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1、生物材料,DNA,mRNA,一定大小范围DNA,PCR,cDNA(互补DNA),反转录,基因组文库 cDNA文库,基因文库,包括,人工合成,限制酶切割,获取目的基因,构建表达载体,导入受体细胞,得到转基因生物,目的基因检测与鉴定,第一步,第二步,第三步,第四步,基因工程的基本操作程序,获取目的基因,生物材料,PCR,cDNA,mRNA,DNA,基因组文库,cDNA文库,一定大小范围DNA,人工合成,逆转录,限制酶切割,获取目的基因,构建表达载体,导入受体细胞,得到转基因生物,目的基因检测与鉴定,第一步,第二步,第三步,第四步,基因文库(gene library)概念,又称DNA文库,是指某个生
2、物的基因组DNA或cDNA片段与适当的载体在体外重组后,转化宿主细胞,通过筛选后得到大量的阳性菌落(或噬菌体),所有菌落或噬菌体的集合即为该生物的基因文库。基因文库由外源DNA片段、载体和宿主细胞组成。,mRNA 结构图,DNA 结构图,基因组文库(Genomic library),将某种生物体的全部基因组DNA用限制性内切酶或机械力量切割成一定长度范围的DNA片段,再与合适的载体在体外重组并转化相应的宿主细胞获得的所有阳性菌落。该文库以DNA片段的形式贮存着该生物全部基因组的信息,可用于分离目的基因和保存某种生物的全部基因。,基因组文库,cDNA文库(cDNA library),提取某生物组
3、织或发育时期的总mRNA,经反转录产生的cDNA片段分别与克隆载体重组,储存于受体菌中,该群体就称该生物基因组的cDNA文库。cDNA(complementary DNA,互补DNA):是由生物的某一特定器官或特定发育时期细胞内的mRNA经体外反转录后形成的互补DNA。,结构基因,外显子,内含子,转录、加工修饰,mRNA,cDNA文库,反转录酶,cDNA,克隆、转化、培养、鉴定,构建基因文库的基本程序,1)提取研究对象基因组DNA,制备合适大小的DNA片段,或提取组织或器官的mRNA并反转录成cDNA;2)DNA片段或cDNA片段与经特殊处理的载体连接形成重组DNA;3)重组DNA转化宿主细胞
4、或体外包装后侵染受体菌;4)阳性重组菌落或噬菌斑的筛选。,基因组DNA文库,cDNA文库,基因组文库的类型,根据所选用的载体可以分为:质粒文库、噬菌体文库、人工染色体文库(细菌人工染色体文库、酵母人工染色体文库)。,基因组文库的质量标准,一个理想的基因组文库应具备下列条件:重组克隆的总数不宜过大,以减轻筛选工作的压力;载体的装载量最好大于基因的长度,避免基因被分隔克隆;克隆与克隆之间必须存在足够长度的重叠区域,以利于克隆排序;克隆片段易于从载体分子上完整卸下;重组克隆能稳定保存、扩增、筛选。,cDNA文库的主要优点,cDNA文库特别适用于某些RNA病毒的基因组结构研究及有关基因的克隆分离;cD
5、NA文库较小,易于筛选;cDNA文库可用于在细菌中表达真核生物的基因;cDNA文库结合基因组文库可用于真核细胞mRNA的结构和功能研究。,cDNA克隆的主要的缺点,cDNA文库所包含的遗传信息远少于基因组DNA文库,并且受细胞来源或发育时期的影响;cDNA文库不能直接获得基因内含子序列和基因编码区外大量调控序列的结构与功能方面信息;在cDNA文库中,高丰度mRNA的cDNA克隆所占的比例比较高,分离起来比较容易,而低丰度mRNA的cDNA克隆所占的比例则比较低,因此分离也就比较困难。,从基因文库中筛选目的基因,1.通过克隆序列筛选:核酸杂交(探针)和PCR(引物)2.通过表达产物筛选:免疫学检
