1、第2节 基因诊断与基因治疗 1.说出基因诊断的基本含义和基本原理。2.描述基因诊断在恶性肿瘤早期诊断中的突出作用。3.简述基因芯片的基本含义及在生物医学方面的应用。4.说出基因治疗的基本含义、基本步骤、优点及其前景。一 二 三 一、基因诊断技术的原理 1.引起人类疾病的原因 一类是由入侵病原微生物基因的表达引起的;另一类是人类自身的遗传物质发生变异而引起的。2.基因诊断 基因诊断是指用放射性同位素(如32P)、荧光分子等标记的DNA分子做探针,利用DNA分子杂交原理,鉴定被检测样本上的遗传信息,从而达到检测疾病的目的。一 二 三 3.基因诊断的过程 构建基因探针获得待测组织单链DNA对待测单链
2、DNA分子进行PCR技术扩增,将扩增获得的DNA热处理得到大量的DNA单链将待测DNA转移到含基因探针的尼龙膜上将待测DNA与尼龙膜上的DNA探针进行杂交,如果尼龙膜上含有突变基因,就会形成特定颜色的杂交斑。4.基因诊断的特点 基因诊断既客观又灵敏。一 二 三 用基因诊断技术可检测哪些疾病?提示通过直接探查基因进行诊断,不受细胞类型和发病年龄的限制,可用于一切遗传病的诊断。例如,癌细胞的病变过程,主要是由于基因调节控制失灵,通过基因诊断,将发生紊乱的基因加以修复,有希望根治癌症。一 二 三 二、神奇的基因芯片 1.基因芯片 基因芯片是将大量特定序列的DNA片段(探针)有序地固定在尼龙膜、玻片或
3、硅片上,从而能大量、快速、平行地对DNA分子的碱基序列进行测定和定量分析。基因芯片实际上是一种高密度的DNA阵列。一 二 三 2.基因芯片的应用举例(1)发现疾病的相关基因。(2)用于传染病的检测。(3)基因芯片技术与医学行为的改变 基因芯片不仅能做到快速、准确地诊断疾病,还可指导医生针对不同患者的基因活动特点,使用不同的治疗方法,进行个体化的治疗。基因芯片技术还有助于发现不同个体对疾病易感性的差异。一 二 三 三、初露曙光的基因治疗 1.基因治疗 基因治疗就是把特定的外源基因导入有基因缺陷的细胞中,从而达到治疗疾病的目的。2.基因治疗SCID的过程(1)SCID患病机理:患者体内有两个分别来
4、自父母双方的有缺陷的腺苷酸脱氨酶基因(ada),造成体内缺乏腺苷酸脱氨酶,导致免疫系统不能完成正常功能,只能在无菌条件下生活。(2)治疗SCID过程:将人的正常ada基因与某种病毒核酸重组从SCID患者体内分离T淋巴细胞该病毒感染T淋巴细胞,同时将ada基因导入T淋巴细胞培养T淋巴细胞将携带正常ada基因的T淋巴细胞再注入患者体内获得免疫力。一 二 三 3.基因治疗恶性肿瘤(1)杀死肿瘤细胞:将抑制癌细胞增生的基因转入到癌细胞内,不仅可阻断癌细胞繁殖,还可诱导它自杀死亡;或者将一段可抑制癌基因转录的DNA序列导入癌细胞,使癌基因不能表达,导致癌细胞不能增殖。(2)提高人体免疫力:将提高人体免疫
5、力的基因导入免疫系统,提高人体防御功能,进而杀死癌细胞。4.基因治疗的一般步骤 选择治疗基因将治疗基因与运输载体结合治疗基因在细胞内正常表达。一 二 三 要想根治遗传性疾病,最好的治疗措施是什么?提示遗传病是由遗传物质发生变异而引起的,所以治疗的最佳措施是基因治疗。一 二 三 四 五 一、基因诊断与基因芯片的关系 基因诊断是用放射性同位素(如32P)、荧光分子等标记的DNA分子做探针,利用DNA分子杂交原理,鉴定被检测标本上的遗传信息,从而达到检测疾病的目的。基因芯片是利用基因诊断的原理,它的主要优势是可以用尽可能少的样品和尽可能少的检测次数,检测出多个病人或多种疾病,因此,它比普通的基因诊断
