基因基因组人类基因组计划

1、基因、基因组人类基因组计划1基本概念基本概念: :DNADNA的功能片段。它是一种化学分子，遗传的功能片段。它是一种化学分子，遗传信息的物质载体，传递支配生命活动的指令，也信息的物质载体，传递支配生命活动的指令，也是可以人工操作，用于改造生命属性的文件。是可以人工操作，用于改造生命属性的文件。有机体全部有机体全部DNADNA序列。它是基因和非基因序列。它是基因和非基因的的DNADNA序列的总和。序列的总和。是是2020世纪世纪9090年代逐渐形年代逐渐形成的以基因组为研究对象，在基因组水平研究基成的以基因组为研究对象，在基因组水平研究基因和基因组的结构与功能，包括大量非基因因和基因组的结构与功

2、能，包括大量非基因DNADNA序序列的结构与功能的学科。列的结构与功能的学科。2 人类研究自然的目的不是征服自然，而是了解自人类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，从而提高自身的生活质量。然、利用自然、改造自然，从而提高自身的生活质量。在人类研究自然的漫长道路上，对人类本身的了解是在人类研究自然的漫长道路上，对人类本身的了解是最艰难的。人类基因组计划可以说是解决这一难题的最艰难的。人类基因组计划可以说是解决这一难题的”钥匙钥匙”。 人类基因组计划的完成是生物学研究的重大里程人类基因组计划的完成是生物学研究的重大里程碑。更是从根本上改变了生命科学和医学研究的角度碑。更是

3、从根本上改变了生命科学和医学研究的角度和着眼点。和着眼点。 将遗传学和临床医学结合，将人类基因组成果转将遗传学和临床医学结合，将人类基因组成果转化应用到临床实践中去化应用到临床实践中去-走进基因组医学时代。走进基因组医学时代。3历史回顾历史回顾几乎每过几乎每过5050年，人类就前进一大步，年，人类就前进一大步，150150年来走年来走了三大步。了三大步。最早，最早，18651865年孟德尔提出遗传因子也就是年孟德尔提出遗传因子也就是“基因基因”的概念。的概念。大约大约5050年后的年后的19131913年，定位第一个人类基因。年，定位第一个人类基因。19531953年发现了年发现了DNADNA

4、的双螺旋结构；的双螺旋结构； 19561956年，第年，第一次数清人类一次数清人类4646条染色体，建立了人类染色体条染色体，建立了人类染色体组。组。 4又过了又过了5050年，年，20032003年，完成了人类基因组计划。年，完成了人类基因组计划。向前看，到向前看，到20502050年，基因组医学将呈现出什么年，基因组医学将呈现出什么样的新面貌，相信一定又有一个飞跃。样的新面貌，相信一定又有一个飞跃。56 人类基因组计划就是确定人类的全部基人类基因组计划就是确定人类的全部基因因, ,使我们能够解读人类基因组。然而使我们能够解读人类基因组。然而, ,我我们对于基因在疾病的发生、发展中的作用们对

5、于基因在疾病的发生、发展中的作用及其与环境因素的关系等问题知之甚少。及其与环境因素的关系等问题知之甚少。解读人类基因组可以在基因水平上对疾病解读人类基因组可以在基因水平上对疾病的诊断、治疗和预防采取措施，是一种对的诊断、治疗和预防采取措施，是一种对人类生命内在因素的干预，因此，这将是人类生命内在因素的干预，因此，这将是医学史上的又一次革命。医学史上的又一次革命。7该计划首先由该计划首先由组织实施。随后组织实施。随后CeleraCelera公司也要独立公司也要独立完成该计划。完成该计划。IHGSCIHGSC是由美国（是由美国（54%54%）、英国）、英国（33%33%）、日本（）、日本（7%7%

6、）、法国（）、法国（2.8%2.8%）、德国）、德国（2.2%2.2%）、中国（）、中国（1%1%）6 6个国家个国家2020个研究所的科个研究所的科学家组成的开放性国际协作组织，全球学家组成的开放性国际协作组织，全球28002800余余名科学家参加了名科学家参加了IHGSCIHGSC的工作。的工作。819901990年启动的人类基因组计划经过包括中国年启动的人类基因组计划经过包括中国在内的多国科学家的在内的多国科学家的1010年努力，于年努力，于20012001年年“大大功告成功告成”。分别正式公布了人类基因分别正式公布了人类基因组计划和塞莱拉遗传公司的人类基因组全序组计划和塞莱拉遗传公司的

