现代生物技术-09生物技术与人类健康.pptx
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1、9生物技术与人类健康学习目的学习目的 认识医学领域是现代生物技术应用最广泛、成绩最显著、发展最迅速的领域。了解生物技术对疫苗生产、疾病诊断、生物制药等领域的影响;了解生物技术对人类健康、延长人类寿命、提高生活质量所具有的不可估量的作用。医药卫生领域是现代生物技术应用最广泛、医药卫生领域是现代生物技术应用最广泛、成绩最显著、发展最迅速、潜力也最大的一成绩最显著、发展最迅速、潜力也最大的一个领域。个领域。生产常规方法不能生产的药品或制剂。生产常规方法不能生产的药品或制剂。生产灵敏度高、反应专一、实用性强的临床生产灵敏度高、反应专一、实用性强的临床诊断新试剂。诊断新试剂。提供安全性能好、免疫能力强的
2、新一代疫苗。提供安全性能好、免疫能力强的新一代疫苗。生物技术与人类健康生物技术与人类健康9 9 生物技术与人类健康生物技术与人类健康生物技术与人类健康生物技术与人类健康引言引言广义的疫苗是指将病原微生物(如细菌、立克次氏体、病毒等)及其代谢产物,经过人工减毒、灭活或利用基因工程等方法制成的用于预防传染病的自动免疫制剂。其中,由细菌制成的称为菌苗;由病毒、立克次体、螺旋体等制成的称为疫苗。9.1 生物技术与疫苗生物技术与疫苗9.1.1 疫苗概说 生物技术与人类健康生物技术与人类健康9 9 生物技术与人类健康生物技术与人类健康生物技术与人类健康生物技术与人类健康公元公元10世纪,在宋朝的真宗时代,
3、我国世纪,在宋朝的真宗时代,我国 就有了接种人痘预防天花的记载。就有了接种人痘预防天花的记载。1796年英国医生年英国医生Jenner发现用牛痘代替发现用牛痘代替人痘接种同样可预防天花。人痘接种同样可预防天花。特点:直接用未减毒的病原体作为疫苗。特点:直接用未减毒的病原体作为疫苗。生物技术与人类健康生物技术与人类健康9.1.1 疫苗概说疫苗概说疫苗的发展历史 早期疫苗 第一代疫苗 19世纪中叶,法国科学家世纪中叶,法国科学家Parsteur首先首先发明了减毒疫苗的制备技术。用病原体减毒发明了减毒疫苗的制备技术。用病原体减毒或弱化制成疫苗,称之为第一代疫苗。或弱化制成疫苗,称之为第一代疫苗。特点
4、:特点:以减毒、弱化或灭活的病原体做以减毒、弱化或灭活的病原体做疫苗。疫苗。生物技术与人类健康生物技术与人类健康9.1.1 疫苗概说疫苗概说 第二代疫苗第二代疫苗(基因工程疫苗基因工程疫苗)将病原体的抗原(某种蛋白质)基因克将病原体的抗原(某种蛋白质)基因克隆在细菌或真核细胞内,利用其生产的病原隆在细菌或真核细胞内,利用其生产的病原体抗原作为疫苗。体抗原作为疫苗。特点:特点:利用病原体的利用病原体的 某些抗原成分作为疫苗。某些抗原成分作为疫苗。生物技术与人类健康生物技术与人类健康9.1.1 疫苗概说疫苗概说 第三代疫苗第三代疫苗(核酸疫苗核酸疫苗)将含有编码病原体抗原基因序列的质粒将含有编码病
5、原体抗原基因序列的质粒载体直接作为疫苗,经肌肉注射或微弹轰载体直接作为疫苗,经肌肉注射或微弹轰击等方法导入体内,通过宿主细胞表达系击等方法导入体内,通过宿主细胞表达系统表达抗原蛋白,诱导宿主产生对该抗原统表达抗原蛋白,诱导宿主产生对该抗原蛋白的免疫应答。蛋白的免疫应答。特点:特点:用含有病原体抗原基因序列的质用含有病原体抗原基因序列的质粒载体直接作为疫苗。粒载体直接作为疫苗。生物技术与人类健康生物技术与人类健康9.1.1 疫苗概说疫苗概说DNA VaccinesplasmidMuscle cellGene for antigenMuscle cell expresses protein-ant
6、ibody madeCTL responseDNA Vaccines Plasmids are easily manufactured in large amounts DNA is very stable DNA resists temperature extremes so storage and transport are straight forward DNA sequence can be changed easily in the laboratory.This means that we can respond to changes in the infectious agen
