《克隆基因治疗》PPT课件.ppt
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1、细胞分化的可逆性,个体发育:细胞分裂分化的过程。一个受精卵是有全能性的,它可以产生各种类型的细胞。在个体发育的什么阶段,细胞的全能性受到了限制呢?一直认为植物细胞具有全能性、动物细胞不具有全能性。直到1997年2月,苏格兰学者用体细胞核移植技术培养成“多莉”绵羊,这一动物细胞无全能性的观点才发生动摇。其实,壁虎再生失去的尾巴,涡虫、蚯蚓可以再生失去的部分都说明动物细胞是具有全能性的,只不过是能够再生的组织和器官在数目和种类上是有限的,特别是高等动物。,一、植物的组织培养,植物的组织培养:在体外人工培养植物组织和细胞的技术。例:胡萝卜韧皮部的单个细胞重新发育成一个完整的个体。现在小麦、玉米、水稻
2、等很多植物都可以通过组织培养获得愈伤组织,产生新的个体。因此,分化的细胞,可以从高度的分化状态回复过来(脱分化),重新再分化,形成植株,即植物细胞具有全能性。,二、动物的核移植试验,(一)移植开端 1938年汉斯.施佩曼提出他称之为“奇异的实验”的设想:从发育到后期的胚胎(成熟的或未成熟的胚胎均可)中取出细胞核,将其移植到一个卵子中。1952年,研究细胞全能性的第一个人R.Briggs(罗伯特.布里格斯)豹纹蛙 囊胚期细胞核去核的同种蛙卵卵发育成个体(即克隆)胚胎后期到蝌蚪、成蛙的细胞细胞核去核的同种蛙卵失败.认为胚胎早期细胞核具有全能性,而胚胎以后各个时期的细胞核难以体现全能性,即分化难以逆
3、转,多数生物学家转向以未成熟的胚胎细胞克隆动物的领域。,二、动物的核移植试验,(二)胚胎细胞核移植胚胎细胞克隆 胚胎早期(囊胚期)的细胞核移入去核的异种动物的受精卵中,使受精卵发育成个体的过程。鲤鱼囊胚细胞 鲫鱼受精卵 具有生殖能力 取核 去核受精卵 肌肉蛋白含量比鲤鱼高 3.78%融合 培育 杂交鱼 脂肪含量比鲤鱼高 5.58%,1 除核,2 注核,3 注核,4 注核,5 注核,6 电击,(三)体细胞核移植体细胞克隆,动物体细胞克隆技术又称体细胞核移植技术或无性繁殖技术,它是用动物特定发育阶段的核供体(体细胞核)及相应的核受体(去核的原核胚或成熟的卵母细胞、卵细胞)不经过有性繁殖过程,进行体
4、外重构,并通过重构胚的胚胎移植,从而达到扩繁同基因型动物种群的目的。1、体细胞克隆的类型(1)同种体细胞核移植:科学家用取自一只6岁成羊的乳腺细胞培育成功一只克隆羊。(2)异种体细胞核移植:陈大元等将大熊猫的子宫上皮细胞、骨骼肌细胞和乳腺上皮细胞的细胞核移入去核的兔卵母细胞后,分别有9.9%、6.8%和11.7%的重构卵发育到囊胚,染色体、线粒体DNA和核DNA分析均证实异种重构胚的核遗传物质来自大熊猫供体细胞。这不仅开创了大熊猫体细胞移核的先例,而且也是首次大熊猫体细胞核的异种移核。对大熊猫的快繁及保护提供了一线希望。,(三)体细胞核移植体细胞克隆,2、体细胞克隆的一般方法 胎儿细胞或成年动
5、物已分化的细胞作为核供体,进行细胞核移植,得到与供体细胞具有同性质动物的过程。克隆羊“多莉”的克隆方法如下:A羊乳腺细胞 B羊未受精卵 取出细胞核 除去细胞核的卵 融合 显微注射 电击融合 早期胚胎发育 胚胎移植到C羊子宫 C羊分娩产下“多莉”与A羊同,山东皮肤细胞克隆牛,北京克隆牛欣欣,欣欣之母,莱阳农学院克隆牛,(四)关于克隆人,1997年,克隆(即无性繁殖)羊“多莉”的问世,让人们听到了克隆人的脚步声。由于克隆人不单纯是科技问题,更是对人类社会及其未来命运有着非同寻常影响,所以国外各界人士纷纷从科学、哲学(包括科技哲学、价值哲学、伦理学、宗教哲学)、社会学、法学、心理学等不同角度,对克隆