7、人类基因组全序列数据，人类基因组草图诞生了。列数据，人类基因组草图诞生了。9人类基因组计划的主要目标：人类基因组计划的主要目标： 又称连锁图又称连锁图, ,以遗传多态性的遗传标以遗传多态性的遗传标记为位标记为位标, ,以遗传学距离为图距制作的基因图以遗传学距离为图距制作的基因图. . 遗传标记遗传标记(RFLP,STR,SNP)(RFLP,STR,SNP) 以已知核苷酸的一个以已知核苷酸的一个DNADNA片段为标记片段为标记, ,以序列长度以序列长度kb/Mbkb/Mb为距离的基因组图为距离的基因组图 . . 自动测序仪自动测序仪, ,最后完成全部碱最后完成全部碱基连接的测序图基连接的测序图.

8、 . 10 11旨在破译人类基因组遗传密码旨在破译人类基因组遗传密码人类基因组学的研究，将破译人类基因组学的研究，将破译DNADNA序列中蕴藏序列中蕴藏的全部信息，揭示人体生理和病理过程的分的全部信息，揭示人体生理和病理过程的分子基础，并逐步认识生命的起源、进化、遗子基础，并逐步认识生命的起源、进化、遗传、发育、衰老以及死亡的本质，为人类疾传、发育、衰老以及死亡的本质，为人类疾病的预测、诊断、预防和治疗提供最为合理病的预测、诊断、预防和治疗提供最为合理和有效的方法和途径。理论上讲人类可活和有效的方法和途径。理论上讲人类可活岁，至少岁，至少岁。岁。12草图分析报告：草图分析报告： 人类基因数量少

9、得惊人。一些研究人员人类基因数量少得惊人。一些研究人员先前预测人类约有先前预测人类约有1010万个基因，但此时的研究万个基因，但此时的研究结果却大出所料，人类基因总数在结果却大出所料，人类基因总数在 ，约，约3 3万个左右。万个左右。只比果蝇多大约只比果蝇多大约1 13 3万个基因。万个基因。 人类基因组中存在人类基因组中存在“热点热点”和大片和大片“荒漠荒漠”。13 的基因组包含重复的序列，的基因组包含重复的序列，这意味着所有这些重复序列，即原来被认这意味着所有这些重复序列，即原来被认为的为的“垃圾垃圾”应该被重新认识。应该被重新认识。 地球上人与人之间地球上人与人之间99999999的基因

10、的基因密码是相同的，人与人之间的变异仅为万密码是相同的，人与人之间的变异仅为万分之一分之一。 1420012001年年2 2月，国际人类基因组测序协作组月，国际人类基因组测序协作组IHGSCIHGSC宣宣布，人类基因组草图已经完成。草图显然存在很布，人类基因组草图已经完成。草图显然存在很多重要的不足，例如，仅测出了约多重要的不足，例如，仅测出了约9090的常染色的常染色质基因组序列，而且序列之间存在质基因组序列，而且序列之间存在147821147821个未检个未检测出的空缺等等。测出的空缺等等。 是什么原因导致了是什么原因导致了20012001年的草图遗漏了年的草图遗漏了1515万个万个“细节

11、细节”呢？很多科学家都把呢？很多科学家都把“矛头矛头”指向了测序技指向了测序技术，通常用于大片段脱氧核糖核酸（术，通常用于大片段脱氧核糖核酸（DNADNA）测序）测序的的“鸟枪法鸟枪法”存在缺陷，正是由于这种测序技术所存在缺陷，正是由于这种测序技术所带来的遗憾，使得带来的遗憾，使得20012001年人类基因草图略显潦草。年人类基因草图略显潦草。15IHGSCIHGSC立即启动了一项十分艰难、但非常必要的立即启动了一项十分艰难、但非常必要的“纠错补漏纠错补漏”程序程序, ,用了用了3 3年的时间将草图一点点地年的时间将草图一点点地丰满起来，那些令人头疼的缝隙也从原来的丰满起来，那些令人头疼的缝隙