7、t By using the plasmid in the vaccinee to code for antigen synthesis,the antigenic protein(s)that are produced are processed(post-translationally modified)in the same way as the proteins of the virus against which protection is to be produced.This makes a far better antigen than purifying that prote
8、in and using it as an immunogen.DNA Vaccines Mixtures of plasmids could be used that encode many protein fragments from a virus/viruses so that a broad spectrum vaccine could be produced The plasmid does not replicate and encodes only the proteins of interest No protein component so there will be no
9、 immune response against the vector itself Because of the way the antigen is presented,there is a CTL response that may be directed against any antigen in the pathogen.A CTL response also offers protection against diseases caused by certain obligate intracellular pathogens(e.g.Mycobacterium tubercul
10、osis)DNA VaccinesPossible Problems Potential integration of plasmid into host genome leading to insertional mutagenesis Induction of autoimmune responses(e.g.pathogenic anti-DNA antibodies)Induction of immunologic tolerance(e.g.where the expression of the antigen in the host may lead to specific non
11、-responsiveness to that antigen)AbAg静止静止B 细胞细胞辅佐细胞辅佐细胞(巨噬细胞)巨噬细胞)静止静止T 细胞细胞病原微生物病原微生物激活激活记忆记忆B 细胞细胞浆细胞浆细胞活化的活化的T细胞细胞激活激活9.1.2 9.1.2 免疫系统及疫苗的作用机理免疫系统及疫苗的作用机理免疫系统及疫苗的作用机理免疫系统及疫苗的作用机理 生物技术与人类健康生物技术与人类健康9.1 生物技术与疫苗生物技术与疫苗艾滋病艾滋病:人类和灵长类动物免疫缺陷型严人类和灵长类动物免疫缺陷型严重疾重疾 病。病。1999年,全世界已有年,全世界已有3400万人感万人感染了艾滋病病毒,其中染
12、了艾滋病病毒,其中1600万人死于艾滋万人死于艾滋病。每天估计有病。每天估计有1.6万人受到感染。万人受到感染。乙型肝炎:乙型肝炎:乙型肝炎患者及健康带毒者在乙型肝炎患者及健康带毒者在我国大约有我国大约有1.3亿人,每亿人,每10个人就有一个。个人就有一个。流感病毒:流感病毒:人类的常见病和多发病。人类的常见病和多发病。生物技术与人类健康生物技术与人类健康9.1 生物技术与疫苗生物技术与疫苗9.1.3 病毒性疾病的疫苗病毒性疾病的疫苗19811981年年年年EdmanEdman等克等克等克等克隆了该抗原基因并大隆了该抗原基因并大隆了该抗原基因并大隆了该抗原基因并大量表达。量表达。量表达。量表达