6、测(抗原抗体反应),探针,探针是一小段带标记的单链DNA或者RNA片段(大约是20到500bp),用于检测与其互补的核酸序列。最初是使用带放射性的DNA探针,通过放射自显影来显示位置。后来又发明了免疫探针法,将探针核苷酸的侧链加以改造,探针杂交后,其侧链可被带有荧光标记的抗体所识别,从而显示出位置。,菌落原位杂交法(核酸杂交),直接把菌落印迹转移到硝酸纤维素滤膜上,经溶菌和变性处理后使DNA暴露出来并与滤膜原位结合,再与特异性DNA探针杂交,筛选出含有目的序列的菌落。,对应的菌斑或噬菌斑位置不变,可以直接找出阳性菌落。,特点:,PCR筛选法,利用合适的引物,以从初选出来的阳性克隆中提出的质粒为
7、模板进行PCR,通过对PCR产物的电泳分析,确定目的基因序列所在克隆。,免疫筛选法,放射性抗体检测法,滤膜(固定抗体),+,免疫沉淀检测法,菌落,沉淀素,高等生物的基因组DNA十分复杂,单个基因在基因组或某个特定发育阶段或特定组织中所占比例很小。因此,要想从庞大的基因组中分离某个特定的未知基因非常困难,因此先把材料DNA分成若干易于处理的片段,然后确定目标序列在哪一片段,再进一步从该片段寻找目标序列,事情就变得容易了。,为什么要建基因文库?,PCR法获取目的基因,已知基因:设计合成一对引物,直接从基因组DNA(或文库)中扩增该目的基因。未知基因:参照其他物种中该基因的两末端设计引物,从基因组D
8、NA(或文库)中扩增该目的基因;依照其他物种中该基因的保守区段序列设计引物,扩增出一段DNA,标记为探针,从基因组文库、cDNA文库中钓出该基因。PCR法获取目的基因的前提是:要有足够制备合适引物的信息,PCR法获取目的基因优点,1.简便快速:在有足够引物信息的情况下,可直接从基因组DNA中克隆目的基因,大大减少了基因分离的工作量;2.灵敏度高:可从极微量的模板扩增出目的片段;3.对起始材料质量要求低:由于其灵敏度高和特异性强,极微量的材料或者混合的组织、部分已降解的DNA材料都可以作为起始材料;4.也可用于基因文库的构建。,化学合成制备目的基因,磷酸二酯法亚磷酸三酯法,获取目的基因的方法,一
9、般来说:目的基因的获得通常采用PCR法;化学合成法由于合成的片段较短,一般用于引物和探针的合成;基因文库一般用于保存基因资源。,目的基因检测与鉴定,通常采用分子杂交的方法。分子杂交:采用已知标记的核酸分子或蛋白质分子检测混合样品中未知核酸分子或蛋白质分子。根据其检测对象的不同可分为 Southern 杂交(DNA)、Northern 杂交(RNA)和 Western 杂交(蛋白质)。,分子杂交可在DNA与DNA、RNA与RNA或RNA与DNA的二条单链之间进行,也可以在蛋白质与蛋白质之间进行。核酸分子杂交是指核酸分子(DNA或RNA)在变性以后,在复性的过程中两个不同来源的且同源的核酸分子形成
10、杂合双链的过程。蛋白质之间的杂交通过抗原抗体反应进行。,公元11年(4f肿瘤fbb癌症yuw3胃癌d65io肠癌.f2tr肺癌65ff)(西汉王莽新朝三年),是中国古老的实证医学萌芽。由于儒、释、道三教合流所形成的中国文化格局,“重道轻器”(45传染病q566丙肝964jo乙肝28jgsx甲肝gh)衍生出的务虚倾向,重体悟而疏实证,必然缺少逻辑推理,致使中国的实证医学成就在日后难以与西方医学同日而语。古埃及医师运用念咒、画符和草药治病,前二者就是巫医。(df高血压958心脏病983u6糖尿病87fr)西医在古希腊时期就开始医巫分家,亚里士多德曾详细描述了动物的内脏和器官,古希腊医学最高成就的代