12、也从原来的1515万万个减少到现在的个减少到现在的341341个。个。在在2001200120032003年之间，年之间，IHGSCIHGSC的不懈努力终于将此的不懈努力终于将此草图转化为今天这张既高度精确又相当完整的人草图转化为今天这张既高度精确又相当完整的人类基因组图。类基因组图。16国际人类基因组测序协作组（国际人类基因组测序协作组（IHGSCIHGSC）最近公）最近公布的最新分析结果。布的最新分析结果。 由美国国立人类基因组研究所（由美国国立人类基因组研究所（NHGR1NHGR1）和能）和能源部（源部（DOEDOE）领导的）领导的IHGSCIHGSC宣布，人类基因组测宣布，人类基因组测

13、序工作已圆满完成，序工作已圆满完成，, ,报告对报告对20012001年年2 2月发表的初步分析报告进行了补充。人类月发表的初步分析报告进行了补充。人类基因组计划（基因组计划（HGPHGP）自）自19901990年启动至年启动至20032003年结年结束，历时共束，历时共1313年。17最新分析报告最新分析报告: :基因组序列共包含基因组序列共包含28285 5亿个核苷酸，它近乎完亿个核苷酸，它近乎完整，涵盖了整，涵盖了9999以上的常染色质基因组序列；准以上的常染色质基因组序列；准确率为确率为9999999999，误差小于，误差小于1/101/10万分之一的精万分之一的精确版人类基因组图谱，

14、也就是说误差率只有确版人类基因组图谱，也就是说误差率只有1 1个个bpbp1010万个万个bpbp，比最初制订的目标精确了，比最初制订的目标精确了1010倍。倍。而且还进一步纠正了蛋白编码基因的数量，而且还进一步纠正了蛋白编码基因的数量，18被用作模式生物的低等动物被用作模式生物的低等动物（C Celeganselegans）只有）只有1 1长，生命周期也只有长，生命周期也只有短短数天，但其基因组却含有短短数天，但其基因组却含有个左右的个左右的基因。基因。同样被用作模式生物的低等植物同样被用作模式生物的低等植物也有也有个左右的基因。个左右的基因。而在进化上比这些低等动植物都优越得多的人而在进化

15、上比这些低等动植物都优越得多的人类，其基因组竟然仅有类，其基因组竟然仅有个蛋白编码个蛋白编码基因。基因。19：“仅仅在仅仅在1010年以前，大多数科学家还年以前，大多数科学家还认为，人类基因组大约含有认为，人类基因组大约含有1010万个蛋白编码基因。万个蛋白编码基因。3 3年前，当我们对人类基因组序列草图进行分析年前，当我们对人类基因组序列草图进行分析时，我们估计人类约有时，我们估计人类约有3 3万万3 35 5万个蛋白编码万个蛋白编码基因，这在当时已经使很多人感到震惊。而刚刚基因，这在当时已经使很多人感到震惊。而刚刚结束的分析结果发现人类基因组只含有结束的分析结果发现人类基因组只含有2 2万

16、万2 25 5万个蛋白编码基因。万个蛋白编码基因。20目前的研究结果显示，人类基因组有目前的研究结果显示，人类基因组有1959919599个已经个已经获得确定的蛋白编码基因，另外还有获得确定的蛋白编码基因，另外还有21882188段可能段可能为蛋白编码基因的为蛋白编码基因的DNADNA序列。人类基因重复片段高序列。人类基因重复片段高达达5 53 3，覆盖了，覆盖了5 53 3的人类基因组。的人类基因组。IHGSCIHGSC所完成的测序工作不仅完整而且精确。该基所完成的测序工作不仅完整而且精确。该基因组序列的资料已于因组序列的资料已于20032003年年4 4月被载入免费公用数月被载入免费公用数

17、据库。据库。21从基因组到基因组医学从基因组到基因组医学“基因组医学基因组医学”（Genomic MedicineGenomic Medicine）以人类基因）以人类基因组为基础的生命科学和临床医学的革命。概念出组为基础的生命科学和临床医学的革命。概念出现于上世纪末，它将对整个现于上世纪末，它将对整个2121世纪产生重大社会世纪产生重大社会影响和重大经济效益。影响和重大经济效益。600600多位全球顶尖的科学家提出。生命科学和临床多位全球顶尖的科学家提出。生命科学和临床医学结合，将是后基因组时代最重要的研究方向医学结合，将是后基因组时代最重要的研究方向之一。可见基因组医学是一大批科学家的远见卓

