分子生物学概论

中山医学院生化教研室医学院生化教研室周周俊俊宜宜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JWatsonJWatson和和FFCricKCricK提出了提出了DNADNA双螺双螺旋结构模型。旋结构模型。以以DNADNA半保半保留复制机留复制机制，揭示了制，揭示了生物界遗传生物界遗传性状能世代性状能世代遗传的分子遗传的分子奥秘。奥秘。19681968年年,NirenbergM,,NirenbergM,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44种符号（种符号（AA、、CC、、GG、、T/UT/U））55’’AUGAUG三联体密码三联体密码19651965年年,Jacobf,Jacobf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ABCABC19721972年年,,P.BergP.Berg::构建第一个构建第一个DNADNA重组分子重组分子22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.BoyerH.W.Boyer,,第一个基因工程产品第一个基因工程产品(SS(SSsomatostatinsomatostatin））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::5mg5mg------5050万只羊脑万只羊脑基因工程基因工程99升大肠杆菌升大肠杆菌培养液培养液19621962年年WWSzybalskiSzybalski和和EESzybalskiSzybalski用人类用人类DNADNA去转化人类去转化人类细胞细胞,,发现发现CaCa2+2+有刺激有刺激DNADNA转移入细胞的作用，是人工转移转移入细胞的作用，是人工转移遗传物质给其它细胞的第遗传物质给其它细胞的第11次尝试。次尝试。19671967年年NirenbergNirenberg提出遗传工程可用于人类的基因治疗。提出遗传工程可用于人类的基因治疗。7070年代初年代初GraessmannGraessmann和和DicumakoDicumako莫定了用显微注射法转移莫定了用显微注射法转移基因。基因。19721972年年GrahantGrahant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。的研究，使这技术能被普遍接受和应用。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定点突变的研究与应用定点突变的研究与应用癌基因的发现癌基因的发现DNADNA--蛋白质分子相互辨认蛋白质分子相互辨认PCRPCR技术的出现技术的出现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，分子生物学领域的研究年代起，分子生物学领域的研究成果共获得成果共获得4040项诺贝尔医学项诺贝尔医学--生理科学奖，说生理科学奖，说明分子生物学在生命科学研究中的重要性明分子生物学在生命科学研究中的重要性根据桑格法开发的根据桑格法开发的DNADNA自动定序机使一周（自动定序机使一周（2424小时运转）小时运转）解读解读100100万甚至几百万个碱基成为可能。它为万甚至几百万个碱基成为可能。它为““人类基因组人类基因组计划计划””立下了汗马功劳立下了汗马功劳医学分子生物学医学分子生物学的主要研究领域的主要研究领域疾病发生、发展的分子机制疾病发生、发展的分子机制基因诊断及其技术的改进基因诊断及其技术的改进基因治疗的机制及应用推广基因治疗的机制及应用推广基因工程技术及其产品在医、药方面的开基因工程技术及其产品在医、药方面的开发、应用发、应用探索疾病的原因，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，就目前，医学对某些还缺少有效的治疗方法，就是因为对病因缺乏深入的认识。是因为对病因缺乏深入的认识。基因科学的发展，为人类从基因科学的发展，为人类从细胞内部的微观生细胞内部的微观生理学和分子生物学水平上寻找病因理学和分子生物学水平上寻找病因提供了新的思提供了新的思路。路。11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。HbHb((HbSHbS))NN--valval··hishis··leuleu··thrthr··propro··valval··gluglu············CCCCAACCGGTTGGHbHb((HbAHbA))ββNN--valval··hishis··leuleu··thrthr··propro··gluglu··gluglu············CCCTCCTCGAGGAG正常血细胞镰形红细胞镰形红细胞英国女王维多利亚。她带有英国女王维多利亚。她带有血友病基因血友病基因，并将其传给了她的儿女。血友病是一种，并将其传给了她的儿女。血友病是一种遗传性凝血障碍疾病，患者可能因很小的伤口而出血不止导致死亡。血友病在女性一遗传性凝血障碍疾病，患者可能因很小的伤口而出血不止导致死亡。血友病在女性一般表现为隐性遗传，较少发病，但会传给后代；在男性则表现为显性遗传，显示出病般表现为隐性遗传，较少发病，但会传给后代；在男性则表现为显性遗传，显示出病症。维多利亚女王在科堡主持的一次欧洲王室成员集会，与会者有症。维多利亚女王在科堡主持的一次欧洲王室成员集会，与会者有1717人是她的后裔，人是她的后裔，其中有她的孙女亚历山德拉（其中有她的孙女亚历山德拉（2121），她同俄国沙皇尼古拉二世结婚，导致他们的儿子），她同俄国沙皇尼古拉二世结婚，导致他们的儿子患有血友病。