第八讲人类基因组计划与基因安全演示文稿

第八讲人类基因组计划与基因安全演示文稿第一页，共四十九页。优选第八讲人类基因组计划与基因安全第二页，共四十九页。1

HGP(HumanGenomeProjects)

简介人类基因组计划是由美国科学家于1985年率先提出、于1990年正式启动的。美国、英国、法国、德国、日本和我国科学家共同参与了这一价值达30亿美元的人类基因组计划。这一计划旨在为30多亿个碱基对构成的人类基因组精确测序，发现所有人类基因并搞清其在染色体上的位置，破译人类全部遗传信息。人类基因组计划可以与“曼哈顿原子弹计划”、“阿波罗”登月计划媲美，但意义上远远超出了以上两个计划，因为启动人类基因组计划的目的是致力于人类的和平、幸福和超过分享。第三页，共四十九页。科学家的胆略诺贝尔奖获得者RenatoDulbecco于1986年发表短文《肿瘤研究的转折点：人类基因组测序》(Science,231:1055－1056)。文中指出：如果我们想更多地了解肿瘤，我们从现在起必须关注细胞的基因组。……从哪个物种着手努力？如果我们想理解人类肿瘤，那就应从人类开始。……人类肿瘤研究将因对DNA的详细知识而得到巨大推动。”第四页，共四十九页。基因组就是一个物种中所有基因的整体组成人类基因组有两层意义：——遗传信息——遗传物质从整体水平研究基因的存在、基因的结构与功能、基因之间的相互关系。1.1什么是基因组(Genome)1

HGP简介第五页，共四十九页。人类染色体1.1什么是基因组(Genome)1

HGP简介第六页，共四十九页。人类是在“进化”历程上最高级的生物

认识自身掌握生老病死规律疾病的诊断和治疗了解生命的起源在人类基因组计划中，包括对五种生物基因组的研究：大肠杆菌、酵母、线虫、果蝇和小鼠，称之为人类的五种“模式生物”。1.2为什么选择人类的基因组进行研究？1

HGP简介第七页，共四十九页。1984年12月受美国能源部的委托，主持召开了一个小型会议，讨论DNA重组技术的发展及测定人类整个基因组的DNA序列的意义。1985年6月，在美国加州举行了一次会议，美国能源部提出了“人类基因组计划”的初步草案。1986年6月，在新墨西哥州讨论了这一计划的可行性。随后美国能源部宣布实施这一草案。1.3HGP的诞生1

HGP简介第八页，共四十九页。1987年初，美国能源部与国家医学研究院（NIH）为“人类基因组计划”下拨了启动经费约550万美元，1987年总额近1.66亿美元。同时，美国开始筹建人类基因组计划实验室。

1989年美国成立“国家人类基因组研究中心”。诺贝尔奖金获得者J.Waston出任第一任主任。1990年，历经5年辩论之后，美国国会批准美国的“人类基因组计划”于10月1日正式启动。美国的人类基因组计划总体规划是：拟在15年内至少投入30亿美元，进行对人类全基因组的分析。1.3HGP的诞生1

HGP简介第九页，共四十九页。HGP诞生过程中的质疑计划的必要性问题计划的现实性问题科学研究领域的选择问题为什么不选择基因组小的或有经济意义的生物认为“制图”是在沙漠里建公路，“测序”是把“垃圾”分类，选择“模式动物”是拼凑“诺亚方舟”。1.3HGP的诞生1

HGP简介第十页，共四十九页。解码生命了解生命的起源了解生命体生长发育的规律认识种属之间和个体之间存在差异的起因认识疾病产生的机制以及长寿与衰老等生命现象为疾病的诊治提供科学依据。1.4HGP的目的1

HGP简介第十一页，共四十九页。2

HGP的主要任务遗传图谱物理图谱序列图谱转录图谱第十二页，共四十九页。遗传图谱-孟德尔的“新生”遗传图谱（geneticmap）又称连锁图谱(linkagemap)，它是以具有遗传多态性（在一个遗传位点上具有一个以上的等位基因，在群体中的出现频率皆高于1%）的遗传标记为“路标”，以遗传学距离（在减数分裂事件中两个位点之间进行交换、重组的百分率，1%的重组率称为1cM）为图距的基因组图。遗传图谱的建立为基因识别和完成基因定位创造了条件。第十三页，共四十九页。物理图谱-路标与路轨物理图谱（physicalmap）是指有关构成基因组的全部基因的排列和间距的信息，它是通过对构成基因组的DNA分子进行测定而绘制的。绘制物理图谱的目的是把有关基因的遗传信息及其在每条染色体上的相对位置线性而系统地排列出来。基因转录图谱-生命的乐谱转录图谱是在识别基因组所包含的蛋白质编码序列的基础上绘制的结合有关基因序列、位置及表达模式等信息的图谱。第十四页，共四十九页。序列图谱-重中之重随着遗传图谱和物理图谱的完成，测序就成为重中之重的工作。DNA序列分析技术是一个包括制备DNA片段化及碱基分析、DNA信息翻译的多阶段的过程。通过测序得到基因组的序列图谱大规模基因组测序

