基因工程抗体课件
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高中生物基因工程课件
毒性和提高免疫原性。
基因工程疫苗的应用
03
预防传染病，如乙型肝炎疫苗、人乳头瘤病毒疫苗等，降低人
群发病率。
基因工程抗体
基因工程抗体的种类
包括单克隆抗体、双特异性抗体、人源化抗体等。
基因工程抗体的制备
通过基因工程技术克隆和表达抗体的重链和轻链可变区基因，与适 当的恒定区基因融合，在哺乳动物细胞中表达。
公众参与与透明度
加强公众参与和透明度，促进利益相关方的对话 和协商，共同制定符合各方利益的决策。
3
国际合作与协调
加强国际合作与协调，共同制定国际性的伦理准 则和法律法规，促进全球范围内的公平和平等。
谢谢
THANKS
生物固氮
通过基因工程技术将固氮基因转入植物，提高植 物的固氮能力，减少化肥使用。
生物农药
通过基因工程技术生产具有杀虫、杀菌作用的生 物农药，减少化学农药的使用。
基因编辑技术
利用基因编辑技术如CRISPR-Cas9等对作物进行 精确的基因改造，提高作物的抗逆性和产量。
05 基因工程与环境保护
CHAPTER
生物的遗传性状。
基因工程原理
基因工程基于分子生物学和遗传学 原理，通过改变生物体的基因组， 实现对生物性状的遗传改良。
基因工程操作步骤
基因工程的操作步骤包括基因克隆 、载体构建、受体细胞转化、基因 表达和产物分离纯化等。
基因工程的历史与发展
基因工程的起源
基因工程的未来发展
基因工程起源于20世纪70年代，当时 科学家发现了限制性内切酶和DNA连 接酶，为基因操作提供了工具。
基因工程在土壤修复中的应用
土壤修复是指通过各种手段改善土壤质量，降低土壤污染 对环境和人体健康的影响。基因工程技术可以帮助我们培 育出具有特定功能的植物，用于土壤修复。
基因工程抗体片段课件
• 3）能有效地穿过血脑屏障：有望成为治疗神经 性疾病和脑肿瘤的新药
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基因工程抗体片段
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VHH稳定的机制
• 传统抗体的VH 和VL 区通过疏水作用形成稳 定结构，而重链抗体则通过选择性突变VHH 胚系基因中几个功能位点，使其形成较高的亲 水性表面，可在缺失VL 条件下保持结构稳定；
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基因工程抗体片段
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基因工程抗体片段
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VHH 胚系基因序列特性
• 1）对骆驼VHH 胚系基因序列分析发现， VHH 与人源VH 基因Ⅲ家族序列具有较 高的同源性；
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基因工程抗体片段
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• 2）比较人类和骆驼IgG 重链可变区发现，在框架
FR2 区的氨基酸组成中，有4 个氨基酸显著不同。这 4 个氨基酸在VH 和VHH 中分别是V42F 或V42Y， G49E，L50R 和W52G，，
• 是含有完整抗原结合部位的最小抗体片段；
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基因工程抗体片段
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ScFV的功能
• 1）用于治疗：可进人一般抗体不能达到的部 位, 如蛋白偶联受体、酶活性部位和病毒表面 的腔囊等；
• 2）多肽接头可设计为具有特殊功能的位点： 多肽接头是单链抗体的独特组成,可设计为具 有特殊功能的位点：如金属赘合、连接毒素或 药物等, 用于影像和临床治疗；
基因工程抗体片段之前奏曲 ———小分子抗体
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基因工程抗体片段
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第一代小分子抗体———抗原结合片段 ( fragment with antigen binding，Fab重链的VH + CH1构成， 其大小为完整抗体的1/3,约55KD；
基因工程-课件ppt
(7)用于载体的质粒 DNA 分子上至少含一个限制酶识别位点(√ )
(8)载体的作用是携带目的基因导入受体细胞中，使之稳定存在
并表达
(√)
在日常生 活中， 随处都 可以看 到浪费 粮食的 现象。 也许你 并未意 识到自 己在浪 费，也 许你认 为浪费 这一点 点算不 了什么
2．载体需具备的条件及其作用(连线)
对点落实
返回
1．(2016·全国卷Ⅲ)图(a)中的三个 DNA 片段上依次表示出了
EcoR Ⅰ、BamH Ⅰ和 Sau3AⅠ三种限制性内切酶的识别序列
与 切 割 位 点 ， 图 (b) 为 某 种 表 达 载 体 的 示 意 图 ( 载 体 上 的
EcoRⅠ、Sau3AⅠ的切点是唯一的)。
