基因基因組人類基因組計(jì)劃

1、基因、基因組人類基因組計(jì)劃1基本概念基本概念: :DNADNA的功能片段。它是一種化學(xué)分子，遺傳的功能片段。它是一種化學(xué)分子，遺傳信息的物質(zhì)載體，傳遞支配生命活動(dòng)的指令，也信息的物質(zhì)載體，傳遞支配生命活動(dòng)的指令，也是可以人工操作，用于改造生命屬性的文件。是可以人工操作，用于改造生命屬性的文件。有機(jī)體全部有機(jī)體全部DNADNA序列。它是基因和非基因序列。它是基因和非基因的的DNADNA序列的總和。序列的總和。是是2020世紀(jì)世紀(jì)9090年代逐漸形年代逐漸形成的以基因組為研究對象，在基因組水平研究基成的以基因組為研究對象，在基因組水平研究基因和基因組的結(jié)構(gòu)與功能，包括大量非基因因和基因組的結(jié)構(gòu)與功

2、能，包括大量非基因DNADNA序序列的結(jié)構(gòu)與功能的學(xué)科。列的結(jié)構(gòu)與功能的學(xué)科。2 人類研究自然的目的不是征服自然，而是了解自人類研究自然的目的不是征服自然，而是了解自然、利用自然、改造自然，從而提高自身的生活質(zhì)量。然、利用自然、改造自然，從而提高自身的生活質(zhì)量。在人類研究自然的漫長道路上，對人類本身的了解是在人類研究自然的漫長道路上，對人類本身的了解是最艱難的。人類基因組計(jì)劃可以說是解決這一難題的最艱難的。人類基因組計(jì)劃可以說是解決這一難題的”鑰匙鑰匙”。 人類基因組計(jì)劃的完成是生物學(xué)研究的重大里程人類基因組計(jì)劃的完成是生物學(xué)研究的重大里程碑。更是從根本上改變了生命科學(xué)和醫(yī)學(xué)研究的角度碑。更是

3、從根本上改變了生命科學(xué)和醫(yī)學(xué)研究的角度和著眼點(diǎn)。和著眼點(diǎn)。 將遺傳學(xué)和臨床醫(yī)學(xué)結(jié)合，將人類基因組成果轉(zhuǎn)將遺傳學(xué)和臨床醫(yī)學(xué)結(jié)合，將人類基因組成果轉(zhuǎn)化應(yīng)用到臨床實(shí)踐中去化應(yīng)用到臨床實(shí)踐中去-走進(jìn)基因組醫(yī)學(xué)時(shí)代。走進(jìn)基因組醫(yī)學(xué)時(shí)代。3歷史回顧歷史回顧幾乎每過幾乎每過5050年，人類就前進(jìn)一大步，年，人類就前進(jìn)一大步，150150年來走年來走了三大步。了三大步。最早，最早，18651865年孟德爾提出遺傳因子也就是年孟德爾提出遺傳因子也就是“基因基因”的概念。的概念。大約大約5050年后的年后的19131913年，定位第一個(gè)人類基因。年，定位第一個(gè)人類基因。19531953年發(fā)現(xiàn)了年發(fā)現(xiàn)了DNADNA

4、的雙螺旋結(jié)構(gòu)；的雙螺旋結(jié)構(gòu)； 19561956年，第年，第一次數(shù)清人類一次數(shù)清人類4646條染色體，建立了人類染色體條染色體，建立了人類染色體組。組。 4又過了又過了5050年，年，20032003年，完成了人類基因組計(jì)劃。年，完成了人類基因組計(jì)劃。向前看，到向前看，到20502050年，基因組醫(yī)學(xué)將呈現(xiàn)出什么年，基因組醫(yī)學(xué)將呈現(xiàn)出什么樣的新面貌，相信一定又有一個(gè)飛躍。樣的新面貌，相信一定又有一個(gè)飛躍。56 人類基因組計(jì)劃就是確定人類的全部基人類基因組計(jì)劃就是確定人類的全部基因因, ,使我們能夠解讀人類基因組。然而使我們能夠解讀人類基因組。然而, ,我我們對于基因在疾病的發(fā)生、發(fā)展中的作用們對

