基因重组、基因诊断和基因治疗
基因诊断与基因治疗
应用
基因治疗可用于癌症、遗传性疾病、造血系统疾病、 免疫缺陷疾病等领域的治疗。目前已有部分基因治 疗药物获得上市许可。
技术方法
常见的基因治疗技术方法包括载体介导基因转移、
挑战与前景
基因治疗涉及到许多复杂的技术问题，同时也存在
基因诊断的案例：新冠病毒检测
检测原理
通过PCR技术检测新冠病毒核酸序列。
技术难点
技术方法
包括PCR、Sanger测序、 二代测序、CRISPRCas9等多种技术方法。
挑战与风险
基因诊断可能涉及个 人隐私、知情权等方 面的伦理道德问题， 同时也存在技术标准、 质量控制等方面的挑 战。
什么是基因治疗？
定义
基因治疗是一种将基因或基因产物直接或间接地传 递至患者体内，以期治疗疾病的治疗方法。
基因诊断与基因治疗
在这个快速发展的科技时代，基因诊断和基因治疗成为了医学领域的热点。 本次分享将带您了解基因诊断和基因治疗的定义、应用和挑战，并引领您领 略这项前沿技术的风采。
什么是基因诊断？
定义
基因诊断是通过分析 个体基因或表观基因 组特征，辅助医疗诊 断、疾病预测等医疗 决策过程的手段。
应用
基因诊断可用于肿瘤、 遗传性疾病、染色体 疾病、感染病等疾病 的诊断、预后评估、 治疗反应的监测等领 域。
3
2018年
中国医学科学院医学遗传研究所成功利用CRISPR/Cas9技术将同父异母的HIV患者 的C-C motif chemokine receptor 5（CCR5）基因进行了敲除，推动了基因治疗这一 领域的研究进展。
基因诊断和基因治疗的未来
Hale Waihona Puke 未来发展趋势 精度和效率的提高 技术标准的规范化 伦理道德问题的解决
基因重组应用临床
基因重组应用临床基因重组技术是一种通过人为干预DNA分子，使其产生新的DNA序列，从而改变生物体性状的生物技术。
基因重组技术在人类历史上的发展中发挥了重要作用，尤其是在医学领域。
基因重组技术的应用已经在临床上得到了广泛应用，为人类健康和医学科学的进步做出了重要贡献。
一、基因重组技术的原理基因重组技术是利用DNA分子的可重组性和可复制性设计和构建新的DNA序列，然后将这些新的DNA序列导入到目标细胞中，进而改变细胞的基因组。
基因重组技术主要包括DNA的分离、切割、连接和导入。
通过这些步骤，可以制造出特定的基因组，从而实现对生物体性状的调控和改变。
二、基因重组技术在临床上的应用基因重组技术在临床上的应用已经涉及多个领域，包括基因治疗、基因诊断、药物开发等。
其中，基因治疗是基因重组技术在临床上应用最为广泛的领域之一。
通过基因治疗，科学家可以将正常的基因导入到患有基因缺陷的病人体内，帮助其恢复正常基因功能，从而达到治疗疾病的目的。
基因治疗已经在多种疾病治疗中取得了显著的效果，为顽疾治疗提供了新的方向和希望。
除了基因治疗，基因重组技术还在基因诊断领域有重要应用。
通过基因重组技术可以设计特定的基因探针，用于检测和诊断特定基因的变异。
基因重组技术的应用使得基因诊断变得更加精准和可靠，为疾病的早期诊断和预防提供了有力支持。
此外，基因重组技术还在药物开发领域有着广泛的应用。
利用基因重组技术，科学家可以设计并生产出多种具有特定功能的蛋白质，作为药物的活性成分。
这些基因重组蛋白质可以模拟人体内生物活性物质的功能，从而为药物研发提供了新的思路和手段。
许多重大药物的研发都依赖于基因重组技术，为医药领域的创新和发展做出了重要贡献。
三、基因重组技术面临的挑战与展望尽管基因重组技术在临床上取得了显著的进展，但也面临着一些挑战。
其中，基因治疗的安全性和有效性是目前亟需解决的问题之一。
