分子医学概论

分分 子子 医医 学学 技技 能能 周俊宜周俊宜 课课 程程 内内 容容 分子医学与分子医学技术相关理论分子医学与分子医学技术相关理论 基本技术（实验）基本技术（实验）：离心技术、电泳技术、层析技术、分光光度技术、离心技术、电泳技术、层析技术、分光光度技术、 基因操作技术、免疫分析技术基因操作技术、免疫分析技术 视频教学：视频教学： 基因奥秘、生命赞歌、基因奥秘、生命赞歌、PCRPCR技术及应用、技术及应用、 免疫反击战免疫反击战 等等 问题式自主学习问题式自主学习：分子医学技术的原理和应用、分子医学前沿技术分子医学技术的原理和应用、分子医学前沿技术 分子医学技术的应用实验分子医学技术的应用实验：基因诊断、基因鉴定、免疫学检测等基因诊断、基因鉴定、免疫学检测等 实验课题设计实验课题设计：专家讲座、资料查阅、实验设计、分组报告和答辩：专家讲座、资料查阅、实验设计、分组报告和答辩 1)1)本课程中学生的作业、实验报告、讲座感想等均需写在每位本课程中学生的作业、实验报告、讲座感想等均需写在每位 同学的同学的实验记录本实验记录本中，中，不能用打印稿或零星纸张不能用打印稿或零星纸张。 2) 2) 请同学们独立完成每一次实验课的作业或实验报告等。请同学们独立完成每一次实验课的作业或实验报告等。部分部分 实验课安排了思考题，实验课安排了思考题，需连同实验报告同时完成需连同实验报告同时完成。 3 3）实验记录本相当于本课程考核试卷，请同学们认真对待，）实验记录本相当于本课程考核试卷，请同学们认真对待，于于 课题设计报告时由每班学习委员交实验课老师课题设计报告时由每班学习委员交实验课老师。考核完后由分。考核完后由分 子医学实验室统一管理。子医学实验室统一管理。无实验记录本者按缺考处理。无实验记录本者按缺考处理。 注注 意意 事事 项项 * *分子医学与分子医学技术分子医学与分子医学技术 * *分子生物学实验室安全与环保分子生物学实验室安全与环保 * *视频：视频：21 21 世纪的生命科学世纪的生命科学 Molecular medicine and molecular Molecular medicine and molecular medical technologymedical technology * *分子医学与分子医学技术分子医学与分子医学技术 分子生物学分子生物学 的成长过程的成长过程 1919世纪末世纪末 核素 19441944年确认了遗传的物质基础是年确认了遗传的物质基础是DNADNA。 19531953年年J Watson J Watson 和和F CricKF CricK提出了提出了DNADNA双螺双螺 旋结构模型。旋结构模型。 以以DNADNA半保半保 留复制机制留复制机制 ，揭示了生，揭示了生 物界遗传性物界遗传性 状能世代遗状能世代遗 传的分子奥传的分子奥 秘。秘。 19681968年年,Nirenberg M,Nirenberg M,遗传密码学说。遗传密码学说。 N2HCOOHCOOH 遗传信息遗传信息 核酸中核酸中4 4种符号（种符号（A A、C C、GG、T/UT/U） 55 AUG AUG 三联体密码三联体密码 19651965年年,Jacob f ,Jacob f 基因操纵子基因操纵子. . 结构基因结构基因 调控序列调控序列 A B C A B C 19721972年年,P.Berg: ,P.Berg: 构建第一个构建第一个DNADNA重组分子重组分子2 2种病毒种病毒DNADNA 的重组。的重组。 19771977年，基因工程产品的出现年，基因工程产品的出现 H.W.Boyer,H.W.Boyer,第一个基因工程产品第一个基因工程产品(SS (SS somatostatinsomatostatin） 人体生长激素释放激素人体生长激素释放激素(SS)(SS) 抑制和调节多种激素的作用抑制和调节多种激素的作用 从动物脑中提取从动物脑中提取: : 5mg-5mg-5050万只羊脑万只羊脑 基因工程基因工程 9 9升大肠杆菌升大肠杆菌 培养液培养液 70 70年代年代 DNA sequencingDNA sequencing Graessmann Graessmann和和DicumakoDicumako莫定了用显微注射法转移基因。