基因诊断与基因治疗PPT课件

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• 用于探测点突变时一般需要合成两种探针,一种与正常基因 序列完全一致,能与之稳定地杂交,但不能与突变基因序列 杂交;另一种与突变基因序列一致,能与突变基因序列稳定 杂交,但不能与正常基因序列稳定杂交,这样,就可以把只 有一个碱基发生了突变的基因区别开来。
• PCR可结合ASO,即PCR-ASO技术,即先将含有突变点 的基因有关片段进行体外扩增,然后再与ASO探针作点杂交, 这样大大简化了方法,节约了时间,而且只要极少量的基因 组DNA就可进行。
• 根据探针的核酸性质不同又可分为DNA探 针、RNA探针、cDNA探针、cRNA探针及 寡核检测
• 核酸探针的常用酶促标记技术
–缺口平移 –DNA快速末端标记 –用T4多核苷酸酶标记DNA 5‘末端,随引物延伸 –聚合酶链反应
• 核酸探针的非放射性标记技术
1995年美国FDA批准Ad-P53肿瘤基因治疗等临床试验 的实施,标志着基因治疗已逐步进入一个正常的、目标明 确的理性化发展阶段。
• 18岁的格尔辛基(Jesse Gelsinger)因临床试验的某些 失误而于1999年9月17日死亡。格尔辛基是世界上首位由 基因治疗导致丧生的患者。他患先天性鸟氨酸甲酰氨基转 移酶(OTC)缺乏症(X连锁性遗传病)病症,在男性身 上较严重,往往引起新生男婴患者的死亡。
–光促生物素标记核酸 –酶促生物素标记核酸 –寡核苷酸的生物素末端标记 –酶标DNA –酶标寡核苷酸 –DNA半抗原标记
核酸分子杂交方法
• 核酸分子杂交可按作用环境大致分为固相杂 交和液相杂交两种类型
• 固相杂交是将参加反应的一条核酸链先固定 在固体支持物上,一条反应核酸链游离在溶 液中,固体支持物有硝酸纤维素滤膜、尼龙 膜、乳胶颗粒、磁珠和微孔板等。
胞培养。从1982年起采取妊娠8-12周的绒毛DNA 作产前诊断使产前基因诊断的时间提前。由于 PCR技术的应用,甚至在胚胎植入前(受精6d)也可 作产前诊断。
• 反向遗传学策略
– 过去寻找致病基因是从经典遗传学思路出发,先发现疾病的表现改 变,再经过不同方法由表型追溯到基因。
– 近几年来发展起来的“反向遗传学”(reverse genetics)在策略上解 决了经典遗传学所不能解决的这个难题。在不知道和不必知道基因 产物或表型的情况下分离和定位致病基因,并由它的一级结构推出 产物的氨基酸序列。
且在婚前检查,亲子鉴定等人类生活方面具备广阔 运用前景
基因诊断的方法
• PCR • 核酸杂交 • 基因芯片(chip) • 扩增片段长度多态性(Amp-FLP) • 等位基因的特异寡核苷酸探针诊断法(ASO) • 单链构象多态性诊断法 (SSCP)
PCR技术的发明及特点
• 1985年Saiki 首次用以扩增β珠蛋白基因标志PCR 技术的问世。PCR技术具有简便、快速、特异和灵 敏等特点,它用于基因诊断,使之发生了革命性的 变化。
基因诊断与基因治疗PPT课件
基因诊断的概念
• 基因是遗传学上的一个概念,是在染色体上 占有一定的位置,表现一定功能的基本单位
• 基因的物质基础是脱氧核糖核酸(DNA) (有些病毒的基因是核糖核酸,RNA)
• 基因诊断是指运用现代分子生物学和分子遗 传学方法检查基因的结构及其表达产物,是 目前诊断技术中最具发展前途的技术。
• PCR的微量化 反应体积减少至10-20μl,降低了PCR检测的成
本。在1次PCR中加入多对引物,可用于病毒、细 菌等的分型和多种病原体基因的检测。PCR扩增 产物,用专为检测双链DNA而设计的微量荧光计 定量,就可从标准模板DNA的量或拷贝数达到 PCR定量的目的。
• 取样技术的改进 • 对于产前诊断,初期是取羊水细胞,需进行细
• 基因治疗(gene therapy)就是用正常或野生型(wild type)基因 较正或置换致病基因的一种治疗方法。目的基因被导入到靶细胞 (target cells)内,他们或与宿主细胞(host cell)染色体 整合成为宿主遗传物质的一部分,或不与染色体整合而位于染色 体外,但都能在细胞中得到表达,起到治疗疾病的作用。