5、于基因在疾病的發(fā)生、發(fā)展中的作用及其與環(huán)境因素的關(guān)系等問題知之甚少。及其與環(huán)境因素的關(guān)系等問題知之甚少。解讀人類基因組可以在基因水平上對疾病解讀人類基因組可以在基因水平上對疾病的診斷、治療和預(yù)防采取措施，是一種對的診斷、治療和預(yù)防采取措施，是一種對人類生命內(nèi)在因素的干預(yù)，因此，這將是人類生命內(nèi)在因素的干預(yù)，因此，這將是醫(yī)學(xué)史上的又一次革命。醫(yī)學(xué)史上的又一次革命。7該計(jì)劃首先由該計(jì)劃首先由組織實(shí)施。隨后組織實(shí)施。隨后CeleraCelera公司也要獨(dú)立公司也要獨(dú)立完成該計(jì)劃。完成該計(jì)劃。IHGSCIHGSC是由美國（是由美國（54%54%）、英國）、英國（33%33%）、日本（）、日本（7%7%

6、）、法國（）、法國（2.8%2.8%）、德國）、德國（2.2%2.2%）、中國（）、中國（1%1%）6 6個(gè)國家個(gè)國家2020個(gè)研究所的科個(gè)研究所的科學(xué)家組成的開放性國際協(xié)作組織，全球?qū)W家組成的開放性國際協(xié)作組織，全球28002800余余名科學(xué)家參加了名科學(xué)家參加了IHGSCIHGSC的工作。的工作。819901990年啟動(dòng)的人類基因組計(jì)劃經(jīng)過包括中國年啟動(dòng)的人類基因組計(jì)劃經(jīng)過包括中國在內(nèi)的多國科學(xué)家的在內(nèi)的多國科學(xué)家的1010年努力，于年努力，于20012001年年“大大功告成功告成”。分別正式公布了人類基因分別正式公布了人類基因組計(jì)劃和塞萊拉遺傳公司的人類基因組全序組計(jì)劃和塞萊拉遺傳公司的

7、人類基因組全序列數(shù)據(jù)，人類基因組草圖誕生了。列數(shù)據(jù)，人類基因組草圖誕生了。9人類基因組計(jì)劃的主要目標(biāo)：人類基因組計(jì)劃的主要目標(biāo)： 又稱連鎖圖又稱連鎖圖, ,以遺傳多態(tài)性的遺傳標(biāo)以遺傳多態(tài)性的遺傳標(biāo)記為位標(biāo)記為位標(biāo), ,以遺傳學(xué)距離為圖距制作的基因圖以遺傳學(xué)距離為圖距制作的基因圖. . 遺傳標(biāo)記遺傳標(biāo)記(RFLP,STR,SNP)(RFLP,STR,SNP) 以已知核苷酸的一個(gè)以已知核苷酸的一個(gè)DNADNA片段為標(biāo)記片段為標(biāo)記, ,以序列長度以序列長度kb/Mbkb/Mb為距離的基因組圖為距離的基因組圖 . . 自動(dòng)測序儀自動(dòng)測序儀, ,最后完成全部堿最后完成全部堿基連接的測序圖基連接的測序圖.

8、 . 10 11旨在破譯人類基因組遺傳密碼旨在破譯人類基因組遺傳密碼人類基因組學(xué)的研究，將破譯人類基因組學(xué)的研究，將破譯DNADNA序列中蘊(yùn)藏序列中蘊(yùn)藏的全部信息，揭示人體生理和病理過程的分的全部信息，揭示人體生理和病理過程的分子基礎(chǔ)，并逐步認(rèn)識(shí)生命的起源、進(jìn)化、遺子基礎(chǔ)，并逐步認(rèn)識(shí)生命的起源、進(jìn)化、遺傳、發(fā)育、衰老以及死亡的本質(zhì)，為人類疾傳、發(fā)育、衰老以及死亡的本質(zhì)，為人類疾病的預(yù)測、診斷、預(yù)防和治療提供最為合理病的預(yù)測、診斷、預(yù)防和治療提供最為合理和有效的方法和途徑。理論上講人類可活和有效的方法和途徑。理論上講人類可活歲，至少歲，至少歲。歲。12草圖分析報(bào)告：草圖分析報(bào)告： 人類基因數(shù)量少