13、。美国、日本采用酵母美国、日本采用酵母表达系统生产表面抗表达系统生产表面抗原而制成原而制成 疫苗。疫苗。以色列等国采用仓鼠以色列等国采用仓鼠细胞生产疫苗。细胞生产疫苗。我国可采用以上两种我国可采用以上两种表达系统生产疫苗。表达系统生产疫苗。9.1.3.1 9.1.3.1 肝炎病毒疫苗肝炎病毒疫苗肝炎病毒疫苗肝炎病毒疫苗乙型肝炎病毒(乙型肝炎病毒(HBsAg)生物技术与人类健康生物技术与人类健康9.1.3 病毒性疾病的疫苗病毒性疾病的疫苗New Methods Recombinant DNASingle gene(subunit)S-antigen mRNAcDNAExpress plasmid
14、S-antigen mRNA proteinHepatitis B vaccineraised in yeast国外已有甲型肝炎病毒灭活疫苗面市。国外已有甲型肝炎病毒灭活疫苗面市。我国使用的减毒疫苗也取我国使用的减毒疫苗也取 得了很好的效果。国内基得了很好的效果。国内基 因工程空壳甲肝病毒及痘因工程空壳甲肝病毒及痘 苗活病毒疫苗也显示了很苗活病毒疫苗也显示了很 好的免疫原性。好的免疫原性。生物技术与人类健康生物技术与人类健康9.1.3.1 肝炎病毒疫苗肝炎病毒疫苗 甲型肝炎病毒甲型肝炎病毒戊型肝炎是乙肝和甲肝之外的又一种重要的病毒性肝炎。在临床症状上与甲肝相似,患者有明显的乏力、食欲减退、恶心
15、、呕吐,部分患者可出现黄疸。接种疫苗是预防戊肝的最好办法。不过,迄今为止世界上仍未有疫苗获批上市。厦门大学国家传染病诊断试剂与疫苗工程技术研究中心科研人员经过艰苦的联合攻关,首次成功地利用大肠杆菌表达系统获得了戊型肝炎类病毒颗粒,目前正准备进入III期临床试验。如果获得成功,该疫苗将成为继乙肝疫苗之后,世界上第二个基因工程病毒疫苗。生物技术与人类健康生物技术与人类健康9.1.3.1 肝炎病毒疫苗肝炎病毒疫苗 戊型肝炎病毒戊型肝炎病毒丙型肝炎是由丙肝病毒(HCV)所引起,是通过输血或血制品、破损的皮肤和黏膜、静脉注射毒品、性传播、母婴传播等传染引起的。丙型肝炎病毒感染后,大部分患者转为慢性肝炎,
16、其中部分患者可发展为肝硬化甚至肝癌。对感染者的危害远大于乙肝病毒感染。由于丙型肝炎病毒目前尚未能培养成功。而且丙肝病毒还存在着高突变率,尤其是包膜区的多变性,目前已知至少存在6种不同基因型的病毒,各型之间的异源性高达25%30%,给丙肝疫苗的研究带来了重重困难。这也是为什么至今仍未见有丙肝疫苗上市的原因之一。生物技术与人类健康生物技术与人类健康9.1.3.1 肝炎病毒疫苗肝炎病毒疫苗 丙型肝炎病毒丙型肝炎病毒 生物技术与人类健康生物技术与人类健康9.1.3 病毒性疾病的疫苗病毒性疾病的疫苗9.1.3.2 艾滋病病毒疫苗艾滋病病毒疫苗HIV模式图艾滋病疫苗的研究主要是通过克隆病毒外艾滋病疫苗的研
17、究主要是通过克隆病毒外膜蛋白和膜蛋白和gp160及及gp120基因后在不同的表基因后在不同的表达系统中表达,以获得基因工程疫苗达系统中表达,以获得基因工程疫苗。目。目前该疫苗大多处于临床试验阶段前该疫苗大多处于临床试验阶段,尚未大规尚未大规模使用。模使用。生物技术与人类健康生物技术与人类健康9.1.3.2 艾滋病病毒疫苗艾滋病病毒疫苗电子显微镜下的HIV 小儿麻痹症疫苗 小儿麻痹症是由脊髓灰质炎病毒引起的中枢神经系统疾病。通过基因工程方法改变脊髓灰质炎病毒的基因结构,获得弱化了的脊髓灰质炎病毒,用它研制成了小儿麻痹口服疫苗。通过基因工程方法制得脊髓灰质炎病毒衣壳蛋白VP1、VP2和VP3作为注
18、射疫苗。生物技术与人类健康生物技术与人类健康9.1.3 病毒性疾病的疫苗病毒性疾病的疫苗9.1.3.3 9.1.3.3 其他病毒性疾病疫苗其他病毒性疾病疫苗其他病毒性疾病疫苗其他病毒性疾病疫苗1000010001001010Reported cases195019551960196519701975Killed(Salk)vaccineTotal casesSweden and Finland 流感疫苗 流感病毒极易发生变异,能逃避抗体的作用。所以长期未有有效的疫苗面市。1993年Ulmer首先将流感病毒高度保守的NP基因插入质粒中制成核酸疫苗免疫小鼠,并取得了令人满意的效果。生物技术与人类健
19、康生物技术与人类健康9.1.3.3 其他病毒性疾病的疫苗其他病毒性疾病的疫苗流感病毒 狂犬病疫苗 狂犬病疫苗是继天花之后,人类最早应用的第二个疫苗。狂犬病疫苗经历了脑组织细胞培养、基因工程、合成肽及抗独特型抗体疫苗等几个发展阶段。最近又发展了动物实验效果较好且更为安全的金丝雀痘病毒活疫苗。生物技术与人类健康生物技术与人类健康9.1.3.3 其他病毒性疾病的疫苗其他病毒性疾病的疫苗狂犬病毒 疱疹病毒疫苗 EB(Epstein-Barr)病毒是5种疱疹病毒之一。在非洲,这种病毒主要侵染B淋巴细胞引起波克梯氏淋巴瘤,在地中海地区及包括我国在内的亚洲地区则主要浸染口、咽上皮细胞引起鼻咽癌。现在已成功地