6、效率更高。基因芯片在感染性疾病、遗传性疾病和肿瘤等疾病的临床诊断方面具有独特的优势。与传统检测方法相比,它有以下几方面的优点。一 二 三 四 五 1.可以用一张芯片同时对多个病人进行多种疾病的检测。2.无需机体免疫应答反应,能及早诊断,待测样品用量少。3.能检测病原微生物的耐药性和病原微生物的亚型。4.有极高的灵敏度和可靠性。5.检测成本低,自动化程度高,利于大规模推广应用。这些优点使得医务人员在短时间内,可以掌握大量的疾病诊断信息,有助于医生在短时间内找到正确的治疗措施。同时为不久的将来实现真正意义上的网络诊断提供了有效手段。一 二 三 四 五 二、传统药物治疗与基因治疗的关系 基因治疗是一
7、种根本性的治疗,它可以通过取代突变的致病基因,也可以通过改变病变细胞的基因结构,或者通过导入能增强人体免疫力的基因等方式,来达到治疗的目的。与传统的药物治疗相比,以上这些措施,都是从根本上对疾病进行控制。一 二 三 四 五 三、基因治疗的种类 1.基因治疗的体内治疗:即直接将基因导入体内的治疗方法,可分为异位导入和原位导入。异位导入是将基因导入非病变的部位,如皮下、肌肉等;原位导入是将基因直接导入病变的细胞,如肿瘤细胞等。2.基因治疗的体外治疗(回输):即将病人的部分组织或细胞取出,在体外培养导入目的基因后,再回输入体内。3.体细胞基因治疗:是指将正常基因转移到体细胞,使之表达基因产物,以达到
8、治疗的目的。这种方法的理想措施是将外源正常基因导入靶体细胞内染色体的特定基因座位,用健康的基因替换异常的基因,使其发挥治疗作用,同时还必须减少随机插入引起新的基因突变的可能性。一 二 三 四 五 四、基因治疗的机理 1.基因置换:正常基因取代致病基因。2.基因修正:纠正致病基因的突变碱基序列。3.基因修饰:目的基因表达产物补偿致病基因的功能。4.基因抑制:外源基因干扰、抑制有害基因的表达。5.基因封闭:封闭特定基因的表达。一 二 三 四 五 五、基因诊断和基因治疗在临床上的应用 1.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
9、,如地中海贫血、镰刀形细胞贫血症、凝血因子缺乏等的基因诊断已在临床应用多年,为优生优育作出了贡献。2.致病病原体的检测 当致病病原体进入人体后,可引起相应的疾病。当我们了解其核酸序列后,就可以设计引物和探针,通过基因检测进行诊断。目前已应用于病毒、细菌、原虫等病原体的检测。一 二 三 四 五 3.癌基因的检测和诊断 通过研究,人们已阐明部分癌基因与癌症之间的关系。目前,在临床上可以用基因检测的方法诊断白血病、肺癌、神经胶质瘤等疾病。除此以外,基因诊断技术还广泛应用于DNA指纹分析、个体识别、亲子鉴定等,以及动植物检疫与转基因动植物中阳性基因的检测等方面。在基因治疗方面,我国是世界上较早开展基因
10、治疗研究的国家之一。1991年,我国科学家进行了世界上首例B型血友病患者的基因治疗临床试验。此后,我国科学家利用胸腺激酶基因,对恶性脑胶质瘤进行基因治疗的方案,已获准进入期临床试验。初步的观察表明,生存期超过1年者占55%,其中1例已超过三年半。此外,采用血管内皮生长因子基因,对外周梗塞性下肢血管病进行基因治疗的方案,也已获准进入临床试验。题型一 题型二 题型三 题型一 基因诊断技术的原理 【例1】下列关于基因诊断的叙述,不正确的是()A.基因诊断具有更准确、快速、灵敏、简便等特征 B.基因诊断应用放射性同位素或荧光分子等标记的DNA分子做探针 C.基因诊断技术的前提是DNA分子杂交技术 D.
