分子生物學(xué)與檢驗(yàn)技術(shù)課件

分子生物學(xué)與檢驗(yàn)技術(shù)

徐美蘭2345781011黃金大米（GoldenRice）是一種轉(zhuǎn)基因大米，它通過(guò)轉(zhuǎn)基因技術(shù)將β-胡蘿卜素轉(zhuǎn)化酶系統(tǒng)轉(zhuǎn)入到大米中而獲得，外表為金黃色，故稱(chēng)黃金大米。蘇黎世瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院的IngoPotrykus教授和德國(guó)弗賴(lài)堡大學(xué)的PeterBeyer（分別為育種專(zhuān)家和分子生物學(xué)家）是這一大米作用機(jī)制的創(chuàng)始人。1999年，研發(fā)此大米，并于2004年在美國(guó)進(jìn)行試驗(yàn)。12爭(zhēng)議核心問(wèn)題

轉(zhuǎn)基因作物的安全性

？！……14主要質(zhì)疑轉(zhuǎn)基因食品對(duì)人體有害，甚至造成不孕不育等等。轉(zhuǎn)基因農(nóng)業(yè)會(huì)導(dǎo)致基因擴(kuò)散，對(duì)生態(tài)環(huán)境造成危害。轉(zhuǎn)基因會(huì)導(dǎo)致病菌產(chǎn)生抗性。轉(zhuǎn)抗蟲(chóng)基因會(huì)導(dǎo)致害蟲(chóng)產(chǎn)生抗性，因此不得不繼續(xù)打農(nóng)藥。轉(zhuǎn)基因技術(shù)的專(zhuān)利大都掌握在外國(guó)人手中，對(duì)中國(guó)的糧食安全不利。轉(zhuǎn)基因技術(shù)只適用于大農(nóng)場(chǎng)，不適合小農(nóng)。轉(zhuǎn)基因技術(shù)只應(yīng)用了十幾年，將來(lái)很可能會(huì)發(fā)現(xiàn)有害，因此必須謹(jǐn)慎。15第一章緒論

Introduction

第一節(jié)分子生物學(xué)的興起與發(fā)展第二節(jié)分子生物學(xué)檢驗(yàn)技術(shù)的主要任務(wù)第三節(jié)分子生物學(xué)檢驗(yàn)技術(shù)的臨床應(yīng)用前景學(xué)習(xí)目的和要求掌握分子生物學(xué)檢驗(yàn)技術(shù)的主要任務(wù)與分析對(duì)象熟悉分子生物學(xué)與檢驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展及主要里程碑了解分子生物學(xué)檢驗(yàn)技術(shù)的臨床應(yīng)用前景第一章緒論Introduction

第一節(jié)第二節(jié)第三節(jié)中英文退出緒論現(xiàn)代分子生物學(xué)興起的標(biāo)志：20世紀(jì)50年代Watson和CrickDNA雙螺絲結(jié)構(gòu)分子生物學(xué)以揭示生命現(xiàn)象本質(zhì)為目的，以研究生物分子的結(jié)構(gòu)與功能為對(duì)象，為破解生命奧秘、探究疾病現(xiàn)象、疾病的診斷治療及預(yù)防控制等，實(shí)現(xiàn)個(gè)體化循征醫(yī)護(hù)等奠定基礎(chǔ)。第一章緒論Introduction

第一節(jié)第二節(jié)第三節(jié)中英文退出一、分子生物學(xué)發(fā)展歷程及其主要的里程碑

二、臨床分子生物學(xué)檢驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步

第一節(jié)分子生物學(xué)的興起與發(fā)展第一章緒論Introduction

退出首頁(yè)一、分子生物學(xué)發(fā)展歷程及其主要的里程碑19世紀(jì)中后期到20世紀(jì)50年代初期1.遺傳學(xué)誕生的遺傳規(guī)律1865孟德?tīng)栃誀钸z傳2.確定了蛋白質(zhì)是生命的主要組分3.揭示了生物遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)是DNA（一）準(zhǔn)備與醞釀階段細(xì)胞亞顯微結(jié)構(gòu)第一章緒論Introduction

退出首頁(yè)肺炎雙球菌遺傳轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)OswaldAvery

