现代生物技术

生物医学导论课程/生物技术专业——现代生物技术思维导图，如生物技术制药的特征有高技术、 高投入、长周期、高风险、高收益。

现代生物技术

• 现代生物技术总论
  • 生物技术概述
  • 生物技术发展简史
  • 现代生物技术的技术组成
  • 现代生物技术的应用及发展前景
• 生物技术与人类健康
  • 生物技术与疫苗
    • 基因工程亚单位疫苗
      • 定义
        • 基因工程亚单位疫苗(geneticengineering vaccine) 是用DNA重组技术，将编码病原微生物保护性抗原的基因导入受体菌或细胞，使其在受体细胞中高效表达，分泌保护性抗原肽链。提取保护性抗原肽链，加入佐剂即制成基因工程亚单位疫苗。
          • 亚单位疫苗原理：亚单位疫苗是通过化学分解或有控制性的蛋白质水解方法，提取细菌、病毒的特殊蛋白质结构，筛选出的具有免疫活性的片段制成的疫苗。
      • 特点
        • ①相对全病毒疫苗来讲，亚单位疫苗安全性更高，稳定性更好。
        • ②免疫具有持久性，一次接种可获得长期免疫力，无需反复多次加强免疫。
        • ③亚单位疫苗可借助大肠杆菌、杆状病毒、毕赤酵母为载体，可实现规模化生产。
        • ④亚单位疫苗不仅可以产生体液免疫应答，而且可以导致细胞毒T淋巴细胞激活而诱导细胞免疫。
        • 1
      • 实例
        • 猪圆环病毒疫苗、新冠病毒重组亚单位疫苗I/II期临床试验
    • 抗独特型抗体疫苗
      • 文献：抗独特型抗体与网络学说、编码基因、载体、抗独特型纳米抗体及其制备方法和应用
    • 合成肽疫苗
      • 定义
        • 合成肽疫苗(syntheticpeptidevaccine)是根据有效免疫原的氨基酸序列，设计和合成的免疫原性多肽，以期用最小的免疫原性肽来激发有效的特异性免疫应答。
      • 优势
        • 合成肽疫苗是一种仅含免疫决定簇组分的小肽，即用人工方法按 天然蛋白质的氨基酸顺序合成保护性短肽，与载体连接后加佐剂所制成的疫苗，是最为理想的安全新型疫苗，也是目前研制预防和控制感染性疾病和恶性肿瘤的新型疫苗的主要方向之一。
    • DNA疫苗
      • 定义
        • DNA疫苗即是将编码引起保护性免疫应答的目的基因片段插 入质粒载体，即可将其直接导入机 体，它通过宿主细胞的转录系统表 达目的抗原，进而诱生保护性免疫应答。由于不需要任何化学载体，又称裸DNA疫苗。
      • 特点
        • ①既能诱导细胞免疫反应，也能刺激产生体液免疫反应。
        • ②安全可靠。可根据需要设计、选择DNA疫苗的抗原基因，靶向性明确，且不需要另加佐剂。
        • ③价格低廉。适宜于规模性生产并可室温保存。
        • ④多途径免疫接种。易于免疫对象所接受，也有利于模拟自然感染途径。
        • 2
    • 植物疫苗
      • 定义
        • 也叫转基因植物疫苗，是用转基因方法将抗原基因导入可食 用植物细胞中，使其在植物中表达生产出能使机体获得特异抗病能力的疫苗。
      • 方向
        • ①利用植物生产大量的蛋白质抗原，经分离和提纯在制备成疫苗。
        • ②不用要分离和提纯，将植物或其某部分作为可以直接口服的疫苗。
  • 生物技术与生物制药
    • 基因工程药物的研制与审批程序
    • 生物技术制药的特征
      • 1. 高技术 2. 高投入 3. 长周期 4. 高风险 5. 高收益
    • 生物技术在制药中的应用
      • IL-12/IL-23抑制剂在炎症性肠病(IBD)中的临床进展
      • 利妥昔单抗注射液获批治疗非霍奇金淋巴瘤
  • 生物技术与疾病诊断
    • 单克隆抗体的应用
      • 用于疾病诊断（包括鉴定病原体、肿瘤和体内激素）
      • 用于科学研究（包括蛋白的分析纯化、蛋白质相互作用位点的鉴定、细胞的分选、免疫组化、诊断技术和酶抑制剂的研究等）
