兽用基因工程生物制品的安全性讲稿.ppt
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1、兽用基因工程生物制品的安全性第一页,讲稿共二十八页哦兽用基因工程生物制品是用微生物、微生物代谢产物兽用基因工程生物制品是用微生物、微生物代谢产物、原虫原虫、血液或组织等加工制成,作为预防血液或组织等加工制成,作为预防、治疗治疗、诊诊断特定传染病或其他疾病的制剂。断特定传染病或其他疾病的制剂。作为畜禽疾病预防控制的利器,兽用生物制品在畜牧业的作为畜禽疾病预防控制的利器,兽用生物制品在畜牧业的发展中发挥着越来越重要的作用,其研发和生产应用促进发展中发挥着越来越重要的作用,其研发和生产应用促进了畜牧业的繁荣。了畜牧业的繁荣。由于其本身的特性和安全管理方面的漏洞,在研发由于其本身的特性和安全管理方面的
2、漏洞,在研发和应用中也可能出现某些生物灾害。概括起来主要和应用中也可能出现某些生物灾害。概括起来主要有:实验研究人员的感染、病原微生物对环境的污有:实验研究人员的感染、病原微生物对环境的污染、以及遗传性状不稳定。染、以及遗传性状不稳定。兽用生物制品的生物安全问题直接或间接影响人类和动物兽用生物制品的生物安全问题直接或间接影响人类和动物的身体健康和生命安全。的身体健康和生命安全。第二页,讲稿共二十八页哦第三页,讲稿共二十八页哦第一节第一节 兽用基因工程生物制品概况兽用基因工程生物制品概况 目前的兽用基因工程生物制品,可分为基因工程亚单位疫目前的兽用基因工程生物制品,可分为基因工程亚单位疫苗、重组
3、活载体疫苗、基因缺失疫苗、核酸疫苗、多肽苗、重组活载体疫苗、基因缺失疫苗、核酸疫苗、多肽疫苗和转基因植物疫苗等几类。疫苗和转基因植物疫苗等几类。1.基因工程亚单位疫苗或基因工程蛋白质疫苗基因工程亚单位疫苗或基因工程蛋白质疫苗通过基因工程将病原微生物的主要免疫原基因在宿主通过基因工程将病原微生物的主要免疫原基因在宿主细胞表达,再从表达产物制备而成。其产品或是病原细胞表达,再从表达产物制备而成。其产品或是病原蛋白质蛋白质(或亚单位或亚单位),或是其抗原决定簇。,或是其抗原决定簇。这类疫苗可能产生的问题这类疫苗可能产生的问题:与原始蛋白质的结构差异、与原始蛋白质的结构差异、异源蛋白质对宿主的毒性、细
4、菌表达系统对外源基因异源蛋白质对宿主的毒性、细菌表达系统对外源基因的识别、的识别、T细胞对蛋白成分非敏感。细胞对蛋白成分非敏感。对上述问题的解决途径包括对上述问题的解决途径包括:采用真核生物细胞为宿采用真核生物细胞为宿主、采用能分泌重组蛋白质的细菌为宿主、突变外源基主、采用能分泌重组蛋白质的细菌为宿主、突变外源基因的糖基化位点。因的糖基化位点。第四页,讲稿共二十八页哦目的基因的获取目的基因的获取工程菌的构建工程菌的构建目的基因表达目的基因表达蛋白质分蛋白质分离与纯化离与纯化产品产品第五页,讲稿共二十八页哦2.核酸疫苗核酸疫苗核酸疫苗是将编码某种抗原蛋白的外源基因核酸疫苗是将编码某种抗原蛋白的外
5、源基因(DNA 或或RNA)直接导入动物体细胞内直接导入动物体细胞内,并通过宿主细胞的表达系统并通过宿主细胞的表达系统合成抗原蛋白合成抗原蛋白,诱导宿主产生对该抗原蛋白的免疫应答诱导宿主产生对该抗原蛋白的免疫应答,以达到预防和治疗疾病的目的。以达到预防和治疗疾病的目的。核酸疫苗的优点是:免疫保护力增强、制备简单、同种异核酸疫苗的优点是:免疫保护力增强、制备简单、同种异株交叉保护、持久免疫应答。株交叉保护、持久免疫应答。核酸疫苗的缺点是:免疫原性较低、用量大、真核细胞核酸疫苗的缺点是:免疫原性较低、用量大、真核细胞不存在质粒不存在质粒DNA的主动的主动 核质核质 间传输途径。间传输途径。提高核酸
