【高中生物】基础生物学作业

（生物科技行业）基础生物学作业摘要：随着生物技术的不断发展与成熟，基因遗传学领域研究的深入，基因治疗这一新的医学手段走进了我们的生活。

它可以纠正和补偿因基因缺陷与异常引起的疾病，以人体的靶细胞为工程载体，对其基因进行基因置换或增补，使其在体内表达达到治疗目的。

基因治疗可以治疗许多以往医学不能解决的问题，为癌症等绝症的治疗开辟了新天地。

关键字：生物技术；基因治疗；研究；靶细胞；癌症；一、什么是基因治疗1．基因治疗的定义狭义的概念：指用具有正常功能的基因置换或增补患者体内有缺陷的基因，因而达到治疗疾病的目的。

广义的概念：指把某些遗传物质转移到患者体内，使其在体内表达，最终达到治疗某种疾病的方法。

基因治疗（genetherapy）是指将外源正常基因导入靶细胞，以纠正或补偿因基因缺陷和异常引起的疾病，以达到治疗目的。

也就是将外源基因通过基因转移技术将其插入病人的适当的受体细胞中，使外源基因制造的产物能治疗某种疾病。

从广义说，基因治疗还可包括从DNA水平采取的治疗某些疾病的措施和新技术。

2．遗传病的基因治疗的定义遗传病的基因治疗(genetherapy)是指应用基因工程技术将正常基因引入患者细胞内，以纠正致病基因的缺陷而根治遗传病。

纠正的途径既可以是原位修复有缺陷的基因，也可以是用有功能的正常基因转入细胞基因组的某一部位，以替代缺陷基因来发挥作用。

基因是携带生物遗传信息的基本功能单位，是位于染色体上的一段特定序列。

将外源的基因导入生物细胞内必须借助一定的技术方法或载体，目前基因转移的方法分为生物学方法、物理方法和化学方法。

腺病毒载体是目前基因治疗最为常用的病毒载体之一。

基因治疗目前主要是治疗那些对人类健康威胁严重的疾病，包括：遗传病（如血友病、囊性纤维病、家庭性高胆固醇血症等）、恶性肿瘤、心血管疾病、感染性疾病（如艾滋病、类风湿等）。

基因治疗是将人的正常基因或有治疗作用的基因通过一定方式导入人体靶细胞以纠正基因的缺陷或者发挥治疗作用，从而达到治疗疾病目的的生物医学高技术。

基因治疗与常规治疗方法不同：一般意义上疾病的治疗针对的是因基因异常而导致的各种症状，而基因治疗针对的是疾病的根源--异常的基因本身。

基因治疗有二种形式：一是体细胞基因治疗，正在广泛使用；二是生殖细胞基因治疗，因能引起遗传改变而受到限制。

3．基因治疗的靶细胞基因治疗的靶细胞主要分为两大类：体细胞和生殖细胞，目前开展的基因治疗只限于体细胞。

生殖细胞的基因治疗是将正常基因直接引入生殖细胞，以纠正缺陷基因。

这样，不仅可使遗传疾病在当代得到治疗，而且还能将新基因传给患者后代，使遗传病得到根治。

但生殖细胞的基因治疗涉及问题较多，技术也较复杂，因此，目前更多地是采用体细胞基因治疗。

体细胞应该是在体内能保持相当长的寿命或者具有分裂能力的细胞，这样才能使被转入的基因能有效地、长期地发挥“治疗”作用。

因此干细胞、前体细胞都是理想的转基因治疗靶细胞。

以目前的观点看，骨髓细胞是唯一满足以上标准的靶细胞，而骨髓的抽取，体外培养、再植入等所涉及的技术都已成熟；另一方面，骨髓细胞还构成了许多组织细胞(如单核巨噬细胞)的前体。

因此，不仅一些涉及血液系统的疾病如ADA缺乏症、珠蛋白生成障碍性贫血、镰状细胞贫血、CGD等以骨髓细胞作为靶细胞，而且一些非血液系统疾病如苯丙酮尿症、溶酶体储积病等也都以此作为靶细胞。