（1877-1955）1944年證實(shí)DNA是遺傳信息的載體。22一、分子生物學(xué)發(fā)展歷程及其主要的里程碑20世紀(jì)50年代到70年代Watson和CrickDNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型意義：確立了核酸作為信息分子的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)；提出了堿基配對(duì)是核酸復(fù)制、遺傳信息傳遞的基本方式；最終闡明了遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)是核酸。這三點(diǎn)為認(rèn)識(shí)核酸與蛋白質(zhì)的關(guān)系及其在生命中的作用打下了最為重要的基礎(chǔ)。（二）建立與發(fā)展階段細(xì)胞亞顯微結(jié)構(gòu)第一章緒論Introduction

退出首頁(yè)DNA雙螺旋模型：里程碑1953年，Watson和Crick在《Nature》上發(fā)表論文，提出DNA為雙螺旋結(jié)構(gòu)。堿基位于雙螺旋內(nèi)側(cè)，磷酸與糖基在外側(cè)，通過(guò)磷酸二脂鍵相連，形成核酸的骨架。堿基平面與中心軸垂直，糖環(huán)平面則與軸平行，兩條鏈皆為右手螺旋。堿基按A-T，G-C配對(duì)互補(bǔ)，彼此以氫鍵相連。并指出，DNA的特定配對(duì)原則，立即使人聯(lián)想到遺傳物質(zhì)可能有的復(fù)制機(jī)制。標(biāo)志著分子生物學(xué)這一嶄新學(xué)科的正式誕生。2527MauriceHughFrederickWilkins(1916-2004)通過(guò)X射線證實(shí)了Watson-Crick模型

三人獲noble生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)28RosalindElsieFranklin

（1920-1958）1952年她所拍攝的DNA晶體衍射圖片“照片51號(hào)”，以及關(guān)于此物質(zhì)的相關(guān)數(shù)據(jù)，是沃森與克里克解出DNA結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵線索。29《Nature》于1953年4月25日同時(shí)發(fā)表三篇論文，順序是以Watson和Crick為先，再是Wilkins等人，最后是Franklin等人。沃森與克里克在論文中提及他們是受到Wilkins與Franklin等人的啟發(fā)，但并未詳細(xì)說(shuō)明，也沒(méi)有致謝。而Wilkins與Franklin則是在論文中表示自己的數(shù)據(jù)與Watson和Crick的模型相符。30當(dāng)時(shí)研究DNA分子模型的3個(gè)實(shí)驗(yàn)室倫敦國(guó)王學(xué)院的Wilkins、Franklin實(shí)驗(yàn)室，用X射線衍射法研究DNA的晶體結(jié)構(gòu)。加州理工學(xué)院的大化學(xué)家Pauling實(shí)驗(yàn)室，他已發(fā)現(xiàn)了蛋白質(zhì)的α-螺旋結(jié)構(gòu)。劍橋大學(xué)卡文迪許實(shí)驗(yàn)室的非正式研究小組，Watson和Crick。31Watson和Crick依據(jù)的3條數(shù)據(jù)廣為人知的，DNA由6種小分子組成：脫氧核糖，磷酸和4種堿基（A、G、T、C），由這些小分子組成了4種核苷酸，這4種核苷酸組成了DNA.最新的，F(xiàn)ranklin得到的衍射照片表明，DNA是由兩條長(zhǎng)鏈組成的雙螺旋，寬度為20埃。最為關(guān)鍵的，1950年美國(guó)生物化學(xué)家Chargaff發(fā)現(xiàn)DNA中的4種堿基的含量并不是傳統(tǒng)認(rèn)為的等量的，雖然在不同物種中4種堿基的含量不同，但是A和T的含量總是相等，G和C的含量也相等。32DNA作為遺傳物質(zhì)需具備的特點(diǎn)能夠攜帶遺傳信息。能夠自我復(fù)制傳遞遺傳信息。能夠讓遺傳信息得到表達(dá)以控制細(xì)胞活動(dòng)。能夠突變并保留突變。DNA雙螺旋模型完美地解釋1、2和4。1958年，Meselson和Stahl完成了DNA半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)。33遺傳信息傳遞規(guī)律：中心法則1957年，Crick提出中心法則：DNA→RNA→蛋白質(zhì)遺傳信息在不同的大分子之間的轉(zhuǎn)移都是單向的，不可逆的，只能從DNA到RNA(轉(zhuǎn)錄)，從RNA到蛋白質(zhì)（翻譯）。這兩種形式的信息轉(zhuǎn)移在所有生物的細(xì)胞中都得到了證實(shí)。341950年，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)RNA可復(fù)制。1970年Temin和Baltimore在RNA致癌病毒中發(fā)現(xiàn)了以RNA為模板合成DNA的逆轉(zhuǎn)錄酶。351970年Crick提出了完整的中心法則。實(shí)線箭頭的轉(zhuǎn)移普遍地存在于所有生物細(xì)胞中。虛線箭頭是特殊情況下的遺傳信息轉(zhuǎn)移。RNA復(fù)制只在RNA病毒中存在。逆轉(zhuǎn)錄最初在RNA致癌病毒中發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)在在人的白細(xì)胞和胎盤(pán)滋養(yǎng)層中也測(cè)出逆轉(zhuǎn)錄酶的活性。遺傳信息從DNA到蛋白質(zhì)的直接轉(zhuǎn)移僅在理論上具可能性，在活細(xì)胞中尚未發(fā)現(xiàn)。36中心法則合理地說(shuō)明了在細(xì)胞的生命活動(dòng)中兩類(lèi)大分子的聯(lián)系和分工：核酸的功能是儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)移遺傳信息，指導(dǎo)和控制蛋白質(zhì)的合成。蛋白質(zhì)的主要功能是進(jìn)行新陳代謝活動(dòng)和作為細(xì)胞結(jié)構(gòu)的組成成分。37乳糖操縱子模型1961年，Monod和Jacob提出乳糖操縱子模型。他們還提出了mRNA的概念。預(yù)言并參與證實(shí)存在38mRNA的發(fā)現(xiàn)1961年，Monod和Jacob提出了mRNA的概念，認(rèn)為在DNA與其表達(dá)產(chǎn)物蛋白質(zhì)之間存在一種傳遞信息的中間物質(zhì)，這種物質(zhì)極可能是一種RNA。Brenner、Monod和Jacob的實(shí)驗(yàn)和此后Spiegelman的實(shí)驗(yàn)證實(shí)了mRNA的存在。39遺傳密碼的破解1954年，Gamov提出密碼子是三聯(lián)體。1961年，Crick等證實(shí)密碼子是非重疊、無(wú)標(biāo)點(diǎn)的三聯(lián)體。1966年，在Nirenberg、Khorana等的努力下，完成了全部64個(gè)遺傳密碼子的解碼。40一、分子生物學(xué)發(fā)展歷程及其主要的里程碑20世紀(jì)70年代以后1.重組DNA技術(shù)的建立和發(fā)展2.后繼研究和持續(xù)發(fā)展階段

