基因操作與醫(yī)學(xué)課件

2022/11/158:551第七節(jié)基因操作在醫(yī)學(xué)發(fā)展中的意義TheSignificanceofGeneManipulatinginMedicalDevelapments江黎明2012年10月2022/11/105:211第七節(jié)基因操作在醫(yī)學(xué)發(fā)展中的基因操作技術(shù)在醫(yī)學(xué)方面的價(jià)值主要包括：（1）疾病相關(guān)基因和疾病分子機(jī)制的分析家；（5）高效率、低成本地生產(chǎn)用于疾病防治的生物

活性蛋白質(zhì)、細(xì)胞、器官。（2）建立新的疾病診斷方法--基因診斷；（4）糾正人類(lèi)基因缺陷的方法--基因治療；（3）發(fā)展出新的法醫(yī)學(xué)鑒定方法--法醫(yī)學(xué)鑒定；2022/11/158:552基因操作技術(shù)在醫(yī)學(xué)方面的價(jià)值主要包括：（1）疾病相關(guān)基因和2022/11/158:553一、疾病相關(guān)基因分析要確認(rèn)某一疾病的相關(guān)基因，就是利用不同的方法將各種基因確定到染色體的實(shí)際位置上，并分析基因的結(jié)構(gòu)和疾病狀態(tài)下基因的突變。

1911年Wilson將紅綠色盲基因首次定位到X染色體上，開(kāi)創(chuàng)了人類(lèi)基因定位的先河。

1968年Donahue利用系譜分析將Duffy血型基因定位于1號(hào)染色體上，這是人類(lèi)首次將基因定位于常染色體上。2022/11/105:213一、疾病相關(guān)基因分析2022/11/158:554

20世紀(jì)80年代以前，可進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析的疾病相關(guān)基因僅限于個(gè)別功能異常非常明確，基因表達(dá)產(chǎn)物純化較易的遺傳性疾病，尤其是血液系統(tǒng)疾病如鐮刀狀貧血、地中海貧血等。

20世紀(jì)80年代中期以后，隨著分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展，尤其是重組DNA技術(shù)水平的提高和PCR技術(shù)的廣泛應(yīng)用，使疾病相關(guān)基因的鑒定與克隆工作得以迅速發(fā)展。2022/11/105:21420世紀(jì)80年代以前2022/11/158:555（一）功能性克隆(functionalcloning)——從對(duì)一種致病基因的功能理解出發(fā)，克隆該致病基因。實(shí)際上是利用純化蛋白克隆致病基因。獲得純化蛋白后的基因克隆方式有兩種：獲取部分氨基酸序列，推導(dǎo)出mRNA序列，合成

寡核苷酸探針，篩選cDNA文庫(kù)；從基因組文庫(kù)

獲取其基因組序列。

制備特異性抗體，篩選表達(dá)型cDNA文庫(kù)。只要能獲得部分氨基酸序列就可以進(jìn)行基因克隆。2022/11/105:215（一）功能性克隆(funct2022/11/158:556根據(jù)mRNA表達(dá)差異來(lái)克隆疾病相關(guān)基因：（1）削減雜交(subtractivehybridization)（2）差異顯示（differentialdisplay）PCR（3）基于PCR的削減雜交法將正常與異常的同一組織的mRNA或cDNA文庫(kù)進(jìn)行雜交，篩選出表達(dá)有差異的克??；能很靈敏地?cái)U(kuò)增兩個(gè)mRNA樣品中有差異的片段，克隆后進(jìn)行分析；將前兩種方法結(jié)合起來(lái)，克服了削減雜交靈敏度低，差異顯示PCR假陽(yáng)性高的缺點(diǎn)。2022/11/105:216根據(jù)mRNA表達(dá)差異來(lái)克隆疾2022/11/158:557缺點(diǎn)：大多數(shù)癥狀的生理、生化變化很復(fù)雜，對(duì)與之有關(guān)的蛋白質(zhì)了解甚少，對(duì)其基因表達(dá)主要組織也知之不多。不同組織甚或至于同一組織的蛋白質(zhì)與mRNA的“正?！辈町惡茈y與特異性差異區(qū)別。功能性克隆技術(shù)成熟、方法直接、費(fèi)用較低，迄今仍是克隆基因的首選策略。優(yōu)點(diǎn)：2022/11/105:217缺點(diǎn)：大多數(shù)癥狀的生2022/11/158:558（二）定位克?。╬ositionalcloning）——從一種致病基因的染色體定位出發(fā)，逐步縮小范圍，最后克隆該基因。系統(tǒng)的定位克隆包含：遺傳學(xué)分析：分子生物學(xué)分析：包括交換分析和連鎖不平衡分析以確定致病基因的染色體定位；包括染色體異常（缺失、易位等）分析和基因文庫(kù)的篩選與基因克隆。2022/11/105:218（二）定位克?。╬ositi2022/11/158:559杜氏肌營(yíng)養(yǎng)不良(DMD)致病基因的克?。菏紫?，遺傳學(xué)的家族連鎖分析確定了致病基因位于Xp21（性染色體X短臂第2區(qū)第1條帶）。將病人的Xp21DNA與正常人的雜交，從而減掉了相同的基因序列，最后剩余的序列即為病人缺失的基因。2022/11/105:219杜氏肌營(yíng)養(yǎng)不良(DMD)致2022/11/158:5510新的技術(shù)非定位候選基因克隆策略(position-independentcandidategeneapproaches)：定位候選基因克隆策略(positionalcandidategeneapproaches)：直接根據(jù)分子病理學(xué)變化和基因組作圖中各種基因產(chǎn)物功能的了解預(yù)測(cè)出候選致病基因。一旦致病基因的染色體定位得以確認(rèn)，可以利用因特網(wǎng)上的基因網(wǎng)站所提供的基因序列數(shù)據(jù)鑒定出候選致病基因。2022/11/105:2110新的技術(shù)非定位候選基因克隆2022/11/158:5511（三）基因結(jié)構(gòu)和產(chǎn)物功能的分析——利用對(duì)于某基因結(jié)構(gòu)和功能的理解，分析其與疾病的關(guān)系、是否有突變、突變產(chǎn)物的致病機(jī)制。獲得未知基因后可進(jìn)一步進(jìn)行下列工作：1．克隆和分析全長(zhǎng)cDNA序列：根據(jù)cDNA序列推出該基因編碼的蛋白質(zhì)的氨基酸序列；2．克隆基因全序列：分析存在的內(nèi)含子，啟動(dòng)子以及其調(diào)節(jié)位點(diǎn)，探討基因表達(dá)調(diào)控方式；3．確定基因在的位置和拷貝數(shù)：染色體中定位多用原位雜交法，拷貝數(shù)可用Southern雜交法確定。2022/11/105:2111（三）基因結(jié)構(gòu)和產(chǎn)物功能的2022/11/158:55124．基因表達(dá)譜分析：該基因在不同組織、細(xì)胞的表達(dá)狀態(tài)。Northernblotting和點(diǎn)陣雜交檢測(cè)mRNA的水平。Westernblotting檢測(cè)蛋白質(zhì)的表達(dá)。5．基因表達(dá)產(chǎn)物的功能分析：（1）找已知功能的同源蛋白或同源結(jié)構(gòu)域。（2）在細(xì)胞內(nèi)過(guò)量表達(dá)該基因，觀察各種功能影響。（3）在細(xì)胞內(nèi)抑制該基因表達(dá)，分析細(xì)胞功能變化；

