第4節基因診斷與基因治療課程目標導航1.說出基因診斷的基本含義和基本原理。2.描述基因診斷在惡性腫瘤早期診斷中的突出作用。3.簡述基因芯片的基本含義及在生物醫學方面的應用。4.說出基因治療的基本含義、基本步驟、優點及其前景。知識點1基因診斷知識梳理1.基因診斷技術的原理指用放射性同位素(如32p)、熒光分子等標記的dna分子做探針，利用dna分子雜交原理，鑒定被檢測樣本上的遺傳信息，從而達到檢測疾病的目的。2.基因診斷的過程構建基因探針獲得待測組織單鏈dna對待測單鏈dna分子進行pcr技術擴增，將擴增獲得的dna熱處理得到大量的dna單鏈將dna轉移到一種特制的尼龍膜上將探針與尼龍膜上的dna分子進行雜交，如果尼龍膜上含有突變基因，就會形成特定顏色的雜交斑。3.基因診斷的特點既客觀又靈敏。思考：用基因診斷技術可檢測哪些疾病？提示：通過直接探查基因進行診斷，不受細胞類型和發病年齡的限制，可用于部分遺傳病的診斷。例如，癌細胞的病變過程，主要是由于基因調節控制失靈，通過基因診斷，將發生紊亂的基因加以修復，有希望根治癌癥。活學活用應用基因工程技術診斷疾病的過程中必須使用基因探針才能達到檢測疾病的目的，這里的基因探針是指()a.用于檢測疾病的醫療器械b.用放射性同位素或熒光分子等標記的dna分子c.合成珠蛋白的dnad.合成苯丙羥化酶的dna片段解析本題考查對基因診斷概念的理解。依據基因診斷的定義可知b項正確。答案b歸納總結1.dna探針的制備方法根據翻譯產物蛋白質的氨基酸順序查出相應的核苷酸順序(約30個氨基酸對應的90個左右的核苷酸順序)，再從中選出兩個片段，用化學方法合成這兩個片段并做同位素標記，即成探針。也可用所需的mrna逆轉錄成dna，標記后作為探針。2.基因診斷的過程獲得目的基因構建基因探針從被測生物中取樣對單鏈dna分子進行pcr擴增將dna轉到特定的尼龍膜上將dna探針與樣品進行雜交觀察雜交斑。3.基因診斷的優點傳統診斷方法是通過表現型來推測基因型，而基因診斷是從基因著手來推斷表現型，即通過直接探查基因進行診斷，不受細胞類型和發病年齡的限制，可用于部分遺傳病的診斷。例如，癌細胞的病變過程，主要是由于基因調節控制失靈，通過基因診斷，就可針對具體情況進行適當的治療。4.基因診斷的應用 (1)對感染性疾病的診斷利用已知病原體的基因做dna探針，當有病原體侵入人體后，就可以快速、準確地確定病因。基因診斷可用于病毒性(如乙肝病毒)感染、細菌性(如結核桿菌)感染、寄生蟲侵染、真菌性感染等病原體的檢測。(2)癌癥的早期檢測通過研究，人們已闡明部分基因與癌癥之間的關系。目前臨床上可以用基因檢測方法診斷白血病、肺癌、神經膠質瘤等疾病。例如可以用從白血病患者細胞中分離出來的癌基因做成dna探針檢測白血病。 (3)對有遺傳風險的胎兒作產前診斷通過基因診斷，不僅可以檢測胎兒性別，還可以檢測與染色體有關的遺傳病，對于高發性遺傳病(如地中海貧血癥、鐮刀型細胞貧血癥、凝血因子缺乏癥等)的基因診斷已在臨床上應用，為優生優育作出了巨大貢獻。(4)在法醫學上的應用通過對人基因結構的深入研究發現，有些具有個體特征的遺傳標記可用于個體識別、親子鑒別、dna指紋分析等司法鑒定，還可以應用于動植物檢疫與轉基因動物中陽性基因的檢測。知識點2神奇的基因芯片知識梳理1.基因芯片是將大量特定序列的dna片段(探針)有序地固定在尼龍膜、玻片或硅片上，從而能大量、快速、平行地對dna分子的堿基序列進行測定和定量分析。基因芯片實際上是一種高密度的dna陣列。2.基因芯片的應用舉例(1)發現疾病的相關基因。(2)用于傳染病的檢測。(3)基因芯片技術與醫學行為的改變。基因芯片不僅能做到快速、準確地診斷疾病，還可指導醫生針對不同患者的基因活動特點，使用不同的治療方法，進行個體化的治療。基因芯片技術還有助于發現不同個體對疾病易感性的差異。思考：如果將來把每個人的基因做成基因芯片，你設想一下會有什么作用？提示：基因身份證、診斷疾病、偵察罪犯等。活學活用基因診斷所利用的原理是()a.基因突變 b.基因重組c.dna分子雜交 d.染色體變異解析基因診斷的原理是dna分子雜交即堿基互補配對。答案c知識點3初露曙光的基因治療知識梳理1.基因治療的概念就是把特定的外源基因導入有基因缺陷的細胞中，從而達到治療疾病的目的。2.基因治療scid的過程(1)scid患病機理：患者體內有兩個分別來自父母雙方的有缺陷的腺苷酸脫氨酶基因(ada)，造成體內缺乏腺苷酸脫氨酶，導致免疫系統不能完成正常功能，只能在無菌條件下生活。