莫定了用显微注射法转移基因。 Grahant Grahant等对磷酸钙介导的等对磷酸钙介导的DNADNA转移过程进行了详细的研究，转移过程进行了详细的研究， 使这技术能被普遍接受和应用。使这技术能被普遍接受和应用。 80 80年代年代 PCR PCR技术的出现技术的出现 定点突变的研究与应用定点突变的研究与应用 8080年代的代表性研究领域年代的代表性研究领域 基因工程产品的开发应用基因工程产品的开发应用 癌基因的发现癌基因的发现 DNA-DNA-蛋白质分子相互辨认蛋白质分子相互辨认 人类基因组计划开始酝酿人类基因组计划开始酝酿 9090年代年代的代表性研究领域的代表性研究领域 基因诊断技术渐趋成熟基因诊断技术渐趋成熟 基因治疗合法化基因治疗合法化 人类基因计划的启动人类基因计划的启动 分子生物学各分支学科的建立与发展分子生物学各分支学科的建立与发展 从从2020世纪世纪5050年代起，分子生物学领域的年代起，分子生物学领域的 研究成果共获得研究成果共获得4040项诺贝尔医学项诺贝尔医学- -生理科生理科 学奖，说明分子生物学在生命科学研究学奖，说明分子生物学在生命科学研究 中的重要性。中的重要性。 从基因的角度重新认识疾病，运用基因技术预防和从基因的角度重新认识疾病，运用基因技术预防和 治疗疾病。治疗疾病。 目前基因技术大多数尚待完善，前景却未可限量。目前基因技术大多数尚待完善，前景却未可限量。 从伦理、道德、法律、社会的角度审视基因技术的从伦理、道德、法律、社会的角度审视基因技术的 应用和对生命的干预。应用和对生命的干预。 分子医学分子医学 ( (Molecular Medicine)Molecular Medicine) “Molecular medicine encompasses the discovery of fundamental molecular components that “Molecular medicine encompasses the discovery of fundamental molecular components that determine normal cellular behavior, the dissection of aberrant genetic expression or interaction, determine normal cellular behavior, the dissection of aberrant genetic expression or interaction, and the modulation or correction of those aberrations for the purpose of and the modulation or correction of those aberrations for the purpose of disease diagnosis, disease diagnosis, treatment and preventiontreatment and prevention. . The key difference between the molecular medicine and the traditional medicine is that the The key difference between the molecular medicine and the traditional medicine is that the former bases its understanding of the diseases and operations upon a molecular and genetic former bases its understanding of the diseases and operations upon a molecular and genetic level.”level.” 