（三）深入發(fā)展階段細(xì)胞亞顯微結(jié)構(gòu)第一章緒論Introduction

退出首頁(yè)重組DNA技術(shù)PaulBerg（1926-）1972年，PaulBerg創(chuàng)造出第一個(gè)重組DNA分子。1973年，Herbert

Boyer和Stanley

Cohen發(fā)展了重組DNA技術(shù)，發(fā)現(xiàn)改造后的DNA分子可在外來(lái)細(xì)胞中復(fù)制。

42DNA測(cè)序技術(shù)1977年，Sanger與Maxam和Gilbert等發(fā)明了DNA測(cè)序技術(shù)。43PCR技術(shù)1985年，Kary

Mullis發(fā)明聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（PCR）技術(shù)。1988年，Saiki發(fā)現(xiàn)耐熱的TaqDNA聚合酶，PCR技術(shù)迅速推廣。44隨著2003年人類(lèi)基因組計(jì)劃（humangenomeproject，HGP）的完成，逐漸發(fā)展起來(lái)的基因組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)，以及新近于真核細(xì)胞內(nèi)發(fā)現(xiàn)的控制基因信息流通的非編碼RNA（noncodingRNA）和不依賴(lài)DNA序列的表觀遺傳（epigenetics)等新興領(lǐng)域生命信息和新技術(shù)體系的引入，預(yù)示著分子生物學(xué)又將發(fā)生一場(chǎng)深刻的革命。Introduction

退出首頁(yè)第一章緒論4620世紀(jì)人類(lèi)科技發(fā)展史上的三大創(chuàng)舉90年代人類(lèi)基因組計(jì)劃40年代第一顆原子彈爆炸60年代人類(lèi)首次登上月球二、臨床分子生物學(xué)檢驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步

（二）聚合酶鏈反應(yīng)PCR

（三）生物芯片技術(shù)

