基因工程应用

第七章基因工程应用基因工程药物转基因植物转基因动物基因治疗基因芯片技术基因工程的应用抗体疫苗激素寡核苷酸药物细胞因子基因工程药物7.1基因工程药物7.1.1基因工程激素类药物激素：是一类由生物体内分泌腺或特异性细胞产生的微量有机化合物，通过体液或细胞外液运送到特定的作用部位，能引起特殊的生理效应。激素（按化学性质分）多肽蛋白类激素甾醇类激素脂肪酸类激素基因工程类激素：主要指通过基因工程方法合成的蛋白多肽类激素。胰岛素胰岛素是最早从动物胰脏中分离出来的多肽蛋白类激素。胰岛素的合成胰脏胰岛的β细胞前胰岛素原胰岛素原成熟的胰岛素跨膜运输切除前导肽在高尔基体内形成二硫键切除C肽合成用基因工程生产人胰岛素的两种主要途径：用发酵的方法生产胰岛素原，在体外将胰岛素原转变成胰岛素。（主要方法）先分别发酵生产人胰岛素的A链和B链，纯化后再在体外重组产生完整的人胰岛素。生长激素1985年，美国的FDA批准了第一代重组人生长激素上市。第一代重组人生长激素在大肠杆菌中表达，蛋白质的N端比天然的人生长激素多了一个甲硫氨酸。目前生产和使用的是第二代生物工程生长激素。第二代生物工程生长激素是以分泌蛋白的形式表达的，信号肽在分泌的过程中被自动切除而产生与天然蛋白完全一致的序列。生长激素：是由动物脑垂体前叶分泌的一种能促进生长的蛋白类激素。7.1.2基因工程细胞因子类药物细胞因子（Cytokine）：是由细胞分泌的能调节生物有机体生理功能，参与细胞的增殖、分化和凋亡的小分子多肽类物质。1957年Isaacs和Indenmann发现了第一种细胞因子——干扰素（IFN）。细胞因子（按功能分）干扰素（IFN）集落刺激因子（CSF）白细胞介素（IL）肿瘤坏死因子（TNF）趋化因子（chemokine）生长因子（GF）大多数细胞因子是分泌型小分子多肽，少数细胞因子结合在细胞膜的表面。细胞因子通过与靶细胞表面的特异性受体结合后发挥作用。作用特点：多相性、网络性、高效性。生物学功能：调节免疫应答、抗病毒、抗肿瘤、调节机体造血功能、促进炎症反应。干扰素（（interferon，IFN））干扰素：：是一类多多功能细细胞因子子，按结结构和来来源可分分为α、、β、γγ三种。。IFN-αα主要由由白细胞胞产生，，IFN-ββ由成纤纤维细胞胞产生，，IFN-γγ主要由由T细胞胞和NK细胞产产生。抗病毒感感染调控细胞胞的生长长调节免疫疫细胞发发挥生理理效应干扰素的的主要生理理作用临床应用用：治疗白血血病、乙乙型肝炎炎、丙型型肝炎、、多发性性硬化症症和类风风湿关节节炎等多多种疾病病。红细胞生生成素（（erythropoietin，，EPO）红细胞生生成素：：又称促红红细胞生生成素或或红细胞胞生产刺刺激因子子，是一一种集落落刺激因因子。它它由肾脏脏和肝脏脏产生，，其主要要功能是是刺激造造血始细细胞分化化为红细细胞，维维持外周周血中红红细胞的的正常水水平。1988年瑞士士的Cilag公司上上市了基基因工程程EPO。中国仓鼠鼠卵巢细细胞（CHO细细胞）生生产的重重组人EPO于于1989年被被美国FDA批批准上市市，现已已在全世世界年销销售额达达数十亿亿美元，，成为开开发最成成功的基基因工程程药物之之一。生产EPO的关关键是建建立高表表达工程程细胞，，由于蛋蛋白质的的糖基化化对其生生物学活活性很重重要，因因此以基基因工程程途径生生产EPO不能能利用大大肠杆菌菌表达系系统，只只能利用用哺乳动动物表达达系统进进行生产产。EPO的的临床应应用：肾功能衰衰竭导致致的贫血血；肿瘤及肿肿瘤放化化疗所导导致的贫贫血；骨髓增生生异常综综合症贫贫血；类风湿性性关节炎炎和红斑斑狼疮所所致贫血血；艾滋病人人因使用用叠氮胸胸苷（AZT））治疗所所致贫血血。干细胞因因子（stemcellfactor，SCF）对骨髓造造血干细细胞和造造血始细细胞具有有刺激效效应。目前人重重组SCF已完完成临床床实验并并申请上上市。SCF也也可与其其它细胞胞因子联联合使用用，以发发挥不同同的生理理作用。。