19941994年年2 2月，美国国立卫生研究院月，美国国立卫生研究院 (NIH) (NIH) 卡普卡普(Karp) , (Karp) , 布罗德布罗德(Broder)(Broder) 癌研究癌研究 Cancer ResearchCancer Research “ “分子医学的新方向分子医学的新方向 ” ” “ “New directions in molecular medicine”New directions in molecular medicine” 19941994年年9 9月月, , NatureNature杂志杂志 “分子医学研讨会” the seminar of molecular medicinethe seminar of molecular medicine “ “分子医学的挑战分子医学的挑战” ” Challenge of Molecular MedicineChallenge of Molecular Medicine 19951995年年 , , 美国美国: : “ “Molecular MedicineMolecular Medicine” ”杂志正式创刊杂志正式创刊 根据根据KarpKarp等的定义，分子医学的内容包括等的定义，分子医学的内容包括: : 发现控制正常细胞行为的基本分子发现控制正常细胞行为的基本分子 弄清基因异常与疾病发生的关系弄清基因异常与疾病发生的关系 通过检查和纠正这些异常基因对疾病进行通过检查和纠正这些异常基因对疾病进行 诊断、治疗和预防诊断、治疗和预防 分子医学与传统医学的主要不同在于前者对疾病分子医学与传统医学的主要不同在于前者对疾病 的认识和操作都是在的认识和操作都是在分子和基因分子和基因水平上进行的。水平上进行的。 分子医学研究分子医学研究 研究内容：研究内容： 疾病的分子机理疾病的分子机理 疾病的基因诊断疾病的基因诊断 疾病的基因治疗疾病的基因治疗 疾病的基因预防疾病的基因预防 研究技术：研究技术： 基础生化技术基础生化技术 核酸技术核酸技术 蛋白质技术蛋白质技术 细胞技术细胞技术 动物实验技术动物实验技术 前沿技术前沿技术 分子文库技术分子文库技术 分子突变谱技术分子突变谱技术 表达谱技术表达谱技术 生物信息技术生物信息技术 干细胞技术干细胞技术 分分 子子 医医 学学 研研 究究 内内 容容 疾病的分子机理疾病的分子机理 从细胞内部的微观生理学和分子生物学水平上寻找病因从细胞内部的微观生理学和分子生物学水平上寻找病因. . 疾病的基因诊断疾病的基因诊断 单基因疾病的诊断；有遗传倾向的疾病；外原性病原体单基因疾病的诊断；有遗传倾向的疾病；外原性病原体 。 疾病的基因治疗疾病的基因治疗 体细胞基因治疗；生殖细胞基因治疗体细胞基因治疗；生殖细胞基因治疗 疾病的基因预防疾病的基因预防 基因疫苗等基因疫苗等 探索疾病的原因，是有效治疗疾病的前提。探索疾病的原因，是有效治疗疾病的前提。 目前，医学对某些还缺少有效的治疗方法，与对目前，医学对某些还缺少有效的治疗方法，与对 病因缺乏深入认识密切相关。病因缺乏深入认识密切相关。 基因科学的发展，为基因科学的发展，为人类从细胞内部的微观生理人类从细胞内部的微观生理 学和分子生物学水平上寻找病因学和分子生物学水平上寻找病因提供了新的思路。提供了新的思路。 1 1 疾病的分子机理疾病的分子机理 尿黑酸症尿黑酸症 尿液尿液 接触空气 黑色 常染色体隐性遗传病常染色体隐性遗传病 tyrosinetyrosine尿黑酸尿黑酸氧化分解氧化分解 尿黑酸氧化酶尿黑酸氧化酶 先天性缺乏先天性缺乏尿黑酸氧化酶基因尿黑酸氧化酶基因表达表达 18981898年：年： 19491949年波林发现镰刀型细胞贫血症（病人的红细胞为年波林发现镰刀型细胞贫血症（病人的红细胞为 镰刀形）与镰刀形）与血红蛋白结构异常血红蛋白结构异常相关相关。 