基因诊断和基因治疗培训课件.ppt
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1、目录基因诊断和基因治疗基因诊断和基因治疗目录基因基因(gene)(gene)基因是为生物活性产物编码的基因是为生物活性产物编码的DNA功能片断,这些产物主要是蛋功能片断,这些产物主要是蛋白质或各种白质或各种RNA。2基因诊断和基因治疗目录基因变异致病类型基因变异致病类型内源基因的变异内源基因的变异基因结构突变基因结构突变基因表达异常基因表达异常外源基因的入侵外源基因的入侵3基因诊断和基因治疗目录第第 一一 节节基因诊断基因诊断Gene Diagnosis4基因诊断和基因治疗目录(二)、分类(二)、分类 DNA DNA诊断诊断以以DNADNA为检测对象的诊断方法。为检测对象的诊断方法。RNA R
2、NA诊断诊断以以mRNAmRNA为检测对象的诊断方法。为检测对象的诊断方法。一、基因诊断的概念和特点一、基因诊断的概念和特点 (一)、定义(一)、定义利用现代分子生物学和分子遗传学的技利用现代分子生物学和分子遗传学的技术和方法,直接检测基因结构及其表达水平是术和方法,直接检测基因结构及其表达水平是否正常,从而对疾病作出诊断的方法。否正常,从而对疾病作出诊断的方法。5基因诊断和基因治疗目录(三)、特点(三)、特点n针对性强针对性强 n特异性高特异性高n灵敏度高灵敏度高 n适用性强,诊断范围广适用性强,诊断范围广6基因诊断和基因治疗目录二、二、基因诊断常用技术方法基因诊断常用技术方法 (一)、核酸
3、分子杂交技术(一)、核酸分子杂交技术(二)、聚合酶链反应(二)、聚合酶链反应(三)、基因测序(三)、基因测序(四)、基因芯片(四)、基因芯片(五)、(五)、DNADNA指纹指纹7基因诊断和基因治疗目录(一)、核酸分子杂交(一)、核酸分子杂交(molecular hybridization)技术技术 核酸分子杂交核酸分子杂交可用以检测可用以检测样本中是否存在与探针序列互样本中是否存在与探针序列互补的同源核酸序列。补的同源核酸序列。核酸探针核酸探针 是一类具有放射是一类具有放射性标记或化学标记的并与目的性标记或化学标记的并与目的目的目的DNA或或RNA分子序列互补分子序列互补的寡核苷酸片段。的寡核
4、苷酸片段。8基因诊断和基因治疗目录 探针探针是能够同某种待研究的核是能够同某种待研究的核酸序列或蛋白多肽链特异结合的任酸序列或蛋白多肽链特异结合的任何分子,经标记之后可用来检测目何分子,经标记之后可用来检测目的的DNA/RNA 或蛋白质分子。或蛋白质分子。实验流程:实验流程:提取提取DNA(限制酶限制酶切切)凝胶电泳凝胶电泳膜转移膜转移杂交杂交放放射自显影射自显影分析分析9基因诊断和基因治疗目录建立在核酸杂交技术基础上的常用基因诊断方法1、限制性内切酶、限制性内切酶(restriction endonuclease)酶谱分析法酶谱分析法2、DNA限制性片段长度多态性限制性片段长度多态性(res
5、triction fragment length polymorphism,RFLP)分分析法析法 3、等位基因特异寡核苷酸、等位基因特异寡核苷酸(allele specific oligonucleotide,ASO)探针杂交法探针杂交法10基因诊断和基因治疗目录1、限制性内切酶酶谱分析法、限制性内切酶酶谱分析法 是利用限制性内切酶和特异性是利用限制性内切酶和特异性DNA探针来检测是否存在基因变异探针来检测是否存在基因变异的一种方法。的一种方法。11基因诊断和基因治疗目录Mst酶切位点酶切位点(CCTNAGG)5 3 正常基因正常基因5 3 突变基因突变基因1.15kb1.35kb镰状红细胞
6、贫血患者基因组的限制性酶切分析镰状红细胞贫血患者基因组的限制性酶切分析AT 12基因诊断和基因治疗目录0.2kb1.15kb1.35kb正常人正常人突变携带着突变携带着患者患者镰状红细胞贫血患者基因组的限制性酶切分析镰状红细胞贫血患者基因组的限制性酶切分析13基因诊断和基因治疗目录2、DNA-RFLP分析法分析法 中性突变是指在人基因组中,平均每200对碱基可发生一对变异的现象。DNA多态性是指中性突变导致个体间核苷酸序列的差异。限制性片段长度多态性是指DNA多态性若发生在限制性内切酶识别位点上,酶切水解该DNA片段就会产生长度不同的片段。14基因诊断和基因治疗目录RFLP分析法分析法15基因