6、疫苗免疫原性的尝试主要有:抗原基因上游插提高核酸疫苗免疫原性的尝试主要有:抗原基因上游插入入RNARNA复制酶基因、在抗原基因下游插入细胞因子编码基因、复制酶基因、在抗原基因下游插入细胞因子编码基因、提高细胞转染效率、改变重组质粒非编码区。提高细胞转染效率、改变重组质粒非编码区。核酸疫苗通常不能在动物细胞中长期复制或不复制。核酸疫苗通常不能在动物细胞中长期复制或不复制。第六页,讲稿共二十八页哦第七页,讲稿共二十八页哦3.重重组活活载体疫苗体疫苗重重组活活载体疫苗包括:重体疫苗包括:重组DNA病毒病毒疫苗和重疫苗和重组RNA病毒疫苗。病毒疫苗。重重组DNA病毒病毒疫苗是将抗原基因疫苗是将抗原基因
7、转移至病毒移至病毒DNA载体体上而制上而制备的重的重组DNA疫苗。疫苗。重重组RNA病毒疫苗是将抗原基因病毒疫苗是将抗原基因转移至病毒移至病毒RNA载体体上而制上而制备的重的重组RNA疫苗。疫苗。重重组活活载体疫苗的体疫苗的优点主要在于:宿主体内有点主要在于:宿主体内有识别病毒病毒的免疫系的免疫系统、病毒能主、病毒能主动将其将其DNA或或RNA A传输至至细胞胞内、表达量大。内、表达量大。重重组活活载体疫苗的主要不足在于:体疫苗的主要不足在于:对免疫力弱者可能致免疫力弱者可能致病、容易出病、容易出现非相关免疫反非相关免疫反应、需要避开先天或后天的、需要避开先天或后天的抗病毒免疫,等等。抗病毒免
8、疫,等等。第八页,讲稿共二十八页哦第九页,讲稿共二十八页哦第二节第二节 兽用基因工程生物制品的安全性兽用基因工程生物制品的安全性兽用基因工程生物制品的应用越来越广泛,其安全兽用基因工程生物制品的应用越来越广泛,其安全性一直受到人们的密切关注。性一直受到人们的密切关注。对兽用基因工程生物制品安全性的考虑,主要在以对兽用基因工程生物制品安全性的考虑,主要在以下几方面下几方面:对使用动物的毒性、致癌的可能性、外对使用动物的毒性、致癌的可能性、外源源DNA与宿主染色体整合的可能性、诱导产生抗与宿主染色体整合的可能性、诱导产生抗DNA 抗抗体的可能性体的可能性。对基因工程生物制品使用后的担忧主要是持续表
9、达外源对基因工程生物制品使用后的担忧主要是持续表达外源抗原可能出现的后果抗原可能出现的后果:产生耐受性、自动免疫、过敏反产生耐受性、自动免疫、过敏反应和超敏反应等,或最终导致机体免疫机制受抑制而易应和超敏反应等,或最终导致机体免疫机制受抑制而易感染其他病原体。感染其他病原体。基因工程生物制品安全性评价应包括基因工程生物制品安全性评价应包括:受体细胞的安受体细胞的安全性、基因操作的安全性、基因重组活疫苗的安全性及全性、基因操作的安全性、基因重组活疫苗的安全性及工业化生产的潜在安全性。工业化生产的潜在安全性。第十页,讲稿共二十八页哦一、受体细胞的一、受体细胞的安全性安全性受体细胞是用于制备基因工程
10、生物制品的表达系统。受体细胞是用于制备基因工程生物制品的表达系统。可分为原核表达系统和真核表达系统两大类。可分为原核表达系统和真核表达系统两大类。选择受体细胞时应重点考虑选择受体细胞时应重点考虑:安全性高且不造成生物污染;安全性高且不造成生物污染;便于重组便于重组DNA导入;导入;便于筛选克隆子;便于筛选克隆子;能使重组能使重组DNA分子在细胞内分子在细胞内稳定维持;稳定维持;适合外源基因高效表达和表达产物分泌或累积;适合外源基因高效表达和表达产物分泌或累积;对遗传密码无偏倚(没有选择性表达);对遗传密码无偏倚(没有选择性表达);遗传性稳定、易于扩大培养或发酵;遗传性稳定、易于扩大培养或发酵;
11、对真核表达系统还要求有较好的翻译后加工机制。对真核表达系统还要求有较好的翻译后加工机制。第十一页,讲稿共二十八页哦1.1.原核生物表达系统原核生物表达系统原核生物表达系原核生物表达系统统是研究最透是研究最透彻彻的表达系的表达系统统,常用,常用细细菌菌作作为为受体,具有操作受体,具有操作简单简单、价格低廉、外源基因表达水、价格低廉、外源基因表达水平高的特点。最平高的特点。最为为常常 用的是大用的是大杨杨杆菌和枯草芽杆菌和枯草芽孢孢杆菌。杆菌。大大肠肠杆菌是杆菌是肠肠道菌群的道菌群的组组成部分,大部分成部分,大部分为为非致病非致病 菌,菌,但某些血清型可引起腹泻和但某些血清型可引起腹泻和败败血症。