镰形红细胞贫血病人镰形红细胞贫血病人Hb (HbS) Hb (HbS) 亚基亚基 N N-val-val hishis leu leu thrthr pro pro valval glu glu C C 肽链肽链 C CA AC C GGT TGG 基因基因 正常成人正常成人Hb (HbA)Hb (HbA) 亚基亚基 N N-val-val hishis leu leu thrthr pro pro gluglu glu glu C C 肽链肽链 CTC CTC GAGGAG 基因基因 正常血细胞 镰形红细胞镰形红细胞 美国毕晓普和瓦慕斯等人的研究表美国毕晓普和瓦慕斯等人的研究表 明：动物体内的癌基因不是来自病毒明：动物体内的癌基因不是来自病毒 ，而是由于在动物的正常细胞基因中，而是由于在动物的正常细胞基因中 本来就存在一个庞大的癌基因族，正本来就存在一个庞大的癌基因族，正 常情况下这些常情况下这些原癌基因原癌基因是不活跃的，是不活跃的， 但当受到病毒入侵或遇到物理、化学但当受到病毒入侵或遇到物理、化学 等因素作用时，就可能被激活，突变等因素作用时，就可能被激活，突变 为癌基因。这也就解释了化学污染、为癌基因。这也就解释了化学污染、 吸烟、放射线辐射等因素致癌的原因吸烟、放射线辐射等因素致癌的原因 。 2 2 疾病的基因诊断疾病的基因诊断 从广义上讲，大多数疾病都可以从遗传物质的变化中寻找出原从广义上讲，大多数疾病都可以从遗传物质的变化中寻找出原 因。而从技术上看，只要找到了与疾病相关的基因，基因诊断便因。而从技术上看，只要找到了与疾病相关的基因，基因诊断便 可实现。基因诊断将成为疾病诊断的常规方法。可实现。基因诊断将成为疾病诊断的常规方法。 单基因疾病的诊断：单基因疾病的诊断： 一般可在临床症状出现之前作出诊断，不依赖临床表型。一般可在临床症状出现之前作出诊断，不依赖临床表型。 有遗传倾向的疾病：有遗传倾向的疾病： 易感基因的筛查，如高血压，冠心病，肥胖等。易感基因的筛查，如高血压，冠心病，肥胖等。 外原性病原体：外原性病原体： 如病毒、细菌、寄生虫等引起的传染病。如病毒、细菌、寄生虫等引起的传染病。 地中海贫血症地中海贫血症 甲型和乙型甲型和乙型 血友病血友病 镰状红细胞贫血镰状红细胞贫血 DuchenneDuchenne肌营养不良症肌营养不良症 囊性纤维变性病囊性纤维变性病 SouthernSouthern印迹法印迹法 PCRPCR技术技术 SSOSSO法法 RFLPRFLP法法 RLFPRLFP分析法分析法 基因鉴定技术基因鉴定技术 人体细胞有总数约为人体细胞有总数约为3030亿个碱基对的亿个碱基对的DNADNA，每个人的，每个人的DNADNA都不完全 都不完全 相同，人与人之间不同的碱基对数目达几百万之多，因此通过分子相同，人与人之间不同的碱基对数目达几百万之多，因此通过分子 生物学方法显示的生物学方法显示的DNADNA图谱也因人而异，由此可以识别不同的人。图谱也因人而异，由此可以识别不同的人。 所谓所谓“ “DNADNA指纹指纹” ”，就是把，就是把DNADNA作为像指纹那样的独特特征来识别不同作为像指纹那样的独特特征来识别不同 的人。由于的人。由于DNADNA是遗传物质，因此通过对是遗传物质，因此通过对DNADNA鉴定还可以判断两个人鉴定还可以判断两个人 之间的亲缘关系。之间的亲缘关系。 DNADNA鉴定技术是英国遗传学家鉴定技术是英国遗传学家A A J J 杰弗里斯（杰弗里斯（19501950）在）在19841984年发年发 明的。由于人体各部位的细胞都有相同的明的。由于人体各部位的细胞都有相同的DNADNA，因此可以通过检查，因此可以通过检查 血迹、毛发、唾液等判明身分。血迹、毛发、唾液等判明身分。 DNADNA指纹指纹 只要罪犯在案发现场留下任何只要罪犯在案发现场留下任何 与身体有关的东西，例如血迹和毛与身体有关的东西，例如血迹和毛 发，警方就可以根据这些蛛丝马迹发，警方就可以根据这些蛛丝马迹 将其擒获，准确率非常高。将其擒获，准确率非常高。DNADNA鉴定鉴定 技术在破获强奸和暴力犯罪时特别技术在破获强奸和暴力犯罪时特别 有效，因为在此类案件中，罪犯很有效，因为在此类案件中，罪犯很 容易留下包含容易留下包含DNADNA信息的罪证。信息的罪证。 根据 根据DNADNA指纹破案虽然准确率高指纹破案虽然准确率高 ，但也有出错的可能，因为两个人，但也有出错的可能，因为两个人 的的DNADNA指纹在测试的区域内有完全吻指纹在测试的区域内有完全吻 合的可能。因此在合的可能。因此在20002000年英国将年英国将DNADNA 指纹测试扩展到指纹测试扩展到1010个区域，使偶然个区域，使偶然 吻合的危险几率降到十亿分之一。