遺傳改造技術醫藥學論文

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遺傳改造技術醫藥學論文

1遺傳改造技術和遺傳改造疾病動物模型在醫藥學研究上的應用特點和前景

1.1主要的遺傳改造技術應用於製作動物模型上的優缺點

1.1.1轉基因技術該技術將體外構建的包含基因表達框的DNA通過直接注射到受精卵雄原核中,使其在基因組DNA擴增的過程中隨機插入到基因組中而構建,其中BAC轉基因由於具有能完整地保留基因表達的調控元件、基因上下游序列較長大大降低了插入位點周圍序列的影響、插入基因組中的拷貝數較低且傳代較穩定等傳統轉基因所不具有的優點,而越來越受到學者們的重視。該技術可以利用強驅動子使基因過表達,用於模擬和再現基因擴增引起的一些疾病,如許多腫瘤的發生是由於癌基因的擴增而造成的。利用轉基因技術也可以在體表達針對某個或某些mRNA的micoRNA而關閉或敲弱這些基因的表達,以再現由於缺乏這些基因表達而造成的疾病。該技術的主要缺點是:一是插入的隨機性可能造成外源性轉基因的表達不能完全遵循原有內源性基因表達的模式,對內源性基因的表達還可能造成干擾;二是效率低。

1.1.2以同源重組爲基礎的遺傳改造技術該技術將經改造後的序列通過同源重組替換原有的序列,從而達到改造基因的目的。該技術需經歷ES細胞培養、ES細胞內重組和篩選、囊胚注射和子宮移植等階段而獲得嵌合鼠,再從嵌合鼠的後代中獲得能穩定遺傳改造過的基因的首建鼠。該技術可以用於對基因進行定點突變、整個或部分序列替換造成該基因功能的缺失,可實現傳統敲除(conventionalknockout)、結合Cre-loxp、Flp-Frt系統可實現對特定基因的條件性敲除(conditionalknockout,包括組織特性和發育階段特異性敲除)。該技術可以模擬和再現人或動物由基因點突變而造成的疾病,可以實現在特定的組織細胞、特定的發育階段關閉某個或某些基因的表達,以模擬和再現這些組織細胞或發育階段相關的特定疾病的發生、發展過程等。該技術的主要缺點是:受限於ES細胞的培養技術(目前僅有小鼠、大鼠的數個ES細胞系可用)、首建鼠獲得率低、週期長等。

1.1.3以人工核酸內切酶爲基礎的遺傳改造技術近年來,許多學者從微生物中發現了幾種能特異性識別某些鹼基序列的內切酶並加以改進,發展成爲人工核酸內切酶,應用該技術可以精確地對某些特異DNA序列進行識別、結合和特異性切除,以促進外源DNA序列在缺口處的插入,從而達到切除或者替換原有序列的目的,實現基因改造。近幾年,迅速發展起來的人工內切酶技術,包括ZFN、TALEN、CRISPR/Cas9技術,具有操作簡單、修改精確度高、效率高、週期短、不受ES細胞的侷限、可對多種細胞內的基因進行改造等優點。其中CRISPR/Cas9技術在南京大學模式動物研究所得到了很好的開發和應用,黃行許等人利用該技術已經成功實現對包括人ES細胞在內的多種種屬和種系細胞株內的基因改造,成功地實現了對小鼠、大鼠、猴的基因改造,其中包括條件性敲除改造等。CRISPR/Cas9等新技術的開發和利用提高了遺傳改造的成功率,使多種屬、種系的遺傳改造疾病動物模型的構建成爲可能。

1.2遺傳改造疾病動物模型在醫藥學研究上的應用及其特點

1.2.1在西醫藥研究上的應用特點及其前景基於對小鼠遺傳信息的深入研究,對人、小鼠疾病的遺傳學研究成果,目前已通過遺傳改造技術構建出多種能再現人、小鼠疾病的小鼠模型,並被廣泛應用於研究和揭示疾病發生和發展分別所涉及的信號通路、基因及其調控等。由於腫瘤的發生和發展過程實質上是體細胞或生殖細胞基因突變及其積累的過程,因此遺傳改造技術構建的腫瘤疾病模型能再現許多腫瘤的發生和發展過程,因此在腫瘤醫學研究和抗腫瘤藥物開發上具有巨大的應用價值,並已取得了不小的成果。目前,已獲知腫瘤發生和發展的過程是Ras通路、WNT通路或PI3K/AKT通路等促進細胞增殖的信號通路被激活,而p53通路或Rb通路等抑制細胞增殖的信號通路被破壞的過程。在對這些分子機制較爲深刻和充分的認識基礎上,已開發出多種抗腫瘤藥物。例如對靶向EGFR的藥物已被應用於臨牀上抗腫瘤治療,對p53通路的調節模式的認識及對有關分子結構的瞭解,促成了MDM2抑制藥物RG7112等的產生,這些藥物均在一定程度上對一些腫瘤有較好的療效。近年來,基於對小鼠轉移性腫瘤模型中獲得的有關腫瘤轉移過程所涉及的分子機理的深刻認識,爲開發出能廣泛抑制腫瘤轉移藥物提供了理論依據。由於受到ES細胞培養難等技術限制,目前遺傳改造疾病動物模型絕大多數來自於小鼠,CRISPR/Cas9技術在多種模式動物中的成功應用,使得更廣泛的動物遺傳改造成爲可能,從而爲構建除小鼠以外的遺傳改造疾病動物模型清除了技術障礙。

1.2.2在中醫藥學研究上的應用特點及其前景由於中醫症候的標準化、量化從理論上和方法上的未統一、未確定,導致中醫症候本身的描述和表徵上存在爭議性,使得依據中醫藥理論所構建的疾病動物模型能被業者認可的極爲有限。儘快制訂統一的中醫症候確診標準,探索符合中醫藥理論的.量化方法,探討和揭示中醫症候與基因的表達調控及其功能的關係,有助於中醫藥實踐和理論的深入發展。中醫理論的整體觀和辨證觀強調了機體的整體性、個體的特異性和致病的辯證性在疾病診斷、病因、病機探索和疾病治療上的關鍵作用,提示需要以組學如功能基因組學、轉錄物組學、蛋白質組學和代謝組學等的理念和方法,洞察中醫症候的病因和病機。因此,從遺傳學角度來解讀中醫症候,更多體現在以某個基因爲主的多基因間相互關聯和作用(整體性和辯證性),更多表現爲表觀遺傳學上的改變(個體性)所造成的症候的發生和發展。現代遺傳改造技術的長足進步和CRISPR/Cas9等新技術的產生,使得經濟、快捷地在1個個體中對多個基因進行改造和進行人爲模擬自然調控成爲可能。隨着中醫症候的標準化和量化從理論上得到統一和確定,方法上得到改進和廣泛的認同,相信遺傳改造技術所構建的中醫症候動物模型在不久的將來必將面世,這將爲中醫藥學的研究提供新的平臺,有望促進中醫藥學的實踐和理論發展達到新的高度。

2小結

包括疾病表型在內的任何表型均可以追溯到相關基因的功能及其調控和變化,從這個角度來看,遺傳改造所構建的疾病動物模型正是抓住了疾病發生和發展問題的根本,有助於學者從根本上洞察疾病發生和發展的規律,也爲新的、安全有效的藥物開發提供優良的試驗平臺。隨着對醫藥學、遺傳學本質的深入認識,以CRISPR/Cas9技術爲代表的現代遺傳改造技術有望更廣泛地應用於疾病動物模型的構建,將強勁地推動現代醫藥學的發展。