建立基因剔除小鼠，分析基因產(chǎn)物功能。（4）分析與該基因產(chǎn)物相互作用分子，或者是相互

作用的蛋白分子或核酸。2022/11/105:21124．基因表達(dá)譜分析：該基因2022/11/158:5513二、制造生物活性蛋白基因工程技術(shù)的發(fā)展在醫(yī)學(xué)上最重要的成就表現(xiàn)在治療用生物活性蛋白或疫苗的生產(chǎn)和使用。通過(guò)基因的克隆，可獲得具有特定生物學(xué)活性的蛋白質(zhì)。這尤其適用于那些來(lái)源特別有限的蛋白質(zhì)，或自然界本不存在的蛋白質(zhì)?？寺』虻谋磉_(dá)可在大腸桿菌、枯草桿菌、酵母、昆蟲(chóng)細(xì)胞、哺乳類(lèi)細(xì)胞或整體動(dòng)物體內(nèi)。2022/11/105:2113二、制造生物活性蛋白2022/11/158:5514生物安全性：活性的可控性：資源和生產(chǎn)成本：未發(fā)現(xiàn)諸有如此類(lèi)豬胰島素、牛腦垂體提取的生長(zhǎng)激素、人血VIII因子的副作用?；蚬こ坍a(chǎn)品的可重復(fù)性要好于生物提取物。無(wú)資源依賴性，生產(chǎn)成本也明顯低于生物提取?；蚬こ坍a(chǎn)品比生物提取產(chǎn)品有明顯的優(yōu)勢(shì)：2022/11/105:2114生物安全性：活性的可控性：產(chǎn)品名稱適應(yīng)癥乙型肝炎表面抗原人胰島素生長(zhǎng)激素組織肝淳蛋白激活物（TPA）α-干擾素β-干擾素γ-干擾素促紅細(xì)胞生成素（EPO）*粒細(xì)胞刺激因子（GSF）粒細(xì)胞-巨噬細(xì)胞刺激因子（GMSF）*表皮生長(zhǎng)因子（EGF）第VIII因子第IX因子白細(xì)胞介素2（IL-2）白細(xì)胞介素3（IL-3）白細(xì)胞介素4（IL-4）干細(xì)胞生長(zhǎng)因子（SCF）抗CD3抗體CAMPATH-1H（淋巴細(xì)胞抗體）抗內(nèi)毒素抗體抗腫瘤壞死因子抗體注射疫苗用于預(yù)防乙型肝炎糖尿病垂體功能低下急性心肌梗塞慢性髓系白血病，骨髓瘤乙型肝炎，艾滋病人并發(fā)kaposis肉瘤多發(fā)性硬化（試用）抗貧血*腎性貧血化療后白細(xì)胞和內(nèi)體骨髓移植再生*嚴(yán)重?zé)齻巡，B血友病A，B腫瘤免疫治療化療后促進(jìn)髓母細(xì)胞形成免疫缺陷病，腫瘤，免疫佐劑骨髓移植前擴(kuò)增骨髓干細(xì)胞器官移植類(lèi)風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎，非何杰金氏淋巴瘤革蘭氏陽(yáng)性菌感染嚴(yán)重炎癥，類(lèi)風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎表7-1臨床正在使用或試用的部分基因工程產(chǎn)品2022/11/158:5515產(chǎn)品名稱適應(yīng)癥乙型肝炎表面抗原注射疫苗用于預(yù)防乙型肝炎表7-載體質(zhì)粒噬菌體病毒目的基因（外源基因）基因組DNAcDNA人工合成PCR產(chǎn)物限制酶消化開(kāi)環(huán)載體DNA目的基因連接酶重組體轉(zhuǎn)化體外包裝，轉(zhuǎn)染帶重組體的宿主篩選表型篩選酶切電泳鑒定核酸分子雜交法2022/11/158:5516（一）重組DNA技術(shù)載體質(zhì)粒噬菌體病毒目的基因（外源基因）基因組DNAcDNA是在編碼蛋白質(zhì)基因的特定位置引入堿基替代、產(chǎn)生小的堿基缺失或插入，使其編碼的蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。在合成PCR引物時(shí)，除了在定點(diǎn)誘變的位置引入相應(yīng)的突變（點(diǎn)突變、小片段插入或缺失）外，其余序列與模板完全配對(duì)

PCR擴(kuò)增后，產(chǎn)物中就引入特定的突變；將PCR產(chǎn)物克隆表達(dá)，可獲得定點(diǎn)突變的蛋白質(zhì)。PCR誘變：2022/11/158:55171.蛋白質(zhì)工程中的定點(diǎn)誘變技術(shù)是在編碼蛋白質(zhì)基因的特定位置引入堿基替代、產(chǎn)生小的堿

表達(dá)體系的建立包括表達(dá)載體的構(gòu)建、受體細(xì)胞的建立和表達(dá)產(chǎn)物的分離、純化等技術(shù)和策略。

外源基因表達(dá)涉及目的基因的克隆、復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯、蛋白質(zhì)產(chǎn)物的加工及分離純化等過(guò)程，需要在適合的表達(dá)系統(tǒng)中完成。表達(dá)系統(tǒng)可根據(jù)受體細(xì)胞的不同分為原核表達(dá)系統(tǒng)和真核表達(dá)系統(tǒng)。2022/11/158:55182.目的基因體外表達(dá)表達(dá)體系的建立包括表達(dá)載體的構(gòu)建、受體細(xì)胞的建立和表真核表達(dá)載體—大多是穿梭載體含有原核克隆載體的復(fù)制子、抗性篩選基因和MCS等序列；含有真核細(xì)胞的啟動(dòng)子、增強(qiáng)子、剪接信號(hào)、轉(zhuǎn)錄終止信號(hào)和PolyA化信號(hào)及遺傳選擇標(biāo)記等組件。2022/11/158:5519原核表達(dá)載體含有強(qiáng)啟動(dòng)子及其兩側(cè)的調(diào)控序列，SD序列，帶有轉(zhuǎn)錄終止序列含有原核克隆載體的復(fù)制子、抗性篩選基因和MCS等序列；真核表達(dá)載體—大多是穿梭載體含有原核克隆載體的復(fù)制子、抗性篩（1）目的基因在原核系統(tǒng)中的表達(dá)大腸桿菌（E.coli）表達(dá)體系最常用優(yōu)點(diǎn)是培養(yǎng)方法簡(jiǎn)單、迅速、經(jīng)濟(jì)而又適合大規(guī)模生產(chǎn)。2022/11/158:5520（1）目的基因在原核系統(tǒng)中的表達(dá)大腸桿菌（E.coli）表達(dá)在真核細(xì)胞中表達(dá)外源基因的體系主要有酵母、昆蟲(chóng)細(xì)胞（桿狀病毒）、哺乳動(dòng)物和高等植物。2022/11/158:5521（2）目的基因在真核細(xì)胞中的表達(dá)瞬時(shí)表達(dá)（不與宿主染色體整合）常用的瞬時(shí)表達(dá)宿主是來(lái)源于非洲綠猴腎CV-1細(xì)胞的COS細(xì)胞。穩(wěn)定表達(dá)（整合至宿主染色體中）常用的穩(wěn)定表達(dá)宿主細(xì)胞是來(lái)源于中國(guó)倉(cāng)鼠卵巢的CHO細(xì)胞。在真核細(xì)胞中表達(dá)外源基因的體系主要有酵母、昆蟲(chóng)細(xì)胞（2022/11/158:5522（二）轉(zhuǎn)基因技術(shù)簡(jiǎn)介轉(zhuǎn)基因技術(shù)(transgenictechnique)利用DNA重組技術(shù)在動(dòng)物體內(nèi)引入可遺傳給子代的外源基因的技術(shù)。轉(zhuǎn)基因(transgene)：被導(dǎo)入的目的基因MicroinjectionintothePronucleusofaBovineZygote轉(zhuǎn)基因動(dòng)物(transgenicanimal)：目的基因的受體動(dòng)物2022/11/105:2122（二）轉(zhuǎn)基因技術(shù)簡(jiǎn)介轉(zhuǎn)基因基本原理

采用基因轉(zhuǎn)移技術(shù)將目的基因?qū)胧芫训募?xì)胞核內(nèi)或著床前的胚胎干細(xì)胞，然后將細(xì)胞導(dǎo)入受體動(dòng)物子宮，使之發(fā)育成個(gè)體。