↓
↓
↓
——GAATTC—— ——GGATCC—— ——GATC——
返回
(2)写出产生的末端的种类：①产生的是黏性末端；②产生的 是 平末端 。 (3)EcoRⅠ限制酶和 SmaⅠ限制酶识别的碱基序列 不同，切割 位点不同 (填“相同”或“不同”)，说明限制酶具有专一性 。
在日常生 活中， 随处都 可以看 到浪费 粮食的 现象。 也许你 并未意 识到自 己在浪 费，也 许你认 为浪费 这一点 点算不 了什么
图(b)
图(c)
(3)DNA 连接酶是将两个 DNA 片段连接起来的酶，常见的
有__E_·_c_o_l_i__D_NA_连__接__酶_和____T_4D_N_A_连___接__酶___，其中既能连接黏 性末端又能连接平末端的是__T_4D_N_A__连__接__酶___。
解析
在日常生 活中， 随处都 可以看 到浪费 粮食的 现象。 也许你 并未意 识到自 己在浪 费，也 许你认 为浪费 这一点 点算不 了什么
基因工程抗体PPT课件
肿瘤的体内显像诊断 病毒的诊断和抗病毒感染 血液性疾病的诊断
cover illustration Antibody single-chain fragment stability-engineered by point mutations (A) and by a CDR-graft to the most stable human consensus framework (B). Insufficient thermodynamic stability can limit the use of particular antibody fragments as targeting moieties in therapeutic constructs, such as e.g. immunotoxins or immunoliposomes. This limitation can be overcome by a graft of the antigen combining site to a more stable antibody framework. However, such grafts sometimes fail to reach the superior stability of the acceptor framework. Comparison with the stabilization obtained with a set of designed point mutations shows that this is not always due to destabilizing interactions within the complementary determining regions, but to subtle structural differences between different classes of antibody frameworks that introduce strain in CDR grafts to divergent frameworks. For further details please see Kügler et al. (pp.135–148) and Honegger et al. (pp. 121–134).
cover illustration Antibody single-chain fragment stability-engineered by point mutations (A) and by a CDR-graft to the most stable human consensus framework (B). Insufficient thermodynamic stability can limit the use of particular antibody fragments as targeting moieties in therapeutic constructs, such as e.g. immunotoxins or immunoliposomes. This limitation can be overcome by a graft of the antigen combining site to a more stable antibody framework. However, such grafts sometimes fail to reach the superior stability of the acceptor framework. Comparison with the stabilization obtained with a set of designed point mutations shows that this is not always due to destabilizing interactions within the complementary determining regions, but to subtle structural differences between different classes of antibody frameworks that introduce strain in CDR grafts to divergent frameworks. For further details please see Kügler et al. (pp.135–148) and Honegger et al. (pp. 121–134).
