9 生物技术与人类健康十大关键生物技术改善人类健康美国《自然遗传学》杂志9月27日发表一项调查报告 列出了未来5至10年内最有希望为改善世界各国、特别是广大发展中国家人们的健康状况作出贡献的十大关键生物技术。

这项调查综合了全球28位知名专家的看法 其中包括中国科学院基因组信息学中心杨焕明教授。

位居第一位的是针对传染病的分子诊断技术。

报告指出 在发展中国家 近一半的死亡病例由传染病所导致 发展中国家现有的很多诊断技术存在着操作不便、费用高昂等缺陷 聚合酶链式反应、单克隆抗体等分子诊断技术如能得到更广泛的使用 进一步降低成本 将可以提高发展中国家传染病诊断的水平 使死亡率降低。

报告列出的第二至第十位的生物技术分别为 利用基因工程手段开发重组疫苗的技术除注射之外 更有效的药物和疫苗输送技术 利用微生物和植物等检测或清除污染的环保生物技术 病原体基因组测序技术 使妇女能有效防御性传播疾病的新技术 可用于识别药物靶标等的生物信息技术 营养价值更高、可对付营养不良的转基因作物技术 可降低激素、干扰素等治疗性蛋白质成本的转基因等技术 可有效促进新药研制开发的组合化学技术。

9.1生物技术与疫苗9.1.1疫苗概述什么是疫苗 请简述其研究史.疫苗的英文名称vaccine 最初是因牛痘得名。

现在将一切通过注射或通过黏膜途径接种 可以诱导机体产生针对特定致病原的特异性抗体或细胞免疫 从而使机体获得保护或消灭该致病原能力的生物制品统称为疫苗。

利用疫苗对人体进行主动免疫是预防传染性疾病的最有效的手段之一。

它可以在接受疫苗者的体内建立起对入侵物质感染的免疫抗性。

注射或口服疫苗可以激活体内免疫系统 产生相应的抗病原体的抗体。

我国早在宋朝真宗时期(998 1023年)就开始从症状轻微的天花病人身上取得疱浆 人工接染到健康儿童 使之产生轻微症状的感染 从而获得免疫力 避免引起严重天花和造成死亡。

后来这一方法经阿拉伯人传到欧洲 1721年传入英国。

英国医生詹纳注意到感染牛痘的人不会感染天花。

经过多次实验 詹纳于1796年 从一挤奶女工感染牛痘的豆疱中取出疱浆 给一个8岁的男孩接种在手臂上。

后来再给男孩接种天花疱浆 这个男孩并没有染上天花 证明该男孩对天花确实具有免疫力。

这个牛痘疱浆就是天花疫苗 它能够有效地预防天花。

经过一百多年的努力 1979年4月 世界卫生组织宣布全球消灭了天花。

詹纳发明了用牛痘接种来预防天花 但并不清楚为什么这样能够预防天花。

1870年 法国科学家巴斯德在研究鸡霍乱病时发现 将引起鸡霍乱的弧菌培养几代后 毒力降低很多 给鸡接种后 可使鸡产生对霍乱的免疫力 从而发明了第一个细菌减毒疫苗──鸡霍乱疫苗。

后来 巴斯德总结出给动物接种某种细菌后 就可以使动物不再受这个细菌感染的免疫接种原理。

这个原理奠定了疫苗的理论基础。

因此 人们把巴斯德称为疫苗之父。

1885年 西班牙的佛瑞 J.Ferran 将霍乱菌肉汁培养物注射到人体 成为人体注射疫苗的开始。

1896年 德国的考来 Kolle 将霍乱弧菌加热杀死后制成菌苗 并在1902年日本霍乱大流行时使用获得成功。

1902年 法国科学家诺卡德 Nocard 从患结核病的牛乳房分离到牛型结核菌卡拉米特 Calmeitte 和介瑞 Guerin 将其接种在5%甘油胆汁马铃薯培养基上进行培养传代 经过230代 历时13年 终于制备出用于结核病预防的减毒活疫苗。

