转基因动物(Transgenicanimals).

Transgenicanimals（转基因动物）Cloneanimals(克隆动物)博、硕士研究生本次课所掌握内容•基因病的分类•基因在医学领域的用途•反求生物学•转基因动物及实施细则•转基因动物的应用•克隆动物的概念和技术过程日本科学家培了一种新的基因改老鼠，它们不具备感知危险气味的能力，对其“死对手”猫一点都不觉得害怕，相反还大胆地在猫身上爬来爬去，甚至依偎在猫身边。此研究发表《自然》杂志上。这种鼠通过基因改造，失去其鼻腔特殊感受器，是专门嗅知食物或捕食者气味的器官。科学家此做是为更加了解嗅觉的机理。老鼠可以通过其它嗅觉细胞来探知气味，可惜没有关键路线来触发大脑产生恐惧感，当“死对手”猫或酸性化学物或其它凶险化合物在场时，它们也不感到害怕。为证实这一点，科学家将这种鼠放在猫身上，只见它又闻又吻，还与猫玩耍起来。为进一步探测这些老鼠对危险的感知能力，研究人员还将老鼠放在一个能产生疼痛感的旋转平台上，还放些捕食动物如雪豹和狐狸的尿液让它们闻，看老鼠是否害怕。结果发现，这些老鼠开始小心翼翼，之后很好奇，没有一点害怕的表现。评选为世界科技十大成果，中国科技十大成果。美、英、中、日科学家组成一个国际研究小组表示，完成对人体第22对染色体基因序列测定，破译出这对染色体的全部遗传密码—生老病死秘密将被揭开。人体共有23对染色体，2-2.5万个基因，31.647个亿碱基对。第22对染色体上约有6000多万个碱基对，23对染色体中最小的一对。染色体较短，基因种类丰富，最活跃致病染色体（基因密度在17、19、22号染色体上最高）。其基因变异与免疫反应、精神分裂、心脏病、弱智、白血病以及多种癌症相关。人体全部遗传密码图谱绘制完毕，大量关于人类生长、发育、衰老、遗传病变秘密随之揭开。今后100年—200年生命科学奠定基础。随着对人体致病基因展开全面搜索——了解各种基因功能及基因之间相互作用。人类疾病的基因型分类1、单基因病：占1/3，6000多种遗传病。2、多基因病：占2/3，心脑血管疾病、恶性肿瘤、糖尿病、超敏反应、风湿病、神经精神性疾病、吸烟嗜好（多巴胺受体基因DRD2含A1、A2、A3）。3、获得性疾病：病原微生物所致疾病（结核病、肝炎、Aids、性病、SARS等)。人体基因中目前发现800多个与疾病直接相关。基因组研究：绘制第二代解剖图，基因组含全部遗传密码，此图在遗传信息这一层次描述人体生物学本质和特性。人与人之间在基因组上具有多态性（细微差异所致），导致人与人之间在生理特性上具有个体差异和种族差异。基因疗法治心梗：台湾一研究所用一种抑制血管内皮增生基因，在猪身上成功防止了血管狭窄。RAS—N17gene载到腺病毒上—腺病毒载体—心导管施行气球扩张术后—把腺病毒载体释放于血管中（使血管转染这个基因）—阻断血管壁细胞增生信息传递。高脂饲料喂猪—心梗模型—转染gene—观察两年—8头猪接受gene治疗后成功免于血管再度狭窄。对照组血管明显狭窄。实验结束后，医院申请进行人体实验。探讨基因医疗用途改变现有医生看病模式：巴德年：“未来医学应该是3P医学，即预见、预防、个人化”。患者拥有记载个人生理和病理奥秘基因组图，录制磁盘，看医生带上磁盘即可。医生根据磁盘上遗传信息，做出综合评估——将来信息化医疗将成为主流医学。诊断技术更新：目前临床是表型诊断，一旦确定，疾病已经发生。以后在基因水平上提供诊断依据，产生基因诊断也称DNA诊断技术。病因性基因异常，发病前即已存在，进行病前、产前、甚至早期胚胎诊断。疾病早防、早诊、早治均有重要价值。将来孩子出生后，拿到他基因组图，它能显露出孩子成年后能长多高？是否色盲？是否得糖尿病？准确告诉孩子家长将来会得什么病？人类所有疾病与基因相关。防止肥胖，找到肥胖基因（靶基因），治疗对靶基因进行抑制或调控。治疗方法突破：发病率和死亡率高疾病目前尚无好治疗方法，国际上已有400多个基因治疗方案处于研究和临床试用阶段。