吻合的危险几率降到十亿分之一。 基因疗法，即是通过基因疗法，即是通过基因水平基因水平的操作来治疗疾病的方法。的操作来治疗疾病的方法。 目前的基因疗法是先从患者身上取出一些细胞（如造血干细目前的基因疗法是先从患者身上取出一些细胞（如造血干细 胞、纤维干细胞、肝细胞等），然后利用对人体无害的病毒当载胞、纤维干细胞、肝细胞等），然后利用对人体无害的病毒当载 体，把正常的基因嫁接到病毒上，再用这些病毒去感染取出的人体，把正常的基因嫁接到病毒上，再用这些病毒去感染取出的人 体细胞，让它们把正常基因插进细胞的染色体中，使人体细胞就体细胞，让它们把正常基因插进细胞的染色体中，使人体细胞就 可以可以“ “获得获得” ”正常的基因，以取代原有的异常基因；接着把这些修正常的基因，以取代原有的异常基因；接着把这些修 复好的细胞培养、繁殖到一定的数量后，送回患者体内，这些细复好的细胞培养、繁殖到一定的数量后，送回患者体内，这些细 胞就会发挥胞就会发挥“ “医生医生” ”的功能，把疾病治好了。的功能，把疾病治好了。 3 3 疾病的基因治疗疾病的基因治疗 1.1. 直接法直接法 即将外源性功能基因以逆转录病毒、质粒载即将外源性功能基因以逆转录病毒、质粒载 体或脂质体类包囊，或以裸露体或脂质体类包囊，或以裸露DNADNA的形式直接注入体的形式直接注入体 内，让基因在体内表达。内，让基因在体内表达。 2. 2. 间接法间接法 即将受体细胞（例如淋巴细胞、骨髓干细即将受体细胞（例如淋巴细胞、骨髓干细 胞、皮肤或纤维细胞等）在体外培养导入外源性功胞、皮肤或纤维细胞等）在体外培养导入外源性功 能基因，然后把这种经遗传修饰的受体细胞输回或能基因，然后把这种经遗传修饰的受体细胞输回或 移植入患者体内，让外源基因表达。移植入患者体内，让外源基因表达。 体细胞基因治疗体细胞基因治疗 生殖细胞基因治疗生殖细胞基因治疗 以校正生殖细胞的缺陷为目标，所产生的性状可以校正生殖细胞的缺陷为目标，所产生的性状可 代代相传。代代相传。 异基因脐血干细胞移异基因脐血干细胞移 植治疗手术。植治疗手术。 7878天后天后, ,代表肌肉萎缩代表肌肉萎缩 情况的肌酸磷酸激酶从情况的肌酸磷酸激酶从 68006800降到一两千；移植降到一两千；移植 前前DMDDMD基因第基因第1919号外显子号外显子 缺失，移植后缺失，移植后4545天、天、7373 天两次检测天两次检测DMDDMD基因均已基因均已 恢复正常，缺失的恢复正常，缺失的1919号号 外显子已经显现出来！外显子已经显现出来！ 全球首例接受基因治疗的神经肌肉全球首例接受基因治疗的神经肌肉 遗传病患者经过了遗传病患者经过了7979天考验天考验。 深圳市赛百诺基因技术有限公司研制开发的抗癌新药深圳市赛百诺基因技术有限公司研制开发的抗癌新药“ 重组人重组人p53p53腺病毒注射液腺病毒注射液” ”（商品名（商品名“ “今又生今又生” ”），），1010月月1616日获得日获得 国家仪器药品监督管理局颁发的新药证书。国家仪器药品监督管理局颁发的新药证书。 糖尿病是患者胰腺不能正常分泌胰岛素，引起血糖过高 而至，其死亡率仅次于癌症和心脏病。全世界的糖尿病患 者已达数千万人。20世纪初，医生们就采用胰岛素治疗糖 尿病。但胰岛素以往主要靠从牛、猪等大牲畜的胰脏中提 取，一头牛的胰脏或一头猪的胰脏只能产生30毫升的胰岛 素，而一个病人每天则需要4毫升的胰岛素，胰岛素产量 远远不能满足需要。 19781978年，美国化学家年，美国化学家W W 吉尔伯特 吉尔伯特研究小组，研究小组， 利用重组利用重组DNADNA技术成功地使大肠杆菌生产出胰技术成功地使大肠杆菌生产出胰 岛素。岛素。 干扰素是两位美国科学家在1957研究病毒的干扰现 象时发现的一种抗病毒的特效药。干扰素本是我们身 体内部少数几种能抵御病毒的天然防御物质之一，是 在病毒入侵细胞以后从仍然健康的细胞中自然产生的 。但人体内产生的干扰素数量非常小，所以当时生产 的干扰素数量很少而十分昂贵。 过去，用白细胞生产干扰素，每个细胞最 多只能产生1001000个干扰素分子；而用 基因工程技术改造的大肠杆菌发酵生产，在 12天内，每个菌体能产生20万个干扰素分 子。 