除了骨髓以外，肝细胞、神经细胞、内皮细胞、肌细胞也可作为靶细胞来研究或实施转基因治疗。

二、基因治疗的方法与技术1、基因治疗的各种方法(一)基因矫正纠正致病基因中的异常碱基，而正常部分予以保留。

(二)基因置换指用正常基因通过同源重组技术，原位替换致病基因，使细胞内的DNA完全恢复正常状态。

(三)基因增补把正常基因导入体细胞，通过基因的非定点整合使其表达，以补偿缺陷基因的功能，或使原有基因的功能得到增强，但致病基因本身并未除去(四)基因失活将特定的反义核酸(反义RNA、反义DNA)和核酶导入细胞，在转录和翻译水平阻断某些基因的异常表达，而实现治疗的目的。

(五)“自杀基因”的应用在某些病毒或细菌中的某基因可产生一种酶，它可将原无细胞毒或低毒药物前体转化为细胞毒物质，将细胞本身杀死，此种基因称为“自杀基因”(六)免疫基因治疗免疫基因治疗是把产生抗病毒或肿瘤免疫力的对应与抗原决定族基因导入机体细胞，以达到治疗目的。

如细胞因子(cytokine)基因的导入和表达等。

(七)耐药基因治疗耐药基因治疗是在肿瘤治疗时，为提高机体耐受化疗药物的能力，把产生抗药物毒性的基因导入人体细胞，以使机体耐受更大剂量的化疗。

如向骨髓干细胞导入多药抗性基因中的mdr-12、基因治疗的总体策略基因治疗按基因操作方式分为两类，一类为基因修正（genecorrection）和基因置换（genereplacement），即将缺陷基因的异常序列进行矫正，对缺陷基因精确地原位修复，不涉及基因组的其他任何改变。

通过同源重组（homologousrecombination）即基因打靶（genetargetting）技术将外源正常的基因在特定的部位进行重组，从而使缺陷基因在原位特异性修复。

另一类为基因增强（geneaugmentation）和基因失活（geneinactivation），是不去除异常基因，而通过导入外源基因使其表达正常产物，从而补偿缺陷基因等的功能；或特异封闭某些基因的翻译或转录，以达到抑制某些异常基因表达。

按靶细胞类型又可分为生殖细胞（germ-linecell）基因治疗和体细胞（somaticcell）基因治疗。

广义的生殖细胞基因治疗以精子，卵子和早期胚胎细胞作为治疗对象。

由于当前基因治疗技术还不成熟，以及涉及一系列伦理学问题，生殖细胞基因治疗仍属禁区。

在现有的条件下，基因治疗仅限于体细胞。

3、基因治疗的基本程序基因治疗的实施主要包括以下步骤：一、选择用于治疗疾病的目的基因；二、基因载体的选择,目前应用于基因治疗的载体主要有病毒载体和非病毒载体两种；三、靶细胞的选择,目前应用于基因治疗的细胞仅限于人的体细胞.用于基因治疗的靶细胞必须取材方便，易于在体外人工培养，而且细胞的寿命足够长；四、基因转移,在基因治疗中迄今所应用的基因转移方法可分为两大类：病毒方法和非病毒方法，非病毒载体主要有直接注射、磷酸钙共沉淀法、脂质体法和生物化学法等；五、外源基因的筛检,可以利用基因表达产物的筛检方法,也可以利用分子生物学方法筛检外源基因；六、将目的基因导入体内,直接转导入人体的靶器官的靶细胞中,取出患者体细胞进行体外培养，将治疗性基因通过病毒载体或非病毒载体转染后，再移植到患者的特定部位和导入体内。