Megabace测序仪3700测序仪第十五页，共四十九页。大规模测序基本策略逐个克隆法：对连续克隆系中排定的BAC克隆逐个进行亚克隆测序并进行组装。全基因组鸟枪法：在一定作图信息基础上，绕过大片段连续克隆系的构建而直接将基因组分解成小片段随机测序，利用超级计算机进行组装。第十六页，共四十九页。运用计算机软件进行序列拼接第十七页，共四十九页。模式生物体的研究通过对进化不同阶段的生物体基因组序列的比较，发现基因组结构组成和功能调节的规律。利用酵母、线虫、果蝇、大肠杆菌斑马鱼、小鼠等模式生物体进行基因的剔除或转基因的研究，从而在整体水平认识基因的功能。大肠杆菌果蝇小鼠线虫酵母第十八页，共四十九页。3HGP对人类的重要意义3.1对医学的影响发现新的致病基因发展一些复杂疾病的早期基因诊断方法，如“肿瘤基因组解剖计划”通过基因治疗解决传统方法无法解决的疑难杂症疾病易感基因的识别及对风险人群进行生活方式、环境因子的干预人类基因组多样性与个体化医学第十九页，共四十九页。3HGP对人类的重要意义所有的疾病，都可以说是基因病“基因病”概念：基因相关论：所有疾病都与人类基因有关；基因修饰论：所有药物都是通过修饰基因本身结构、改变基因的表达调控、影响基因产物的功能而起作用的；人类疾病相关的基因是人类基因组中结构和功能完整性至关重要的信息。单基因病：

"定位克隆"和"定位候选克隆"的全新思路，导致了亨廷顿舞蹈病、遗传性结肠癌和乳腺癌等一大批单基因遗传病致病基因的发现，为这些疾病的基因诊断和基因治疗奠定了基础。第二十页，共四十九页。3HGP对人类的重要意义单基因病：“定位克隆”和“定位候选克隆”的全新思路，导致了亨廷顿舞蹈病、遗传性结肠癌和乳腺癌等一大批单基因遗传病致病基因的发现，为这些疾病的基因诊断和基因治疗奠定了基础。多基因疾病：心血管疾病、肿瘤、糖尿病、神经精神类疾病（老年性痴呆、精神分裂症）、自身免疫性疾病，是目前疾病基因研究的重点。健康相关研究是人类基因组计划的重要组成部分，并于1997年相继提出了：“肿瘤基因组解剖计划”、“环境基因组学计划"第二十一页，共四十九页。3.2HGP与生物技术基因工程药物：分泌蛋白（多肽激素，生长因子，趋化因子，凝血和抗凝血因子等）及其受体；诊断和研究试剂产业：基因和抗体试剂盒、诊断和研究用生物芯片、疾病和筛药模型；对细胞、胚胎、组织工程的推动：胚胎和成年期干细胞、克隆技术、器官再造。3.3HGP与制药业筛选新药和药物的靶点，分析药理过程；进行药物设计，对基因蛋白产物的高级结构分析、预测、模拟药物作用“口袋”个体化的药物治疗：药物基因组学3HGP对人类的重要意义第二十二页，共四十九页。3.4基因组学、生物信息学与新药研制未来的药物研究过程将是基于生物信息知识挖掘的过程数据处理和关联分析发现药物作用对象确定靶目标分子针对靶目标进行合理的药物设计3HGP对人类的重要意义第二十三页，共四十九页。3.5HGP与社会经济发展生物产业与信息产业是一个国家的两大经济支柱；发现新功能基因的社会和经济效益；转基因食品；转基因药物（如减肥药，增高药）3HGP对人类的重要意义3.6HGP与生物进化研究生物的进化史，都刻写在各基因组的“天书”上草履虫是人的亲戚——13亿年；人是由300～400万年前的一种猴子进化来的；人类第一次“走出非洲”——200万年的古猿；人类的“夏娃”来自于非洲，距今20万年——第二次“走出非洲”？第二十四页，共四十九页。3HGP对人类的重要意义3.5HGP带来的负面作用侏罗纪公园不只是科幻故事第二十五页，共四十九页。恐龙化石第二十六页，共四十九页。3HGP对人类的重要意义3.5HGP带来的负面作用种族选择灭绝性生物武器各种病毒不断袭击了人类。2003年春天席卷全球的“非典”病毒在人类面前不那么人人平等，针对的是新加坡、中国大陆、香港、台湾等地的中国人，还有加拿大的华人。“非典”病毒似乎对其他民族特别关照，美国人、日本人、德国人及世界其他民族基本上相安无事，死亡率很低甚至出现零死亡率。