      • 用于疾病的治疗（包括抑制免疫反应、抗血小板治疗、抗感染和抗肿瘤等。
    • DNA诊断技术
      • DNA诊断的策略
        • ①从基因产物入手 ②从基因定位入手 ③从比较正常和异常基因的差异入手
      • DNA诊断的方法
        • ①杂交法：斑点杂交、Southern印迹、Northern 印迹、原位杂交 ②PCR技术 ③生物芯片
      • 基因诊断技术的质控指标
        • ①灵敏度 ②精确性 ③特异性 ④可重复性
  • 生物技术与基因治疗
    • 概念
      • 基因治疗(gene therapy)实际上就是DNA分子中核苷酸种类、数量和顺序的改变，导致遗传信息的改变而致病。由于癌变及遗传性疾病等是因体内某种基因缺乏、缺陷或突变引起的，因此对这种基因进行替代、修复、增补、失活和免疫调节，就能治疗这些病，从而控制这些疾病的发生，故称基因治疗。
    • 类型
      • ①将正确的基因导入细胞来替代错误的突变基因； ②直接修复错误的基因，也就是常说的基因编辑； ③在体外通过基因技术修改细胞，然后把修改的细胞导入人体发挥作用。
    • 内容
      • ①目的基因的选择和制备； ②基因的转运(病毒载体、非病毒载体); ③靶细胞的选择； ④细胞转染； ⑤外源基因的表达及检测。
    • 应用
      • CRISPR新进展可能解决关键难题
      • 果蝇中的基因发现为老年人听力障碍的治疗“打开了新的大门”
      • 用于Ⅰ型糖尿病的工程T细胞更接近临床
      • 研究人员首次使用基础编辑来纠正隐性遗传性耳聋并恢复小鼠的部分听力
      • 通过基因疗法恢复视力
      • 研究为难治性白血病患者的更快，更准确的治疗方法铺平了道路
      • 研究人员对人类干细胞进行建模以识别青光眼的变性
      • SHANK3的基因拯救是罕见形式的自闭症谱系障碍的潜在疗法
      • 中国科学家成功研发出用于制作COVID-19小鼠模型的现成工具
      • 美国科学家开发两个小分子FTO抑制剂，能抑制多种肿瘤
      • 癌细胞对半乳糖不耐受
      • 维也纳医科大学科学家确定了新的肠癌治疗方法
      • 波士顿大学医学院研究人员尝试新的白血病治疗方法
    • 风险
      • AAV基因治疗致5岁患者死亡
        • 正确看待基因治疗带来的风险
  • 生物技术的最新研究进展
    • 9名瘫痪患者成功恢复行走，科学家发现了关键神经机制
    • 科学家首次3D生物打印出血管化肿瘤，并成功使用免疫疗法治疗
    • 科学家首次通过人类外科手术造口研究小肠菌群
    • 科学家发现PD-L1/TLR7双靶向纳米抗体偶联药物可重塑肿瘤免疫微环境
    • 理性设计构建合成能量系统双引擎助力细胞工厂
    • 深度学习算法可以在显微镜图像中识别出各种细菌
    • 发现真菌合成黄酮柚皮素的新途径
    • 利用跨界RNAi提高生防真菌杀虫效力的新方法
    • 藻类-纳米机器人成功治疗动物细菌性肺炎
    • 首次证实：缺铁是一把“双刃剑”
    • 科学家开发出利用低能量磁场培育细胞肉的新技术
    • 全面解析Cas12家族基因编辑工具酶特性
    • 天津大学团队研发“胶囊医生”有望代替肠镜检查
    • 科学家开发一种治疗牙周病的凝胶，可以同时实现消炎、改善口腔菌群和防止骨质流失
    • “小平板”上的进化加速器—科学家开发出合成生物学关键核心平台性技术
    • 新成像技术“窥探”常见致病真菌逃脱免疫细胞 的手段
    • 蛋白质设计革命
    • 靶向整合素的口服药物开发策略
    • 科学家开发新的液体活检技术
    • 科学家开发出高产中链甘油三酯工业微藻
    • 新显微技术让“不可见”的生物分子无处遁形
    • 一种分子信标设计策略可实现空间分辨的活体炎症相关mRNA成像
    • 科学家利用工程化酵母首次从头合成抗癌药物