2022/11/158:5523基因的導(dǎo)入方式：顯微注射法(最常用)胚胎干細(xì)胞法逆轉(zhuǎn)錄病毒感染法基本原理2022/11/105:2123基因的導(dǎo)入方式：顯2022/11/158:5524顯微注射是最早發(fā)展，也是最為有效的外源

基因?qū)敕椒?。將目的基因直接注射到受精卵?nèi)，目的基因即可與

受精卵的染色體整合，最終可產(chǎn)生帶有外源基因的

轉(zhuǎn)基因動(dòng)物。轉(zhuǎn)基因動(dòng)物發(fā)育后，在其體細(xì)胞和生殖細(xì)胞中都有

外源基因的存在和表達(dá)，并可將該基因遺傳給子代?？梢栽跀y帶外源基因的載體內(nèi)加上組織特異性啟動(dòng)

子，從而在轉(zhuǎn)基因動(dòng)物體內(nèi)限定表達(dá)外源基因的組

織和器官。2022/11/105:2124顯微注射是最早發(fā)展，也是最顯微注射法建立轉(zhuǎn)基因鼠技術(shù)路線目的基因供體動(dòng)物受精卵受體動(dòng)物輸卵管動(dòng)物幼崽轉(zhuǎn)基因動(dòng)物微注射移植妊娠出生分子檢測(cè)2022/11/158:5525顯微注射法建立轉(zhuǎn)基因鼠技術(shù)路線目的基因供體動(dòng)物受精卵受體動(dòng)物1982年哈佛R.D.Palmiter“制造”的“超級(jí)小鼠”其中有七只帶有融合基因，六只生長(zhǎng)迅速，每只體重平均可達(dá)44g，為同窩無(wú)融合基因小鼠平均體重29g的1.5倍。把這種重組的質(zhì)粒注射入小鼠受精卵中，經(jīng)過(guò)充分發(fā)育后分娩出了21小鼠。將大鼠生長(zhǎng)激素基因與小鼠金屬硫蛋白基因的啟動(dòng)子順序連接，再引入質(zhì)粒中。轉(zhuǎn)基因小鼠正常小鼠2022/11/158:55261982年哈佛R.D.Palmiter“制造”的“超級(jí)小鼠”2000年法國(guó)科學(xué)家“制造”出發(fā)出綠色熒光的兔子“Alba”。改造水母的熒光蛋白基因使熒光蛋白發(fā)光率提高了2倍，再將該基因顯微注射轉(zhuǎn)入到兔子的受精卵中，由此培養(yǎng)出了會(huì)發(fā)光的兔子Alba。在普通光線下它看上去與其它同類(lèi)沒(méi)有區(qū)別，但在較暗光線下它的身體就會(huì)放射出奇異的綠光。2022/11/158:55272000年法國(guó)科學(xué)家“制造”出發(fā)出綠色熒光的兔子“Alba”乳腺生物反應(yīng)器的誕生

據(jù)推測(cè)，2010年世界上采用動(dòng)物乳腺生物反應(yīng)器生產(chǎn)的年產(chǎn)超過(guò)了500億美元。

1987年Gordon等將組織型纖溶酶原激活劑(tPA)與小鼠乳清蛋白基因的啟動(dòng)子構(gòu)成重組基因，培育出了37只在乳汁中能表達(dá)tPA的轉(zhuǎn)基因小鼠。2022/11/158:5528乳腺生物反應(yīng)器的誕生據(jù)推測(cè)，2010年世界上采用動(dòng)物動(dòng)物多肽藥物用途綿羊a1抗胰蛋白酶蛋白治療氣腫綿羊CFTR治療囊腫性纖維化綿羊組織型纖溶酶原活化因子治療血栓綿羊凝血VIII因子、IX因子治療血友病綿羊纖維蛋白原傷口愈合豬組織型纖溶酶原活化因子治療血栓豬凝血VIII因子、IX因子治療血友病山羊人蛋白質(zhì)C治療血栓山羊抗血栓因子3治療血栓山羊谷氨酸脫羧酶治療I型糖尿病山羊Pro542治療愛(ài)滋病牛a-乳清白蛋白抗炎癥牛凝血VIII因子治療血友病牛纖維蛋白原傷口愈合牛膠原蛋白I,II組織修復(fù),治療風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎牛乳鐵蛋白治療腸道感染,感染性關(guān)節(jié)炎牛人血清白蛋白維護(hù)血液體積雞,牛,山羊單克隆抗體用于疫苗生產(chǎn)2022/11/158:5529動(dòng)物多肽藥物用途綿羊a1抗胰蛋白酶蛋白治療氣腫綿羊CFTR治2022/11/158:55302022/11/105:2130顯微注射法等傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)基因技術(shù)具有隨機(jī)性和不可預(yù)見(jiàn)性、整合率、表達(dá)低等式缺陷。外源基因的拷貝數(shù)和整合位點(diǎn)都是隨機(jī)的；小鼠,大鼠,兔,牛,豬,綿羊陽(yáng)性率分別為26%、44%、15%、0.7%、0.9%、0.9%。

整合率極低，得到的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物數(shù)量更少。采用非受精卵還出現(xiàn)嵌合體；受到宿主染色體上整合位點(diǎn)的影響，大部分轉(zhuǎn)

基因表達(dá)水平較低。2022/11/158:5531顯微注射法等傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)基因技術(shù)具有隨機(jī)性和不可預(yù)見(jiàn)性、整合率、

即體細(xì)胞克隆技術(shù)，是用顯微操作、電融合等方法將動(dòng)物體細(xì)胞的細(xì)胞核全部導(dǎo)入另一個(gè)個(gè)體的去除細(xì)胞核的卵細(xì)胞內(nèi)，使之發(fā)育成為個(gè)體。2022/11/158:5532

核轉(zhuǎn)移技術(shù)可使一個(gè)細(xì)胞變成一個(gè)個(gè)體，所產(chǎn)生的個(gè)體攜帶的遺傳物質(zhì)與細(xì)胞核供體的遺傳物質(zhì)完全一樣，是一種無(wú)性繁殖過(guò)程，即克隆(clone)。（三）核轉(zhuǎn)移技術(shù)簡(jiǎn)介即體細(xì)胞克隆技術(shù)，是用顯微操作、電融合等方法2022/11/158:55331.動(dòng)物克隆——轉(zhuǎn)移的核末經(jīng)修飾2022/11/105:21331.動(dòng)物克隆——轉(zhuǎn)移的核末2022/11/158:55342022/11/105:21342022/11/158:5535多利羊誕生于1996年7月5日，1997年首次向公眾披露。被美國(guó)《科學(xué)》雜志評(píng)為1997年世界十大科技進(jìn)步的第一項(xiàng)，也是當(dāng)年最引人注目的國(guó)際新聞之一?？茖W(xué)家認(rèn)為，“多利”的誕生標(biāo)志著生物技術(shù)新時(shí)代的來(lái)臨。1997年2月27日《Nature》報(bào)道，維爾穆特(Wilmut)和坎貝爾(Campbell)利用克隆技術(shù)培育出一只小母羊。2022/11/105:2135多利羊誕生于1996年7月2022/11/158:5536坎貝爾利用克隆多利時(shí)冷凍保存下來(lái)的，同一只母羊乳腺組織樣本，克隆出“多利四羊組”。2022/11/105:2136坎貝爾利用克隆多利轉(zhuǎn)基因動(dòng)物可以作為天然的生物工廠，合成多肽和蛋白質(zhì)等生物活性物質(zhì)，制備藥物、抗體和疫苗等，稱為動(dòng)物生物反應(yīng)器(animalbioreactor)。生物藥物生產(chǎn)主要通過(guò)乳腺生產(chǎn)(動(dòng)物乳腺生物反應(yīng)器)，少數(shù)通過(guò)腎臟和膀胱。用于表達(dá)的生物反應(yīng)器包括動(dòng)物血液、泌尿系統(tǒng)、精囊腺、乳腺等，還包括禽蛋和昆蟲(chóng)（例如家蠶）個(gè)體等。2.轉(zhuǎn)基因動(dòng)物生物反應(yīng)器的制備—轉(zhuǎn)移的核經(jīng)過(guò)修飾2022/11/158:5537轉(zhuǎn)基因動(dòng)物可以作為天然的生物工廠，合成多肽和蛋白質(zhì)等2022/11/158:55381997年6月伊恩·維爾穆特(Wilmut)報(bào)道用基因改造過(guò)的胎兒成纖維細(xì)胞為核供體，獲得了表達(dá)人凝血因子IX的轉(zhuǎn)基因克隆綿羊“波莉”。成功克隆出攜帶有人凝血因子ＩX基因的綿羊早期