(2)治療scid過程：將人的正常ada基因與某種病毒核酸重組從scid患者體內分離t淋巴細胞該病毒感染t淋巴細胞，同時將ada基因導入t淋巴細胞培養t淋巴細胞將攜帶正常ada基因的t淋巴細胞再注入患者體內獲得免疫力。3.基因治療惡性腫瘤(1)殺死腫瘤細胞：將抑制癌細胞增生的基因轉入到癌細胞內，不僅可阻斷癌細胞繁殖，還可誘導它自殺死亡，或者將一段可抑制癌基因轉錄的dna序列導入癌細胞，使癌基因不能表達，導致癌細胞不能增殖。(2)提高人體免疫力：將提高人體免疫力的基因導入免疫系統，提高人體防御功能，進而殺死癌細胞。4.基因治療的一般步驟選擇治療基因將治療基因與運輸載體結合，將治療基因轉入患者體內治療基因在細胞內正常表達。思考 ：要想根治遺傳性疾病，最好的治療措施是什么？提示：遺傳病是由遺傳物質發生變異而引起的，所以治療的最佳措施是基因治療。活學活用在人類的遺傳病中，有一種重癥聯合免疫缺陷病(簡稱scid)，這種患者缺乏正常的人體免疫功能，只要稍被細菌或病毒感染，就會發病死亡。經研究證實，scid病人細胞的一個常染色體上編碼腺苷酸脫氨酶(簡稱ada)的基因發生了突變。目前，人們已經找到了治療該疾病的方案。如圖：(1)(多選)載體必須具備的條件是()a.能在宿主細胞中復制并保存b.具有多個限制性核酸內切酶切割位點，以便與外源基因連接c.具有標記基因，便于進行篩選d.是環狀形態的dna分子(2)在圖示過程中，所用到的基因操作工具分別是_。(3)研究人員將ada注入淋巴細胞，而不是其他細胞，其原因是_。(4)圖中的治療方法是_(“體內”或“體外”)基因治療法，這是基因工程生物技術的應用。請列舉除了在醫學領域，該生物技術在其他領域的一些成就。_(舉兩例)。解析(1)載體是把目的基因導入受體細胞并使其復制、表達的工具，因此基因工程載體需具備以下條件：能在宿主細胞中復制并保存以便于目的基因的復制與保存，具有多個限制性核酸內切酶切割位點，以便與目的基因連接，具有標記基因，便于進行篩選。(2)構建基因表達載體時，需用同種限制性核酸內切酶切割目的基因和載體，再用dna連接酶連接，通過基因表達載體將目的基因導入受體細胞。(3)腺苷酸脫氨酶基因在淋巴細胞內可進行基因表達，因此應將腺苷酸脫氨酶基因導入人體淋巴細胞才能產生腺苷酸脫氨酶。(4)由題意知，腺苷酸脫氨酶基因在體外完成了轉移，篩選出含有腺苷酸脫氨酶基因的受體細胞后導入患者體內，該過程屬于體外基因治療。轉基因技術還可應用在轉基因動物、轉基因植物、轉基因微生物等方面。答案(1)abc(2)限制性核酸內切酶、dna連接酶、載體(3)腺苷酸脫氨酶是人體免疫系統發揮正常功能所必需的，而淋巴細胞才能產生抗體等免疫物質(4)體外如抗蟲轉基因植物、抗逆轉基因植物等歸納總結基因治療的機理(1)基因置換：正常基因取代致病基因。(2)基因修正：糾正致病基因的突變堿基序列。(3)基因修飾：目的基因表達產物補償致病基因的功能。(4)基因抑制.外源基因干擾、抑制有害基因的表達。(5)基因封閉：封閉特定基因的表達。基因置換是用目的基因將病變基因徹底置換，使致病基因獲得永久性更正，且原位替換是最理想的治療方法，但限于技術手段，操作難，不易推廣；基因修正是糾正病變的堿基序列，而保留正常序列，同樣面臨技術手段的問題，不易普及；基因修飾則是通過將正常基因導入病變細胞或其他細胞來表達性狀，以補償致病基因功能，現已成為較成熟的手段；基因抑制是導入干擾、抑制有害基因表達的外源基因，是癌癥治療的良好選擇；基因封閉是利用反義技術封閉某些基因，通過封閉基因的轉錄和翻譯而使致病基因不能表達，但也未能從根本上修正基因。隨堂練習鞏固1.下列疾病可進行基因診斷的是()sars疑似患者壞血病艾滋病腫瘤血友病苯丙酮尿癥甲狀腺腫大組織水腫a. b.c. d.解析壞血病是由缺乏維生素c所引起的疾病，不是血細胞基因結構改變引起的，所以不能通過基因檢測診斷。甲狀腺腫大、組織水腫分別是由缺碘、血漿滲透壓降低造成的，不是基因結構改變引起的，不能通過基因檢測診斷。其余都可以通過dna探針進行檢測。答案b2.(2015山東臨沂聯考)下列關于基因治療的說法，正確的是()a.基因治療主要是對有缺陷的細胞進行修復b.基因治療是指利用遺傳工程的原理和方法，通過引入目的基因來矯正人體內出現的異常基因，以達到治療疾病的目的c.只要引入外源健康基因，就能治愈疾病d.基因治療已解決了絕大多數的遺傳病，今后的發展會相當慢解析基因治療從狹義角度講，可以理解為具有正常功能的基因置換或增補患者體內的缺陷基因，使其在“體內”表達，最終達到治療疾病的目的