19901990年沃尔夫（年沃尔夫（WOffWOff）等发现，将带有甲型流感病毒核蛋白编）等发现，将带有甲型流感病毒核蛋白编 码基因的质粒注射到小鼠肌肉内，可使小鼠能经受致死剂量的甲型码基因的质粒注射到小鼠肌肉内，可使小鼠能经受致死剂量的甲型 流感病毒的攻击。流感病毒的攻击。 裸露的裸露的DNADNA通过注射、滴鼻和肠道也进人细胞，并使之获得保通过注射、滴鼻和肠道也进人细胞，并使之获得保 护性免疫。这种具有疫苗作用的裸露护性免疫。这种具有疫苗作用的裸露DNADNA称之为称之为“ “基因疫苗基因疫苗” ”（gene gene vaccinevaccine）。）。 4 疾病的基因预防 基因疫苗基因疫苗 整株疫苗整株疫苗成分疫苗成分疫苗基因疫苗基因疫苗 分子医学研究分子医学研究 技术技术 基基 因因 蛋白质蛋白质 基基 因因 表表 达达 经典技术体系经典技术体系 新新 技技 术术 体体 系系 生生 物物 信信 息息 技技 术术 分分 子子 文文 库库 技技 术术 突突 变变 谱谱 技技 术术 表表 达达 谱谱 技技 术术 干干 细细 胞胞 技技 术术 基因获取基因获取 基因检测基因检测 基因重组基因重组 基因表达基因表达 基因标记基因标记 基因探测基因探测 经典技术体系经典技术体系 获取目标基因获取目标基因 PCRPCR法法基因文库法基因文库法化学合成法化学合成法 基因文库基因文库 PCR PCR 可以把可以把 指定的基因片段指定的基因片段 数数量量指数指数放大放大 染色体染色体 核酸检测和鉴定核酸检测和鉴定 - + 凝胶成像分析系统凝胶成像分析系统 核酸蛋白分析仪核酸蛋白分析仪 基因重组和基因表达基因重组和基因表达 分分 切切 接接转转 筛筛 表表 基因探针与标记基因探针与标记 复性 RNADNA 三种印迹技术的比较 生物信息技术生物信息技术 生物信息学生物信息学(bioinformation)(bioinformation) 是一门伴随着基因组研究而产生的交叉学是一门伴随着基因组研究而产生的交叉学 科。广义地说，它是从事与基因组研究有关的科。广义地说，它是从事与基因组研究有关的 生物信息的获取、加工、储存、分配、分析和生物信息的获取、加工、储存、分配、分析和 解释的一门学科。这个定义包含两层意思，即解释的一门学科。这个定义包含两层意思，即 对海量数据的收集、整理以及对这些数据的应对海量数据的收集、整理以及对这些数据的应 用。用。 基因组，指的是生物体内的所有基因组，指的是生物体内的所有DNADNA，包括它的基，包括它的基 因。人类基因组计划要测定的是人体因。人类基因组计划要测定的是人体2323对染色体中的所对染色体中的所 有有DNADNA的序列，它由的序列，它由31.64731.647亿个碱基对组成，共有亿个碱基对组成，共有3 3万至万至 3.53.5万个基因。换句话说，生命天书是由万个基因。换句话说，生命天书是由3030多亿个字写成多亿个字写成 的，如果将这的，如果将这3030多亿字排版到一张报纸上，那么大约需多亿字排版到一张报纸上，那么大约需 要要2020万页纸才能排完这部巨著。万页纸才能排完这部巨著。 由此可以想见，读取这由此可以想见，读取这 部巨著所要耗费的时间将是如何的惊人。部巨著所要耗费的时间将是如何的惊人。 解读生命的“天书”-人类基因组计划 随着主要模式生物的基因组测序完毕随着主要模式生物的基因组测序完毕, ,在测序基因组之后在测序基因组之后 功能基因组学功能基因组学：基因功能分析，进化分析，比较基因组分析等：基因功能分析，进化分析，比较基因组分析等. . 