18、之一。可见基因组医学是一大批科学家的远见卓识。所以，识。所以，20032003年被称为是年被称为是“基因组医学基因组医学”的诞生的诞生日。日。22基因和基因组已不再是一个时新的概念，而是日基因和基因组已不再是一个时新的概念，而是日常医疗实践的基础。它的宗旨很明确，就是将生常医疗实践的基础。它的宗旨很明确，就是将生命科学和临床医学的研究整合在一起，将人类基命科学和临床医学的研究整合在一起，将人类基因组目前已有的成果以及功能基因组学将获得的因组目前已有的成果以及功能基因组学将获得的成果迅速转换为医学应用，并且开发可以推广到成果迅速转换为医学应用，并且开发可以推广到整个临床医学中应用。整个临床医学中

19、应用。深入解读人类基因组，不但对医学遗传的研究产深入解读人类基因组，不但对医学遗传的研究产生重大影响，而且将会给医疗保健卫生事业带来生重大影响，而且将会给医疗保健卫生事业带来革命性的变革。革命性的变革。23在过去几十年中，遗传医学的发展对医学的进步在过去几十年中，遗传医学的发展对医学的进步是显而易见的。因为有了医学遗传，大家才逐渐是显而易见的。因为有了医学遗传，大家才逐渐重视遗传学对医学的关系，关注遗传对健康的影重视遗传学对医学的关系，关注遗传对健康的影响。响。虽然近二十年来医学遗传学发展很快，但其影响虽然近二十年来医学遗传学发展很快，但其影响力还不足以改变主流医学。医学遗传学只能使医力还不足

20、以改变主流医学。医学遗传学只能使医学进步，而基因组医学将可能成为改变主流医学学进步，而基因组医学将可能成为改变主流医学的革命。的革命。24如如: :，中国也参与了。选择八万个，中国也参与了。选择八万个蛋白质中有代表性的蛋白质中有代表性的3000300050005000个蛋白质，个蛋白质，用计算机模拟它们的折叠，把三维结构搞清用计算机模拟它们的折叠，把三维结构搞清楚。楚。也进展较快，已确认的转录子也进展较快，已确认的转录子有一万多个，有望在几年之内可以了解所有有一万多个，有望在几年之内可以了解所有的真基因。的真基因。25有很大进展，直肠癌在美国有有很大进展，直肠癌在美国有9090治愈率，即五年生

21、存率，而这个数字在十治愈率，即五年生存率，而这个数字在十年前是年前是6060。现在美国多数癌症平均。现在美国多数癌症平均5 5年生年生存率为存率为5050，癌症不再是一个不治之症。，癌症不再是一个不治之症。英国开始建立癌基因组。英国开始建立癌基因组。 癌基因组的两个目标：癌基因组的两个目标：261 1）将所有与癌症有关的染色体不规则断裂）将所有与癌症有关的染色体不规则断裂都搜集起来，用计算机分析找出规律来。现都搜集起来，用计算机分析找出规律来。现代生物医学研究一定要通过计算机从整体上代生物医学研究一定要通过计算机从整体上来研究，而不是传统地针对单个基因单个蛋来研究，而不是传统地针对单个基因单个

22、蛋白。白。2 2）通过流行病学研究将与癌症相关的所有）通过流行病学研究将与癌症相关的所有SNPSNP和基因型找出来。在癌基因组的基础上，和基因型找出来。在癌基因组的基础上，科学家预期癌症的问题可能在十至十五年间科学家预期癌症的问题可能在十至十五年间基本解决。基本解决。27基因组医学的未来基因组医学的未来在在5 51010年内，常规的基因诊断将能够预测个年内，常规的基因诊断将能够预测个体对某些常见疾病和遗传性癌症的易感风险；体对某些常见疾病和遗传性癌症的易感风险；在在5 51010年内，对肿瘤特征的基因诊断将能够年内，对肿瘤特征的基因诊断将能够对许多癌症作早期诊断；对许多癌症作早期诊断；在在10102020年内，安全的基因治疗将成为对某些年内，安全的基因治疗将成为对某些遗传病的有效治疗手段；遗传病的有效治疗手段；28在在10102020年内，安全的基因疫苗将成为对某年内，安全的基因疫苗将成为对某些癌症的有效治疗手段；些癌症的有效治疗手段；在在10102020年内，针对特定病原生物基因组的年内，针对特定病原生物基因组的基因疫