11、科技发展、技术进步使基因诊断已能完成对所有疾病的诊断和检测 解析:本题考查基因诊断的定义、原理、特点及成果。基因诊断不适用于所有疾病,如外伤。答案:D 题型一 题型二 题型三 题型二 基因芯片 【例2】基因芯片可以在很短的时间内观察病变细胞,并分析出数种由基因变异而引起的疾病。下列与基因芯片有关的叙述,不正确的是()A.利用基因芯片可以进行基因鉴定 B.利用基因芯片可以检测变异基因 C.利用基因芯片可以改造变异基因 D.利用基因芯片技术能识别碱基序列 解析:基因芯片相当于探针,可用于鉴定、检测基因和识别碱基序列,但不能改造变异基因。答案:C 题型一 题型二 题型三 题型三 基因治疗 【例3】下
12、列对基因治疗安全性问题的叙述,不恰当的是()A.基因治疗中最常用的载体是病毒,它们能自我复制B.在基因治疗中,科学家抑制逆转录病毒的某种活动防止它们引起疾病,使之能被安全地使用C.使用病毒载体运载基因,更容易把目的基因导入目标细胞中D.目的基因插入载体DNA的位置可能出现错误,导致癌症和其他损伤的产生题型一 题型二 题型三 解析:基因治疗中最常用的载体为病毒,大多数基因治疗临床实验用小鼠逆转录病毒运送目的基因,其他病毒载体还包括腺病毒、痘病毒和疱疹病毒等。在基因治疗中使用的病毒载体是有遗传缺陷的,它们不能自我复制。用逆转录病毒作载体,可能会导致其他疾病,要抑制逆转录病毒的某种活动,防止它们引起
13、疾病,使之被安全使用。答案:A 反思领悟 基因治疗的一般步骤:选择治疗基因将治疗基因与载体结合治疗基因在细胞内正常表达。常用的载体是有基因缺陷的病毒,这种病毒一般不会引起受体细胞病变。12341.下列疾病可进行基因诊断的是()SARS疑似患者 坏血病 艾滋病 肿瘤 血友病 苯丙酮尿症 甲状腺肿大 组织水肿 A.B.C.D.解析:坏血病是由缺乏维生素C所引起的疾病,不是细胞基因结构改变引起的,所以不能通过基因检测诊断。甲状腺肿大、组织水肿分别是由缺碘、血浆渗透压降低造成的,不是基因结构改变引起的,不能通过基因检测诊断。其余都可以通过DNA探针进行检测。答案:B 12342.基因诊断的原理是()A
14、.基因突变B.基因重组 C.DNA分子杂交D.染色体变异 解析:基因诊断的原理是DNA分子杂交即碱基互补配对。答案:C 12343.某基因芯片上载有碱基序列为ATCGGC的探针,则可检测下列哪些碱基序列?()TAGCCG ATCGGC UAGCCG TUGCCG A.B.C.D.解析:基因芯片的检测原理是DNA分子杂交,即碱基互补配对。既可检测DNA,也可检测RNA。答案:B 12344.下列关于基因治疗的说法,正确的是()A.基因治疗主要是对有缺陷的细胞进行修复 B.基因治疗是指利用基因工程的原理和方法,通过引入目的基因来矫正人体内出现的异常基因,以达到治疗疾病的目的 C.只要引入外源健康基因,就能治愈疾病 D.基因治疗已解决了绝大多数的遗传病,今后的发展会相当慢 解析:基因治疗从狭义角度讲,可以理解为具有正常功能的基因置换或增补患者体内的缺陷基因,使其在“体内”表达,最终达到治疗疾病的目的。现在由于技术手段的落后和认知水平的限制,引入健康外源基因不一定能治愈疾病,现在基因治疗还受方方面面的限制,不能完成各种疾病治疗,仅在小范围内取得了一定成效。答案:B