分分 子子 文文 库库 基本策略基本策略 ； ; ; 构构 建建 不不 同同 的的 文文 库库 基基 于于 核核 酸酸 杂杂 交交 的的 筛筛 选选 基基 于于 抗抗 原原 抗抗 体体 反反 应应 的的 筛筛 选选 基基 因因 文文 库库 噬菌体展示技术噬菌体展示技术 酵母双杂交系统酵母双杂交系统 Gene Binding Domain Activation Domain UAS DNA mRNA 结 合 域 激 活 域 Bait Protein Prey Protein 蛋白质相互作用 A Activation Domain A Activation Domain B Bait Protein Binding Domain Reporter Gene Bait Protein Binding Domain Prey Protein Activation Domain 双杂交系统双杂交系统 UAS Reporter Gene Bait Protein Binding Domain Prey Protein Activation Domain 突突 变变 谱谱 Kamath(Nature, 2003, 421: 220) Kamath(Nature, 2003, 421: 220)利用利用 RNAiRNAi技术技术阻断了线虫阻断了线虫1975719757个基因中的个基因中的1675716757 基因基因, ,并分析了相应的表型。并分析了相应的表型。 RNAi RNAi 技技 术术 Initiation Step ATP ATP ADP + ppi ADP + ppi DICER KINASE RdRP Effector Step siRNA binding siRNA unwinding RISC activation 表表 达达 谱谱 生生 物物 芯芯 片片 Medium-density DNA microarray fluorescence images lDNA array with a distance of 400 um of center-to-center lSYBR stains ssDNA probe (Up) lCy5 (red) and Fluor X (Green) stain immobilized DNA probes (Right) Array Area: 0.6 cm x 0.3 cm 蛋白质组学蛋白质组学 2D electrophoresis 1. 2. Proteolytic digestion Proteolytic fragments Pure protein2D electrophoresisSample MALDI-TOF Capillary Electrophoresis HPLC N- Amino acid sequencing Mass spectrum Database searching LC/MS/MS 转基因生物和动物转基因生物和动物 克隆技术克隆技术 转基因生物是指用实验方法导入的外源基因在转基因生物是指用实验方法导入的外源基因在 染色体基因组内稳定整和并能遗传给后代的一类染色体基因组内稳定整和并能遗传给后代的一类 动物。动物。 自从自从19821982年年PalmiterPalmiter等首次将大鼠生长激素基因等首次将大鼠生长激素基因 导人小鼠受精卵雄性原核中，获得了个体比对照导人小鼠受精卵雄性原核中，获得了个体比对照 组大一倍的转基因组大一倍的转基因“ “超级小鼠超级小鼠” ”以来，这项高新技以来，这项高新技 术受到各国重视，发展迅速，取得不少突破，全术受到各国重视，发展迅速，取得不少突破，全 世界已申请的工程动物专利达到世界已申请的工程动物专利达到8080多项。多项。 囊性纤维变性是一种遗传囊性纤维变性是一种遗传 病，患者体内会产生粘稠的病，患者体内会产生粘稠的 粘液，阻塞肺部、胰腺和消粘液，阻塞肺部、胰腺和消 化器官的内部通道，大约有化器官的内部通道，大约有 一半的患者活不过一半的患者活不过3030岁。英岁。英 国国PPTPPT公司培育了植入人体公司培育了植入人体 基因的克隆羊，羊奶中含有基因的克隆羊，羊奶中含有 能够治疗囊性纤维变性的人能够治疗囊性纤维变性的人 体蛋白。体蛋白。 维尔莫特所在的研究所维尔莫特所在的研究所 曾向德国一家药厂出售一头曾向德国一家药厂出售一头 这样的这样的转基因羊转基因羊，获得，获得5050万万 英镑。英镑。 分子生物学的最大弱点分子生物学的最大弱点 过于过于微观化，容易勿视整体微观化，容易勿视整体。生物遗传受多种内外环。生物遗传受多种内外环 境因素的影响，在获得大量微观资料后，必然要回到整体境因素的影响，在获得大量微观资料后，必然要回到整体 水平进行综合研究。水平进行综合研究。 