人表皮生生长因子子（epidermalgrowthfactor，EGF）人表皮生生长因子子，因其其可抑制制胃酸的的分泌，，故又称称抑胃素素。它由由53个个氨基酸酸残基组组成，广广泛存在在与人的的各种体体液中。。功能：对多种细细胞具有有刺激效效应。临床应用用：治疗外伤伤、溃疡疡、烧伤伤等。白细胞介介素（interleukin，IL）简称白介素，是由多多种免疫疫细胞产产生的细细胞因子子，它是是一类重重要的免免疫调节节因子。。1972年这个个家族的的第一个个成员IL-1被发现现，它介介导淋巴巴细胞的的增值反反应。1983年发现现了IL-2，，它在免免疫系统统中发挥挥核心调调节作用用。到目目前已发发现20多种白白介素，，分别以以IL-1～IL-20表示示。临床应用：治疗肿瘤及某某些感染性疾疾病如结核杆杆菌感染等，，还可用于治治疗艾滋病。。基因工程IL-2于1992年由美美国的Chiron公司司生产并上市市。基基因工程程抗体抗体：是在抗原物质质刺激下产生生的，能与相相应抗原发生生特异性免疫疫反应的蛋白白质分子。抗体的生理功功能：与特异性抗原原结合发生免免疫反应，活活化补体，通通过与不同的的受体结合而而介导Ⅰ型变变态反应调节节吞噬细胞的的吞噬功能。。抗体的临床应应用：抗肿瘤、抗感感染、防止器器官移植中的的排斥反应、、抗血栓的形形成、解毒等等。鼠源单克隆基基因工程抗体体单克隆抗体：：是由识别一种种抗原决定簇簇的细胞产生生的均一性抗抗体，它反应应的特异性高高、亲和力强强、效价高、、血清交叉反反应少。解决措施：通过基因工程程将鼠源单克克隆抗体进行行改进，构建建人－鼠嵌合合抗体或人源源化抗体。基因工程抗体体的临床应用：用于抗肿瘤、、抗病毒、抗抗移植排斥反反应和抗过敏敏反应。缺点：鼠源单克隆抗抗体在重复用用药时会产生生抗鼠抗体导导致疗效降低低。小分子抗体小分子抗体是是针对完整抗抗体的分子量量较大、不易易透过血管壁壁等不足而进进行改进的。。小分子抗体（按构建方法法分）Fab抗体单链抗体单域抗体超变区多肽抗抗体人源单克隆抗抗体是针对鼠源单单克隆抗体存存在抗鼠免疫疫反应的缺陷陷而发展起来来的。制备人源单克克隆抗体的两两种方法通过噬菌体通过小鼠基基因工程程受体受体：是指细胞表面面与各种配体体如抗体等进进行特异性结结合的大分子子物质，它一一般为糖蛋白白。受体的主要功功能：接受并传递信信号，将信号号传递到细胞胞内后，引发发细胞的调控控系统并产生生一系列生理理变化。受体（根据与受体体结合的配体体种类不同））细胞因子受体体免疫球蛋白受受体补体受体抗原受体基基因工程程疫苗基因工程疫苗苗基因工程细菌菌疫苗基因工程病毒毒疫苗核酸疫苗其它基因工程程疫苗7.1.5.1基因因工程细菌疫疫苗基因工程细菌菌疫苗基因工程痢疾疾菌疫苗基因工程霍乱乱菌疫苗基因工程结核核菌疫苗基因工程伤寒寒菌疫苗7.1.5.2基因因工程病毒疫疫苗基因工程病毒毒疫苗基因工程亚亚单位疫苗苗基因工程载载体疫苗基因缺失活活疫苗核核酸疫苗苗核酸作为疫疫苗的优点点：其诱生的免免疫应答不不仅针对特特异表位的的抗体，还还可以针对对特异表位位的杀伤性性T细胞；；能扩大抗原原的免疫原原性；诱生杀伤性性T细胞，，清除病毒毒感染细胞胞和肿瘤细细胞；可与其它免免疫因子联联合使用。。其其它基因因工程疫苗苗艾滋病疫苗苗寄生虫疫苗苗其它基因工工程疫苗7.2转转基因植植物转基因植物物抗病虫害转转基因植物物抗逆转基因因植物药用转基因因植物转基因植物物食品其它转基因因植物7.2.1抗病病虫害转基基因植物抗病虫害转转基因植物物抗虫转基因因植物抗病毒转基基因植物抗真菌转基基因植物抗抗虫转基基因植物抗虫转基因因植物苏云金杆菌菌毒素转基基因植物蛋白酶抑制制剂转基因因植物植物凝集素素转基因植植物淀粉酶抑制制剂转基因因植物抗抗病毒转转基因植物物抗病毒转基基因植物利用植物自自身编码的的抗病毒基基因培育抗抗病毒植株株病毒外壳蛋蛋白转基因因植物病毒复制酶酶转基因植植物移动蛋白转转基因植物物核糖体失活活蛋白转基基因植物病毒卫星RNA转基基因植物反义RNA转基因植植物（补））抗抗真菌转转基因植物物植物对真菌菌等病害微微生物的防防御主要包包括两个方方面：当致病菌入入侵植物时时，植物细细胞壁的结结构发生变变化，细胞胞壁的强度度和硬度增增加。