9、得驚人。一些研究人員人類基因數(shù)量少得驚人。一些研究人員先前預(yù)測人類約有先前預(yù)測人類約有1010萬個(gè)基因，但此時(shí)的研究萬個(gè)基因，但此時(shí)的研究結(jié)果卻大出所料，人類基因總數(shù)在結(jié)果卻大出所料，人類基因總數(shù)在 ，約，約3 3萬個(gè)左右。萬個(gè)左右。只比果蠅多大約只比果蠅多大約1 13 3萬個(gè)基因。萬個(gè)基因。 人類基因組中存在人類基因組中存在“熱點(diǎn)熱點(diǎn)”和大片和大片“荒漠荒漠”。13 的基因組包含重復(fù)的序列，的基因組包含重復(fù)的序列，這意味著所有這些重復(fù)序列，即原來被認(rèn)這意味著所有這些重復(fù)序列，即原來被認(rèn)為的為的“垃圾垃圾”應(yīng)該被重新認(rèn)識(shí)。應(yīng)該被重新認(rèn)識(shí)。 地球上人與人之間地球上人與人之間99999999的基因

10、的基因密碼是相同的，人與人之間的變異僅為萬密碼是相同的，人與人之間的變異僅為萬分之一分之一。 1420012001年年2 2月，國際人類基因組測序協(xié)作組月，國際人類基因組測序協(xié)作組IHGSCIHGSC宣宣布，人類基因組草圖已經(jīng)完成。草圖顯然存在很布，人類基因組草圖已經(jīng)完成。草圖顯然存在很多重要的不足，例如，僅測出了約多重要的不足，例如，僅測出了約9090的常染色的常染色質(zhì)基因組序列，而且序列之間存在質(zhì)基因組序列，而且序列之間存在147821147821個(gè)未檢個(gè)未檢測出的空缺等等。測出的空缺等等。 是什么原因?qū)е铝耸鞘裁丛驅(qū)е铝?0012001年的草圖遺漏了年的草圖遺漏了1515萬個(gè)萬個(gè)“細(xì)節(jié)

11、細(xì)節(jié)”呢？很多科學(xué)家都把呢？很多科學(xué)家都把“矛頭矛頭”指向了測序技指向了測序技術(shù)，通常用于大片段脫氧核糖核酸（術(shù)，通常用于大片段脫氧核糖核酸（DNADNA）測序）測序的的“鳥槍法鳥槍法”存在缺陷，正是由于這種測序技術(shù)所存在缺陷，正是由于這種測序技術(shù)所帶來的遺憾，使得帶來的遺憾，使得20012001年人類基因草圖略顯潦草。年人類基因草圖略顯潦草。15IHGSCIHGSC立即啟動(dòng)了一項(xiàng)十分艱難、但非常必要的立即啟動(dòng)了一項(xiàng)十分艱難、但非常必要的“糾錯(cuò)補(bǔ)漏糾錯(cuò)補(bǔ)漏”程序程序, ,用了用了3 3年的時(shí)間將草圖一點(diǎn)點(diǎn)地年的時(shí)間將草圖一點(diǎn)點(diǎn)地豐滿起來，那些令人頭疼的縫隙也從原來的豐滿起來，那些令人頭疼的縫隙

12、也從原來的1515萬萬個(gè)減少到現(xiàn)在的個(gè)減少到現(xiàn)在的341341個(gè)。個(gè)。在在2001200120032003年之間，年之間，IHGSCIHGSC的不懈努力終于將此的不懈努力終于將此草圖轉(zhuǎn)化為今天這張既高度精確又相當(dāng)完整的人草圖轉(zhuǎn)化為今天這張既高度精確又相當(dāng)完整的人類基因組圖。類基因組圖。16國際人類基因組測序協(xié)作組（國際人類基因組測序協(xié)作組（IHGSCIHGSC）最近公）最近公布的最新分析結(jié)果。布的最新分析結(jié)果。 由美國國立人類基因組研究所（由美國國立人類基因組研究所（NHGR1NHGR1）和能）和能源部（源部（DOEDOE）領(lǐng)導(dǎo)的）領(lǐng)導(dǎo)的IHGSCIHGSC宣布，人類基因組測宣布，人類基因組測