12、作血症。作为为外源基因受体外源基因受体的大的大肠肠杆菌菌株杆菌菌株遗传遗传背景清楚、目的基因表达水平高、背景清楚、目的基因表达水平高、培养周期短、抗培养周期短、抗污污染能力染能力强强。枯草芽枯草芽孢孢杆菌是需氧的革杆菌是需氧的革兰兰氏阳性菌,氏阳性菌,细细胞内存在着分胞内存在着分泌系泌系统统,常常能将重,常常能将重组组蛋白蛋白质质分泌到培养基中。枯草杆分泌到培养基中。枯草杆菌本身没有致病性,但其可用的菌本身没有致病性,但其可用的载载体株有限,外源基因体株有限,外源基因的表达量也低于大的表达量也低于大肠肠杆菌。杆菌。第十二页,讲稿共二十八页哦大大肠肠杆杆菌菌枯草枯草芽孢芽孢杆菌杆菌第十三页,讲稿
13、共二十八页哦2.真核表达系统真核表达系统原核表达系统表达量高,但目的蛋白质常以包涵体原核表达系统表达量高,但目的蛋白质常以包涵体出现而致纯化难,缺翻译后加工而使表达产物活性出现而致纯化难,缺翻译后加工而使表达产物活性较低,促使人们寻找合适的真核表达系统。较低,促使人们寻找合适的真核表达系统。目前常用的真核表达系统有:酵母表达系统、昆虫细目前常用的真核表达系统有:酵母表达系统、昆虫细胞表达系统和哺乳动物细胞表达系统。胞表达系统和哺乳动物细胞表达系统。酵母菌的遗传背景清楚、遗传操作容易,可微生物酵母菌的遗传背景清楚、遗传操作容易,可微生物化操作,外源基因在酵母细胞中能分泌表达,但只化操作,外源基因
14、在酵母细胞中能分泌表达,但只能进行有限的翻译后加工修饰。能进行有限的翻译后加工修饰。昆虫细胞表达系统多利用杆状病毒为外源基因载体,昆虫细胞表达系统多利用杆状病毒为外源基因载体,利用昆虫细胞表达目的蛋白,但分泌性较差利用昆虫细胞表达目的蛋白,但分泌性较差哺乳细胞表达系统培养细胞如哺乳细胞表达系统培养细胞如CHOCHO、COHCOH、BHKBHK、NIH3T3NIH3T3为受体,以病毒或质粒为外源基因载体。主要为受体,以病毒或质粒为外源基因载体。主要缺点是培养和操作难度大,且不能持久表达缺点是培养和操作难度大,且不能持久表达第十四页,讲稿共二十八页哦 啤酒酵母啤酒酵母NIH3T3CHO BHK第十
15、五页,讲稿共二十八页哦 二、基因操作的安全性二、基因操作的安全性基因操作主要包括:目的基因基因操作主要包括:目的基因获取、取、载体制体制备、基因重、基因重组、重、重组子子转化与外源基因表达等步化与外源基因表达等步骤。1.目的基因的分子特征目的基因的分子特征表达载体相关资料:目的基因与载体图谱,目的基表达载体相关资料:目的基因与载体图谱,目的基因供体、结构功能及安全,其他元件安全记录。因供体、结构功能及安全,其他元件安全记录。目的基因在表达系统中的整合情况:插入片段的位点、目的基因在表达系统中的整合情况:插入片段的位点、边界、拷贝数、全长边界、拷贝数、全长DNADNA序列,宿主序列,宿主DNAD
16、NA序列被删除或序列被删除或基因失活情况。基因失活情况。外源插入片段的表达情况:转录水平外源插入片段的表达情况:转录水平(RTPCR,Northern)、翻译水平、翻译水平(ELISA,Western)。第十六页,讲稿共二十八页哦蓝舌病毒蓝舌病毒BL3基因基因-pFB1表达载体表达载体第十七页,讲稿共二十八页哦2 基因的基因的遗传稳定性定性基因操作的遗传稳定性主要涉及质粒的稳定性,包括分基因操作的遗传稳定性主要涉及质粒的稳定性,包括分离稳定性和结构稳定性。进行遗传稳定性鉴定时,应从离稳定性和结构稳定性。进行遗传稳定性鉴定时,应从几个方面入手:几个方面入手:目的基因整合的稳定性目的基因整合的稳定
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