机械防护：：生物学保护护：植物细胞被被诱导合成成多种活性性物质如硫硫堇、抗毒毒素和几丁丁质酶等，，以抑制真真菌的生长长和入侵。。抗真菌转转基因植植物几丁质酶酶转基因因植物植物抗毒毒素转基基因植物物抗抗逆逆转基基因植植物逆境（（stress）：是指指使植植物产产生伤伤害的的环境境，又又称胁迫。如寒寒冷、、冰冻冻、炎炎热、、干旱旱、盐盐渍等等。胁迫分为生物胁胁迫和非生物物胁迫迫两大类类。生物胁胁迫是是指病病害、、虫害害和杂杂草等等；非生物物胁迫迫则指指不利利的理理化因因子，，其详详细分分类见见下图图：非生物胁迫温度水辐射化学因素风、雨、雪、声、磁、电低温高温涝干旱红外光可见光紫外线离子辐射盐类离子气体除草剂冷害冻害抗逆转转基因因植物物抗盐转转基因因植物物抗旱转转基因因植物物抗冻转转基因因植物物抗除草草剂转转基因因植物物药药用用转基基因植植物与原核核生物物表达达系统统和动动物表表达系系统相相比，，转基基因植植物医医药生生物反反应器器生产产重组组蛋白白具有有六大优优点：：植物细细胞的的全能能性。。植物种种植是是最经经济的的蛋白白质生生产系系统。。植物是是能够够大规规模生生产蛋蛋白质质的生生产系系统。。用植物物生产产疫苗苗简单单、方方便。。植物具具有完完整的的真核核细胞胞表达达系统统。表达产产物无无毒性性和副副作用用，安安全可可靠，，无残残存DNA和潜潜在致致病、、致癌癌性。。药用转转基因因植物物（表现现在三三方面面）转基因因植物物表达达抗体体转基因因植物物表达达疫苗苗转基因因植物物生产产药用用蛋白白转转基基因植植物食食品利用植植物基基因工工程提提高作作物的的产量量利用植植物基基因工工程改改良作作物的的品质质其其它它转基基因植植物抗早衰衰转基基因植植物改变花花色、、花型型的转转基因因植物物利用用转转基基因因植植物物生生产产可可降降解解塑塑料料7.3转转基基因因动动物物转基基因因动动物物：：是指指人人类类按按照照自自己己的的意意愿愿有有目目的的、、有有计计划划、、有有根根据据、、有有预预见见地地将将外外源源基基因因导导入入动动物物细细胞胞内内，，通通过过与与染染色色体体基基因因组组进进行行稳稳定定的的整整合合，，将将生生物物性性状状传传递递给给后后代代动动物物。。转基基因因动动物物的的应应用用利用用转转基基因因动动物物改改良良动动物物品品种种转基基因因动动物物作作为为生生物物反反应应器器转基基因因动动物物筛筛选选药药物物利利用用转转基基因因动动物物改改良良动动物物品品种种利用用转转基基因因动动物物技技术术提提高高动动物物的的繁繁育育速速度度利用用转转基基因因动动物物技技术术改改善善动动物物品品质质利用用转转基基因因动动物物技技术术培培育育抗抗病病害害动动物物品品系系转转基因因动物作作为生物物反应器器转基因动动物生物物反应器器动物乳腺腺生物反反应器动物血液液生物反反应器哺乳动物物分泌腺腺体生物物反应器器转转基因因动物筛筛选药物物（自学））利用转基基因动物物筛选抗抗肿瘤药药物利用转基基因动物物筛选抗抗艾滋病病药物利用转基基因动物物筛选抗抗抗其他他疾病药药物转转基因因动物应应用于人人体器官官移植（自学））7.4基基因因治疗基因治疗疗：是指以正正常的基基因替代代或修补补病人细细胞中的的缺陷基基因从而而达到治治疗疾病病的目的的，它是是治疗分分子疾病病最有效效的手段段之一。。基因治疗疗体细胞基基因治疗疗生殖细胞胞基因治治疗1990年9月14日，美美国年仅仅4岁的的女孩阿阿尚蒂接接受了世界上第第一例基基因治疗疗临床试试验。基因治疗疗的策略略补充内容容：补充策略略纠正策略略限制策略略无中生有有基因治疗疗活体直接接转移（（invivo）：：将外源基基因通过过载体直直接注射射到肌肉肉、血管管等靶组组织或通通过口服服、喷雾雾、皮下下涂抹等等方式直直接被试试验个体体的靶部部位吸收收。