• 遗传性疾病
–镰刀状细胞贫血症:beta-珠蛋白基因AT变换 –甲型血友病:凝血因子VIII
• 肿瘤
– ras癌基因突变、c-myc癌基因 – p53抑癌基因、p16抑癌基因
• 产前诊断、移植配型 • 法医鉴定
基因诊断的意义
• 一是可以解决遗传性疾病难以诊断的黑洞, 由于遗传性疾病主要是由特定的DNA序列即 基因决定的,通过基因诊断能够在遗传病患 者还未发现出任何症状之前就能确诊
基因芯片的原理及用途
• 原理:由于被固定的分子探针在基质上形成不同的 探针阵列,利用分子杂交及平行处理原理,基因芯 片可对遗传物质进行分子检测
• 可用于进行基因研究、法医鉴定、疾病检测和药物 筛选等
• 特点:基因芯片技术具有无可比拟的高效、快速和 多参量特点,是在传统的生物技术如检测、杂交、 分型和DNA测序技术等方面的一次重大创新和飞跃
• 操作简单:杂交技术因操作复杂且费时(需1-2天以上出结 果),在临床实验室难以推广。而PCR方法相对简单、快速, 故推广迅速。
• 实验成本:分子生物学实验因试剂多数依赖进口,成本高, 给临床推广造成一定困难。试剂国产化是今后的努力方向。
• 重复性和稳定性
基因诊断的应用
• 感染性疾病
–病毒性疾病的诊断:HBV、HCV、HIV和HPV –细菌性疾病的诊断:TB、疟原虫
• 目前基因治疗的概念有了较大的扩展,凡是采用分子生物学的方 法和原理,在核酸水平上开展的疾病治疗方法都可称为基因治疗。 随着对疾病本质的深入了解和新的分子生物学方法的不断涌现, 基因治疗方法有了较大的发展。
基因治疗的潜力
基因治疗的历史沿革
1990年,科学家第一次用反转录病毒为载体,把腺苷脱 氨酶基因(ADA)导入来自病人自身的T淋巴细胞,经扩 增后输回患者体内,获得可成功。标志着基因治疗时代的 开始。
• 2006年7月24日,来自伊利诺斯州的一名36岁女患者,为 了治疗自己的风湿性关节炎而采用基因治疗的方法,在一条 腿的膝盖部位注射了药剂结果死亡,该公司也被迫关闭。
基因治疗的前景分析
1. 基因治疗是将具有治疗价值的基因,即 “治疗基因”装配于带有在人体细胞中表 达所必备元件的载体中,导入人体细胞, 直接进行表达。进行基因治疗时毋须对表 达产物进行分离纯化,因为人细胞本身可 以完成这个过程。
• 方法:PCR扩增后,产物即等位片段之间的差别 有时只有几个核苷酸,故需用聚丙烯酰胺凝胶电 泳分离鉴定。此法多用于突变性质不明的连锁分 析。
等位基因的特异寡核苷酸探针诊断法
• 当基因的突变部位和性质已完全明了时,可以合成等位基因 特异的寡核苷酸探针(allele-specific oligonucleotide, ASO)用同位素或非同位素标记进行诊断。探针通常为长 20bp左右的核苷酸。
• 二是肝炎、癌症、艾滋病都与病毒有关,而 通过基因诊断技术就可以顺利检查出隐藏在 人体细胞基因中的病毒从而在造成危害之前 消灭它们。
基因治疗 (Gene Therapy)的概念
• 人类疾病的发生,是人体细胞中自身基因的改变,是由外源病原 体的基因产物与人体基因相互作用的结果。因此,长期以来,科 学家设想人类能否最终运用遗传物质,无论是人类自身的或是外 源遗传物质来治疗疾病,纠正人体本身基因结构或功能上的错乱, 阻止病菌的 ,杀灭病变的细胞或抑制外源病原体遗传物质的复 制,保证人体健康。
核酸杂交概念
• 不同来源的DNA加热变性后,只要两条多 核苷酸链的碱基有一定数量能彼此互补, 就可以经退火处理复性现象,形成新的杂 交体双螺旋结构,这种依据相应碱基配对 而使不完全互补的两条链相互结合称为分 子杂交。
核酸杂交分类
• 基因探针根据标记方法不同可粗分为放射 性探针和非放射性探针两大类
则能看到杂交带。特点:特异性强,但操作费时间,一次 需3d,这使急于根据检测结果决定治疗措施的临床医生迫 不及待。 • 套式PCR
是指在用第一对引物(外引物)扩增之后,加入另一对 位于外引物内侧的内引物,再行扩增数十个循环,这可将 标志检测时间压缩8-10h,第2日便可获得高敏感性的检查 结果。其敏感性大致与PCR-Southern印迹相当。