患有血友病。血友病血友病基基因因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毒，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，中本来就存在一个庞大的癌基因族，正常情况下这些正常情况下这些原癌基因原癌基因是不活跃是不活跃的，但当受到病毒入侵或遇到物理、的，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，化学等因素作用时，就可能被激活，突变为癌基因。这也就解释了化学污突变为癌基因。这也就解释了化学污染、吸烟、放射线辐射等因素致癌的染、吸烟、放射线辐射等因素致癌的原因原因。。22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从广义上讲，大多数疾病都可以从遗传物质的变化遗传物质的变化中寻找出原中寻找出原因。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，基因诊断便立即可以实现。随着立即可以实现。随着““人类基因组计划人类基因组计划””的进程，将大大加快的进程，将大大加快疾病疾病相关基因相关基因的发现与克隆，基因诊断将成为疾病诊断的常规方的发现与克隆，基因诊断将成为疾病诊断的常规方法。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，不依一般可在临床症状出现之前作出诊断，不依赖临床表型。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，肥胖易感基因的筛查，如高血压，冠心病，肥胖等。等。外源性病源体：外源性病源体：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。美国前副总统汉弗莱美国前副总统汉弗莱Humphrey)Humphrey)在在19671967年发现膀胱内有一肿物，病理切片未发现癌细胞年发现膀胱内有一肿物，病理切片未发现癌细胞良性良性““慢性增生性囊肿慢性增生性囊肿””，未进行手术治疗。，未进行手术治疗。九年后，他被诊断为患有九年后，他被诊断为患有““膀胧癌膀胧癌””，两年后死于该病。，两年后死于该病。19941994年，研究者用灵敏的年，研究者用灵敏的PCRPCR技术对上述汉弗莱技术对上述汉弗莱19671967年的病理切片进行了年的病理切片进行了P53P53抑癌基因检查，发现那时的组抑癌基因检查，发现那时的组织细胞虽然在形态上还没有表现出恶性变化，但其织细胞虽然在形态上还没有表现出恶性变化，但其P53P53基因的第基因的第227227个密码个密码子子已经发生了一个核苷酸的突变。已经发生了一个核苷酸的突变。就是这个基因的微小变化，使其抑癌功能受损，导致就是这个基因的微小变化，使其抑癌功能受损，导致九年后细胞癌变的发生。这说明，在典型症状出现之九年后细胞癌变的发生。这说明，在典型症状出现之前的很长时间，细胞癌变的信息已经在基因上表现出前的很长时间，细胞癌变的信息已经在基因上表现出来了来了P53P53抑癌基因抑癌基因DNADNA指纹指纹33疾病的基因治疗疾病的基因治疗基因疗法，即是通过基因疗法，即是通过基因水平的操作基因水平的操作来治疗疾病的方法。来治疗疾病的方法。1.1.直接法直接法即将外源性功能基因以逆转录病毒、质粒载体或脂质体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，或以裸露类包囊，或以裸露DNADNA的形式直接注入体内，让基因在体内表的形式直接注入体内，让基因在体内表达。达。2.2.间接法间接法即将受体细胞（例如淋巴细胞、骨髓干细胞、皮肤或即将受体细胞（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能基因，然后把这种经纤维细胞等）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移植入患者体内，让外源基因表达。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。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，所产生的性状可代代相传。以校正生殖细胞的缺陷为目标，所产生的性状可代代相传。美国医学家W·F·安德森等人对腺甘脱氨酶缺乏症（ADA缺乏症）的基因治疗，是世界上第一个基因治疗成功的范例。19901990年年99月月1414日，安德森对一例患日，安德森对一例患ADAADA缺乏症的缺乏症的44岁岁女孩女孩谢德尔谢德尔进行基因治疗。这个进行基因治疗。这个44岁女孩由于遗传基因岁女孩由于遗传基因有缺陷，自身不能生产有缺陷，自身不能生产ADAADA，先天性免疫功能不全，，先天性免疫功能不全，只能生活在无菌的隔离帐里。他们将含有这个女孩自只能生活在无菌的隔离帐里。他们将含有这个女孩自己的白血球的溶液输入她左臂的一条静脉血管中，这己的白血球的溶液输入她左臂的一条静脉血管中，这种白血球都已经过改造，有缺陷的基因已经被健康的种白血球都已经过改造，有缺陷的基因已经被健康的基因所替代。在以后的基因所替代。在以后的1010个月内她又接受了个月内她又接受了77次这样的次这样的治疗，同时也接受酶治疗。经治疗后，免疫功能日趋治疗，同时也接受酶治疗。经治疗后，免疫功能日趋健全，能够走出隔离帐，过上了正常人的生活。健全，能够走出隔离帐，过上了正常人的生活。谢德尔，1999异基因脐血干细胞异基因脐血干细胞移植治疗手术。移植治疗手术。7878天后天后,,代表肌肉萎代表肌肉萎缩情况的肌酸磷酸激缩情况的肌酸磷酸激酶从酶从680068