基因重组技术导入的外源基因在细胞内可能出现意外的后果，如细胞毒性、炎症反应等，这些问题需要进一步研究和改进。
现代生物技术在动物医学中的应用
现代生物技术在动物医学中的应用现代生物技术在动物医学中的应用随着生物技术的不断发展，它已经开始在动物医学领域被广泛应用。
现代生物技术包括分子生物学、基因工程、免疫学和细胞生物技术等，这些技术带来的发现和改进为动物医学和其它医学研究提供了新的方法和思路。
下面将介绍现代生物技术在动物医学领域的应用。
1.生物制药生物制药是指通过基因重组技术和细胞工程技术合成出的具有药物功能的蛋白质。
这种制药方式比传统的化学合成方式更加精确和高效。
在动物医学领域，这种制药方式已被广泛应用，例如通过人工制造干扰素类药物来治疗犬瘟热等狗类疾病。
2.基因诊断和治疗现代生物技术也被用来开发用于基因检测和基因治疗的技术。
基因诊断可以为各种动物的疾病提供准确的诊断方法。
同时，基因治疗可以使用生物技术开发出能够治疗和预防一些遗传性疾病的方法。
例如，可以通过CRISPR/Cas9等技术将正常基因导入到疾病细胞中，从而使得患病动物得到治疗。
3.生物标记生物标记是基于抗原-抗体相互作用的技术，用于检测某些特定物质，例如微生物或癌细胞，从而诊断疾病。
这种标记技术已广泛应用于动物疾病的诊断和治疗。
例如，狗瘟热正常情况下要对犬体内的病毒进行显微镜检查，但是这种方法很费时间，并且精度不高。
通过使用生物标记的方法，可以快速而准确地进行狗瘟热的检测。
4.转基因动物生物技术也被用来制造转基因动物。
这种技术可以把外来基因加入到动物细胞中，从而可以用于新型药物的研发，或者用于生物学研究等方面。
在动物医学领域，转基因技术可以用于制作新型的免疫性疫苗，或者制造可以产生人类疾病相关蛋白的转基因动物模型，从而加速治疗和疾病预防的研究。
总之，现代生物技术已经被广泛应用于动物医学领域，为各种动物疾病的治疗和预防提供了新的思路和方法。
以生物制药、基因诊断和治疗、生物标记以及转基因动物为例，它们展示了生物技术在动物医学中的多方面应用。
重大疾病的基因诊断和治疗
重大疾病的基因诊断和治疗近年来，重大疾病已成为全球人类面临的严峻挑战之一。
在没有有效治疗手段的情况下，基因诊断和个体化治疗成为治疗疾病的一种重要方式。
下面就重大疾病的基因诊断和治疗展开论述。
一、基因诊断随着科学技术的不断发展，基因诊断已经飞速发展。
由于人每个品种生物体的基因不同，基因诊断可以非常准确的制定个体化的治疗方案。
基因诊断是利用分子生物学技术，从基因和其产物中获得人或动物患病的信息来诊断疾病。
目前常用的基因诊断技术包括PCR，基因芯片，二代测序等技术。
二、基因治疗基因治疗是通过插入、替换或靶向基因修复等方法来治疗疾病的一种新型治疗方法。
常用的基因治疗方法包括基因替换和基因修复。
（一）基因替换基因替换是将正常的基因导入到患者体内取代异常基因，使正常基因发挥作用。
这种治疗方法适用于单基因遗传性疾病，如血友病、组胺产生过度、囊性纤维化等。
（二）基因修复基因修复是通过将异位序列与患者的发生变异基因进行杂交，使基因变异修复或修正。
这种治疗方法适用于可逆性基因修复，不适用于基因缺失、基因丢失、基因活性水平下降等无法的基因修复。
三、基因诊断与治疗的意义目前各种高危人群及疾病的预警方法正在渐渐地形成。
而随着对基因和其产物的认识深入，各种疾病的治疗方式也逐步探索。
通过基因诊断和治疗，可以帮助患者及时发现疾病隐患，采取有效治疗措施，避免疾病的产生。
比如说，基因诊断能够帮助家族中有遗传病史的患者进行基因检测，了解自己患病的可能性，从而及早采取预防措施。
基因治疗目前仍处于实验阶段，但短期内它的应用前景不容乐观。