克隆抗体与基因工程抗体
03 克隆抗体与基因工程抗体 的比较
制备方法的比较
克隆抗体
通过动物免疫反应，提取B淋巴细胞，分离出单克隆抗体。
基因工程抗体
利用重组DNA技术，设计和构建抗体基因，在细胞或微生物中表达抗体。
特异性的比较
克隆抗体
通常具有高特异性，针对特定抗原表位。
基因工程抗体
可以通过基因突变和亲和力成熟进一步提高特异性，实现更精细的抗原识别。
基因工程抗体的定义
基因工程抗体是指利用基因工程技术，在体外对免疫系统进行模拟或对抗体基因进 行克隆和表达，进而获得的抗体分子。
基因工程抗体是通过人工方法将抗体的基因进行重组、克隆和表达，从而在体外获 得具有特定结构和功能的抗体分子。
基因工程抗体可以克服传统抗体制备方法的限制，实现大规模、高效、定向的抗体 生产。
将产生抗体的B细胞与骨髓瘤细胞融合，形成杂交瘤细胞，通过筛 选和培养获得稳定产生单克隆抗体的杂交瘤细胞株。
转基因技术
将抗体基因克隆到表达载体中，转染到宿主细胞中，通过表达和纯 化获得抗体分子。
噬菌体展示技术
利用噬菌体展示技术将抗体片段展示在噬菌体表面，通过筛选获得 具有特异性的抗体分子。
02 基因工程抗体的概念
新型克隆抗体的研
发
针对不同疾病和靶点，研发具有 特殊功能的新型克隆抗体，以满 足临床治疗和诊断的需求。
降低免疫原性
通过基因工程手段对克隆抗体进 行改造，降低其免疫原性，提高 其在临床应用中的安全性和有效 性。
基因工程抗体的发展方向
1 2 3
人源化抗体
通过基因工程技术将鼠源抗体的可变区与人源抗 体的恒定区进行重组，形成人源化抗体，降低免 疫排斥反应。
克隆抗体与基因工程抗体
《基因工程抗体》PPT课件
（三）单链抗体（single-chain antibody
） • 又称FV分子。
• 目的：基因工程手段构建更小的具有结合抗原能力的抗体片段，即FV分子或单链抗体 蛋白。
• 本质：是由VL区氨基酸序列与VH区氨基酸序列经肽连接物（linker）连接而成。此外肽 连接物还可将药物、毒素或同位素与单链抗体蛋白相融合。
优点
• 这类抗体具有分子量小，作为外源性蛋白的免疫原性较低；在血清中比完整的单 克隆抗体或F(ab)2片段能更快地被清除；无Fc片段，体内应用时可避免非特异性 杀伤；能进入实体瘤周围的微循理：可将抗体分子的部分片段（如V区或C区）连接到与抗体无关的序列上（如 毒素），就可创造出一些Ig相关分子
• 催化抗体制备技术的开发预示着可以人为生产适应各种用途的，特别是自然界不存在 的高效催化剂，对生物学、化学和医药等多种学科有重要的理论意义和实用价值。
（二）催化抗体的制备
• 催化抗体（抗体酶）技术是化学和免疫生物学的研究成果在分子水平交叉渗透的产物 ，是将抗体的极其多样性和酶分子的巨大催化能力结合在一起的蛋白质分子设计的新 方法，故而显示出较高的理论和实用价值，成为酶工程领域中的研究热点。
2. 导入骨髓瘤细胞，使之表达嵌合重链 3. 再将小鼠杂交瘤细胞的Ig VL基因与人的CL基因相连 4. 转染含嵌合重链的小鼠骨髓瘤细胞 5. 筛选分泌鼠－人嵌合抗体的骨髓瘤细胞
所分泌的嵌合抗体与原杂交瘤细胞分 泌的抗体特异性和亲和力相同，但减 少了抗体中的鼠源性成分
（二）重构抗体（reshaping anti body）
基因工程抗体
（genetic engineering antibody）
• 随着DNA重组技术以及其它分子生物学技术的发展，人们利用基因工程技术来制备抗体 分子，这种抗体分子称为基因工程抗体，这是分子水平的抗体。
基因工程抗体和抗体工程
2023-10-30contents •基因工程抗体概述•基因工程抗体技术•抗体工程技术•基因工程抗体和抗体工程的应用•未来展望与挑战目录01基因工程抗体概述基因工程抗体是指通过基因工程技术对抗体基因进行改造或合成，以产生具有特定性能的抗体分子。
基因工程抗体是通过操作DNA分子层面，根据需求对抗体基因进行各种形式的改造，如插入、敲除或突变等，以获得具有特定性能或去除不良特性的抗体。
基因工程抗体的定义基因工程抗体的种类将鼠源性抗体的人源化改造，使其具有人抗体的亲和性和特异性，同时降低鼠源性抗体的免疫原性。
人源化抗体单克隆抗体双特异性抗体突变体抗体通过杂交瘤技术，将鼠源性的B细胞和骨髓瘤细胞融合，产生的杂交瘤细胞能产生单一抗体的克隆。
具有识别两种不同抗原表位的抗体，通常用于肿瘤免疫治疗和自身免疫性疾病的治疗。
通过基因突变技术，改造抗体分子的结合位点，以获得更强的亲和力、更高的稳定性或降低免疫原性。
基因工程抗体可以用于肿瘤免疫治疗，如靶向肿瘤细胞的抗体-药物偶联物(ADC)，通过将细胞毒性药物偶联到抗体上，实现定向杀伤肿瘤细胞。
肿瘤免疫治疗基因工程抗体可以用于治疗自身免疫性疾病，如类风湿性关节炎、系统性红斑狼疮等，通过抑制或调节免疫反应达到治疗目的。
自身免疫性疾病治疗基因工程抗体可以作为疫苗的一部分，通过刺激机体产生特异性抗体来增强免疫力。
疫苗开发基因工程抗体的应用02基因工程抗体技术从免疫原刺激的B细胞中提取抗体基因，包括重链和轻链可变区基因。
抗体基因的获取将抗体基因与适当的载体连接，构建成表达载体。
载体构建将表达载体导入合适的宿主细胞，如细菌、酵母或哺乳动物细胞系。