为了纪念卡拉米特和介瑞的功绩 这种菌苗被命名为卡介苗。

1910年 德国细菌学家埃尔利希发现了一种含砷化合物 它能够杀死引起梅毒的细菌。

1921年 预防结核病的卡介苗脱颖而出。

1922年 加拿大医生班庭发现胰岛素 并将它用于糖尿病的治疗。

1928年 治疗百日咳的疫苗诞生。

同年 英国细菌学家弗莱明发现青霉素 并在弗洛里、钱恩等的努力下实现了工业化生产 之后 广泛应用于临床上 在第二次世界大战期间挽救了无数生命 也使世界人口平均寿命从45岁提高到60岁。

1933年 古德帕斯特 Goodpasture 发明了鸡胚病毒培养方法 为病毒疫苗的发展奠定了基础。

1935年 德国生物化学家多马克 首先发现磺胺药物的抗菌作用。

1937年 微生物学家马克斯·泰勒 培育出了病毒的一种突变体 被用作预防黄热病的疫苗。

1945年 美国人瓦库斯曼发现了链霉素 使结核病得到很好的治疗。

1949年 尹德斯 Enders 从人细胞系中分离出脊髓灰质炎II型毒株。

1953年 美国科学家萨克 Salk 研制的三价甲醛脊髓灰质炎灭活疫苗问世 1955年批准生产。

1952年 美国科学家萨宾 Sabin 开始研制减毒活疫苗 于1957年研制成功三价脊髓灰质炎减毒活疫苗 并获准生产。

从而使人类战胜了脊髓灰质炎。

1954年 尹德斯又分离了麻疹病毒。

1963 年 麻疹疫苗获准生产。

在此之后 各种病毒的灭活和减毒疫苗相继问世。

生物技术的发展使新型疫苗的研究成为大家关注的热点 相关基础和应用研究迅速发展。

1986年 第一个基因重组疫苗──重组乙型肝炎疫苗获准生产。

由于长期坚持不懈地进行天花疫苗的接种 1979年4月 世界卫生组织在肯尼亚宣布 “天花在全世界内被消灭”。

用于预防疾病的疫苗有细菌性疫苗、病毒性疫苗和类毒素疫苗。

从疫苗的生产技术来说 疫苗分为传统疫苗和新型疫苗两大类。

传统疫苗包括灭活疫苗、减毒疫苗和亚单位疫苗。

灭活疫苗是用致病的微生物或其代谢产物 接种到动物、鸡胚、组织或细胞培养物中 经生长繁殖后 用化学 丙酮、甲醛、酚等 或物理 加热、紫外线照射 等方法将病原体杀死的疫苗 因此 又称为“死”疫苗。

减毒疫苗是通过适当方法 以降低毒性或无毒的全病原体为抗原的疫苗。

而用天然微生物的某些成分的亚单位作为疫苗的 称为亚单位疫苗。

传统疫苗 不论是灭活疫苗还是减毒疫苗 在生产过程中 必须大量培养病原体 即致病的病菌和病毒。

尽管现代的生产技术、设备和管理已经达到相当高的水平 人们依然还是担心病原体的泄漏和对环境的污染 从而引起疾病的发生和传播。

减毒的病原体毕竟还是有一定的毒性 还存在恢复突变的问题。

如果控制不好 生产的疫苗可能具有一定毒性 会对人产生伤害。

而灭活疫苗生产使用的是高毒性的病原体 一旦泄漏 或灭活不彻底 对环境和人会产生很大的伤害。

因此 传统疫苗的生产和产品质量都存在一定的风险。

新型疫苗的种类新型疫苗主要包括基因工程疫苗和核酸疫苗。

基因工程疫苗还包括基因亚单位疫苗、基因工程载体疫苗、核酸疫苗、基因缺失活疫苗、合成肽疫苗和抗独特型抗体疫苗。

根据它们的基本特征 也可分为活疫苗和灭活疫苗两大类。

细菌的纯种培养技术及减毒疫苗的制备技术,病原体减毒或弱化的疫苗称第一代疫苗。

将病原体的抗原基因克隆在细菌或真核细胞内,利用细菌或真核细胞生产病原体的抗原 第二代疫苗。

将含有编码目的蛋白质基因序列的质粒载体 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统表达抗原蛋白质 诱导宿主产生对该抗原蛋白的免疫应答 以达到预防核治疗疾病的目的 第三代疫苗。

现在发现有许多的病原体不能够通过培养的方法制备成疫苗 例如 乙型肝炎病毒、丙型肝炎病毒、麻风杆菌、疟原虫等 有的虽然能够培养 但是有潜在危险 如登革热病毒、人进行观察 全面权衡核酸疫苗的利弊。