（一）目的基因的选择和制备基因治疗的首要问题是选择用于治疗疾病的目的基因。

对遗传病而言只要已经研究清楚某种疾病的发生是由于某个基因的异常所引起的，其野生型基因就可被用于基因治疗，如用ADA基因治疗ADA缺陷病。

但在现在的条件下，仅此是不够的。

可用于基因治疗的基因需满足以下几点：在体内仅有少量的表达就可显著改善症状；该基因的过高表达不会对机体造成危害。

很显然某些激素类基因如与血糖浓度相关的胰岛素基因目前尚不能用于糖尿病的基因治疗。

在抗病毒和病原体的基因治疗中。

所选择的靶基因应在病毒和病原体的生活史和起重要的作用并且该序列是特异的，如针对HBV的HBeAg或X基因等。

肿瘤病人多有免疫缺陷，可选用免疫因子基因转入人体，肿瘤细胞内往往存在多种基因异常形式，可采用反义技术封闭细胞内活化的癌基因或向细胞内转入野生型抑癌基因，抑制肿瘤生簪，所针对的癌基因或抑癌基因应下该肿瘤的发生和发展有明确的相关性。

在确定欲选目的基因后，就在制备目的基因。

正向表达的基因可以是cDNA （complementaryDNA），也可是基因组DNA(genomicDNA)片段。

可用传统的方法获取，也可采用多聚酶链式反应(polymerasechainreactionPCR)等新技术进行体外扩增。

部分反义基因也可采用此法获得，但多数情况下采用人工合成的方式制备。

（二）基因的转运目前已有多种基因转运的方式，其基本原则是将外源基因运到细胞内。

已使用的有病毒载体和非病毒载体两大类。

病毒载体：病毒具有一些独特的性质如多数病毒可感染特异的细胞，在细胞内不易降解；RNA病毒能整合到染色体以及基因水平较高等。

因此病毒载体是良好的基因转运载体。

目前已被用作载体的病毒有逆转录病毒、腺病毒、腺相关的病毒。

疱疹病毒和肝炎病毒等。

逆转录病毒用作载体时需进行几步改造：（1）将天然的野生型RNA前病毒转变成DNA载体，并插入欲转移的相关外源基因。

其基本原则是用标记基因和外源基因替代病毒的编码基因，如图23-2所示。

（2）制备辅助细胞为载体DNA提供其丧失的功能（3）将载体DNA导入辅助以产生病毒载体。

（4）病毒载体感染靶细胞，外源基因在细胞内得以表达（三）靶细胞的选择理论上讲，无论何种细胞均具有接受外源DNA的能力，目前基因治疗中禁止使用生殖细胞作为靶细胞，而只能使用体细胞，用于转基因的体细胞必须取材方便，含量丰富，容易培养，寿命较长。

可选择的细胞有淋巴细胞、造血细胞、上皮细胞、角质细胞、内皮细胞、成纤维细胞、肝细胞、肌肉细胞和肿瘤细胞等。

在实际上应用中应具体根据目的条件选择。

（四）细胞转染（tansfection）将目的基因导入靶细胞的方法很多，大致可分为物理学方法、化学方法、融合法和病毒感染法四类。

病毒法已在本节的“基因的转运”中有基因介绍。

目前较多使用的是脂质体法。

在目前的技术状态下，一般而言其基因转染效率很难达到100%。

故必须首先将转导细胞和未转导细胞加以区分。

这方面的新技术发展很快，常用的转导细胞筛选方法有：利用基因表达产物筛选法：（1）标记基因筛选法：在载体上引入一个标记基因，或同时导入标记基因，在转染后的适当时间选用合适剂量的选择培养基，筛选标记基因表型，那些已导入外源基因的细胞将存活下来，而未转录的细胞则死于选择性细胞培养基。

如在较多的载体中都有neor标记基因存在，若向培养基中加入G418进行选择，最后只有转导细胞存活下来。

（2）基因缺陷型受体细胞的选择性：以基因缺陷型细胞作为靶细胞，将正常基因导入基因缺陷型靶细胞后，使用选择性培养基进行筛选。

例如将TK基因导入TK-的靶细胞，转录细胞可在HAT培养基中生长，未转导的细胞则不能在HAT培养基中生长。

（3）基因共转染技术：将目的基因表达载体DNA和标记基因表达载体DNA混合后共同转移到靶细胞中，分别使用标记基因和目的基因对应的选择剂进行两次筛选，最后得到复合转导的转化子。

分子生物学方法：外源基因是否真的转入靶细胞必须用分子杂交方法进行证实。

常用的方法有原位杂效，Southern杂交和打点杂交。