7、诊断和基因治疗目录3、ASO杂交法杂交法 根据已知基因突变位点的核苷酸序列,人工合成相应于正常和突变基因碱基序列的两种寡核苷酸探针,用它们分别与受检者DNA进行分子杂交来检测是否存在等位基因突变。16基因诊断和基因治疗目录ASO杂交法杂交法探针:探针:M N M N M N M N 正常基因正常基因 纯合突变纯合突变 杂合突变杂合突变 基因缺陷基因缺陷 (新的突变类型?)(新的突变类型?)17基因诊断和基因治疗目录(二)、聚合酶链反应(二)、聚合酶链反应(polymerase chain reaction,PCR)是利用特异的引物,特异地扩是利用特异的引物,特异地扩增目的增目的DNA的方法。的
8、方法。实验流程:实验流程:提取提取DNAPCR凝胶电泳凝胶电泳显色显色分析分析18基因诊断和基因治疗目录5 Primer 15 Primer 2Cycle 2Cycle 15 5 5 5 5 5 Template DNA5 5 5 5 5 5 5 5 1 1、基本工作原理、基本工作原理19基因诊断和基因治疗目录Cycle 35 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 2530 次循环后,模板次循环后,模板DNA的含量的含量可以扩大可以扩大100万倍以上。万倍以上。20基因诊断和基因治疗目录2、常用的常用的PCR方法方法:常规常规PCR、巢式、巢式PCR、多重、多重PCR、多
9、种、多种PCR、不对称、不对称PCR、反、反转录转录PCR、定量反转录、定量反转录PCR、mRNA差异显示差异显示PCR、原位、原位PCR、实时实时PCR等等。等等。21基因诊断和基因治疗目录3、在、在PCR技术基础上的常用基因诊断方法技术基础上的常用基因诊断方法nPCR-SSCP法法*nPCR-ASO法法nPCR-RFLP法法nPCR-限制酶谱法限制酶谱法nPCR-STR(短串联重复序列,(短串联重复序列,short tandem repeat)22基因诊断和基因治疗目录 SSCP是指相同长度的单链是指相同长度的单链DNA因其碱因其碱基序列不同,甚至单个碱基不同,都可能基序列不同,甚至单个碱
10、基不同,都可能形成不同的空间构象,从而在中性聚丙烯形成不同的空间构象,从而在中性聚丙烯酰胺凝胶电泳时泳动速率不同的现象。酰胺凝胶电泳时泳动速率不同的现象。单链构象多态性单链构象多态性(single strand conformation polymorphism,SSCP)23基因诊断和基因治疗目录PCR-SSCP分析分析 是指是指PCR产物变性后,经聚丙产物变性后,经聚丙烯酰胺凝胶电泳,正常基因和变异烯酰胺凝胶电泳,正常基因和变异基因的迁移位置不同,借此可分析基因的迁移位置不同,借此可分析确定致病基因的存在。确定致病基因的存在。24基因诊断和基因治疗目录正常人正常人纯合突变纯合突变杂合突变杂
11、合突变Leber 遗传性神经病患者遗传性神经病患者 PCR/SSCP分析分析 (线粒体(线粒体DNA第第11778位位GA所致)所致)+25基因诊断和基因治疗目录(三)、基因测序(三)、基因测序(gene sequencing)(gene sequencing)即测定某一基因的碱基序列。即测定某一基因的碱基序列。实验流程:实验流程:提取提取DNA分离出有关基因分离出有关基因测序测序分析诊断分析诊断 基因测序的方法:基因测序的方法:n化学裂解法化学裂解法nDNA链末端合成终止法链末端合成终止法nDNA自动测序自动测序26基因诊断和基因治疗目录(四)、基因芯片(四)、基因芯片(gene chip)
12、gene chip)基因芯片,又称基因芯片,又称DNA芯片、芯片、DNA阵阵列、寡核苷酸微芯片(列、寡核苷酸微芯片(DNA chip、DNA arrays、oligonucleotide micro-chip)是指将许多特定的寡核苷酸片段是指将许多特定的寡核苷酸片段或基因片段作为探针,有规律地排列固定或基因片段作为探针,有规律地排列固定于支持物上,然后与待测的标记样品的基于支持物上,然后与待测的标记样品的基因按碱基配对原理进行杂交,再通过激光因按碱基配对原理进行杂交,再通过激光聚焦荧光检测系统等对芯片进行扫描,并聚焦荧光检测系统等对芯片进行扫描,并配以计算机系统对每一探针上的荧光信号配以计算机
