国和中国的科学家们的先后加盟

二、人类基因组计划的内容 破译人体遗传物质 DNA分子所携带全部遗传信息 绘制人类基因的四张图： 物理图、遗传图、序列图和转录图 2000年春天完成工作框架图， 2003 年完成最终的序列图。

三、人类基因组计划的基本策略 四、人类基因组计划的技术背景 五、人类基因组计划的的成果 六、人类基因组计划的意义

基因资源的保护 2000年3月，美国总统克林顿与英国首相布莱尔发表一项联合声明，主张所有人类基因组信息应该让全世界免费分享。 人类基因组信息可以免费分享，但是新基因功能的发现是可以申请专利的