    • 科学家开发出一种能快速分析加工肉类中亚硝酸盐含量的简单方法
• 主题

现代生物技术

• 现代生物技术总论
  • 生物技术概述
  • 生物技术发展简史
  • 现代生物技术的技术组成
  • 现代生物技术的应用及发展前景
• 生物技术与人类健康
  • 生物技术与疫苗
    • 基因工程亚单位疫苗
      • 定义
        • 基因工程亚单位疫苗(geneticengineering vaccine) 是用DNA重组技术，将编码病原微生物保护性抗原的基因导入受体菌或细胞，使其在受体细胞中高效表达，分泌保护性抗原肽链。提取保护性抗原肽链，加入佐剂即制成基因工程亚单位疫苗。
          • 亚单位疫苗原理：亚单位疫苗是通过化学分解或有控制性的蛋白质水解方法，提取细菌、病毒的特殊蛋白质结构，筛选出的具有免疫活性的片段制成的疫苗。
      • 特点
        • ①相对全病毒疫苗来讲，亚单位疫苗安全性更高，稳定性更好。
        • ②免疫具有持久性，一次接种可获得长期免疫力，无需反复多次加强免疫。
        • ③亚单位疫苗可借助大肠杆菌、杆状病毒、毕赤酵母为载体，可实现规模化生产。
        • ④亚单位疫苗不仅可以产生体液免疫应答，而且可以导致细胞毒T淋巴细胞激活而诱导细胞免疫。
        • 1
      • 实例
        • 猪圆环病毒疫苗、新冠病毒重组亚单位疫苗I/II期临床试验
    • 抗独特型抗体疫苗
      • 文献：抗独特型抗体与网络学说、编码基因、载体、抗独特型纳米抗体及其制备方法和应用
    • 合成肽疫苗
      • 定义
        • 合成肽疫苗(syntheticpeptidevaccine)是根据有效免疫原的氨基酸序列，设计和合成的免疫原性多肽，以期用最小的免疫原性肽来激发有效的特异性免疫应答。
      • 优势
        • 合成肽疫苗是一种仅含免疫决定簇组分的小肽，即用人工方法按 天然蛋白质的氨基酸顺序合成保护性短肽，与载体连接后加佐剂所制成的疫苗，是最为理想的安全新型疫苗，也是目前研制预防和控制感染性疾病和恶性肿瘤的新型疫苗的主要方向之一。
    • DNA疫苗
      • 定义
        • DNA疫苗即是将编码引起保护性免疫应答的目的基因片段插 入质粒载体，即可将其直接导入机 体，它通过宿主细胞的转录系统表 达目的抗原，进而诱生保护性免疫应答。由于不需要任何化学载体，又称裸DNA疫苗。
      • 特点
        • ①既能诱导细胞免疫反应，也能刺激产生体液免疫反应。
        • ②安全可靠。可根据需要设计、选择DNA疫苗的抗原基因，靶向性明确，且不需要另加佐剂。
        • ③价格低廉。适宜于规模性生产并可室温保存。
        • ④多途径免疫接种。易于免疫对象所接受，也有利于模拟自然感染途径。
        • 2
    • 植物疫苗
      • 定义
        • 也叫转基因植物疫苗，是用转基因方法将抗原基因导入可食 用植物细胞中，使其在植物中表达生产出能使机体获得特异抗病能力的疫苗。
      • 方向
        • ①利用植物生产大量的蛋白质抗原，经分离和提纯在制备成疫苗。
        • ②不用要分离和提纯，将植物或其某部分作为可以直接口服的疫苗。
  • 生物技术与生物制药
    • 基因工程药物的研制与审批程序
    • 生物技术制药的特征
      • 1. 高技术 2. 高投入 3. 长周期 4. 高风险 5. 高收益
    • 生物技术在制药中的应用
      • IL-12/IL-23抑制剂在炎症性肠病(IBD)中的临床进展
      • 利妥昔单抗注射液获批治疗非霍奇金淋巴瘤
  • 生物技术与疾病诊断
    • 单克隆抗体的应用
      • 用于疾病诊断（包括鉴定病原体、肿瘤和体内激素）
      • 用于科学研究（包括蛋白的分析纯化、蛋白质相互作用位点的鉴定、细胞的分选、免疫组化、诊断技术和酶抑制剂的研究等）