20、构建EB病毒膜抗原的重组痘苗病毒,以及中国仓鼠表达系统,并完成了成人、儿童和幼儿的免疫观察。生物技术与人类健康生物技术与人类健康9.1.3.3 其他病毒性疾病的疫苗其他病毒性疾病的疫苗Smallpox天花 Mummies China/India Crusaders W Europe:fatality rate 25%History changed:CortesLouis XIVSmallpox Variolation1%v.25%mortalityLife-long immunity:No drift or shift(proof reading)UK:1700s China 1950Paki
21、stan/Afghanistan/Ethiopia 1970SmallpoxVaccination Jenner 1796:Cowpox/Swinepox 1800s Compulsory childhood vaccination 1930s Last natural UK case 1940s last natural US case 1958 WHO program October 1977:Last case(Somalia)将多种病原体的相关抗原融合在一起,产将多种病原体的相关抗原融合在一起,产生一种带有多种病原体抗原的融合蛋白。生一种带有多种病原体抗原的融合蛋白。将多种病原体相关抗
22、原克隆在同一个载体将多种病原体相关抗原克隆在同一个载体(多价表达载体)上。(多价表达载体)上。美国于美国于1986年年10月首先研制了一种含有疱月首先研制了一种含有疱疹病毒、肝炎病毒和流感病毒的疫苗。疹病毒、肝炎病毒和流感病毒的疫苗。生物技术与人类健康生物技术与人类健康9.1.3 病毒性疾病的疫苗病毒性疾病的疫苗9.1.3.4 9.1.3.4 基因工程多价疫苗基因工程多价疫苗基因工程多价疫苗基因工程多价疫苗霍乱疫苗接种已有100多年的历史,传统疫苗是采用肌肉注射的灭活或减毒霍乱弧菌菌体苗。效果不佳,副作用大,已被WHO宣布不再推荐此疫苗的应用。9.1.4.1 9.1.4.1 霍乱弧菌疫苗霍乱弧
23、菌疫苗霍乱弧菌疫苗霍乱弧菌疫苗 生物技术与人类健康生物技术与人类健康9.1 生物技术与疫苗生物技术与疫苗9.1.4 细菌性疾病的疫苗细菌性疾病的疫苗根据霍乱弧菌的致病机理,科学家们利用基因工程技术研制了重组B亚单位疫苗,是已被WHO推荐应用的疫苗。我国军事医学科学院生物工程研究所经过十多年的研究研制出了国家一类新药rBS-WC口服霍乱疫苗,并已上市。生物技术与人类健康生物技术与人类健康9.1.4.1 霍乱弧菌疫苗霍乱弧菌疫苗霍乱弧菌疫苗霍乱弧菌疫苗 IdentificationVibrios are highly motile,gram-negative,curved or comma-sha
24、ped rods with a single polar flagellum,whose natural habitat is usually salt or fresh water.Caused by miasmaMisguided NotionsPrevented by alcoholCould be spread by contact with patient or patients clothesMisguided NotionsV.Cholerae Afflicted Areas(2000)Transmission Contaminated food or waterInadequa
25、te sewage treatmentLack of water treatmentImproperly cooked shellfish Transmission by casual contact unlikelyEpidemicsFecal-oral transmissionFeces of infected person contaminates water supplyResulting diarrhea makes it easy for bacteria to spread in unsanitary conditionsSymptoms Occur 2-3 days after
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