13、序工作已圓滿完成，序工作已圓滿完成，, ,報(bào)告對報(bào)告對20012001年年2 2月發(fā)表的初步分析報(bào)告進(jìn)行了補(bǔ)充。人類月發(fā)表的初步分析報(bào)告進(jìn)行了補(bǔ)充。人類基因組計(jì)劃（基因組計(jì)劃（HGPHGP）自）自19901990年啟動(dòng)至年啟動(dòng)至20032003年結(jié)年結(jié)束，歷時(shí)共束，歷時(shí)共1313年。17最新分析報(bào)告最新分析報(bào)告: :基因組序列共包含基因組序列共包含28285 5億個(gè)核苷酸，它近乎完億個(gè)核苷酸，它近乎完整，涵蓋了整，涵蓋了9999以上的常染色質(zhì)基因組序列；準(zhǔn)以上的常染色質(zhì)基因組序列；準(zhǔn)確率為確率為9999999999，誤差小于，誤差小于1/101/10萬分之一的精萬分之一的精確版人類基因組圖譜，

14、也就是說誤差率只有確版人類基因組圖譜，也就是說誤差率只有1 1個(gè)個(gè)bpbp1010萬個(gè)萬個(gè)bpbp，比最初制訂的目標(biāo)精確了，比最初制訂的目標(biāo)精確了1010倍。倍。而且還進(jìn)一步糾正了蛋白編碼基因的數(shù)量，而且還進(jìn)一步糾正了蛋白編碼基因的數(shù)量，18被用作模式生物的低等動(dòng)物被用作模式生物的低等動(dòng)物（C Celeganselegans）只有）只有1 1長，生命周期也只有長，生命周期也只有短短數(shù)天，但其基因組卻含有短短數(shù)天，但其基因組卻含有個(gè)左右的個(gè)左右的基因。基因。同樣被用作模式生物的低等植物同樣被用作模式生物的低等植物也有也有個(gè)左右的基因。個(gè)左右的基因。而在進(jìn)化上比這些低等動(dòng)植物都優(yōu)越得多的人而在進(jìn)化

15、上比這些低等動(dòng)植物都優(yōu)越得多的人類，其基因組竟然僅有類，其基因組竟然僅有個(gè)蛋白編碼個(gè)蛋白編碼基因?；?。19：“僅僅在僅僅在1010年以前，大多數(shù)科學(xué)家還年以前，大多數(shù)科學(xué)家還認(rèn)為，人類基因組大約含有認(rèn)為，人類基因組大約含有1010萬個(gè)蛋白編碼基因。萬個(gè)蛋白編碼基因。3 3年前，當(dāng)我們對人類基因組序列草圖進(jìn)行分析年前，當(dāng)我們對人類基因組序列草圖進(jìn)行分析時(shí)，我們估計(jì)人類約有時(shí)，我們估計(jì)人類約有3 3萬萬3 35 5萬個(gè)蛋白編碼萬個(gè)蛋白編碼基因，這在當(dāng)時(shí)已經(jīng)使很多人感到震驚。而剛剛基因，這在當(dāng)時(shí)已經(jīng)使很多人感到震驚。而剛剛結(jié)束的分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)人類基因組只含有結(jié)束的分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)人類基因組只含有2 2萬

16、萬2 25 5萬個(gè)蛋白編碼基因。萬個(gè)蛋白編碼基因。20目前的研究結(jié)果顯示，人類基因組有目前的研究結(jié)果顯示，人類基因組有1959919599個(gè)已經(jīng)個(gè)已經(jīng)獲得確定的蛋白編碼基因，另外還有獲得確定的蛋白編碼基因，另外還有21882188段可能段可能為蛋白編碼基因的為蛋白編碼基因的DNADNA序列。人類基因重復(fù)片段高序列。人類基因重復(fù)片段高達(dá)達(dá)5 53 3，覆蓋了，覆蓋了5 53 3的人類基因組。的人類基因組。IHGSCIHGSC所完成的測序工作不僅完整而且精確。該基所完成的測序工作不僅完整而且精確。該基因組序列的資料已于因組序列的資料已于20032003年年4 4月被載入免費(fèi)公用數(shù)月被載入免費(fèi)公用數(shù)