（四）DNA測(cè)序技術(shù)（一）DNA分子交雜技術(shù)細(xì)胞亞顯微結(jié)構(gòu)第一章緒論Introduction

退出首頁(yè)一、分子生物學(xué)檢驗(yàn)技術(shù)的理論基礎(chǔ)

二、分子生物學(xué)檢驗(yàn)技術(shù)的分析對(duì)象第二節(jié)分子生物學(xué)檢驗(yàn)技術(shù)的主要任務(wù)第一章緒論Introduction

退出首頁(yè)一、分子生物學(xué)檢驗(yàn)技術(shù)的理論基礎(chǔ)

（二）單基因病與基因變異

（三）線粒體遺傳病與線粒體基因變異

（四）惡性腫瘤與腫瘤相關(guān)基因（一）人類(lèi)感染性疾病與病原微生物細(xì)胞亞顯微結(jié)構(gòu)第一章緒論Introduction

退出首頁(yè)一、分子生物學(xué)檢驗(yàn)技術(shù)的理論基礎(chǔ)

（二）單基因病與基因變異

（三）線粒體遺傳病與線粒體基因變異

（四）惡性腫瘤與腫瘤相關(guān)基因（一）人類(lèi)感染性疾病與病原微生物細(xì)胞亞顯微結(jié)構(gòu)第一章緒論Introduction

退出首頁(yè)轉(zhuǎn)基因動(dòng)物模型在佛羅里達(dá)州杰克遜維爾的MAYO診所研究員成功的繁殖出了大腦患有神經(jīng)纖維纏結(jié)，具有人類(lèi)老年性癡呆癥病理特征的小鼠。這只小鼠模擬了人類(lèi)神經(jīng)纖維纏結(jié)的形成過(guò)程，為研究者希望攻克預(yù)防、治療老年性癡呆和其他癡呆癥提供了重要的基礎(chǔ)。5152微生物基因工程與多肽類(lèi)產(chǎn)品的生產(chǎn)2008年，美國(guó)華盛頓大學(xué)的羅伊·卡斯蒂斯和他的研究小組成員共同研制成功避孕疫苗。對(duì)老鼠的實(shí)驗(yàn)已經(jīng)取得了成功。新型的避孕疫苗是由沙門(mén)氏菌進(jìn)行基因改造而成的。經(jīng)過(guò)基因改后，沙門(mén)氏菌就不會(huì)產(chǎn)生有害感染。這種經(jīng)過(guò)基因改造過(guò)的沙門(mén)氏菌之所以能夠阻止懷孕，就是因?yàn)樗鼤?huì)產(chǎn)生一種重要的蛋白質(zhì)。這種蛋白質(zhì)一旦附在卵子的表面后，可以有效地阻止精子與卵子的結(jié)合，從而達(dá)到避孕的目的。53微生物基因工程與多肽類(lèi)產(chǎn)品的生產(chǎn)美國(guó)陸軍研究發(fā)展和工程中心將合成蜘蛛絲的基因轉(zhuǎn)入細(xì)菌，生產(chǎn)出一種可溶性絲蛋白，可紡成一種強(qiáng)度超過(guò)鋼的特殊纖維。54轉(zhuǎn)基因動(dòng)物與蛋白藥物的生產(chǎn)將生物活性蛋白基因?qū)雱?dòng)物的受精卵，在發(fā)育成的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物體液或血液、乳汁、尿、腹水中收獲基因產(chǎn)物，通常將此動(dòng)物稱(chēng)為“動(dòng)物生物反應(yīng)器”。英國(guó)用轉(zhuǎn)基因綿羊來(lái)試行生產(chǎn)人類(lèi)抗胰蛋白酶因子，在每升羊奶中可取得35克這種蛋白質(zhì)。tPA（組織型纖溶蛋白元激活因子）已在轉(zhuǎn)基因小鼠的乳汁中得到了表達(dá)，成為治療血栓的理想藥物。轉(zhuǎn)基因小鼠可表達(dá)羊奶的主要成分——β-乳糖球蛋白。凝血因子Ⅳ也在轉(zhuǎn)基因綿羊中得到了表達(dá)。55轉(zhuǎn)基因植物與蛋白藥物的生產(chǎn)2007年5月16日美國(guó)農(nóng)業(yè)部批準(zhǔn)一種轉(zhuǎn)基因水稻大規(guī)模種植。這種轉(zhuǎn)基因水稻產(chǎn)出的大米含有人類(lèi)乳汁中常見(jiàn)的溶菌酶、乳鐵蛋白以及人類(lèi)血清白蛋白。其中，前兩者具有抗菌作用，能治療腸胃感染引起的腹瀉等疾病，后者可用于貧血的治療。