胚胎成纖維細(xì)胞；以該細(xì)胞系為核供體移植到去核卵母細(xì)胞中，經(jīng)

過(guò)處理后將卵母細(xì)胞植入假孕綿羊體內(nèi)發(fā)育。獲得3只能高水平表達(dá)人凝血因子ＩX（125μg/ml）

的綿羊。2022/11/105:21381997年6月伊恩·維爾穆

人體移植器官短缺是一個(gè)世界性難題，研究人員把目光移向動(dòng)物以尋求可替代移植器官。

豬器官的體積、形狀和DNA基本與人類(lèi)相似，是理想的器官供應(yīng)者，但這種器官移植的主要問(wèn)題之一是免疫排斥。三、制造用于移植的細(xì)胞、組織和器官2022/11/158:5539人體移植器官短缺是一個(gè)世界性難題，研究人員把目光移向解決辦法之一：通過(guò)轉(zhuǎn)基因技術(shù)，特別是基因打靶技術(shù)：敲除α-半乳糖抗原決定基因，再結(jié)合克隆技術(shù)，培育大量不含免疫排斥的轉(zhuǎn)基因克隆豬的器官。向供體器官基因組敲入某種調(diào)節(jié)因子，抑制α-半乳糖抗原決定基因的表達(dá)；2022/11/158:5540解決辦法之一：通過(guò)轉(zhuǎn)基因技術(shù)，特別是基因打靶技術(shù)：敲除α-半2022/11/158:5541（一）基因打靶技術(shù)簡(jiǎn)介可在細(xì)胞水平進(jìn)行，從而建立新的細(xì)胞系；也可在動(dòng)物整體水平進(jìn)行，以建立基因剔除動(dòng)物。

基因打靶(Genetargeting)，是一種在胚胎干細(xì)胞(ES)技術(shù)和同源重組技術(shù)的基礎(chǔ)之上，定向改變生物體內(nèi)某種基因的技術(shù)?；蚯贸?geneknockout)：定向敲除某種基因基因敲入(geneknockin)：定向替代某種基因2022/11/105:2141（一）基因打靶技術(shù)簡(jiǎn)介2022/11/158:5542基本過(guò)程包括：①用同源基因片段構(gòu)建含有目的基因的載體；②用顯微注射法將含有目的基因的載體導(dǎo)入ES細(xì)胞，

與ES細(xì)胞染色體的相應(yīng)基因發(fā)生同源重組，替代ES細(xì)胞中原有的基因；③將基因替代了的ES細(xì)胞注入動(dòng)物的囊胚中，使其

與囊胚中的細(xì)胞共同組成囊胚內(nèi)的細(xì)胞團(tuán)；④將囊胚移植到假孕動(dòng)物的子宮中，使之發(fā)育成一

種既有含目的基因細(xì)胞又有原有細(xì)胞的嵌合體；⑤將嵌合體動(dòng)物與正常動(dòng)物交配，最終篩選出基因替代的純合子動(dòng)物。2022/11/105:2142基本過(guò)程包括：①用同源基跨物種感染：一般不會(huì)感染人的病毒，通過(guò)異種器官移植提供的種間細(xì)胞親密接觸，可能感染人或者與人的病毒重組形成更危險(xiǎn)更致命的病毒，而且免疫系統(tǒng)受到抑制的移植受體比一般人更容易被感染。更加重要的是，轉(zhuǎn)基因動(dòng)物帶的未知病毒是否會(huì)從移植受體擴(kuò)散出去，從而傳播到其他人造成疫病大流行，引起流行??？風(fēng)險(xiǎn)2022/11/158:5543跨物種感染：一般不會(huì)感染人的病毒，通過(guò)異種器官移植提組織工程

是利用人體自身細(xì)胞和組織工程的理論與方法，使原先缺損的組織和器官沿著設(shè)計(jì)好的支架、模型順其自然地成長(zhǎng)起來(lái)發(fā)。2022/11/158:5544多能干細(xì)胞的定向分化組織工程是利用人體自身細(xì)胞和組織工程的理論與方法，使2006年，京都大學(xué)的山中伸彌(ShinyaYamanaka)從24個(gè)候基因中篩選出4個(gè)與胚胎干細(xì)胞多能性更為密切相關(guān)的基因：Oct4、Sox2、c-Myc和Klf4；證實(shí)了分化的細(xì)胞可以通過(guò)少數(shù)幾個(gè)因子的外源導(dǎo)入而被重編程到具有多能性的狀態(tài)。將它們導(dǎo)入到小鼠胚胎成纖維細(xì)胞和鼠尾成纖維細(xì)胞，成功地將其重編程為具有胚胎干細(xì)胞多能性的細(xì)胞，稱之為誘導(dǎo)多能干細(xì)胞(inducedpluripotentstemcell,iPScell)

。（二）誘導(dǎo)產(chǎn)生的多功能性干細(xì)胞技術(shù)2022/11/158:55452006年，京都大學(xué)的山中伸彌(ShinyaYam1.Oct3/4Oct-4，也稱Oct-3，屬于POU轉(zhuǎn)錄因子家族的一員。是哺乳動(dòng)物胚胎發(fā)育的一個(gè)關(guān)鍵的調(diào)控因子。是全能性的標(biāo)志；能夠促使ICM形成、維持胚胎干細(xì)胞未分化前狀態(tài)，并促進(jìn)其增殖。2022/11/158:55461.Oct3/4Oct-4，也稱Oct-3，屬于POU轉(zhuǎn)錄2.SOX2基因SOX2基因是編碼轉(zhuǎn)錄因子的主控基因（mastergenes）家族的一個(gè)成員。轉(zhuǎn)錄因子是些與DNA結(jié)合并調(diào)節(jié)其他基因表達(dá)的蛋白質(zhì)。2022/11/158:55472.SOX2基因SOX2基因是編碼轉(zhuǎn)錄因子的主控基因3.癌癥基因c-MYC癌癥基因c-MYC，是一種最容易過(guò)渡表現(xiàn)于人類(lèi)的致癌基因，它對(duì)某些成體干細(xì)胞的自我更新起一定的作用，并可以抑制ES細(xì)胞的分化。2022/11/158:55483.癌癥基因c-MYC癌癥基因c-MYC，是一種最4.Klf4Krueppel-likefactor4，KLF4上皮鋅指轉(zhuǎn)錄因子Klf4(舊稱GKLF)

調(diào)節(jié)體外細(xì)胞的增生與分化。2022/11/158:55494.Klf4Krueppel-likefactor誘導(dǎo)式多能性干細(xì)胞實(shí)驗(yàn)流程式2022/11/158:5550誘導(dǎo)式多能性干細(xì)胞實(shí)驗(yàn)流程式2022/11/105:215制定治療用iPS實(shí)驗(yàn)流程2022/11/158:5551制定治療用iPS實(shí)驗(yàn)流程2022/11/105:2151