即便基因治疗可以解决问题，但尚有许多不确定性，如长期安全性、制定治疗方案的可行性等。
因此,必须进行更深入的研究,以确保基因治疗的可靠性、有效性和安全性。
另外，需要提高医务人员和公众对基因诊断和治疗的深入了解和认识，以便更好地推广和应用这种治疗方式。
总之，对于掌握新型基因诊断和治疗技术的医生，他们的发现和经验是非常宝贵的。
基因工程在生物医学工程中的应用
基因工程在生物医学工程中的应用随着科技的不断发展和进步，基因工程技术在生物医学工程领域中的应用越来越广泛。
基因工程是指将DNA分子从一种生物体中转移至另一种生物体中，然后对这些基因进行DNA重组、修饰、克隆等技术的过程。
在生物医学工程中，基因工程技术的应用主要包括基因诊断、基因治疗、制药和基因工程细胞制造。
一、基因诊断基因诊断是通过对人体基因进行检测，以确定某些疾病的风险，或对已经确诊的病情进行进一步的诊断和分析。
近年来，随着基因测序技术的飞速发展，基因诊断技术的应用范围也逐渐扩大。
医生们可以通过对患者的基因进行分析，发现隐藏在基因里的疾病风险和患病机制，从而帮助患者更好地控制疾病进展。
基因测序技术不仅可以用于筛查患者是否携带疾病相关的遗传因子，还可以用来帮助医生更加精准的制定治疗方案。
对于基因检测结果阳性的患者，医生们可以根据其基因组信息，针对个体差异性进行个性化治疗，提高治疗效果和临床疗效。
二、基因治疗基因治疗是指通过修改患者的基因序列，以治疗某些基因相关性疾病的方法。
基因治疗的种类多样，包括基因替换、基因添加、基因编辑等。
其中最常见的基因治疗方式是基因替换，即通过将健康的基因插入到患者的基因组中，以取代原来有缺陷的基因，从而治疗疾病。
基因治疗的应用领域十分广泛，包括癌症、遗传性疾病、免疫疾病、心血管疾病等。
在一些罕见遗传性疾病的治疗方面，基因治疗的效果尤为突出。
以外科学家李小冉为例，他成功地运用基因治疗技术，挽救了一名患有重度贫血病的8岁男孩的生命。
但随着基因治疗的发展，也面临着还需要进一步研究的诸多问题。
如何选择正确的基因治疗方法？如何确保基因治疗的安全性？这些都需要科学家们进一步的研究和探索。
三、制药基因工程技术在制药领域中的应用主要包括基因重组蛋白制药和基因工程疫苗的制备。
基因重组蛋白制药是指通过基因工程技术，将人体自身无法制造的重组蛋白质合成出来，制成药物。
例如，丙型肝炎病毒的基因工程疫苗就是通过基因工程技术制备而成的。
生物学知识点 基因工程
生物学知识点基因工程基因工程是生物学中的一个重要分支，它涉及到对基因的操作和改造，以达到改良生物体的目的。
本文将介绍基因工程的基本概念、技术方法以及应用领域。
一、基因工程的概念与原理基因工程是指通过对生物体的基因进行人为的操作和改造，以达到改良生物体的目的的一门学科。
其基本原理是利用现代分子生物学的技术手段，对生物体的基因进行剪接、克隆、转移等操作，从而实现对生物体特性的调控和改变。
基因工程的核心技术是基因重组技术，即将不同生物体的基因进行重组，形成新的基因组合，然后将其导入目标生物体中，使其表达出新的特性。
基因重组技术主要包括以下几个步骤：1. DNA提取：从生物体中提取出含有目标基因的DNA片段。
2. 基因剪接：利用限制酶将目标基因与载体DNA进行剪接，形成重组DNA。
3. 转化：将重组DNA导入到宿主细胞中，使其表达出目标基因。
4. 选择与筛选：通过选择性培养基或标记基因等方法，筛选出带有目标基因的转基因细胞或生物体。
5. 鉴定与分析：对转基因细胞或生物体进行鉴定和分析，确认其是否成功表达目标基因。
二、基因工程的应用领域1. 农业领域：基因工程在农业领域的应用十分广泛。