17、據(jù)庫。據(jù)庫。21從基因組到基因組醫(yī)學(xué)從基因組到基因組醫(yī)學(xué)“基因組醫(yī)學(xué)基因組醫(yī)學(xué)”（Genomic MedicineGenomic Medicine）以人類基因）以人類基因組為基礎(chǔ)的生命科學(xué)和臨床醫(yī)學(xué)的革命。概念出組為基礎(chǔ)的生命科學(xué)和臨床醫(yī)學(xué)的革命。概念出現(xiàn)于上世紀(jì)末，它將對整個(gè)現(xiàn)于上世紀(jì)末，它將對整個(gè)2121世紀(jì)產(chǎn)生重大社會(huì)世紀(jì)產(chǎn)生重大社會(huì)影響和重大經(jīng)濟(jì)效益。影響和重大經(jīng)濟(jì)效益。600600多位全球頂尖的科學(xué)家提出。生命科學(xué)和臨床多位全球頂尖的科學(xué)家提出。生命科學(xué)和臨床醫(yī)學(xué)結(jié)合，將是后基因組時(shí)代最重要的研究方向醫(yī)學(xué)結(jié)合，將是后基因組時(shí)代最重要的研究方向之一。可見基因組醫(yī)學(xué)是一大批科學(xué)家的遠(yuǎn)見卓

18、之一。可見基因組醫(yī)學(xué)是一大批科學(xué)家的遠(yuǎn)見卓識(shí)。所以，識(shí)。所以，20032003年被稱為是年被稱為是“基因組醫(yī)學(xué)基因組醫(yī)學(xué)”的誕生的誕生日。日。22基因和基因組已不再是一個(gè)時(shí)新的概念，而是日基因和基因組已不再是一個(gè)時(shí)新的概念，而是日常醫(yī)療實(shí)踐的基礎(chǔ)。它的宗旨很明確，就是將生常醫(yī)療實(shí)踐的基礎(chǔ)。它的宗旨很明確，就是將生命科學(xué)和臨床醫(yī)學(xué)的研究整合在一起，將人類基命科學(xué)和臨床醫(yī)學(xué)的研究整合在一起，將人類基因組目前已有的成果以及功能基因組學(xué)將獲得的因組目前已有的成果以及功能基因組學(xué)將獲得的成果迅速轉(zhuǎn)換為醫(yī)學(xué)應(yīng)用，并且開發(fā)可以推廣到成果迅速轉(zhuǎn)換為醫(yī)學(xué)應(yīng)用，并且開發(fā)可以推廣到整個(gè)臨床醫(yī)學(xué)中應(yīng)用。整個(gè)臨床醫(yī)學(xué)中

19、應(yīng)用。深入解讀人類基因組，不但對醫(yī)學(xué)遺傳的研究產(chǎn)深入解讀人類基因組，不但對醫(yī)學(xué)遺傳的研究產(chǎn)生重大影響，而且將會(huì)給醫(yī)療保健衛(wèi)生事業(yè)帶來生重大影響，而且將會(huì)給醫(yī)療保健衛(wèi)生事業(yè)帶來革命性的變革。革命性的變革。23在過去幾十年中，遺傳醫(yī)學(xué)的發(fā)展對醫(yī)學(xué)的進(jìn)步在過去幾十年中，遺傳醫(yī)學(xué)的發(fā)展對醫(yī)學(xué)的進(jìn)步是顯而易見的。因?yàn)橛辛酸t(yī)學(xué)遺傳，大家才逐漸是顯而易見的。因?yàn)橛辛酸t(yī)學(xué)遺傳，大家才逐漸重視遺傳學(xué)對醫(yī)學(xué)的關(guān)系，關(guān)注遺傳對健康的影重視遺傳學(xué)對醫(yī)學(xué)的關(guān)系，關(guān)注遺傳對健康的影響。響。雖然近二十年來醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)發(fā)展很快，但其影響雖然近二十年來醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)發(fā)展很快，但其影響力還不足以改變主流醫(yī)學(xué)。醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)只能使醫(yī)力還不足