2006年11月20日，日本京都大學(xué)的山中伸彌(ShinyaYamanaka)在《Cell》雜志上發(fā)表重量級(jí)論文，宣布他們用基因改造的手段，將人類(lèi)體細(xì)胞改造成了類(lèi)胚胎干細(xì)胞，其功能上幾乎可以和胚胎干細(xì)胞相媲美。2022/11/158:55522006年11月20日，日本京都大學(xué)的山中伸彌(Sh

同是2007年11月20日，美國(guó)威斯康星大學(xué)詹姆斯·湯姆森的研究小組在《Science》雜志發(fā)表體細(xì)胞轉(zhuǎn)變成“誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞”(iPS細(xì)胞)的成果。2022/11/158:5553同是2007年11月20日，美國(guó)威斯康星大學(xué)詹姆斯·JunyingYU,…JamesA.Thomson.InducedPluripotentStemCellLinesDerivedfromHumanSomaticCells.Science,2007,318(5858):1917-1920這位在美國(guó)研究的中國(guó)科學(xué)家俞君英博士，出生于浙江諸暨，1997年畢業(yè)于北京大學(xué)，赴美國(guó)美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)留學(xué)。2003年進(jìn)威斯康星大學(xué)詹姆斯·湯姆森實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行研究工作。2022/11/158:5554JunyingYU,…JamesA.Thomson.2022/11/158:55552012年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)京都大學(xué)物質(zhì)-細(xì)胞統(tǒng)合系統(tǒng)據(jù)點(diǎn)iPS細(xì)胞研究中心主任山中伸彌、英國(guó)發(fā)育生物學(xué)家約翰-戈登因在細(xì)胞核重新編程研究領(lǐng)域的杰出貢獻(xiàn)而獲獎(jiǎng)。所謂細(xì)胞核重編程即將成年體細(xì)胞重新誘導(dǎo)回早期干細(xì)胞狀態(tài)，以用于形成各種類(lèi)型的細(xì)胞，應(yīng)用于臨床醫(yī)學(xué)。2022/11/105:21552012年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)2022/11/158:5556山中伸彌簡(jiǎn)介：山中伸彌，1962年出生于日本大阪府，日本醫(yī)學(xué)家，誘導(dǎo)多功能干細(xì)胞(iPScell)創(chuàng)始人之一。京都大學(xué)再生醫(yī)科研究所干細(xì)胞生物系教授，美國(guó)加利福尼亞州舊金山心血管疾病研究所高級(jí)研究員。約翰-戈登簡(jiǎn)介：約翰-伯特蘭-戈登，79歲，1933年10月2日出生，英國(guó)發(fā)育生物學(xué)家。他主要以在細(xì)胞核移植與克隆方面的先驅(qū)性研究而知名。2009年戈登與日本醫(yī)學(xué)家山中伸彌一同獲得拉斯克基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)，2012年與山中伸彌一同獲諾貝爾獎(jiǎng)生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。2022/11/105:2156山中伸彌簡(jiǎn)介：約翰-戈登簡(jiǎn)2022/11/158:55572.簡(jiǎn)述顯微注射法建立轉(zhuǎn)基因鼠技術(shù)路線。思考題：3.

簡(jiǎn)述獲得2012年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)的誘導(dǎo)式多能性干細(xì)胞技術(shù)的原理？1.基因操作技術(shù)在醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用主要包括？2022/11/105:21572.簡(jiǎn)述顯微注射法2022/11/158:5558第七節(jié)基因操作在醫(yī)學(xué)發(fā)展中的意義TheSignificanceofGeneManipulatinginMedicalDevelapments江黎明2012年10月2022/11/105:211第七節(jié)基因操作在醫(yī)學(xué)發(fā)展中的基因操作技術(shù)在醫(yī)學(xué)方面的價(jià)值主要包括：（1）疾病相關(guān)基因和疾病分子機(jī)制的分析家；（5）高效率、低成本地生產(chǎn)用于疾病防治的生物

活性蛋白質(zhì)、細(xì)胞、器官。（2）建立新的疾病診斷方法--基因診斷；（4）糾正人類(lèi)基因缺陷的方法--基因治療；（3）發(fā)展出新的法醫(yī)學(xué)鑒定方法--法醫(yī)學(xué)鑒定；2022/11/158:5559基因操作技術(shù)在醫(yī)學(xué)方面的價(jià)值主要包括：（1）疾病相關(guān)基因和2022/11/158:5560一、疾病相關(guān)基因分析要確認(rèn)某一疾病的相關(guān)基因，就是利用不同的方法將各種基因確定到染色體的實(shí)際位置上，并分析基因的結(jié)構(gòu)和疾病狀態(tài)下基因的突變。

1911年Wilson將紅綠色盲基因首次定位到X染色體上，開(kāi)創(chuàng)了人類(lèi)基因定位的先河。

1968年Donahue利用系譜分析將Duffy血型基因定位于1號(hào)染色體上，這是人類(lèi)首次將基因定位于常染色體上。2022/11/105:213一、疾病相關(guān)基因分析2022/11/158:5561

20世紀(jì)80年代以前，可進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析的疾病相關(guān)基因僅限于個(gè)別功能異常非常明確，基因表達(dá)產(chǎn)物純化較易的遺傳性疾病，尤其是血液系統(tǒng)疾病如鐮刀狀貧血、地中海貧血等。

20世紀(jì)80年代中期以后，隨著分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展，尤其是重組DNA技術(shù)水平的提高和PCR技術(shù)的廣泛應(yīng)用，使疾病相關(guān)基因的鑒定與克隆工作得以迅速發(fā)展。2022/11/105:21420世紀(jì)80年代以前2022/11/158:5562（一）功能性克隆(functionalcloning)——從對(duì)一種致病基因的功能理解出發(fā)，克隆該致病基因。實(shí)際上是利用純化蛋白克隆致病基因。獲得純化蛋白后的基因克隆方式有兩種：獲取部分氨基酸序列，推導(dǎo)出mRNA序列，合成

寡核苷酸探針，篩選cDNA文庫(kù)；從基因組文庫(kù)