转化宿主细胞在宿主细胞中表达抗体，通常以融合蛋白的形式存在。
抗体表达抗体基因的克隆和表达抗体库的建立和筛选抗体筛选通过亲和力、特异性等指标筛选出高亲和力和高特异性的抗体。
抗体库的建立通过PCR扩增抗体基因，构建成多样性抗体库。
B细胞克隆从免疫动物的脾脏或淋巴结中提取B细胞，并克隆化。
基因工程抗体
由一个仅识别一种抗原表位的B 细胞克隆产生的同源抗体，为单克隆抗体（McAb）。
其理化性状高度均一，抗原结合部位和同种型都相同，生物活性专一，特异性强，纯度高，有效抗体含量高，无效蛋白含量少，易于实验标准化和大量制备。
单克隆抗体在医学领域中有广泛的应用。
基因工程抗体(genetic engineering antibody)又称重组抗体，在充分认识Ig(immunoglobulin)的基因结构和功能基础上，应用DNA 重组和蛋白质工程技术，按人们的意愿在基因水平上对编码Ig分子基因进行切割、拼接与修饰等，并导入受体细胞，使之表达出新型抗体分子。
该抗体保留了天然抗体的特异性和主要生物学活性，减少或去除了无关结构，更接近人的Ig，第一节杂交瘤技术的基本原理杂交瘤技术的基本原理是通过融合两种细胞后同时保持两者的主要特征。
当两个细胞紧密接触时候，其细胞膜可能融合在一起。
融合细胞含有两个不同的细胞核，称为异核体(heterokaryon)，产生具有原来两个细胞基因信息的单个核细胞，称为杂交细胞(hybid cell)，包括B 淋巴细胞杂交细胞和T淋巴细胞杂交细胞。
一、B淋巴细胞杂交瘤技术该技术中采用的两株细胞分别是经抗原免疫的小鼠脾细胞和小鼠骨髓瘤细胞。
前者的主要特征是它的抗体分泌功能，但在体外不能长期生长；而后者则可在体外培养无限分裂增殖，二者杂交融合，形成在体外无限增殖分裂并产生McAb 的杂交瘤细胞。
其原理如下：（一）细胞的选择与融合融合细胞一方为经过抗原免疫的B 细胞，通常来源于免疫动物的脾细胞；另一方则是具有永生性的肿瘤细胞，选择同一体系的细胞可增加融合的成功率。
浓度为40％(W／V)的聚乙二醇PEG1000~2000)是目前最常用的细胞融合剂。
（二）选择培养基的应用细胞融合是一个随机的物理过程。
经融合过程后细胞将有多种形式出现，须进行特别的筛选得到融合的脾细胞与瘤细胞。
HAT培养基应用原理：细胞的DNA合成一般有两条途径。
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免疫球蛋白的功能区
免疫球蛋白的水解片段
complimentarity determining region,
CDR
hypervarible region (HVR) (complimentarity determining region, CDR) : formation of the Ag binding site
1975年Kö hler and Milstein等首次利用B淋巴细胞 杂交瘤技术制备出单克隆抗体 (monoclonal antibody, MAb)。 1994年基因工程抗体。
1、多克隆抗体(polyclonal antibody; PcAb)
多价抗原
多个克隆 （致敏的B细胞）
多克隆抗体
单抗制备的流程图
实际意义：
（1）抗原的纯化和结构分析； （2）细胞发生、分化及功能的阐明； （3）临床疾病的诊断和治疗， 如：免疫分子检测； 免疫导向药物治疗恶性肿瘤 --- McAb抗癌药物(毒素或 放射核素偶联)。
多克隆抗体与单克隆抗体的比较
多克隆抗体 来源 动物免疫血清、恢复期病人血 清或免疫接种人群 特点 来源广泛、制备容易 组成 针对不同抗原表位的抗体的混 合物 单克隆抗体 多为鼠源性 纯度高、特异性强、效价高、少 或无血清交叉反应 针对单一表位，结构和组成高度 均一，抗原特异性及同种型一致
Susumu Tonegama ,1987, structure of Ig gene
Nobel Prize winners
免疫球蛋白的功能
Orthoclone ReoPro Rituxan Zenapax Simulect Synagis Remicade Herceptin Mylotarg Campath-1H Zevalin
在Ig分子多肽 链中，κ型、λ 型轻链和Ig的 重链分别写作 Igκ、Igλ和IgH， 基因依次写作 IGK、IGL和 IGH，其分别 位于第2、22 和14号染色体 上。
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V区编码基因: VH (可变区) ----- 48 DH (多样性区) ----- 23 JH (连接区) ----- 6
人杂交瘤技术未获真正突破原因:融合率低、 建株难、不稳定、产量低、人体不能随意 免疫 新思路：尽量减少抗体中的鼠源成分，但又 尽量保留原有的抗体特异性。 基因工程抗体：根据研究者的意图，采用基 因工程方法，在基因水平，对免疫球蛋白 基因进行切割、拼接或修饰后导入受体细 胞进行表达，产生新型抗体，主要包括嵌 合抗体、人源化抗体、小分子抗体、抗体 融合蛋白和双特异性抗体。
antibody
antigen
antigen-antibody complex:
epitope
purple : HV CDR ( in both the ribbon and ball and stick views) green : antigen HV sequences contact the antigen.