– 方法:须先采用细胞遗传学方式或RFLP连锁分析确定致病基因在染 色体上的大概位置,然后采用染色体步移(chromosome walking) 或染色体跳跃(chromosome hopping)技术逐渐接近,最后找到 的基因的准确位置。
– 成功例子:如Duchenne肌营养不良和囊性纤维变等致病基因的发 现;预计亨廷顿舞蹈病、神经纤维瘤、多发性肠息肉和成人型多囊 肾等疾病的致病基因,不久可望用此策略得以确定。
• 液相杂交所参加反应的两条核酸链都游离在 溶液中。
基因芯片概念
• 也叫DNA芯片,是在90年 代中期发展出来的高科技 产物。基因芯片大小如指 甲盖一般,其基质一般是 经过处理后的玻璃片。每 个芯片的基面上都可划分 出数万至数百万个小区。 在指定的小区内,可固定 大量具有特定功能、长约 20个碱基序列的分子探针。
• PCR技术可使待测样品中的目的基因片段在几小时 内,甚至十几秒内扩增百万倍,如果标本中原来的 目的基因达到fg级水平,就可以通过简单电泳和溴 化乙啶(EB)显示扩增后的核酸片段区带。从检测区 带的电泳位置看它是否符合引物设计的扩增长度。
PCR技术的进展
• PCR-Southern印迹 模板检测灵敏度可达ag级水平(可查出几个病毒的存在)
• 用SSCP法检查基因突变时,通常在疑有突变的DNA片段附 近设计一对引物进行PCR扩增,然后将扩增物用甲酰胺等变 性,并在聚丙烯酰胺凝胶中电泳,突变所引起的DNA构象差 异将表现为电泳带位置的差异,从而可据此作出诊断。
• PCR-SSCP法具有能快速、灵敏地检测有无点突变或多态 性的优点,但如欲阐明突变的碱基性质,则需作序列分析。
基因诊断的运用
• 一是通过检测特定基因或相关疾病基因的存在以判 断和评估某疾病在某一个体上发生某疾病的风险, 以导向预防这种疾病的发生
• 二是通过基因诊断促使个性化药物的诞生 • 三是通过基因诊断更精确判断某些传染性疾病或肿
瘤等疾病的存在,以有利于临床医生尽早确定病因 • 基因诊断技术不仅在疾病检测上具有重要意义,而
基因诊断的分子生物学基础
• 基因诊断操作的对象为基因或其片段 • 运用现代分子生物学和分子遗传学方法,检
查特定基因的存在与否、基因的结构及其表 达功能是否正常等,从而确定:
–是否患有某种遗传病:成年人遗传型分析,产前 诊断
–是否患有某些特定的微生物感染疾病 –是否患有某种肿瘤,对肿瘤病人的预后进行分析 –基因配型,用于移植、输血等 –法医学上,分析犯罪现场的证实与嫌犯的鉴别
基因诊断的质量控制
• 特异性:杂交技术是通过基因克隆制备探针来完成,PCR是 通过引物来完成,RFLP是利用限制内切酶来完成等。即探 针、引物、限制性内切酶在反应中都具有特异性。
• 灵敏度:杂交技术用同位素或酶标记探针,PCR反复扩增 20-30次都是提高灵敏度的手段。二次PCR、PCR与 Southern blot合用都是典型的例子。
单链构象多态性诊断法
• 单链构象多态性(single strand conformation polymorphism, SSCP)是指单链DNA由于碱基序列的不 同可引起构象差异,这种差异将造成相同或相近长度的单链 DNA电泳迁移率不同,从而可用于DNA中单个碱基的替代、 微小的缺失或突变的检测。
基因芯片应用
• 基因破译 :基因功能;提高测序速度 • 基因诊断 :癌症、糖尿病等,借助一小滴
测试液,医生们能预测药物对病人的功效, 可诊断出药物在治疗过程中的不良反应, 还能当场鉴别出病人受到了何种细菌、病 毒或其他微生物的感染。
扩增片段长度多态性
• 概念:小卫星DNA和微卫星DNA的长度多态性可 以通过PCR扩增后电泳来检出,并用于致病基因 的连锁分析,这种诊断方法称为扩增片段长度多 态性(amplified fragment length polymorphism, Amp-FLP)连锁分析法。
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