该法操作作简便，，易于推推广，但但目前尚尚未成熟熟，存在在疗效短短、免疫疫排斥及及基因转转移载体体在体内内随机分分布等安安全性等等问题。。该法虽虽有种种种缺陷，，仍不失失为基因因治疗发发展的最最终趋势势。离体转移移（exvivo））：将试验对对象的靶靶细胞取取出，体体外培养养导入基基因后再再重新输输回试验验者体内内。该法比较较经典，，安全有有效且易易控制，，但是步步骤多、、操作复复杂，患患者接受受程度低低，难以以大规模模推广。。基因治疗疗体内基因因治疗：：将含外源源基因的的真核细细胞表达达载体直直接导入入人体内内。体外基因因治疗：：将含有外源源基因的表表达载体导导入人体自自身或异体体细胞，经经体外细胞胞扩增后输输回人体。。基因治疗技技术的四个个环节基因诊断基因分离载体构建基因转移用于治疗的的基因正常基因反义基因自杀基因基因诊断：：是指利用多多种基因检检测技术对对人体病变变基因进行行定位分析析。基因分离：：是指利用DNA重组组技术克隆隆、鉴定、、扩增和纯纯化用于治治疗的基因因，并根据据病变基因因的定位，，与特异性性整合序列列和基因表表达调控元元件进行体体外重组。。体内疗法体外疗法表达载体的的构建是基因治疗疗成功与否否的关键。病毒型载体体非病毒型载载体目前基因治治疗中使用的载载体基因转移方方法7.4.1肿瘤瘤的基因治治疗肿瘤基因治疗的主要策略抑癌基因治疗法免疫基因治疗法自杀基因治疗法基因修饰瘤苗法抑抑癌基因因治疗通过向患者者导入抑癌癌基因、恢恢复人体抑抑制肿瘤的的功能，从从而达到治治愈肿瘤的的目的。人P53基基因RB基因P16基因因反义癌基因因治疗基基因因修饰饰瘤苗苗瘤苗：：以外源源基因因修饰饰的肿肿瘤细细胞。。目前采采用的的外源源基因因多数数是细细胞因因子基基因（（包括括白介介素系系列基基因、、干扰扰素基基因、、集落落刺激激因子子基因因等））。细胞因因子基基因修修饰人人肿瘤瘤细胞胞的过过程：：细胞因因子基基因的的克隆隆构建重重组反反转录录病毒毒载体体缺陷型型重组组反转转录病病毒的的包装装肿瘤细胞胞的转染染及检测测肿肿瘤的免免疫基因因治疗肿瘤的免免疫基因因治疗：：是指利用用免疫基基因对肿肿瘤进行行治疗的的方法。。肿瘤的细细胞因子子基因治治疗肿瘤的MHC基基因治疗疗肿瘤抗原原靶向的的基因治治疗肿瘤的共共刺激分分子基因因治疗抗体介导导的肿瘤瘤免疫基基因治疗疗综合性肿肿瘤免疫疫基因治治疗主要包括括自自杀基因因治疗肿肿瘤自杀基因因：是一类前前体药物物酶转化化基因、、药物敏敏感基因因或酶－－前体药药物激活活基因。。该类基基因主要要存在于于病毒、、细菌或或真菌等等微生物物细胞中中。自杀基因因系统包包括一种种酶和一一种前体体药物，，通过酶酶活性的的表达将将对人体体细胞无无毒性的的前体药药物转化化为对细细胞有很很高毒性性的物质质。目前在基基因治疗疗中常用用的自杀杀基因系系统有tk-GCV系系统、CD-5-FC系统等。凡是能将将前体药药物转化化为细胞胞毒性产产物的酶酶，如果果在哺乳乳动物体体内不存存在，就就可以用用于自杀杀基因系系统。分分子遗遗传病的的基因治治疗（自自学）分子遗传病的基因治疗血友病的基因治疗地中海贫血的基因治疗心心血管管病的基基因治疗疗（自学学）艾艾滋病病的基因因治疗（（自学））7.5基基因因芯片生物芯片片基因芯片片细胞芯片片蛋白质芯芯片组织芯片片生物芯片片（biochip））：主要指通通过平面面微细加加工技术术在固体体芯片表表面构建建的微流流体分析析单元和和系统，，以实现现对细胞胞、蛋白白质、核核酸以及及其他生生物组分分的准确确、快速速、大信信息量的的检测。。何为生物物芯片?它是继大大规模集集成电路路之后的的又一次次具有深深远意义义的科学学技术革革命。