分子生物学对生物医学的影响

论文题目：分子生物学对生物医学的影响 学生姓名：尹伊

学号： 2015302214 专业：学科教学（生物） 授课教师：郑克刚老师 学院：生命科学学院

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分子生物学对生物医学的影响

学号：2015302214 姓名：尹伊 专业：生物学科教学

分子生物学是在分子水平上研究生命现象的科学。通过研究生物大分子(核酸、蛋白质) 的结构、功能和生物合成等方面来阐明各种生命现象的本质。研究内容包括各种生命过程，比如光合作用、发育的分子机制、神经活动的机理、癌的发生等，这使得人们对生命的认识有了很大的进步。而生物医学是综合医学、生命科学和生物学的理论和方法而发展起来的前沿交叉学科，基本任务是运用生物学及工程技术手段研究和解决生命科学，特别是医学中的有关问题。属于生物科学的应用学科，与生物学知识尤其是分子生物学的知识息息相关。下面将从医学的不同方面在阐述一下分子生物学对医学的影响。

1. 分子生物学与中医药学

中医药是我国的国宝, 对中华民族的繁衍和发展做出了巨大贡献, 其治疗和保健作用已为几千年的实践所证实，中医药学是经历数千年历史发展起来的经验医学。它与药物开发、质量控制、作用机理等方面都与分子生物学息息相关，在一定程度上推动着中医药学的发展。分子生物学在中医药学的具体应用主要有以下几个方面。

1.1中药优良品种的培育

我国采用的中药大多数为栽培品种, 长期栽培出现品种品质老化、病毒寄生蔓延、种植费时费工、繁殖系数低等问题。运用分子生物学中基因工程技术和细胞工程技术, 一方面可对药用植物品种实施遗传改造、构建新型的抗逆力强的优良品种, 以加强中药高产、优质、多

抗新品种的选育; 另一方面, 用基因工程技术培育出的抗病毒、抗虫害的新型中药能减少农药施用, 杜绝农药和重金属污染, 保证中药的安全性。同时, 利用转基因生物作为反应器, 也可生产外源基因编码的产物如水蛭素、干扰素和胰岛素等[1]。

1.2中药的鉴定

我国药材资源丰富, 药用动植物约1万余种, 但目前使用的药材来源复杂, 时有互混、互代、以假充真现象存在, 尤其是动物药及破碎中药的鉴定是中药质控的难点, 蛋白电泳法和和核酸分析法作为新的分子生物学技术正在中药鉴定工作中广泛应用。目前常用的核酸分析方法主要有限制性内切酶片段长度多态性分析(RFLP)、随机扩增多态性DNA(PAPD)、高特异性PCR 扩增(PCR-RFLP)的特定片段的限制性位点分析、DNA 序列分析、扩增片段长度多态性法(AFLP)、基因芯片技术, 这几种技术鉴定中药, 可以不受药物的形状、剂型等外界因素和生物发育阶段及器官组织差异的影响, 直接、便捷、准确的鉴定中药材[2]。任冰如等用RAPD 技术对南北苍术不同居群间的亲缘关系做了鉴定, 从DNA 水平上证实了南、北苍术亲缘关系很近, 差异很小, 从而证实了北苍术是南苍术的变种, 而非不同种[3]。罗志勇等运用AFLP 技术成功的构建出多态性丰富和重复性好的人参、西洋参指纹图谱, 并运用计算机软件对结果进行二维图象处理, 计算出不同样品间相似度指数, 并从相似度指数发现西洋参与引种到我国吉林的西洋参的遗传物质基础─基因组DNA 发生一定的变异, 但变异程度小于人参与西洋参间的差异[4]。此外,DNA 分子标记方法还可用于中成药质量分析。

1.3利用分子生物学技术探讨中药作用机理

中药进入体内发挥作用的基本环节是药物分子与生命分子之间的直接或间接相互作用。中药发挥作用必然会引起从遗传信息到整体功能实现中多个层面的结构与功能状态的改变, 而决定这些层面的结构与功能的基础是基因。近年来国内有不少学者开展了中药及复方干预基因表达的调控研究, 初步证明中药作用与其生物活性成分调控基因的表达有关。

我国学者曾对人参、黄芪、青蒿、淫羊藿、银耳、灵芝等药对体内重要的细胞因子(IL-1、IL-2、IL-3、IL-6、TNF 等) 的基因表达调控机体的免疫反应做了探讨[5], 如曹颖英等应用斑点杂交法研究表明淫羊藿苷(ICA)可促进刀豆蛋白(ConA)诱导的淋巴细胞IL-3mRNA,IL-6mRNA 的表达, 其促进作用具有一定的剂量依赖性, 且它对IL-6mRNA 表的作用大于对IL-3mRNA 表达的促进作用, 初步阐明ICA 促进某些细胞因子产生的分子机制[6]。中药的抗癌机制可能是通过调控c —fos 和P53、PC1-2、c —myc 等基因的表达来诱导肿瘤细胞凋亡。绿茶抗氧化剂复合儿茶素对促癌剂12-氧-14-烷佛波醇-13-乙酸酯(TPA)的影响有明显拮抗作用, 即复合儿茶素能抑制促癌剂引起的c —fos 、c —myc 的基因表达, 而对抑癌基因Rb 表达有调控作用[7]。陈记藩等认为通痹灵使RA 大鼠滑膜细胞TNF-аmRNA 表达水平降低, 提示通痹灵治疗RA 作用机理之一是通过抑制滑膜细胞异常表达的TNF-αmRNA, 从而下调TNF-α的产生[8]。