通过基因工程技术，可以改良农作物的抗病性、耐逆性和产量等性状，提高农作物的品质和产量。
例如，转基因水稻可以提高抗虫性和耐盐碱性，转基因玉米可以提高抗除草剂和杂草的能力。
2. 医学领域：基因工程在医学领域的应用主要包括基因治疗和基因诊断。
基因治疗是指利用基因工程技术，将正常的基因导入到患者体内，以治疗遗传性疾病或其他疾病。
基因诊断是指通过对患者的基因进行检测和分析，以确定患者是否携带某种疾病的遗传基因。
3. 环境保护领域：基因工程可以应用于环境污染治理和生物修复。
通过基因工程技术，可以改造微生物，使其具有降解有机污染物的能力，从而实现对环境污染物的清除和修复。
4. 工业领域：基因工程在工业领域的应用主要包括生物制药和生物能源。
分子生物学实验基础知识
分子生物学实验基础知识分子生物学是在生物化学基础上发展起来的，以研究核酸和蛋白质结构、功能等生命本质的学科，在核酸、蛋白质分子水平研究发病、诊断、治疗和预后的机制。
其中基因工程（基因技术，基因重组）是目前分子生物学研究热点，这些技术可以改造或扩增基因和基因产物，使微量的研究对象达到分析水平，是研究基因调控和表达的方法，也是分子水平研究疾病发生机制、基因诊断和基因治疗的方法。
转化（trans formation）、转染、转导、转位等是自然界基因重组存在的方式，也是人工基因重组常采用的手段。
基因重组的目的之一是基因克隆（gene clone），基因克隆可理解为以一分子基因为模板扩增得到的与模板分子结构完全相同的基因。
使需要分析研究的微量、混杂的目的基因易于纯化，得以增量，便于分析。
外来基因引起细胞生物性状改变的过程叫转化（transformation），以噬菌体把外源基因导入细菌的过程叫转染（transfection）。
利用载体（噬菌体或病毒）把遗传物质从一种宿主传给另一种宿主的过程叫转导（transduction）。
一个或一组基因从一处转移到基因组另一处的过程叫转位（transposition），这些游动的基因叫转位子。
一、基因工程的常用工具（一）载体载体（Vector）是把外源DNA（目的基因）导入宿主细胞，使之传代、扩增、表达的工具。
载体有质粒（plasmid）、噬菌体、单链丝状噬菌体和粘性末端质粒（粘粒）、病毒等。
载体具有能自我复制；有可选择的，便于筛选、鉴定的遗传标记；有供外源DNA插入的位点；本身体积小等特征。
质粒存在于多种细菌，是染色体（核）以外的独立遗传因子，由双链环状DNA组成，几乎完全裸露，很少有蛋白质结合。
质粒有严紧型和松弛型之分。
严紧型由DNA多聚酶Ⅲ复制，一个细胞可复制1-5个质粒。
而松弛型由DNA多聚酶Ⅰ复制，一个细胞可复制30-50个质粒，如果用氯霉素可阻止蛋白质合成，使质粒有效利用原料，复制更多的质粒。
高三生物 基因诊断和基因治疗
2.基本原理
利用碱基的互补配对原则
3.常用方法
核酸分子杂交技术 聚合酶链反应(PCR)
基因测序
二:基因诊断在临床上的应用
传统诊断方法的缺陷
基因诊断特点 应用实例
传统诊断方法的缺陷
传统的疾病诊断方法大多为“表型诊 断”，以疾病或病原体的表型为依据.而 表型的改变在多数情况下是非特异的， 出现的时间也较晚，易错过治疗的最佳 时期.某些疾病本身不呈现显著的表型改 变，用传统的检测方法易出现“假阴 性”.另外，传统诊断方法费时，精确度 低
※高效专一的基因转移方法
※基因转移后对组织、细胞无害
※在动物模型实验中具有安全、有效的治疗效果
※临床试验或应用前需向国家有关审批部门报批
4.基本步骤
选择治疗基因 选择运输治疗基因 的载体,将治疗基因 转入患者体内
治疗基因的表达
基因治疗实例1
实例2.