11、表人物希波克拉底将唯物主义哲学运用于医学之中,在论圣病中说:“被人们称为神圣的疾病(指癫痫和一些精神患者),在我看来一点也不比其他病症更神、更圣,与其他任何疾病一样起源于自然的原因。只因这些病症状奇异,而人们对它们又一无所知,充满疑惑,故而将其原因和性质归之于神灵。”亚里士多德所创立的唯物主义医学体系,加快了医学科学化的进程;(df4肺炎88gdg青霉素d25f肝炎df6)(df肺25s血液f369血小板t5172红血球gdf55m白血球fd2)非凡(45传染病q566丙肝964jo乙肝28jgsx甲肝gh)的事件都集中发生在这个时期。并且是独立地发生在中国、印度和西方”。这一阶段,(df高血
12、压958心脏病983u6糖尿病87fr)是东、西方哲学、科学、文化发展的重要时期。此时诸子蜂起,儒家、墨家、道家、法家学派林立,形成了空前绝后的学术繁荣局面,对中华文化的发展起了奠基作用;处在古典希腊文明的开创时期,(df肺25s血液f369血小板t5172红血球gdf55m白血球fd2)出现了德谟克利特、费底亚斯、阿基米德、苏格拉底等哲人和智者。在东、西方科学和文化昌明的大背景下,(4f肿瘤fbb癌症yuw3胃癌d65io肠癌.f2tr肺癌65ff)黄帝内经和希波克拉底全集代表着中、西两座医学的峰巅之作便自然而然的诞生了。内经的问世,标志着中医学已从简单的临床经验积累,升华到系统的理论总结。
13、关于希波克拉底全集,意大利著名医史学家卡斯蒂格略尼认为:“是自然科学几乎(df高血压958心脏病983u6糖尿病87fr)没有萌芽的时代,在医术上具有先进性的最宝贵的代表文献。希波克拉底学派的医学虽然在解剖学、生理学、病理学的知识上有缺陷,虽然只是很少而粗略地研究过动物,但是它主要是建立在临床实验和哲学推理的基础上,终能使医学提高到难以超过的高度。这是历史上最有意义的现象之一,并可能是最重要的,因为(45传染病q566丙肝964jo乙肝28jgsx甲肝gh)它说明通过经验,(df肺25s血液f369血小板t5172红血球gdf55m白血球fd2)实际观察和正确的推理,可以得到极有价值的宝贵材料
14、,他的确解决了医学历史上具有决定性倾向的开端。”比较黄帝内经和希波克拉底全集,二者的理论建构有诸多相似之处:废巫存医、整体观念、调节平衡、哲学思辩、临床实践。(4f肿瘤fbb癌症yuw3胃癌d65io肠癌.f2tr肺癌65ff)其中黄帝内经(df高血压958心脏病983u6糖尿病87fr)强调以五脏为中心的整体观,从外测内,可以不依赖解剖形态学而照样诊治疾病。其理论体系是自洽的,难以突破;希波克拉底全集虽然没有系统的解剖学和生理学等基础知识,但却强调具体的解剖结构,为医学的实证开了先河。这些差异为中、西医学的日后分向而行埋下了伏笔。(df高血压958心脏病983u6糖尿病87fr)医学教材东、
15、西方文化历史背景是中、西医学形成、发展的土壤。公元2世纪东、西方的两位医学巨匠张仲景和盖伦,(df高血压958心脏病983u6糖尿病87fr)传承了不同的学术思想,创建了迥异的医学范式,发展和完善了不同的理论体系,使中、西医学各自走向了两条完全不同的发展道路。(df肺25s血液f369血小板t5172红血球gdf55m白血球fd2)在汉代医学家张仲景所著述的伤寒杂病论之前,就有内经、难经、本草经等古典医药典籍。张仲景总结了汉代以前的医学成就,继承了内经等基本理论和丰富的医药知识,结合自己的临床实践,写成了伤寒杂病论。其贡献在于确立了中医学辨证论治的理论体系,为后世中医临床医学的发展,奠定了坚实