20、以改變主流醫(yī)學(xué)。醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)只能使醫(yī)學(xué)進(jìn)步，而基因組醫(yī)學(xué)將可能成為改變主流醫(yī)學(xué)學(xué)進(jìn)步，而基因組醫(yī)學(xué)將可能成為改變主流醫(yī)學(xué)的革命。的革命。24如如: :，中國也參與了。選擇八萬個(gè)，中國也參與了。選擇八萬個(gè)蛋白質(zhì)中有代表性的蛋白質(zhì)中有代表性的3000300050005000個(gè)蛋白質(zhì)，個(gè)蛋白質(zhì)，用計(jì)算機(jī)模擬它們的折疊，把三維結(jié)構(gòu)搞清用計(jì)算機(jī)模擬它們的折疊，把三維結(jié)構(gòu)搞清楚。楚。也進(jìn)展較快，已確認(rèn)的轉(zhuǎn)錄子也進(jìn)展較快，已確認(rèn)的轉(zhuǎn)錄子有一萬多個(gè)，有望在幾年之內(nèi)可以了解所有有一萬多個(gè)，有望在幾年之內(nèi)可以了解所有的真基因。的真基因。25有很大進(jìn)展，直腸癌在美國有有很大進(jìn)展，直腸癌在美國有9090治愈率，即五年生

21、存率，而這個(gè)數(shù)字在十治愈率，即五年生存率，而這個(gè)數(shù)字在十年前是年前是6060。現(xiàn)在美國多數(shù)癌癥平均?，F(xiàn)在美國多數(shù)癌癥平均5 5年生年生存率為存率為5050，癌癥不再是一個(gè)不治之癥。，癌癥不再是一個(gè)不治之癥。英國開始建立癌基因組。英國開始建立癌基因組。 癌基因組的兩個(gè)目標(biāo)：癌基因組的兩個(gè)目標(biāo)：261 1）將所有與癌癥有關(guān)的染色體不規(guī)則斷裂）將所有與癌癥有關(guān)的染色體不規(guī)則斷裂都搜集起來，用計(jì)算機(jī)分析找出規(guī)律來?，F(xiàn)都搜集起來，用計(jì)算機(jī)分析找出規(guī)律來?，F(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)研究一定要通過計(jì)算機(jī)從整體上代生物醫(yī)學(xué)研究一定要通過計(jì)算機(jī)從整體上來研究，而不是傳統(tǒng)地針對單個(gè)基因單個(gè)蛋來研究，而不是傳統(tǒng)地針對單個(gè)基因單個(gè)

22、蛋白。白。2 2）通過流行病學(xué)研究將與癌癥相關(guān)的所有）通過流行病學(xué)研究將與癌癥相關(guān)的所有SNPSNP和基因型找出來。在癌基因組的基礎(chǔ)上，和基因型找出來。在癌基因組的基礎(chǔ)上，科學(xué)家預(yù)期癌癥的問題可能在十至十五年間科學(xué)家預(yù)期癌癥的問題可能在十至十五年間基本解決?；窘鉀Q。27基因組醫(yī)學(xué)的未來基因組醫(yī)學(xué)的未來在在5 51010年內(nèi)，常規(guī)的基因診斷將能夠預(yù)測個(gè)年內(nèi)，常規(guī)的基因診斷將能夠預(yù)測個(gè)體對某些常見疾病和遺傳性癌癥的易感風(fēng)險(xiǎn)；體對某些常見疾病和遺傳性癌癥的易感風(fēng)險(xiǎn)；在在5 51010年內(nèi)，對腫瘤特征的基因診斷將能夠年內(nèi)，對腫瘤特征的基因診斷將能夠?qū)υS多癌癥作早期診斷；對許多癌癥作早期診斷；在在10102020年內(nèi)，安全的基因治療將成為對某些年內(nèi)，安全的基因治療將成為對某些遺傳病的有效治療手段；遺傳病的有效治療手段；28在在10102020年內(nèi)，安全的基因疫苗將成為對某年內(nèi)，安全的基因疫苗將成為對某些癌癥的有效治療手段；些癌癥的有效治療手段；在在10102020年內(nèi)，針對特定病原生物基因組的年內(nèi)，針對特定病原生物基因組的基因疫