6、人问题展开了广泛的探讨。克隆人“三疯子”的科学家是:美国“克隆基金”主任布瓦瑟利耶、肯塔基州列克星顿大学激素学院院长扎沃斯和意大利科学家安蒂诺里。由于此三人是克隆人的坚定推崇者,因此被学术界称为“科学疯子”。,(四)关于克隆人,1、克隆人就在我们身边(1)体细胞克隆人的过程人造人(2)同卵双胞胎的产生过程天然的克隆人 同卵双胞胎由同一个受精卵一分二,而二个细胞各自发育形成二个独立个体,二个人不但细胞核、细胞质完全相同,而在完全相同的子宫环境发育成长,比由克隆技术产生的克隆人有更完美的吻合度。这个完美的天然的克隆人是一种更为完美的克隆人,真正意义上的克隆人同卵双胞胎,(四)关于克隆人,天然的克隆
7、人,(四)关于克隆人,2、治疗性克隆与生殖性克隆 治疗性克隆:体细胞核卵细胞新的细胞“桑椹”胚胎干细胞克隆人体器官,供医学研究,解决器官移植供体不足问题等。例如:治疗性克隆希望使用病人自己细胞中的遗传物质来产生胰岛以治疗糖尿病,或者产生神经细胞来修复受损的脊髓。,2、治疗性克隆与生殖性克隆,生殖性克隆:即通常所说的克隆人。体细胞核卵细胞新的细胞“桑椹”(胚胎干细胞)胚胎植入到一个女性子宫婴儿 如果干细胞保留时间超过14天,它就可能长出神经元,此时,这一细胞就有了生命意义。据报道,1999.11(1998.11)美国科学家在马萨诸塞州的细胞技术公司,用人的皮肤细胞克隆出首个人类胚胎,12天后把它
8、焚化烧毁。目前国际上已对治疗性克隆规定了三条原则。一是取得的材料卵子、体细胞,必须是自愿的,不能是骗来的,不能是买来的,提供者有知情权。二是胚胎细胞保留时间不能超过14天,超过了,就被视为动机不纯,有克隆人之嫌。三是不能将克隆的胚胎细胞植入人体子宫。,辽宁省计划生育研究院王彤博士等人在我国首次完成人类全胚胎体外培养取得成功。目前止共培养成活28例人类胚胎.存活最常至今22天.左图是培养液中的约1cm长的人胚胎。受精后20-50天胚胎长度2mm-1cm.2004年4月19日钱江晚报,(五)体细胞克隆目前存在的问题,体细胞克隆已在牛、绵羊、山羊、小鼠和猪等动物中取得了成功,但在其它动物上还有待进一
9、步验证。其总体水平仍处于实验研究阶段,走向实践运用还面临许多问题,主要表现在以下几个方面:1.费用高、效率低:通过体细胞克隆动物的费用非常高,如仅用于制作“多莉”的费用就超过了200万英镑,同时效率很低。根据目前的研究报道情况综合来看,克隆绵羊只有3%左右的重组胚能发育为正常后代。在克隆牛的研究中,重组胚的囊胚发育率最高能达49%,约有80%的移植胚能发育为正常胎儿,但胎儿出生后的死亡率达50%。克隆小鼠研究中,只有2%3%的重组胚能发育产仔,仔鼠死亡率也高达40%。以上结果说明,体细胞克隆技术仅处于初步研究阶段,还需要在其它动物上进一步充分研究,以提高生产效率。,(四)体细胞克隆目前存在的问
10、题,2.克隆胎儿初生体重增加,质量差:由于培养基中血清的存在,导致早期胚胎基因表达发生改变,致使许多克隆动物初生重增加,很难自然分娩,大多数需人工辅助。初生儿还伴有各种缺陷,死亡率增高。出现这一现象的原因还不清楚,目前只能从优化培养条件及操作程序入手以减少胎儿死亡率。3.克隆动物生长发育不正常,非正常死亡率高:研究发现,有些用修饰过的细胞培育出的克隆动物存在缺陷,它们在生长过程中会出现难以预料的后果。“多莉”羊在生长过程中就出现了比同龄羊提前衰老的现象,而且现已死亡。亦有研究表明,克隆鼠成年后常患有肥胖症的原因与早期胚胎阶段的细胞缺陷有关。,(五)成功率低的原因,尽管也有少数成功率较高的报道,