16、的基础。(df4肺炎88gdg青霉素d25f肝炎df6)在西方,盖伦的一生生活在罗马帝国时安东尼父子的执政期。彼时,罗马帝国的繁荣,为盖伦的医学成就、以及西方医学的(df高血压958心脏病983u6糖尿病87fr)昌盛,提供了可靠的政治、经济(45传染病q566丙肝964jo乙肝28jgsx甲肝gh)、科技和文化保证。(4f肿瘤fbb癌症yuw3胃癌d65io肠癌.f2tr肺癌65ff)盖伦继承希波克拉底的学术思想,著述200余部著作,现存的83部著作中,内容涉及解剖、生理、病理、卫生、药物、希波克拉底文集研究、哲学、(df高血压958心脏病983u6糖尿病87fr)语言学、逻辑学、数学、历史
17、、法律等。倡导实证医学,他的科学方法论具有重视实验、(df肺25s血液f369血小板t5172红血球gdf55m白血球fd2)疾病局部定位思想、重视形式逻辑、强调演绎法等特点,对后世西医学的发展影响深远。(4f肿瘤fbb癌症yuw3胃癌d65io肠癌.f2tr肺癌65ff)中、西医学在张仲景和盖伦完全相悖的医学范式引导下,开始步入了分道扬镳的历史进程。在中华文化强调(45传染病q566丙肝964jo乙肝28jgsx甲肝gh)“中和”的大背景下,学术界便有了“海纳百川”的宽松气氛。出现了学术流派精彩分呈,如瘟病的寒温之争,经方时方之别等。中医学按张仲景的思维范式,(df高血压958心脏病983u
18、6糖尿病87fr)蓬蓬勃勃的发展起来了。随着科学的进步和社会的发展特别是医疗实践的发展,最初的中医学理论已无法诠释新的科学事实,因此,医学理论必须不断创新,才能适应社会需要,这就促使中医学进入汉代以后,呈现出全面发展的阶段,这个阶段共包括四个时期:(df4肺炎88gdg青霉素d25f肝炎df6)编辑本段魏晋隋唐时期由于重视总结临床经验,(df高血压958心脏病983u6糖尿病87fr)并继承整理发挥(df肺25s血液f369血小板t5172红血球gdf55m白血球fd2)黄帝内经、伤寒杂病论等经典医著的理论,出现了众多名医名著。如晋代王叔和的脉经和皇甫谧的针灸甲乙经、隋代巢元方的诸病源候论、唐
19、代孙思邈的千金要方和千金翼方。(4f肿瘤fbb癌症yuw3胃癌d65io肠癌.f2tr肺癌65ff)编辑本段宋金元时期我国经济和科学技术日益发展,学术文化领域百家争鸣,(df高血压958心脏病983u6糖尿病87fr)特别是思想家的革新精神,为中医学理论的创新和突破性进展,提供了有利的文化背景。宋代陈无择著三因极一病证方论一书,(45传染病q566丙肝964jo乙肝28jgsx甲肝gh)提出三因学说;并产生了最具盛名四大学派,刘完素倡导火热论;张从正力倡“攻邪论”;李杲提出“内伤脾胃,百病由生”的理论;朱震亨创造性地阐明了相火的演变规律。编辑本段明清时期(df肺25s血液f369血小板t517
20、2红血球gdf55m白血球fd2)是中医学理论综合汇编、深化发展,临床各科辨证体系丰富、提高阶段。如明代楼英的医学纲目和王肯堂的证治准绳,清代吴谦等编著的医宗金鉴和陈梦雷主编的古今图书集成医部全录等。王清任著医林改错,注重实证研究,(df高血压958心脏病983u6糖尿病87fr)纠正了古医籍中关于解剖知识的某些错误,肯定了“脑主思维”,发展了瘀血理论。温病学说的形成和发展,标志着中医理论的创新与突破,吴有性著温疫论,叶天士著温热病篇,吴鞠通著温病条辨等,在药物学研究方面,(45传染病q566丙肝964jo乙肝28jgsx甲肝gh)李时珍著的本草纲目,总结了16世纪以前我国药物学研究的成就。而