个体与体系、体外与体内个体与体系、体外与体内 分子医学的社会、伦理问题分子医学的社会、伦理问题 分子医学与传统医学最根本的区别在于前者可在分子医学与传统医学最根本的区别在于前者可在基因水基因水 平平上对疾病进行操作。上对疾病进行操作。 对遗传物质的操作可能引发的后对遗传物质的操作可能引发的后 果一开始就是科学界和公众关注的问题。果一开始就是科学界和公众关注的问题。 早在早在7070年代初，基因重组技术刚开始出现的时候，以美国著名分年代初，基因重组技术刚开始出现的时候，以美国著名分 子生物学家伯格（子生物学家伯格（BergBerg）为首的）为首的1111名科学家共同呼吁禁止开展基因名科学家共同呼吁禁止开展基因 工程的研究，并得到了美国国立卫生研究院的赞同。工程的研究，并得到了美国国立卫生研究院的赞同。 科学家们对自己的研究工作可能产生的严重后果公开唤起公众的注科学家们对自己的研究工作可能产生的严重后果公开唤起公众的注 意，这在科学史上还是第一次，说明科学家对遗传物质的操作所取意，这在科学史上还是第一次，说明科学家对遗传物质的操作所取 的态度是极其谨慎的。的态度是极其谨慎的。 在那以后，利用基因工程技术在大肠杆茵中生产预定的蛋白质在那以后，利用基因工程技术在大肠杆茵中生产预定的蛋白质 分子被证明是无害可行的，因而在分子被证明是无害可行的，因而在8080年代以来得到了迅速的发展，年代以来得到了迅速的发展， 但将基因操作直接应用于人类疾病的治疗则与一般的基因工程不可但将基因操作直接应用于人类疾病的治疗则与一般的基因工程不可 同日而语。同日而语。 现代基因工程的创始人现代基因工程的创始人PP伯格伯格（美国（美国,1926,1926）在）在19601960年以敏锐的科学预见力年以敏锐的科学预见力 提出一个大胆的设想：是否可以创造出一种人工方法，把外界的遗传基因引入提出一个大胆的设想：是否可以创造出一种人工方法，把外界的遗传基因引入 动物体内，以达到改变遗传性状和治疗某些疾病的需要呢？动物体内，以达到改变遗传性状和治疗某些疾病的需要呢？19721972年，伯格把两年，伯格把两 种病毒的种病毒的DNADNA用同一种限制性内切酶切割后，再用用同一种限制性内切酶切割后，再用DNADNA连接酶把这两种连接酶把这两种DNADNA 分子连接起来，于是产生了一种新的重组分子连接起来，于是产生了一种新的重组DNADNA分子，首次实现两种不同生物分子，首次实现两种不同生物 的的DNADNA体外连接，获得了第一批重组体外连接，获得了第一批重组DNADNA分子，这标志着基因工程分子，这标志着基因工程技术的诞 生。伯格因此获得了19801980年诺贝尔化学奖年诺贝尔化学奖。 * * 高校实验室安全与环保高校实验室安全与环保 在我国高校实验室安全与环保隐患在我国高校实验室安全与环保隐患 危机四伏，不可忽视危机四伏，不可忽视 实验室安全与环保的事故屡有发生实验室安全与环保的事故屡有发生 触目惊心，令人反省触目惊心，令人反省 （1010种类型案例为证）种类型案例为证） （1 1）剧毒品中毒事故）剧毒品中毒事故19941994年年1111月北京某月北京某 著名高校化学系学生朱令著名高校化学系学生朱令 铊中毒。铊中毒。（暗取证据、 网上求医第一例、95 年4月才用普鲁士蓝解毒剂、 100残废） 1997年，在北大化学系发生同样事情，两个学生被人投毒，因有朱令前车之鉴，治疗及时， 很快痊愈。 现两人在美国，中毒者陆晨光曾经看过朱令，对其父说：“感谢朱令，是她救了我的命。”朱 令用她的半条命普及了一条医疗常识。 （2 2）火灾事故）火灾事故20082008年年3 3月月1313日大火烧毁日大火烧毁 东南大学东南大学1010个实验室个实验室 有三十多个房间被烧毁， 包括10个实验室。现场一位 白发苍苍的老师用“无法估 计”来形容损失，“光是建筑 设计院在四楼的设备，可能 就值上千万吧，那些没来得 及转移的研究成果、软件、 设计文档，还有多少毕业同学的论文资料，这些更是宝贝， 多少钱都买不来的。” 世界上知名实验室火灾事故世界上知名实验室火灾事故 19981998年年5 5月美国位于阿卡迪亚国家公园旁的月美国位于阿卡迪亚国家公园旁的 杰克逊实验室火灾杰克逊实验室火灾 杰克逊实