流行病防治将有大改观：搞清病原微生物基因组序列（SARS）并针对其致病基因特点，针对病人设计药物和研制疫苗。基因保健品和化妆品得到广泛应用：基因工程对农作物进行改造，使出产的油、蛋白质和碳水化合物具有保健功能（防止动脉硬化，骨质疏松症）；病原体抗原基因转入粮食、蔬菜、水果中，食后即增加营养又相当于输入防病疫苗；根据细胞衰老基因原理，生产抗皮肤衰老基因化妆品。基因药物组学成为药物开发主战场：各种基因功能逐渐明了，针对性设计、筛选有效药物将成为药物开发的主流。美国一个肥胖基因转让费达2000万美圆，有潜在商用价值。一套基因组类似钓鱼池，谁钓的早，谁获利多。Pharmacogenomics(药物基因组学)：研究基因变异所致不同病人对药物不同反应，此基础上研制新药物或新用药方法----基因功能学与分子药理学结合。药物基因组学区别与一般意义上基因学，不是以发现人体基因为主要目的，而是相对简单用已知基因理论改善病人治疗。药物基因组学以药物效应及安全性为目标，研究各种基因突变与药效、安全性关系——研究基因序列变异及其对药物反应的科学，研制高效、特效药物重要途径。为患者或特定人群寻找合适药物，强调个体性，因人执宜。有重要理论意义及广阔应用前景。新药开发中应用：药物基因组学根据不同药物效应，对基因分类，加速基因发现。大制药公司和实验室看到潜在商机，纷纷投资。寻找遗传变异开发抗癌新药，新药只对肿瘤细胞起作用，对正常细胞无毒性。新药设计、发现及成功应用中，认识到基因变异对药物效应及生物效应影响非常重要。临床前药理和临床实验中应用：临床前遗传变异影响newchemicalentities(新化学实体)作用，美国FDA规定，新化学实体临床前研究包括遗传效应对药物代谢影响。对药物有效或毒性变异预测实验用于新药临床实验中，筛选病人。药物效应基因突变筛选受试者，加强临床试验统计学意义（少量例数达到统计学的意义）。合理用药中应用：合理用药核心是个体化给药，目前主要测定药物体液浓度，药物动力学原理计算参数。对于血药浓度与药效相一致的药物可行，对血药浓度与药效不一致药物，不能达到合理个体化给药。两个病人诊断相同，同一药物治疗，血药浓度相同，疗效不同，传统药物动力学、药效学原理无法解释。要考虑到药物作用相关位点（受体）是否发生变异？药物作用位点变异可能发生在基因水平，也可能发生在翻译，转录水平，基因水平变异相对比较容易鉴定（研究表明，基因变异与药物效应差异更具相关性），药物基因组学在临床合理用药中应用前景广阔，以前无法解释的药效学现象找到了答案。解密青霉菌基因组：西班牙莱昂大学解密青霉菌完整基因组——有助于研制无抗药性新型抗生素。新基因组包括1.3万个基因，每个基因都有上千个特性，创造新作用；少投入获得更多药品；对青霉素分子进行调整，引入化学成分得到青霉素衍生物，研制出不被抗药性破坏、更为活跃的抗生素。利用药物基因组学原理为特定人群设计最有效药物，提高疗效，缩短病程。将来就医，去医院或在互联网上就诊，基因身份证插入电脑，同时输入疾病和检查相关信息，电脑就会提示选择什么药物，何种剂型？多大剂量？注意事项。药物基因组学对药物经济学意义：原发性高血压涉及相关基因达70个，不同基因导致药物疗效对高血压患者有很大差别。治疗高血压药物有六大类，相同药物在某些人身上容易降解失效，疗效差，副作用少；另一些人群中疗效较好，不良反应较多。对不同人群药物选择应根据基因差别来决定。药物基因组学产品提供竞争优点：增加首选处方有效性；减少病人就诊次数；减少无效处方可能性；避免毒副反应。1998年与2005年药物基因组学市场（百万美圆）适应症1998年2005年心血管病8.2139.1传染病7.3123.3中枢神经系统4.372.3癌症2.441.3其他24.8419.0反求遗传学随着基因工程学发展，产生了一个新概念和工作范围，reversegenetics（反求遗传学）。