基 因 工 程 抗 体
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1 小分子抗体
基 因 工 程 改 造 的 抗 体
2
3 鼠单抗人源化
第一代的抗体人源化—嵌合抗体
从杂交瘤细胞分离出鼠 MAb 功能 性可变区基因，与人Ig恒定区（决定 免疫原性）基因连接，插入适当表达 载体，转染宿主细胞，表达人 - 鼠嵌 合抗体。嵌合抗体由于这两部分在空 间结构上相对独立，其独特的抗体亲 和力保持得很好，但因鼠单抗可变区 的存在，应用时仍有较强的免疫排斥 反应。
C区编码基因: CH (恒定区): Cμ, Cδ, Cγ等10个片段
Cμ
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V区编码基因: ---- V, J --- 40, 5 ---- V, J --- 30, 4 C区编码基因: C (1); C(4)
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二、细胞工程抗体和基因工程ຫໍສະໝຸດ 体抗体技术的发展经历了三个阶段
第一代：多克隆抗血清
移植排斥 心绞痛 B细胞非霍奇金淋巴瘤 移植排斥 移植排斥 婴儿呼吸道合胞病毒 类风湿关节炎 乳腺癌 急性复发性髓性白血病 难治性慢性淋巴细胞白血病 难治性B细胞非霍奇金淋巴瘤
1986 1994 1997 1997 1998 1998 1998 1998 2000 2001 2002 5
一 抗体分子结构
应用 疾病的被动免疫治疗
疾病诊断、特异性抗原或蛋白的 检测和鉴定、疾病的被动免疫治 疗和生物导向药物制备
缺点 特异性不高、易发生交叉反应， 人体应用后可导致人鼠抗体反应 不易大量制备
单抗体内应用和疗效受限原因：
1.鼠源性单抗对人体有较强的免疫原性 2.注入人体的单抗在肿瘤部位的摄取量 甚少 3.生产成本高,难于普及应用
Paul Ehrlich , 1908, Emil von Behring, 1901, production of antitoxins antibody
Georeges Kohler and Cesar Milstein, 1984, monoclonal antibody
Gerald Edelman and Rodney Porter, 1972, structure of antibody
第二代：细胞工程抗体 第三代：基因工程抗体
1890年Behring和北里柴三郎等人发现白喉抗毒素， 并建立了血清疗法，开抗体制药之先河。
1937年Tiselius等人用电泳法将血清分为白蛋白、 甲种（α）球蛋白、乙种（ β ）球蛋白、丙种（ γ ） 球蛋白，并证明抗体活性主要存在于丙种球蛋白 组分。
实际意义
（1）预防、治疗感染性疾病， 如：破伤风抗毒素血清 抗破伤风， 胎盘球蛋白 抗病毒感染等， 副作用： 超敏反应。 （2）临床诊断， 如：肥达氏反应 --- 伤寒、副伤寒， 缺点：特异性差。
2、单克隆抗体（monoclonal antibody, McAb）
由单一克隆B细胞杂交瘤产生的，只识别抗 原分子某一特定抗原决定簇的特异性抗体。 特点：具有高度均一性。 杂交瘤细胞： 骨髓瘤细胞 --- 无限增殖； 免疫B细胞 --- 合成、分泌特异性抗体。 杂交瘤技术 --- HAT培养基：次黄嘌呤(H), 氨 基蝶呤(A)和胸腺嘧啶核苷(T)。