11、但目前公认的体细胞克隆成功率在1%3%。克隆胚胎移植后的出生率平均不到10%。胎儿异常、流产和围产期死亡率高,出生后一周的死亡率最高可达100%。原因七方面:1.不能高效率的去除受体卵母细胞的染色体:现有的各种去核技术都要损失部分卵母的细胞质。2.重组胚的融合和卵母细胞质的激活3.供体核与受体胞质细胞周期同步的问题:供体核与受体胞质细胞周期同步与否是影响克隆胚胎发育的重要因素之一。目前通用的受体胞质是M 期的卵母细胞。目前一般认为,除了S期以外,其它各时期细胞均可作为核供体。,(五)成功率低的原因,4.线粒体来源问题:无论直接注射还是细胞融合,供体核都带入一部分细胞质。于是,就出现了移核胚胎的
12、线粒体来源问题。结论不一致:来源于受体;来源于共体与受体双方。5.端粒的问题:端粒(telomere)是染色体端部特化部分,因无黏性而能防止染色体黏着。细胞每复制一次端粒核苷酸就减少50100bp。端粒复制要靠端粒酶(telomerase)。正常细胞缺乏此酶,故端粒随细胞分裂而变短,细胞衰老。而生殖细胞和癌细胞则都有此酶,因此不衰老。那么,克隆动物是否会遗传供核细胞缩短的端粒而提前衰老呢?不一致:多莉短;克隆牛不短。,(五)成功率低的原因,6.X-染色体灭活问题:雌雄哺乳动物的基因剂量补偿是通过灭活雌性动物的一条X-染色体来实现的。正常情况下,着床前胚胎的两条X染色体都活动。后来,上胚层中X染
13、色体随机灭活,而滋养层细胞则专门灭活父系X染色体。死亡克隆胎盘X染色体随机灭活,但活克隆为父亲X染色体灭活。7.克隆胚胎某些基因的再程序化异常:已经证明,受精后父系和母系基因组都发生广泛的去甲基化。有人证明,牛着床前移核胚胎中有些重复序列的甲基化异常,某些胚胎基因往往不能再激活。这说明,大多数克隆胚胎的后成性再程序化异常,不彻底的再程序化可能是造成克隆成功率低的原因。,医用细胞工程基因导入基因治疗Gene Therapy,内容提示,基因治疗(gene therapy)体细胞基因治疗、生殖细胞基因治疗基因转移方法靶细胞特点、靶细胞种类反义寡核苷酸技术自杀基因与旁观者效应,基因治疗(Gene th
14、erapy),基因治疗(Gene therapy):指应用DNA重组技术,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,以达到治疗的目的。,为达到这一目的,实施相应的策略。,一、基因治疗策略 策略:直接基因治疗和间接基因治疗1、直接基因治疗:纠正突变基因 在原位修复缺陷的基因,以达到治疗目的。为较理想的基因治疗策略,由于存在某些问题,目前正在努力之中。(未实现),2、间接疗法:以正常的基因替代致病基因。导入外源正常基因,代替有缺陷的基因。而 对靶细胞而言,没有去除或修复有缺陷的基因。用DNA重组技术设法修复患者细胞中有缺陷的基因,使细胞恢复正常功能而达到治疗遗传病的目的。,
15、途 径:,就基因转移的受体细胞不同,基因治疗有两种途径:1、生殖细胞基因治疗 2、体细胞基因治疗,1、生殖细胞基因治疗,将正常基因转移到患者生殖细胞(精细胞,卵细胞,早期胚胎)使其发育成正常个体。为理想的治疗方法,从根本上治疗遗传病,使其有害基因不能在人群中散播。,但还存在某些问题:,1)靶细胞的遗传修饰至今尚无实质性进展;2)基因转移效率不高,只能用显微注射方法;3)只适用于排卵周期短而次数多的动物,很难适用于人类。(但目前辅助生殖技术的发展较为有效的解决了获取卵细胞的办法。一次可获取少者3-5个,多者十几个。),2体细胞基因治疗somatic cell gene therapy,将正常基因
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