传统遗传学研究从表现型到基因型表现型====基因型自然界，偶发突变或诱发一些随机突变（白猴），表现型杂交分析，间接推测基因型；现通过外源性基因或经过改造内源性基因导入基因组，随之观察个体及后代表现型，研究某一基因增加或改变，对个体生长发育影响，从基因型到表现型。应用领域：生物高新技术，该技术所取得成果展示转基因动物技术在分子生物学、分子遗传学、分子免疫学、分子药理学、肿瘤工程学、医学及畜牧学等领域有无限广阔应用前景。实施细则：研究癌基因的作用及癌细胞发生、发展及抑制机理；免疫系统中细胞及因子相互作用；发育中基因表达、调控等提供了大量资料。集实验动物活体内整体水平、细胞水平和分子水平为一体，更能体现生命整体研究效果。基本概念及技术过程GENE（遗传因子、遗传单位）：控制生物性状、遗传物质结构和功能单位。细胞分裂时能自行复制、每一基因各位于特定染色体特定位置，由DNA合成。为目的基因提供背景动物称partnerstrain（配系），提供目的基因品系称donerstrain（供系）。配系最好是近交系，供系是带有目的基因任何一种基因类型动物。随目的基因一起导入到近交系中基因组中，随之带入基因:passengergene，实际工作中，随时可能存在乘客基因。转基因动物：用物理、化学、生物手段将确定外源基因通过生殖细胞或早期胚胎导入动物染色体，其基因组内稳定整合导入外源基因，能遗传给后代的一类动物,使其获得人类需要新功能。利用genemanipulation（重组DNA技术）：体外对生物大分子DNA剪切、加工，把不同亲本DNA分子重新组合，并把它引入到染色体上，表达出具新遗传特性生物，打破生物种的界限。技术程序：（1）分离编码某一目的产物基因（HPLApoA）或分离对动物表型有作用某一基因（OB基因）。（2）制备DNA重组子（subset），使其能在选定组织中表达，从而饶过正常存在于动物机体代谢过程。（3）将DNA重组子在体外转移到一个刚刚受精单细胞卵中。（4）导入法：显微注射法；逆转录病毒感染法；精子载入法；胚胎干细胞介导法；电转移法。不同方法，使动物基因组中包括一个外源性DNA片段，此特征一般遗传方法不能达到。SmartmicetosmarterhumansBrainymice,pointingthewayforresearchthatcouldleadtohumanbabieswithhigherIQSaswellasdrugtotreadAlzheimersdiseaseandstroke.usingatinyglassneedle,thescientistsinjectedagenecarryingablueprintfortheproteininNR2Bintothenucleusofafertilizedmouseegg,thenimplantedtheresultingembryointotheuterusofamothermouse.ProductionofNR2Bproteinnormallydecreaseswithagenecorrelatingwiththelossofmemoryandlearningabilitycommonlyexperiencedbyoldpeople.制备转基因小鼠的技术程序供体母鼠超数排卵合笼配种取受精卵基因注射受体母鼠假孕母鼠与结扎公鼠合笼分娩产崽采样、提取DNA转基因小鼠表达的转基因小鼠PMSGHCG见栓鼠脱颈处死消化SouthernPCRWesternELISA移入输卵管转基因动物出现死亡现象分析：显微注射本身对胚胎染色体损伤以及整个发育过程发生染色体伤害；外源基因插入引起致死性突变；某些情况下，胚胎发育期间转基因表达也可能是有害作用。基因整合存在三种形式；有效整合，无效整合，毒性整合。转基因在临床和基础学科方面的应用器官移植中应用：1905年，法国princeteau进行世界上第一例临床异种移植手术，将兔肾植入肾衰儿童体内，16d死于肺感染。1954年，诺贝尔奖获得者廖里移植肾脏成功。1967年，南非伯纳德开心脏成功移植之先河。全世界至今接受心、肝