獲取其基因組序列。

制備特異性抗體，篩選表達(dá)型cDNA文庫(kù)。只要能獲得部分氨基酸序列就可以進(jìn)行基因克隆。2022/11/105:215（一）功能性克隆(funct2022/11/158:5563根據(jù)mRNA表達(dá)差異來(lái)克隆疾病相關(guān)基因：（1）削減雜交(subtractivehybridization)（2）差異顯示（differentialdisplay）PCR（3）基于PCR的削減雜交法將正常與異常的同一組織的mRNA或cDNA文庫(kù)進(jìn)行雜交，篩選出表達(dá)有差異的克??；能很靈敏地?cái)U(kuò)增兩個(gè)mRNA樣品中有差異的片段，克隆后進(jìn)行分析；將前兩種方法結(jié)合起來(lái)，克服了削減雜交靈敏度低，差異顯示PCR假陽(yáng)性高的缺點(diǎn)。2022/11/105:216根據(jù)mRNA表達(dá)差異來(lái)克隆疾2022/11/158:5564缺點(diǎn)：大多數(shù)癥狀的生理、生化變化很復(fù)雜，對(duì)與之有關(guān)的蛋白質(zhì)了解甚少，對(duì)其基因表達(dá)主要組織也知之不多。不同組織甚或至于同一組織的蛋白質(zhì)與mRNA的“正?！辈町惡茈y與特異性差異區(qū)別。功能性克隆技術(shù)成熟、方法直接、費(fèi)用較低，迄今仍是克隆基因的首選策略。優(yōu)點(diǎn)：2022/11/105:217缺點(diǎn)：大多數(shù)癥狀的生2022/11/158:5565（二）定位克?。╬ositionalcloning）——從一種致病基因的染色體定位出發(fā)，逐步縮小范圍，最后克隆該基因。系統(tǒng)的定位克隆包含：遺傳學(xué)分析：分子生物學(xué)分析：包括交換分析和連鎖不平衡分析以確定致病基因的染色體定位；包括染色體異常（缺失、易位等）分析和基因文庫(kù)的篩選與基因克隆。2022/11/105:218（二）定位克?。╬ositi2022/11/158:5566杜氏肌營(yíng)養(yǎng)不良(DMD)致病基因的克?。菏紫?，遺傳學(xué)的家族連鎖分析確定了致病基因位于Xp21（性染色體X短臂第2區(qū)第1條帶）。將病人的Xp21DNA與正常人的雜交，從而減掉了相同的基因序列，最后剩余的序列即為病人缺失的基因。2022/11/105:219杜氏肌營(yíng)養(yǎng)不良(DMD)致2022/11/158:5567新的技術(shù)非定位候選基因克隆策略(position-independentcandidategeneapproaches)：定位候選基因克隆策略(positionalcandidategeneapproaches)：直接根據(jù)分子病理學(xué)變化和基因組作圖中各種基因產(chǎn)物功能的了解預(yù)測(cè)出候選致病基因。一旦致病基因的染色體定位得以確認(rèn)，可以利用因特網(wǎng)上的基因網(wǎng)站所提供的基因序列數(shù)據(jù)鑒定出候選致病基因。2022/11/105:2110新的技術(shù)非定位候選基因克隆2022/11/158:5568（三）基因結(jié)構(gòu)和產(chǎn)物功能的分析——利用對(duì)于某基因結(jié)構(gòu)和功能的理解，分析其與疾病的關(guān)系、是否有突變、突變產(chǎn)物的致病機(jī)制。獲得未知基因后可進(jìn)一步進(jìn)行下列工作：1．克隆和分析全長(zhǎng)cDNA序列：根據(jù)cDNA序列推出該基因編碼的蛋白質(zhì)的氨基酸序列；2．克隆基因全序列：分析存在的內(nèi)含子，啟動(dòng)子以及其調(diào)節(jié)位點(diǎn)，探討基因表達(dá)調(diào)控方式；3．確定基因在的位置和拷貝數(shù)：染色體中定位多用原位雜交法，拷貝數(shù)可用Southern雜交法確定。2022/11/105:2111（三）基因結(jié)構(gòu)和產(chǎn)物功能的2022/11/158:55694．基因表達(dá)譜分析：該基因在不同組織、細(xì)胞的表達(dá)狀態(tài)。Northernblotting和點(diǎn)陣雜交檢測(cè)mRNA的水平。Westernblotting檢測(cè)蛋白質(zhì)的表達(dá)。5．基因表達(dá)產(chǎn)物的功能分析：（1）找已知功能的同源蛋白或同源結(jié)構(gòu)域。（2）在細(xì)胞內(nèi)過(guò)量表達(dá)該基因，觀察各種功能影響。（3）在細(xì)胞內(nèi)抑制該基因表達(dá)，分析細(xì)胞功能變化；

建立基因剔除小鼠，分析基因產(chǎn)物功能。（4）分析與該基因產(chǎn)物相互作用分子，或者是相互

作用的蛋白分子或核酸。2022/11/105:21124．基因表達(dá)譜分析：該基因2022/11/158:5570二、制造生物活性蛋白基因工程技術(shù)的發(fā)展在醫(yī)學(xué)上最重要的成就表現(xiàn)在治療用生物活性蛋白或疫苗的生產(chǎn)和使用。通過(guò)基因的克隆，可獲得具有特定生物學(xué)活性的蛋白質(zhì)。這尤其適用于那些來(lái)源特別有限的蛋白質(zhì)，或自然界本不存在的蛋白質(zhì)?？寺』虻谋磉_(dá)可在大腸桿菌、枯草桿菌、酵母、昆蟲(chóng)細(xì)胞、哺乳類(lèi)細(xì)胞或整體動(dòng)物體內(nèi)。2022/11/105:2113二、制造生物活性蛋白2022/11/158:5571生物安全性：活性的可控性：資源和生產(chǎn)成本：未發(fā)現(xiàn)諸有如此類(lèi)豬胰島素、牛腦垂體提取的生長(zhǎng)激素、人血VIII因子的副作用?；蚬こ坍a(chǎn)品的可重復(fù)性要好于生物提取物。無(wú)資源依賴性，生產(chǎn)成本也明顯低于生物提取?；蚬こ坍a(chǎn)品比生物提取產(chǎn)品有明顯的優(yōu)勢(shì)：2022/11/105:2114生物安全性：活性的可控性：產(chǎn)品名稱適應(yīng)癥乙型肝炎表面抗原人胰島素生長(zhǎng)激素組織肝淳蛋白激活物（TPA）α-干擾素β-干擾素γ-干擾素促紅細(xì)胞生成素（EPO）*粒細(xì)胞刺激因子（GSF）粒細(xì)胞-巨噬細(xì)胞刺激因子（GMSF）*表皮生長(zhǎng)因子（EGF）第VIII因子第IX因子白細(xì)胞介素2（IL-2）白細(xì)胞介素3（IL-3）白細(xì)胞介素4（IL-4）干細(xì)胞生長(zhǎng)因子（SCF）抗CD3抗體CAMPATH-1H（淋巴細(xì)胞抗體）抗內(nèi)毒素抗體抗腫瘤壞死因子抗體注射疫苗用于預(yù)防乙型肝炎糖尿病垂體功能低下急性心肌梗塞慢性髓系白血病，骨髓瘤乙型肝炎，艾滋病人并發(fā)kaposis肉瘤多發(fā)性硬化（試用）抗貧血*腎性貧血化療后白細(xì)胞和內(nèi)體骨髓移植再生*嚴(yán)重?zé)齻巡，B血友病A，B腫瘤免疫治療化療后促進(jìn)髓母細(xì)胞形成免疫缺陷病，腫瘤，免疫佐劑骨髓移植前擴(kuò)增骨髓干細(xì)胞器官移植類(lèi)風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎，非何杰金氏淋巴瘤革蘭氏陽(yáng)性菌感染嚴(yán)重炎癥，類(lèi)風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎表7-1臨床正在使用或試用的部分基因工程產(chǎn)品2022/11/158:5572產(chǎn)品名稱適應(yīng)癥乙型肝炎表面抗原注射疫苗用于預(yù)防乙型肝炎表7-載體質(zhì)粒噬菌體病毒目的基因（外源基因）基因組DNAcDNA人工合成PCR產(chǎn)物限制酶消化開(kāi)環(huán)載體DNA目的基因連接酶重組體轉(zhuǎn)化體外包裝，轉(zhuǎn)染帶重組體的宿主篩選表型篩選酶切電泳鑒定核酸分子雜交法2022/11/158:5573（一）重組DNA技術(shù)載體質(zhì)粒噬菌體病毒目的基因（外源基因）基因組DNAcDNA是在編碼蛋白質(zhì)基因的特定位置引入堿基替代、產(chǎn)生小的堿基缺失或插入，使其編碼的蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。在合成PCR引物時(shí)，除了在定點(diǎn)誘變的位置引入相應(yīng)的突變（點(diǎn)突變、小片段插入或缺失）外，其余序列與模板完全配對(duì)

PCR擴(kuò)增后，產(chǎn)物中就引入特定的突變；將PCR產(chǎn)物克隆表達(dá)，可獲得定點(diǎn)突變的蛋白質(zhì)。PCR誘變：2022/11/158:55741.蛋白質(zhì)工程中的定點(diǎn)誘變技術(shù)是在編碼蛋白質(zhì)基因的特定位置引入堿基替代、產(chǎn)生小的堿