现实中的 问题 2000年9月,一位18岁的美国女孩 在接受腺病毒介导的基因治疗中 死于严重的过敏反应.这个悲剧 性的事件,使人们对以病毒为载体 的基因治疗的安全性提出了质疑
基因诊断特点
①以基因作为检查材料和探查目标， 属于“病因诊断”，针对性强 ②分子杂交技术选用特定基因序列作 为探针，具有很高的特异性 ③分子杂交和聚合酶链反应都具有放 大效应，诊断灵敏度很高 ④适用性强，诊断范围广，检测目标 可为内源基因也可为外源基因
应用实例
(一)遗传病的产前诊断
通过基因诊断,可检测胎儿性别,这对 与性染色体有关的遗传病的诊断是 十分必要的.对于高发性的遗传病,如 地中海贫血、镰刀状贫血、凝血因 子缺乏等基因诊断已在临床应用多 年,为优生优育作出了贡献
2.基本原理
基因治疗的基本原理来源于人类对自身遗 传机制的了解.基因作为机体内的遗传单位， 不仅可以决定我们的相貌、高矮，而且它 的异常变化将会不可避免的导致各种疾病. 基因治疗就是利用分子生物学技术，将正 常的基因直接或间接转入细胞中以修补错 误基因
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• DNA聚合酶Ⅰ
• 逆转录酶
• T4DNA连接酶
• 碱性磷酸酶 • 末端转移酶 • Taq DNA聚合酶
目录
重组DNA技术中常用的工具酶
工具酶 功 能
限制性核酸内切酶
DNA连接酶 DNA聚合酶Ⅰ
识别特异序列，切割DNA
催化DNA中相邻的5´磷酸基和3´羟基末端之间形成磷酸 二酯键，使DNA切口封合或使两个DNA分子或片段连接 合成双链cDNA分子或片段连接 ② 缺口平移制作高比活探针 ③ DNA序列分析 ④ 填补3´末端
催化多聚核苷酸5´羟基末端磷酸化，或标记探针 在3´羟基末端进行同质多聚物加尾 切除末端磷酸基
目录
限制性核酸内切酶
定义 限 制 性 核 酸 内 切 酶 (restriction
endonuclease, RE)是识别DNA的特异序列, 并
在识别位点或其周围切割双链 DNA的一类内切酶。
Bam
HⅠ GGATCC CCTAGG G GATCC + CCTAG G
（一） DNA克隆
克隆(clone) 来自同一始祖的相同副本或拷贝的集合。 获取同一拷贝的过程称为克隆化(cloning)， 即无性繁殖。
目录
技术水平：分子克隆(molecular clone) 即DNA 克隆 细胞克隆 个体克隆（动物或植物）
目录
DNA克隆 应用酶学的方法，在体外将各种来源的遗传
基因重组、基因诊断和基因治疗
Genetic Recombination, Genetic diagnosis and gene thereapy
目 录
第 一小节
DNA的重组
DNA Recombination
目录
DNA重组
同源重组 (homologous recombination) 接合作用 (conjugation) 转化作用 (transformation) 转导作用 (transduction) 位点特异的重组(site-specific recombination) 转座 (transposition)
物质（同源的或异源的、原核的或真核的、天然
的或人工的 DNA ）与载体 DNA 接合成一具有自
我复制能力的DNA分子——复制子(replicon)，
继而通过转化或转染宿主细胞，筛选出含有目的
ห้องสมุดไป่ตู้
基因的转化子细胞，再进行扩增提取获得大量同
一 DNA 分 子 ， 也 称 基 因 克 隆 或 重 组 DNA (recombinant DNA) 。
工程公司，专门应用重组DNA技术制造医学上重要的药物。