基基因芯芯片原理理及技术术基因芯片片（genechip）：：又称DNA芯芯片、DNA微微阵列（（DNAmicroarray）），它是指指采用原原位合成成或显微微印刷技技术，将将数以万万计的DNA探探针分子子固定于于支持物物的表面面上，产产生的二二维DNA探针针阵列。。基因芯芯片与标标记的样样品进行行杂交后后，可通通过检测测杂交的的信号来来实现对对生物样样品快速速、高效效地检测测或诊断断。基因芯片的的三种关键技技术微阵列制作作技术探针杂交技技术扫描分析处处理技术基基因芯片片的制作方方法基因芯片载载体无机材料天然有机材料料人工合成的有有机高分子聚聚合物各种高分子聚聚合物制成的的膜基因芯片载体体制作生物芯片片的材料必须须满足的要求求：载体表面具有有可进行化学学反应的活性性基团，便于于与生物分子子进行偶联。。载体为惰性的的并有足够的的稳定性。单位载体结合合的DNA分分子能达到最最佳容量。载体具有良好好的生物兼容容性。探针DNA或或RNA分子子生物芯片的制制作方法点接触法喷墨法光刻DNA合合成法制作基因芯片片的DNA样样品主要来源源于从细胞中中提取的mRNA反转录录后的cDNA文库。此外还可利用用PCR扩增增技术和DNA固相合成成技术获得所所需要的各种种基因序列。。生物芯片的制制作方法7.5.1.2基因因芯片杂交基因芯片技术术的基础———分子杂交在进行分子杂杂交前须对靶靶DNA分子子进行扩增以以提高反应的的灵敏度，然然后对靶DNA进行标记记。样品的标记方方法荧光标记法生物素标记法法同位素标记法法7.5.1.3基因因芯片的扫读读与分析扫读装置———芯片扫描仪激光共聚焦芯芯片扫描仪CCD芯片扫扫描仪芯片扫描仪对生物芯片扫扫描数据的采采集、处理、、分析和报告告是生物芯片片技术中的一一个重要环节节，它由复杂杂的计算机来来完成。基基因芯片片的应用临床用药新药筛选基因诊断基因表达水平的检测基因测序基因芯片的应用谢谢9、静静夜夜四四无无邻邻，，荒荒居居旧旧业业贫贫。。。。12月月-2212月月-22Friday,December23,202210、雨雨中中黄黄叶叶树树，，灯灯下下白白头头人人。。。。05:56:5305:56:5305:5612/23/20225:56:53AM11、以我独独沈久，，愧君相相见频。。。12月-2205:56:5305:56Dec-2223-Dec-2212、故人江江海别，，几度隔隔山川。。。05:56:5305:56:5305:56Friday,December23,202213、乍见翻翻疑梦，，相悲各各问年。。。12月-2212月-2205:56:5305:56:53December23,202214、他乡生生白发，，旧国见见青山。。。23十十二月20225:56:53上午午05:56:5312月-2215、比不了得就就不比，得不不到的就不要要。。。十二月225:56上上午12月-2205:56December23,202216、行动出成果果，工作出财财富。。2022/12/235:56:5305:56:5323December202217、做前前，能能够环环视四四周；；做时时，你你只能能或者者最好好沿着着以脚脚为起起点的的射线线向前前。。。5:56:53上上午5:56上上午午05:56:5312月月-229、没有失败败，只有暂暂时停止成成功！。12月-2212月-22Friday,December23,202210、很多事情情努力了未未必有结果果，但是不不努力却什什么改变也也没有。。。05:56:5305:56:5305:5612/23/20225:56:53AM11、成功就是日日复一日那一一点点小小努努力的积累。。。12月-2205:56:5305:56Dec-2223-Dec-2212、世间成事，，不求其绝对对圆满，留一一份不足，可可得无限完美美。。05:56:5305:56:5305:56Friday,December23,202213、不知香积寺寺，数里入云云峰。。12月-2212月-2205:56:5305:56:53December23,202214、意意志志坚坚强强的