表達(dá)體系的建立包括表達(dá)載體的構(gòu)建、受體細(xì)胞的建立和表達(dá)產(chǎn)物的分離、純化等技術(shù)和策略。

外源基因表達(dá)涉及目的基因的克隆、復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯、蛋白質(zhì)產(chǎn)物的加工及分離純化等過(guò)程，需要在適合的表達(dá)系統(tǒng)中完成。表達(dá)系統(tǒng)可根據(jù)受體細(xì)胞的不同分為原核表達(dá)系統(tǒng)和真核表達(dá)系統(tǒng)。2022/11/158:55752.目的基因體外表達(dá)表達(dá)體系的建立包括表達(dá)載體的構(gòu)建、受體細(xì)胞的建立和表真核表達(dá)載體—大多是穿梭載體含有原核克隆載體的復(fù)制子、抗性篩選基因和MCS等序列；含有真核細(xì)胞的啟動(dòng)子、增強(qiáng)子、剪接信號(hào)、轉(zhuǎn)錄終止信號(hào)和PolyA化信號(hào)及遺傳選擇標(biāo)記等組件。2022/11/158:5576原核表達(dá)載體含有強(qiáng)啟動(dòng)子及其兩側(cè)的調(diào)控序列，SD序列，帶有轉(zhuǎn)錄終止序列含有原核克隆載體的復(fù)制子、抗性篩選基因和MCS等序列；真核表達(dá)載體—大多是穿梭載體含有原核克隆載體的復(fù)制子、抗性篩（1）目的基因在原核系統(tǒng)中的表達(dá)大腸桿菌（E.coli）表達(dá)體系最常用優(yōu)點(diǎn)是培養(yǎng)方法簡(jiǎn)單、迅速、經(jīng)濟(jì)而又適合大規(guī)模生產(chǎn)。2022/11/158:5577（1）目的基因在原核系統(tǒng)中的表達(dá)大腸桿菌（E.coli）表達(dá)在真核細(xì)胞中表達(dá)外源基因的體系主要有酵母、昆蟲(chóng)細(xì)胞（桿狀病毒）、哺乳動(dòng)物和高等植物。2022/11/158:5578（2）目的基因在真核細(xì)胞中的表達(dá)瞬時(shí)表達(dá)（不與宿主染色體整合）常用的瞬時(shí)表達(dá)宿主是來(lái)源于非洲綠猴腎CV-1細(xì)胞的COS細(xì)胞。穩(wěn)定表達(dá)（整合至宿主染色體中）常用的穩(wěn)定表達(dá)宿主細(xì)胞是來(lái)源于中國(guó)倉(cāng)鼠卵巢的CHO細(xì)胞。在真核細(xì)胞中表達(dá)外源基因的體系主要有酵母、昆蟲(chóng)細(xì)胞（2022/11/158:5579（二）轉(zhuǎn)基因技術(shù)簡(jiǎn)介轉(zhuǎn)基因技術(shù)(transgenictechnique)利用DNA重組技術(shù)在動(dòng)物體內(nèi)引入可遺傳給子代的外源基因的技術(shù)。轉(zhuǎn)基因(transgene)：被導(dǎo)入的目的基因MicroinjectionintothePronucleusofaBovineZygote轉(zhuǎn)基因動(dòng)物(transgenicanimal)：目的基因的受體動(dòng)物2022/11/105:2122（二）轉(zhuǎn)基因技術(shù)簡(jiǎn)介轉(zhuǎn)基因基本原理

采用基因轉(zhuǎn)移技術(shù)將目的基因?qū)胧芫训募?xì)胞核內(nèi)或著床前的胚胎干細(xì)胞，然后將細(xì)胞導(dǎo)入受體動(dòng)物子宮，使之發(fā)育成個(gè)體。

2022/11/158:5580基因的導(dǎo)入方式：顯微注射法(最常用)胚胎干細(xì)胞法逆轉(zhuǎn)錄病毒感染法基本原理2022/11/105:2123基因的導(dǎo)入方式：顯2022/11/158:5581顯微注射是最早發(fā)展，也是最為有效的外源

基因?qū)敕椒?。將目的基因直接注射到受精卵?nèi)，目的基因即可與

受精卵的染色體整合，最終可產(chǎn)生帶有外源基因的

轉(zhuǎn)基因動(dòng)物。轉(zhuǎn)基因動(dòng)物發(fā)育后，在其體細(xì)胞和生殖細(xì)胞中都有

外源基因的存在和表達(dá)，并可將該基因遺傳給子代?？梢栽跀y帶外源基因的載體內(nèi)加上組織特異性啟動(dòng)

子，從而在轉(zhuǎn)基因動(dòng)物體內(nèi)限定表達(dá)外源基因的組

織和器官。2022/11/105:2124顯微注射是最早發(fā)展，也是最顯微注射法建立轉(zhuǎn)基因鼠技術(shù)路線目的基因供體動(dòng)物受精卵受體動(dòng)物輸卵管動(dòng)物幼崽轉(zhuǎn)基因動(dòng)物微注射移植妊娠出生分子檢測(cè)2022/11/158:5582顯微注射法建立轉(zhuǎn)基因鼠技術(shù)路線目的基因供體動(dòng)物受精卵受體動(dòng)物1982年哈佛R.D.Palmiter“制造”的“超級(jí)小鼠”其中有七只帶有融合基因，六只生長(zhǎng)迅速，每只體重平均可達(dá)44g，為同窩無(wú)融合基因小鼠平均體重29g的1.5倍。把這種重組的質(zhì)粒注射入小鼠受精卵中，經(jīng)過(guò)充分發(fā)育后分娩出了21小鼠。將大鼠生長(zhǎng)激素基因與小鼠金屬硫蛋白基因的啟動(dòng)子順序連接，再引入質(zhì)粒中。轉(zhuǎn)基因小鼠正常小鼠2022/11/158:55831982年哈佛R.D.Palmiter“制造”的“超級(jí)小鼠”2000年法國(guó)科學(xué)家“制造”出發(fā)出綠色熒光的兔子“Alba”。改造水母的熒光蛋白基因使熒光蛋白發(fā)光率提高了2倍，再將該基因顯微注射轉(zhuǎn)入到兔子的受精卵中，由此培養(yǎng)出了會(huì)發(fā)光的兔子Alba。在普通光線下它看上去與其它同類(lèi)沒(méi)有區(qū)別，但在較暗光線下它的身體就會(huì)放射出奇異的綠光。2022/11/158:55842000年法國(guó)科學(xué)家“制造”出發(fā)出綠色熒光的兔子“Alba”乳腺生物反應(yīng)器的誕生

據(jù)推測(cè)，2010年世界上采用動(dòng)物乳腺生物反應(yīng)器生產(chǎn)的年產(chǎn)超過(guò)了500億美元。

1987年Gordon等將組織型纖溶酶原激活劑(tPA)與小鼠乳清蛋白基因的啟動(dòng)子構(gòu)成重組基因，培育出了37只在乳汁中能表達(dá)tPA的轉(zhuǎn)基因小鼠。2022/11/158:5585乳腺生物反應(yīng)器的誕生據(jù)推測(cè)，2010年世界上采用動(dòng)物動(dòng)物多肽藥物用途綿羊a1抗胰蛋白酶蛋白治療氣腫綿羊CFTR治療囊腫性纖維化綿羊組織型纖溶酶原活化因子治療血栓綿羊凝血VIII因子、IX因子治療血友病綿羊纖維蛋白原傷口愈合豬組織型纖溶酶原活化因子治療血栓豬凝血VIII因子、IX因子治療血友病山羊人蛋白質(zhì)C治療血栓山羊抗血栓因子3治療血栓山羊谷氨酸脫羧酶治療I型糖尿病山羊Pro542治療愛(ài)滋病牛a-乳清白蛋白抗炎癥牛凝血VIII因子治療血友病牛纖維蛋白原傷口愈合牛膠原蛋白I,II組織修復(fù),治療風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎牛乳鐵蛋白治療腸道感染,感染性關(guān)節(jié)炎牛人血清白蛋白維護(hù)血液體積雞,牛,山羊單克隆抗體用于疫苗生產(chǎn)2022/11/158:5586動(dòng)物多肽藥物用途綿羊a1抗胰蛋白酶蛋白治療氣腫綿羊CFTR治2022/11/158:55872022/11/105:2130顯微注射法等傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)基因技術(shù)具有隨機(jī)性和不可預(yù)見(jiàn)性、整合率、表達(dá)低等式缺陷。外源基因的拷貝數(shù)和整合位點(diǎn)都是隨機(jī)的；小鼠,大鼠,兔,牛,豬,綿羊陽(yáng)性率分別為26%、44%、15%、0.7%、0.9%、0.9%。