21、西方医学随着西罗马帝国的灭亡,逐渐进入了中世纪的千年黑暗,科学变成了神学的奴婢,牧师取代医师。(4f肿瘤fbb癌症yuw3胃癌d65io肠癌.f2tr肺癌65ff)从13世纪开始,始渐复明,直到15世纪,冲破封建宗教藩篱,才得以迅速发展。达芬奇(df高血压958心脏病983u6糖尿病87fr)开创现代解剖学,维萨里创立解剖生理学;1731年意大利摩尔干尼创立了病理解剖学;1855年德国魏尔啸创建了细胞病理学;与此同时西方科学方法论对医学发展具有指导作用。以实验为主的实证方法(观察实验和比较分析)、(df肺25s血液f369血小板t5172红血球gdf55m白血球fd2)及对医学研究中的“经院哲
22、学”的彻底决裂、依靠各门自然科学所提供的技术手段和方法,(df4肺炎88gdg青霉素d25f肝炎df6)培养了医学家们的科学意识,赋予了医学的自然科学属性,使其摆脱了思辩推理的玄想而成就了生物医学模式下的实验科学。至此中医学在实证医学领域已无法于西医同日而语。但中医学相对于西医学的(df高血压958心脏病983u6糖尿病87fr)优势是从宏观入手,注重整体,强调局部与局部、局部与整体之间的联系,重视辨证,主张“三因治宜”的个体化诊疗方略等。编辑本段东西方医学差异中、西医学运用不同的思维模式诊治疾病,其基本理论各成体系并有根本差异。(45传染病q566丙肝964jo乙肝28jgsx甲肝gh)中西
23、医学的差异不仅仅是有否实证的科学理念,最主要的是两种文化体系的差别。从理论上讲,中西医学是两种不可能统一的医学体系。“中体西用”曾成为中西医汇通派的指导思想,但由于两种医学的根基不同,硬在中医之体上套上西医之用,近一个世纪的事实证明,“汇通医学的体用判断脱离了中西医学的事实认识,(df高血压958心脏病983u6糖尿病87fr)以价值认识代替了事实认识,决定最终结果劳而无功”,因此,中、西医学应并存共荣而不必强求统一。(df4肺炎88gdg青霉素d25f肝炎df6)尽管目前中、西医学还不可能融合成为一种统一的医学模式,但可以独立发展,并存共荣,整合互补。(45传染病q566丙肝964jo乙肝2
24、8jgsx甲肝gh)缘于现代信息论、(df肺25s血液f369血小板t5172红血球gdf55m白血球fd2)系统论和控制论的影响,西医学的发展趋势若仅仅是单纯地重视分析而忽略了整体结构和整体功能,无疑将渐行渐窄。而中医讲究“感悟”,(4f肿瘤fbb癌症yuw3胃癌d65io肠癌.f2tr肺癌65ff)未免夹带有很多主观因素,难以客观地定量,定性。若中医的诊察疾病能参考现代医学的微观分析,将辨证与辨病相结合,实现宏观与微观的统一,使中医诊断客观化,即把分析与综合相结合的方法引入中医理、法、方、药的研究,使二者有机结合,互相借鉴、补充,避免各自的片面性、局限性,这将有利于中西医学的优势互补,(d
25、f高血压958心脏病983u6糖尿病87fr)“和而不同”,多元发展。近年来,中医药在防治非典、禽流感和艾滋病方面发挥的独特作用也证实了二者的有机结合,具有肯定的临床疗效。编辑本段东西方医学交融(df高血压958心脏病983u6糖尿病87fr)不管是中医学还是西医学,从二者现有的思维方式的发展趋势来看,均是走向现代系统论思维,中医药学理论与现代科学体系(45传染病q566丙肝964jo乙肝28jgsx甲肝gh)之间具有系统同型性,属于本质相同而描述表达方式不同的两种科学形式。可望在现代系统论思维上实现交融或统一,成为中西医在新的发展水平上实现交融或统一的支撑点,希冀籍此能给(df高血压958心
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