分子生物學(xué)與檢驗技術(shù)課件

分子生物學(xué)與檢驗技術(shù)

徐美蘭2345781011黃金大米（GoldenRice）是一種轉(zhuǎn)基因大米，它通過轉(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，故稱黃金大米。蘇黎世瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院的IngoPotrykus教授和德國弗賴堡大學(xué)的PeterBeyer（分別為育種專家和分子生物學(xué)家）是這一大米作用機制的創(chuàng)始人。1999年，研發(fā)此大米，并于2004年在美國進行試驗。12爭議核心問題

轉(zhuǎn)基因作物的安全性

？！……14主要質(zhì)疑轉(zhuǎn)基因食品對人體有害，甚至造成不孕不育等等。轉(zhuǎn)基因農(nóng)業(yè)會導(dǎo)致基因擴散，對生態(tài)環(huán)境造成危害。轉(zhuǎn)基因會導(dǎo)致病菌產(chǎn)生抗性。轉(zhuǎn)抗蟲基因會導(dǎo)致害蟲產(chǎn)生抗性，因此不得不繼續(xù)打農(nóng)藥。轉(zhuǎn)基因技術(shù)的專利大都掌握在外國人手中，對中國的糧食安全不利。轉(zhuǎn)基因技術(shù)只適用于大農(nóng)場，不適合小農(nóng)。轉(zhuǎn)基因技術(shù)只應(yīng)用了十幾年，將來很可能會發(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)檢驗技術(shù)的主要任務(wù)第三節(jié)分子生物學(xué)檢驗技術(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)檢驗技術(shù)的主要任務(wù)與分析對象熟悉分子生物學(xué)與檢驗技術(shù)的發(fā)展及主要里程碑了解分子生物學(xué)檢驗技術(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，實現(xiàn)個體化循征醫(yī)護等奠定基礎(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)檢驗技術(shù)的發(fā)展與進步

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孟德爾性狀遺傳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

退出首頁肺炎雙球菌遺傳轉(zhuǎn)化實驗OswaldAvery

（1877-1955）1944年證實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。這三點為認(rèn)識核酸與蛋白質(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配對互補，彼此以氫鍵相連。并指出，DNA的特定配對原則，立即使人聯(lián)想到遺傳物質(zhì)可能有的復(fù)制機制。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X射線證實了Watson-Crick模型

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

（1920-1958）1952年她所拍攝的DNA晶體衍射圖片“照片51號”，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)說明，也沒有致謝。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)時研究DNA分子模型的3個實驗室倫敦國王學(xué)院的Wilkins、Franklin實驗室，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實驗室，他已發(fā)現(xiàn)了蛋白質(zhì)的α-螺旋結(jié)構(gòu)。劍橋大學(xué)卡文迪許實驗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是由兩條長鏈組成的雙螺旋，寬度為20埃。最為關(guān)鍵的，1950年美國生物化學(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以控制細(xì)胞活動。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)制的實驗。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。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)胞和胎盤滋養(yǎng)層中也測出逆轉(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中心法則合理地說明了在細(xì)胞的生命活動中兩類大分子的聯(lián)系和分工：核酸的功能是儲存和轉(zhuǎn)移遺傳信息，指導(dǎo)和控制蛋白質(zhì)的合成。蛋白質(zhì)的主要功能是進行新陳代謝活動和作為細(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的實驗和此后Spiegelman的實驗證實了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等證實密碼子是非重疊、無標(biāo)點的三聯(lián)體。1966年，在Nirenberg、Khorana等的努力下，完成了全部64個遺傳密碼子的解碼。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

退出首頁重組DNA技術(shù)PaulBerg（1926-）1972年，PaulBerg創(chuàng)造出第一個重組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分子可在外來細(xì)胞中復(fù)制。

42DNA測序技術(shù)1977年，Sanger與Maxam和Gilbert等發(fā)明了DNA測序技術(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年人類基因組計劃（humangenomeproject，HGP）的完成，逐漸發(fā)展起來的基因組學(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)生一場深刻的革命。Introduction

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

（二）聚合酶鏈反應(yīng)PCR

（三）生物芯片技術(shù)

（四）DNA測序技術(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

退出首頁一、分子生物學(xué)檢驗技術(shù)的理論基礎(chǔ)

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

退出首頁一、分子生物學(xué)檢驗技術(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

退出首頁一、分子生物學(xué)檢驗技術(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

退出首頁轉(zhuǎn)基因動物模型在佛羅里達州杰克遜維爾的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)，具有人類老年性癡呆癥病理特征的小鼠。這只小鼠模擬了人類神經(jīng)纖維纏結(jié)的形成過程，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產(chǎn)品的生產(chǎn)2008年，美國華盛頓大學(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。對老鼠的實驗已經(jīng)取得了成功。新型的避孕疫苗是由沙門氏菌進行基因改造而成的。經(jīng)過基因改后，沙門氏菌就不會產(chǎn)生有害感染。這種經(jīng)過基因改造過的沙門氏菌之所以能夠阻止懷孕，就是因為它會產(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，從而達到避孕的目的。53微生物基因工程與多肽類產(chǎn)品的生產(chǎn)美國陸軍研究發(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，可紡成一種強度超過鋼的特殊纖維。54轉(zhuǎn)基因動物與蛋白藥物的生產(chǎn)將生物活性蛋白基因?qū)雱游锏氖芫?，在發(fā)育成的轉(zhuǎn)基因動物體液或血液、乳汁、尿、腹水中收獲基因產(chǎn)物，通常將此動物稱為“動物生物反應(yīng)器”。英國用轉(zhuǎn)基因綿羊來試行生產(chǎn)人類抗胰蛋白酶因子，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，成為治療血栓的理想藥物。轉(zhuǎn)基因小鼠可表達羊奶的主要成分——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。55轉(zhuǎn)基因植物與蛋白藥物的生產(chǎn)2007年5月16日美國農(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)出的大米含有人類乳汁中常見的溶菌酶、乳鐵蛋白以及人類血清白蛋白。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)模化生產(chǎn)重組人血清白蛋白》在《美國科學(xué)院院報》發(fā)表，文章證明，植物來源的重組人血清白蛋白與臨床使用的血漿來源血清白蛋白，無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。如果說一個人一次能獻血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。成熟的果實含有抗原蛋白，抗原蛋白進入人體后，能模擬病毒侵入人體的過程，激活免疫系統(tǒng)，使人體內(nèi)產(chǎn)生對有關(guān)疾病的抗體，從而獲得免疫功能。1998年，美國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、中國等均報道有科研人員研究成功含疫苗的香蕉或西紅柿。58轉(zhuǎn)基因動物模型英國倫敦的一個研究小組把一個來自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。這些本來應(yīng)該發(fā)育成雌鼠的胚胎最后竟都長成了雄性鼠。這個結(jié)果表明，Sry基因是決定雄性性別的基因?？茖W(xué)家猜測，這個基因很可能在人類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代已經(jīng)到來？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“人將不人”的時代？603、轉(zhuǎn)基因動物與人類器官移植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抗體的煙草在美國成功培植。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”）正式投放美國市場。1996年，世界轉(zhuǎn)基因作物種植總面積僅為170萬公頃。2002年，全球種植面積已擴大到5870萬公頃。62物種改良——工程微生物超級細(xì)菌：含有分解各種石油成分的重組DNA，能快速分解石油，可用來清除石油污染。63物種改良——轉(zhuǎn)基因動物轉(zhuǎn)基因動物可以穩(wěn)定地整合外源基因，并在合適的組織