疫苗的基本成分包括抗原、佐剂、防腐剂及其他活性成分。

抗原是疫苗最主要的成分 决定疫苗的免疫性能。

抗原必须是机体以外的物质 进入机体后能够有效激发机体的免疫反应。

作为抗原的生物活性物质有 灭活的细菌或病毒 通过多次传代得到的减毒细菌或病毒 病毒或细菌的提纯物 有效的蛋白成分 类病毒 细菌多糖 合成多肽 以及近年来发展的DNA疫苗等。

佐剂是能够增强抗原的特异性免疫应答的物质 它应该无毒、安全 并且稳定 比如油制佐剂。

防腐剂是保证疫苗在储存期不会被微生物污染 防止造成严重问题的物质 大多数是化学防腐剂。

稳定剂是为保证作为抗原的病毒或其他微生物能够存活和维持其免疫活性稳定的物质往往都是糖类 如乳糖、山梨醇等。

另外 疫苗在制备时还需要加入适当的缓冲剂、盐类等无活性的成分。

构成疫苗的所有成分和含量必须不影响疫苗的效力、纯度和安全性 因此都有严格的质量标准。

9.1.2 病毒性疾病疫苗9.1.2.1 肝炎病毒疫苗1980年5月 法国科学家利用基因工程的方法 在小鼠细胞中诱导产生乙肝病毒的蛋白质并有免疫原性。

1981年Edman成功克隆了乙肝表面抗原基因 并得到大量的表面抗原。

生产乙肝疫苗的两种方法甲型肝炎、丙型肝炎是两种由消化道传染的流行较广的病毒性肝炎。

国外已有甲型肝炎病毒灭活疫苗 我国使用的减毒疫苗也取得了很好的效果。

丙型肝炎 丙肝疫苗没有上市。

核酸疫苗 1996年Tokushige等用丙肝病毒C区基因构建成重组DNA 免疫15只小鼠并检测到了相应的抗丙肝抗体 还可诱导产生细胞免疫反应。

9.1.1.2 爱滋病病毒疫苗由人类免疫缺陷病毒感染引起的疾病,获得性免疫缺陷综合症 acquired immunedeficiency syndrome,AIDS 。

以病毒的外膜蛋白gp160和gp120基因克隆后在不同的表达系统中表达。

目前已有40多种爱滋病疫苗在研究中。

但是 由于爱滋病毒的善变性 疫苗研究不顺利。

9.1.2.3 其他病毒性疾病疫苗小儿麻痹症、狂犬病等。

9.1.2.4 基因工程多价疫苗指利用基因工程的方法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决定簇的融合蛋白 或将多种病原体相关抗原克隆在同一载体上 达到同时对多种相关疾病免疫的目的。

9.1.3 细菌性疾病疫苗细菌病原体表面抗原结构复杂处于动态 不利于基因工程疫苗的开发。

一般可以用抗生素控制。

不太普遍。

9.1.3.1 霍乱弧菌疫苗霍乱是由霍乱弧菌感染而引起的烈性肠道传染病。

霍乱不是一种侵袭感染 病菌不进入血液 只局限在肠道内 但它在肠道内繁殖并释放毒素。

该毒素由A和B两个亚单位组成 A 亚单位刺激腺苷酸环化酶 产生cAMP并在小肠黏膜细胞内积累 导致大量水和电解质排出 引起剧烈腹泻 严重脱水、酸中毒而死亡。

B亚单位则能使A亚单位进入细胞。

A亚单位和B亚单位均能诱导机体产生中和抗体。

改造霍乱弧菌的基因结构 使编码A亚单位的基因突变 不能产生A亚单位 但保留B亚单位的基因。

这种细菌是一种不会致病但仍保留免疫原性的细菌。

9.1.3.2 麻风杆菌疫苗9.1.3.3 幽门螺杆菌 HP 疫苗幽门螺杆菌 HP 是慢性胃炎和消化道溃疡的主要病原体。

幽门螺杆菌的灭活全细胞或经超声波破碎后的无细胞提取物均具有一定的免疫原性。

实验证明它们都可以作为疫苗保护机体免受HP的攻击。

1995年Lee等报道用HP的尿素酶及大肠杆菌不耐热肠毒素为佐剂免疫小鼠 可产生保护性抗体。