1.4利用基因芯片技术筛选和开发新药

在后基因时代, 随着基因结构和功能研究的突破, 致病基因的发现, 药物的研究的目标之一是在基因水平上寻找要用的靶标, 通过比较药物处理前后细胞基因表达的差异来推测筛选药物作用的靶, 从而找到“导向药物”。目标之二是用基因芯片技术检测药物的毒性或副作用, 进行毒理研究。生物芯片技术所具有的高集成与组合化学相结合, 为新药研究的初筛提供超高通量筛选。目前,Gene logic inc公司用美国橡树岭研究所技术制作的流过芯片已成功用于药物开发、靶标寻找。这将有利于确定中药的有效活性成分和有效活性部位, 为开发中药新药提供一个简便、快捷的新途径。

2. 分子生物学与医学检测

医学检验中常用的分子生物学技术分子生物学的核心技术是聚合酶链反应（PCR ），十几年的应用衍生出了多种新的PCR 技术，如原位PCR 技术、实时定量PCR 技术、NASBA 、TAS 等。此外，生物芯片技术、序列分析技术以及核酸探究技术等技术都已广泛应用于临床的检验和科研工作中，并极大地完善了检验技术，在临床诊断和治疗中的意义重大[9]。

2.1聚合酶链式反应（PCR ）的应用

PCR 是一种体外酶促合成特异DNA 片段的方法，是分子生物学中最常用的技术。典型的PCR 由①高温变形、②低温退火、③适温延伸三个步骤，作为一个循环周期，多次循环反应，使目的DNA 得以迅速扩增。PCR 不仅可以用于基因的分离、克隆和核苷酸序列分析等，还可以在突变体和重组体的构建上灵活应用，以及基因表达调控的研究，

基因多态性的分析，肿瘤机制的探索，遗传病和传染病的诊断等诸多方面。在其衍生出的新PCR 技术（定时定量PCR 、原位PCR 技术等），与传统的技术相比都具有灵敏度高、操作简单、省时省力等特10。 []

2.2分子生物传感器的应用

分子生物传感器是利用如酶、蛋白质、DNA 、抗体、抗原、生物膜、微生物、细胞等生物物质作为识别元件固定在转化器上，当待测物与生物识别元件发生特异性反应后，将生化反应转通过转化器将所产生的反应结果转变成可定量的物理、化学信号等，从而进行生命物质和化学物质检测和监控。

2.3分子生物芯片技术的应用

目前，传统的医学检验技术已经不能紧跟生物学的发展，达不到微量、快速及全面的要求。生物芯片技术把分子间特异性地相互作用作为原理，将大量探针分子固定于支持物上，通过缩微技术，实现对细胞、蛋白质、基因及其它生物组分的检测。解决了传统医学检验技术的复杂、自动化程度低、检测目的分子数量少、低通量等不足。

分子生物芯片的技术通过不同的探针阵列和特定的分析方法均会该技术具有多种不同的应用价值。如基因表达谱测定、突变检测、多态性分析、基因组文库作图及杂交测序等均为“后基因组计划”时期基因功能的研究以及现代医学科学及医学诊断学的发展提供了强有力的工具，在基因的发现、基因诊断、药物筛选、给药等个性化方面也同样取得了重大突破11。 []

2.4分子生物纳米技术的应用

1991年，在《Unbounding the Future 》一书中，首次提出了“纳米医学”的概念。研究表明：利用纳米技术，很容易进入人机体细胞核，并于核内染色体进行组合，具有较高的特异性，不仅克服了目前基因诊断中面临的难题，而且还提高了基因诊断在实验室中得地位。

Van Helden 等将抗体连接的纳米磁性微球与高效率的化学发光免疫测定技术结合而成的自动检测系统，已成功用于血清中人免疫缺陷病毒HIV-1和HIV-2的抗体检测12。 []

2.5分子蛋白质组学的应用

就目前而言，在蛋白质功能方面的研究还是极其缺乏的。通过基因组测序，新发现的基因编码蛋白质的功能大部分都是未知的，对于那些已知功能的蛋白，它们的功能大多是根据基因功能类推得出的。因此，就由人预测，在随着多种生物基因组测序的完成，人们的研究重点必将转到蛋白质的功能方面。

除了上述的应用之外，分子生物学在靶向治疗癌症肿瘤、控制传染病、治疗病毒性疾病等临床上面也发挥着重要的作用。因此分子生物学与生物医学息息相关，它是深入研究分子生物学的基础学科，对医学致病机理及药物研发等来说是不可或缺的。相信在今后分子生物学与生物医学的结合领域将更为广阔，联系应用也将更为密切。希望分子生物学技术能被充分利用到医学乃至其他更为广阔的领域，帮助人们更深入的了解生命，也更好的来造福人类！

参考文献：

[1]周坤福. 分子生物学与中药开发[M].北京:人民卫生出版社,2000.184.

[2]詹秀琴, 王明艳. 分子生物学技术在中药鉴定中的应用及探讨[J].生物学通报,2001,36(11):3-4.

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[4]罗志勇, 周钢, 周肆清, 等.AFLP 法构建人参、西洋参基因DNA 指纹图谱[J].药学学报,2000,35(8):626.

[5]陈苏红, 王小红, 王升启. 中药影响细胞基因表达的研究进展[J].中国中药杂志,2000,25(9):515.

[6]曹颖英, 郑欣岳, 张国庆. 淫羊藿促进小鼠脾细胞IL-3及IL-6mRNA 的表达[J].第二军医大学学报,1998,19(2):199.

[7]张秦燕, 赵清正, 程书均, 等. 绿茶抗氧化成分抑制促癌作用的机理研究[J].中华肿瘤杂志,1992,14(5):352.

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[9] 王海英：《分子生物学技术在医学检验中的应用进展》. 当代医学，2011,17(6)

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[12] 李鹏：《现代分子生物学技术在医学检验中的应用》. 临床和实验医学, 2007,6(3)