56轉(zhuǎn)基因植物與蛋白藥物的生產(chǎn)2011年10月31日，武漢大學(xué)楊代常的論文《利用轉(zhuǎn)基因水稻規(guī)?；a(chǎn)重組人血清白蛋白》在《美國(guó)科學(xué)院院報(bào)》發(fā)表，文章證明，植物來(lái)源的重組人血清白蛋白與臨床使用的血漿來(lái)源血清白蛋白，無(wú)論是在生理生化性質(zhì)，還是功能用途等方面，都具有高度的等同性。目前大約每畝水稻可以產(chǎn)生1.5-2kg血清白蛋白。如果說(shuō)一個(gè)人一次能獻(xiàn)血200ml，一畝轉(zhuǎn)基因水稻產(chǎn)出的血清白蛋白量約等于300人獻(xiàn)血。57轉(zhuǎn)基因植物與口服疫苗研究把致病基因植入植物胚胎中，培養(yǎng)試管苗，然后移植到肥沃的土壤中，以傳統(tǒng)方法培育。成熟的果實(shí)含有抗原蛋白，抗原蛋白進(jìn)入人體后，能模擬病毒侵入人體的過(guò)程，激活免疫系統(tǒng)，使人體內(nèi)產(chǎn)生對(duì)有關(guān)疾病的抗體，從而獲得免疫功能。1998年，美國(guó)的植物研究中心研究成功了含疫苗的馬鈴薯，創(chuàng)造了口服疫苗的先河。俄羅斯、墨西哥、中國(guó)等均報(bào)道有科研人員研究成功含疫苗的香蕉或西紅柿。58轉(zhuǎn)基因動(dòng)物模型英國(guó)倫敦的一個(gè)研究小組把一個(gè)來(lái)自Y染色體的Sry基因注入基因型為雌性的鼠的胚胎內(nèi)，結(jié)果令人吃驚。這些本來(lái)應(yīng)該發(fā)育成雌鼠的胚胎最后竟都長(zhǎng)成了雄性鼠。這個(gè)結(jié)果表明，Sry基因是決定雄性性別的基因?？茖W(xué)家猜測(cè)，這個(gè)基因很可能在人類(lèi)中也起著同樣的作用。59裸鼠身上的人造耳朵人造耳朵？人造大腦？讓人懷疑，是不是人造器官的時(shí)代已經(jīng)到來(lái)？如果有一天，全身上下的“零件”都脫胎換骨的打制成“人造”器官，那豈不是將是一個(gè)“人將不人”的時(shí)代？603、轉(zhuǎn)基因動(dòng)物與人類(lèi)器官移植4、物種改良——轉(zhuǎn)基因植物轉(zhuǎn)基因作物，是利用基因工程將原有作物的基因加入其它生物的遺傳物質(zhì)，并將不良基因移除，從而造成品質(zhì)更好的作物。通常轉(zhuǎn)基因作物，可增加作物的產(chǎn)量、改善品質(zhì)、提高抗除草劑、抗病蟲(chóng)害、抗旱、抗寒及其它特性。611983年，世界上第一例轉(zhuǎn)基因植物——一種含有抗生素藥類(lèi)抗體的煙草在美國(guó)成功培植。1994年，世界上第一種轉(zhuǎn)基因食品——轉(zhuǎn)基因晚熟西紅柿FlavrSavr（轉(zhuǎn)多聚半乳糖醛酸酶“反義基因”）正式投放美國(guó)市場(chǎng)。1996年，世界轉(zhuǎn)基因作物種植總面積僅為170萬(wàn)公頃。2002年，全球種植面積已擴(kuò)大到5870萬(wàn)公頃。62物種改良——工程微生物超級(jí)細(xì)菌：含有分解各種石油成分的重組DNA，能快速分解石油，可用來(lái)清除石油污染。63物種改良——轉(zhuǎn)基因動(dòng)物轉(zhuǎn)基因動(dòng)物可以穩(wěn)定地整合外源基因，并在合適的組織