13、系统对每一探针上的荧光信号作出比较和检测,从而迅速得出定性和定作出比较和检测,从而迅速得出定性和定量的结果。量的结果。27基因诊断和基因治疗目录28基因诊断和基因治疗目录基因芯片的应用基因芯片的应用1、在诊断中的应用、在诊断中的应用 核酸序列分析、基因表达分析、寻找核酸序列分析、基因表达分析、寻找新基因、突变基因和基因多态性检测等新基因、突变基因和基因多态性检测等2、在药学研究中的应用、在药学研究中的应用 药物筛选、药物作用机制研究、耐药药物筛选、药物作用机制研究、耐药菌株、药敏检测、毒理学研究、环境化菌株、药敏检测、毒理学研究、环境化学毒物的筛选、基因扫描等学毒物的筛选、基因扫描等29基因诊
14、断和基因治疗目录(五)、(五)、DNA指纹指纹(DNA fingerprint)在人基因组在人基因组DNA中有高度可变的中有高度可变的“小卫星小卫星”区域,采用区域,采用“小卫星小卫星”基因探针,在同一限基因探针,在同一限制酶切产物的制酶切产物的DNA杂交杂交图谱上,同一个体图谱上,同一个体不同组织来源的不同组织来源的DNA的谱带完全一致,而的谱带完全一致,而不同个体之间(同卵双生除外)谱带都不相不同个体之间(同卵双生除外)谱带都不相同,如同人的指纹具有高度个体特异性一样,同,如同人的指纹具有高度个体特异性一样,因此这种因此这种杂交杂交图谱被称为图谱被称为DNA指纹或遗传指纹或遗传指纹指纹(g
15、enetic fingerprint)。30基因诊断和基因治疗目录 简言之:简言之:DNA指纹或遗传指纹指纹或遗传指纹是指是指采用采用“小卫星小卫星”基因探针基因探针进行进行DNA分子杂交分子杂交(Southern 印迹,印迹,Southern blotting)所得的图谱。所得的图谱。实验流程:实验流程:提取提取DNADNA限制酶切限制酶切凝胶电泳凝胶电泳膜转移膜转移杂交杂交放射自显放射自显影影分析分析31基因诊断和基因治疗目录三、基因诊断的应用三、基因诊断的应用n遗传疾病遗传疾病n肿瘤肿瘤n感染性疾病感染性疾病n传染性流行病传染性流行病n判断个体疾病易感性判断个体疾病易感性n器官移植组织配
16、型器官移植组织配型n法医学中个体识别、亲子鉴定法医学中个体识别、亲子鉴定32基因诊断和基因治疗目录总结 基因诊断的概念、特点、常基因诊断的概念、特点、常用的技术方法及应用。用的技术方法及应用。33基因诊断和基因治疗目录复习题1、名词解释:、名词解释:基因诊断、基因诊断、DNA诊断、诊断、RNA诊断、诊断、RFLP分析、分析、SSCP、基因芯片、基因芯片、DNA指纹指纹2、简述基因诊断的特点、常用技术方、简述基因诊断的特点、常用技术方法及可用于诊断的疾病。简述基因变异法及可用于诊断的疾病。简述基因变异致病的类型及内源性基因变异的类型。致病的类型及内源性基因变异的类型。简述限制性内切酶谱分析法、简
17、述限制性内切酶谱分析法、ASO探针探针杂交法、杂交法、PCR-SSCP分析、基因芯片、分析、基因芯片、DNA指纹等的实验流程。指纹等的实验流程。34基因诊断和基因治疗目录第第 二二 节节基因治疗基因治疗Gene Therapy35基因诊断和基因治疗目录(一)、基因治疗的概念(一)、基因治疗的概念早期早期是指用正常的基因整合入细胞基因组,是指用正常的基因整合入细胞基因组,以校正和置换致病基因的一种治疗方法。以校正和置换致病基因的一种治疗方法。目前目前广义上来讲是指将某种遗传物质转广义上来讲是指将某种遗传物质转移到患者细胞内,使其在体内发挥作用,以移到患者细胞内,使其在体内发挥作用,以达到治疗疾病
18、目的的方法。达到治疗疾病目的的方法。一、基因治疗的概念一、基因治疗的概念36基因诊断和基因治疗目录(二)、基因治疗的基本方法(二)、基因治疗的基本方法1 1、基因矫正、基因矫正(gene correction)2 2、基因置换、基因置换(gene replacement)3 3、基因增补、基因增补(gene augmentation)4 4、基因失活、基因失活(gene inactivation)37基因诊断和基因治疗目录 1、基因矫正、基因矫正(gene correction)指将致病基因的异常碱基进行纠指将致病基因的异常碱基进行纠正,而正常部分予以保留。正,而正常部分予以保留。纳米钳纳米钳
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