1980年 开始建造第一家应用重组DNA技术生产胰岛素的工厂 1997年 英国罗林研究所成功的克隆了多莉
目录
本节主要内容 • 相关概念
– DNA克隆 – 工具酶 – 目的基因 – 基因载体
• 基本原理 • 重组DNA技术与医学的关系
目录
一、重组DNA技术相关概念
目录
第一小节 重组DNA技术
DNA Recombination Technique
目录
重组DNA技术的发展史
1865年 G.J.Mendel的豌豆杂交试验 1944年 O.T.Avery的肺炎球菌转化实验
1973年 美国斯坦福大学的科学家构建第一个重组DNA分子
1977年 美国南旧金山由博耶和斯旺森建立世界上第一家遗传
目录
1. 质粒 (plasmid)
特点 能在宿主细胞内独立自主复制；带有某 些遗传信息, 会赋予宿主细胞一些遗传性状。
目录
目 录
目录
2. 噬菌体(phage)
λ 噬菌体DNA改造系统 λ gt系列（插入型，适用cDNA克隆）
EMBL系列（置换型，适用基因组克隆）
M13噬菌体DNA改造系统（含lacZ基因） M13mp系列 pUC系列
• cDNA (complementary DNA)
• 基因组DNA (genomic DNA)
目录
（四）基因载体
定义
为携带目的基因，实现其无性繁殖或 表达有意义的蛋白质所采用的一些DNA分 子。 常用载体 质粒DNA 噬菌体DNA 病毒DNA
目录
克隆载体(cloning vector)
为使插入的外源DNA序列被扩增而特意
目录
3. 粘性质粒(cosmid)
目录
其他
①
Klenow片段
又名DNA聚合酶I大片段，具有完整DNA聚合酶I的53 聚合、35外切活性，而无53外切活性。常用于 cDNA第二链合成，双链DNA 3末端标记等 合成cDNA ② 替代DNA聚合酶I进行填补，标记或DNA序列分析
①
反转录酶 多聚核苷酸激酶 末端转移酶 碱性磷酸酶
目录
生物技术工程: 基因工程、蛋白质工程、 酶工程、细胞工程等 基因工程(genetic engineering) —— 实 现基因克隆所用的方法及相关的工作称基因工
程，又称重组DNA工艺学。
目的 ① 分离获得某一感兴趣的基因或DNA ② 获得感兴趣基因的表达产物（蛋白质）
目录
（二）工具酶
• 限制性核酸内切酶
设计的载体称为克隆载体。 表达载体(expression vector) 为使插入的外源DNA序列可转录翻译成 多肽链而特意设计的载体称为表达载体。
目录
载体的选择标准
• 能自主复制； • 具有两个以上的遗传标记物，便于重组体 的筛选和鉴定； • 有克隆位点（外源DNA插入点），常具有 多个单一酶切位点，称为多克隆位点； • 分子量小，以容纳较大的外源DNA。
目录
Ⅱ类酶识别序列特点—— 回文结构 (palindrome)
GGATCC CCTAGG 切口 ：平端切口、粘端切 口
目录
Hind
Ⅱ
Bam
HⅠ
GTCGA C CAGCT G
GGATCC CCTAG G
平端切口
GTC GA CA + C G CTG
G + GATCC CCTAG G
粘端切口
目录
（三）目的基因
目录
分类
Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ （基因工程技术中常用Ⅱ型）
作用 与甲基化酶共同构成细菌的限制修 饰 系 统 ， 限 制 外 源 DNA ， 保 护 自 身
DNA。
目录
命名
Hin
dⅢ
属 序 系 株
Haemophilus influenzae d株 流感嗜血杆菌d株的第三种 酶
第一个字母取自产生该酶的细菌属名，用大写； 第二、第三个字母是该细菌的种名，用小写； 第四个字母代表株； 用罗马数字表示发现的先后次序。