      • 用于疾病的治疗（包括抑制免疫反应、抗血小板治疗、抗感染和抗肿瘤等。
    • DNA诊断技术
      • DNA诊断的策略
        • ①从基因产物入手 ②从基因定位入手 ③从比较正常和异常基因的差异入手
      • DNA诊断的方法
        • ①杂交法：斑点杂交、Southern印迹、Northern 印迹、原位杂交 ②PCR技术 ③生物芯片
      • 基因诊断技术的质控指标
        • ①灵敏度 ②精确性 ③特异性 ④可重复性
  • 生物技术与基因治疗
    • 概念
      • 基因治疗(gene therapy)实际上就是DNA分子中核苷酸种类、数量和顺序的改变，导致遗传信息的改变而致病。由于癌变及遗传性疾病等是因体内某种基因缺乏、缺陷或突变引起的，因此对这种基因进行替代、修复、增补、失活和免疫调节，就能治疗这些病，从而控制这些疾病的发生，故称基因治疗。
    • 类型
      • ①将正确的基因导入细胞来替代错误的突变基因； ②直接修复错误的基因，也就是常说的基因编辑； ③在体外通过基因技术修改细胞，然后把修改的细胞导入人体发挥作用。
    • 内容
      • ①目的基因的选择和制备； ②基因的转运(病毒载体、非病毒载体); ③靶细胞的选择； ④细胞转染； ⑤外源基因的表达及检测。
    • 应用
      • CRISPR新进展可能解决关键难题
      • 果蝇中的基因发现为老年人听力障碍的治疗“打开了新的大门”
      • 用于Ⅰ型糖尿病的工程T细胞更接近临床
      • 研究人员首次使用基础编辑来纠正隐性遗传性耳聋并恢复小鼠的部分听力
      • 通过基因疗法恢复视力
      • 研究为难治性白血病患者的更快，更准确的治疗方法铺平了道路
      • 研究人员对人类干细胞进行建模以识别青光眼的变性
      • SHANK3的基因拯救是罕见形式的自闭症谱系障碍的潜在疗法
      • 中国科学家成功研发出用于制作COVID-19小鼠模型的现成工具
      • 美国科学家开发两个小分子FTO抑制剂，能抑制多种肿瘤
      • 癌细胞对半乳糖不耐受
      • 维也纳医科大学科学家确定了新的肠癌治疗方法
      • 波士顿大学医学院研究人员尝试新的白血病治疗方法
    • 风险
      • AAV基因治疗致5岁患者死亡
        • 正确看待基因治疗带来的风险
  • 生物技术的最新研究进展
    • 9名瘫痪患者成功恢复行走，科学家发现了关键神经机制
    • 科学家首次3D生物打印出血管化肿瘤，并成功使用免疫疗法治疗
    • 科学家首次通过人类外科手术造口研究小肠菌群
    • 科学家发现PD-L1/TLR7双靶向纳米抗体偶联药物可重塑肿瘤免疫微环境
    • 理性设计构建合成能量系统双引擎助力细胞工厂
    • 深度学习算法可以在显微镜图像中识别出各种细菌
    • 发现真菌合成黄酮柚皮素的新途径
    • 利用跨界RNAi提高生防真菌杀虫效力的新方法
    • 藻类-纳米机器人成功治疗动物细菌性肺炎
    • 首次证实：缺铁是一把“双刃剑”
    • 科学家开发出利用低能量磁场培育细胞肉的新技术
    • 全面解析Cas12家族基因编辑工具酶特性
    • 天津大学团队研发“胶囊医生”有望代替肠镜检查
    • 科学家开发一种治疗牙周病的凝胶，可以同时实现消炎、改善口腔菌群和防止骨质流失
    • “小平板”上的进化加速器—科学家开发出合成生物学关键核心平台性技术
    • 新成像技术“窥探”常见致病真菌逃脱免疫细胞 的手段
    • 蛋白质设计革命
    • 靶向整合素的口服药物开发策略
    • 科学家开发新的液体活检技术
    • 科学家开发出高产中链甘油三酯工业微藻
    • 新显微技术让“不可见”的生物分子无处遁形
    • 一种分子信标设计策略可实现空间分辨的活体炎症相关mRNA成像
    • 科学家利用工程化酵母首次从头合成抗癌药物
    • 科学家开发出一种能快速分析加工肉类中亚硝酸盐含量的简单方法
• 主题