整合率極低，得到的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物數(shù)量更少。采用非受精卵還出現(xiàn)嵌合體；受到宿主染色體上整合位點(diǎn)的影響，大部分轉(zhuǎn)

基因表達(dá)水平較低。2022/11/158:5588顯微注射法等傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)基因技術(shù)具有隨機(jī)性和不可預(yù)見(jiàn)性、整合率、

即體細(xì)胞克隆技術(shù)，是用顯微操作、電融合等方法將動(dòng)物體細(xì)胞的細(xì)胞核全部導(dǎo)入另一個(gè)個(gè)體的去除細(xì)胞核的卵細(xì)胞內(nèi)，使之發(fā)育成為個(gè)體。2022/11/158:5589

核轉(zhuǎn)移技術(shù)可使一個(gè)細(xì)胞變成一個(gè)個(gè)體，所產(chǎn)生的個(gè)體攜帶的遺傳物質(zhì)與細(xì)胞核供體的遺傳物質(zhì)完全一樣，是一種無(wú)性繁殖過(guò)程，即克隆(clone)。（三）核轉(zhuǎn)移技術(shù)簡(jiǎn)介即體細(xì)胞克隆技術(shù)，是用顯微操作、電融合等方法2022/11/158:55901.動(dòng)物克隆——轉(zhuǎn)移的核末經(jīng)修飾2022/11/105:21331.動(dòng)物克隆——轉(zhuǎn)移的核末2022/11/158:55912022/11/105:21342022/11/158:5592多利羊誕生于1996年7月5日，1997年首次向公眾披露。被美國(guó)《科學(xué)》雜志評(píng)為1997年世界十大科技進(jìn)步的第一項(xiàng)，也是當(dāng)年最引人注目的國(guó)際新聞之一?？茖W(xué)家認(rèn)為，“多利”的誕生標(biāo)志著生物技術(shù)新時(shí)代的來(lái)臨。1997年2月27日《Nature》報(bào)道，維爾穆特(Wilmut)和坎貝爾(Campbell)利用克隆技術(shù)培育出一只小母羊。2022/11/105:2135多利羊誕生于1996年7月2022/11/158:5593坎貝爾利用克隆多利時(shí)冷凍保存下來(lái)的，同一只母羊乳腺組織樣本，克隆出“多利四羊組”。2022/11/105:2136坎貝爾利用克隆多利轉(zhuǎn)基因動(dòng)物可以作為天然的生物工廠，合成多肽和蛋白質(zhì)等生物活性物質(zhì)，制備藥物、抗體和疫苗等，稱為動(dòng)物生物反應(yīng)器(animalbioreactor)。生物藥物生產(chǎn)主要通過(guò)乳腺生產(chǎn)(動(dòng)物乳腺生物反應(yīng)器)，少數(shù)通過(guò)腎臟和膀胱。用于表達(dá)的生物反應(yīng)器包括動(dòng)物血液、泌尿系統(tǒng)、精囊腺、乳腺等，還包括禽蛋和昆蟲(chóng)（例如家蠶）個(gè)體等。2.轉(zhuǎn)基因動(dòng)物生物反應(yīng)器的制備—轉(zhuǎn)移的核經(jīng)過(guò)修飾2022/11/158:5594轉(zhuǎn)基因動(dòng)物可以作為天然的生物工廠，合成多肽和蛋白質(zhì)等2022/11/158:55951997年6月伊恩·維爾穆特(Wilmut)報(bào)道用基因改造過(guò)的胎兒成纖維細(xì)胞為核供體，獲得了表達(dá)人凝血因子IX的轉(zhuǎn)基因克隆綿羊“波莉”。成功克隆出攜帶有人凝血因子ＩX基因的綿羊早期

胚胎成纖維細(xì)胞；以該細(xì)胞系為核供體移植到去核卵母細(xì)胞中，經(jīng)

過(guò)處理后將卵母細(xì)胞植入假孕綿羊體內(nèi)發(fā)育。獲得3只能高水平表達(dá)人凝血因子ＩX（125μg/ml）

的綿羊。2022/11/105:21381997年6月伊恩·維爾穆

人體移植器官短缺是一個(gè)世界性難題，研究人員把目光移向動(dòng)物以尋求可替代移植器官。

豬器官的體積、形狀和DNA基本與人類(lèi)相似，是理想的器官供應(yīng)者，但這種器官移植的主要問(wèn)題之一是免疫排斥。三、制造用于移植的細(xì)胞、組織和器官2022/11/158:5596人體移植器官短缺是一個(gè)世界性難題，研究人員把目光移向解決辦法之一：通過(guò)轉(zhuǎn)基因技術(shù)，特別是基因打靶技術(shù)：敲除α-半乳糖抗原決定基因，再結(jié)合克隆技術(shù)，培育大量不含免疫排斥的轉(zhuǎn)基因克隆豬的器官。向供體器官基因組敲入某種調(diào)節(jié)因子，抑制α-半乳糖抗原決定基因的表達(dá)；2022/11/158:5597解決辦法之一：通過(guò)轉(zhuǎn)基因技術(shù)，特別是基因打靶技術(shù)：敲除α-半2022/11/158:5598（一）基因打靶技術(shù)簡(jiǎn)介可在細(xì)胞水平進(jìn)行，從而建立新的細(xì)胞系；也可在動(dòng)物整體水平進(jìn)行，以建立基因剔除動(dòng)物。

基因打靶(Genetargeting)，是一種在胚胎干細(xì)胞(ES)技術(shù)和同源重組技術(shù)的基礎(chǔ)之上，定向改變生物體內(nèi)某種基因的技術(shù)?；蚯贸?geneknockout)：定向敲除某種基因基因敲入(geneknockin)：定向替代某種基因2022/11/105:2141（一）基因打靶技術(shù)簡(jiǎn)介2022/11/158:5599基本過(guò)程包括：①用同源基因片段構(gòu)建含有目的基因的載體；②用顯微注射法將含有目的基因的載體導(dǎo)入ES細(xì)胞，

與ES細(xì)胞染色體的相應(yīng)基因發(fā)生同源重組，替代ES細(xì)胞中原有的基因；③將基因替代了的ES細(xì)胞注入動(dòng)物的囊胚中，使其

與囊胚中的細(xì)胞共同組成囊胚內(nèi)的細(xì)胞團(tuán)；④將囊胚移植到假孕動(dòng)物的子宮中，使之發(fā)育成一

種既有含目的基因細(xì)胞又有原有細(xì)胞的嵌合體；⑤將嵌合體動(dòng)物與正常動(dòng)物交配，最終篩選出基因替代的純合子動(dòng)物。2022/11/105:2142基本過(guò)程包括：①用同源基跨物種感染：一般不會(huì)感染人的病毒，通過(guò)異種器官移植提供的種間細(xì)胞親密接觸，可能感染人或者與人的病毒重組形成更危險(xiǎn)更致命的病毒，而且免疫系統(tǒng)受到抑制的移植受體比一般人更容易被感染。更加重要的是，轉(zhuǎn)基因動(dòng)物帶的未知病毒是否會(huì)從移植受體擴(kuò)散出去，從而傳播到其他人造成疫病大流行，引起流行??？風(fēng)險(xiǎn)2022/11/158:55100跨物種感染：一般不會(huì)感染人的病毒，通過(guò)異種器官移植提組織工程

是利用人體自身細(xì)胞和組織工程的理論與方法，使原先缺損的組織和器官沿著設(shè)計(jì)好的支架、