“非典”可能来自于基因武器？

第二十七页，共四十九页。3HGP对人类的重要意义3.5HGP带来的负面作用种族选择灭绝性生物武器只需20克超级基因武器，就足以使60亿地球人死于非命。英国生物学家断言，基因武器的问世不会晚于2010年。为此，他们向全球发出强烈呼吁，各国政府有必要采取紧急措施，以制止基因武器的研制与扩散。人类千万不能打开基因武器这只“潘多拉匣子”，基因武器一旦问世，人类将面临巨大的灾难新浪网2002年9月26日第二十八页，共四十九页。3HGP对人类的重要意义3.5HGP带来的负面作用基因预测与基因歧视基因预测将使我们和我们的家庭在完全没有病的情况下总感到有病，从而蒙受心理和精神上的伤害。基因预测将捣毁子预防医学费用急剧增长和扩大疾病人群范围。基因预测将使一些人遭受基因歧视。所谓基因歧视是指单独基于个人基因构造与正常基因组的不同，而歧视该个人或其他家庭成员。在基因上易患癌症、心脏病和其他病症的人，极有可能在就业、提升、人寿保险和其他选择上遭到拒绝；在爱情、婚姻和社交方面也必然会遇到无法克服的障碍，基因歧视将使一些人处于弱势地位，受到不公平的对待。第二十九页，共四十九页。3HGP对人类的重要意义3.5HGP带来的负面作用基因与个人隐私DNAReport我这辈子没戏了！基因注定论？个人隐私！第三十页，共四十九页。3HGP对人类的重要意义3.5HGP带来的负面作用基因干预随着人类基因全图的破译，我们可以通过基因技术实现对人类基因的操作，设计未来的宝宝。但基因干预技术一旦失控，后果不堪设想。人类对自然的改造已导致了生态平衡、环境危机。人对自身的改造是否也会重蹈覆辙？科学家认为基因删除将象从计算机硬盘上删除的文件一样无法恢复，以不可逆的方式改变人类的基因库将十分危险。第三十一页，共四十九页。3HGP对人类的重要意义3.5HGP带来的负面作用基因干预删除所谓的“坏基因”会耗尽人类的基因库，减少人类基因的多样性。人类基因的多样性是千万年来生物进化的结果，代表着对未来的储备，我们不知道人类为了会面临怎样的生存环境，我们需要这个基因库来适应为了环境的变化。而基因删除的结果将会人类基因库狭小，势必减少人类未来的进化选择空间。而且基因的功能是多维度、多层面的，其复杂性远非今天急功近利的人类能够想象的。第三十二页，共四十九页。3HGP对人类的重要意义3.5HGP带来的负面作用基因干预世界上许多杰出的人才都存在着这样或那样的生理缺陷。俄国著名遗传学家符拉基米尔.埃夫罗伊姆松有3种病症：马氏综合症、莫里斯综合症（多为女性，貌美惊人，无与伦比的才干以及充沛的精力）和狂燥综合症（常伴随名人，如梵高、托尔斯泰、舒曼、果戈里、海明威等）；显然，假如我们删除了这些基因，这些天才任务的才华会不会也随着“坏”基因一起埋葬掉？我们这个群星灿烂的世界会不会因此而边得黯然失色，毫无光彩呢？再说，我们根据什么标准判断基因的好坏呢？而且科学本身就具有不确定性。第三十三页，共四十九页。3HGP对人类的重要意义3.5HGP带来的负面作用目前，全球激烈争夺的约三万九千个基因专利中，美国已获得其中的百分之五十九约二万三千个。也就是说，其它国家今后要开发基因药物，很可能要花巨资向美国购买基因专利。早在2000年6月8日，日本科学家就将已认定出约一千个与脑血栓有关的人体基因申请了国际专利，下一步将详细分析这些基因的作用，并把研究成果应用于开发脑血栓诊断方法和治疗药物。基因抢夺———人类进入新世纪门的一场新的“圈地”运动正在瓜分人类有限的基因资源，获取基因效率最高和数量最多的企业，将利用其基因专利来垄断未来生物和制药工业市场。信息技术界巨子比尔．盖茨预言，下一个创造出更大财富的人将出现在基因领域。基因专利基因资源掠夺战第三十四页，共四十九页。3HGP对人类的重要意义3.5HGP带来的负面作用生一个聪明、；漂亮、健康的孩子，一直是人类追求的梦想。优生是人类永远无法割舍的情结。那么，1我们根据什么来确定一些性状比其他性状更需要改进？我们依据的标准是什么？若我们用的是我们这个时代瀑布认同的价值观，这样就存在着把历史的、相对的价值绝对化，并从生物上加以固定的危险。人类对大自然的改造已经导致了生物物种多样性的减少，人类对自身的改造会不会导致人种多样性的消失。3当代人对后代人的价值强制会不会对后代的生存构成威胁，影响代际公平。设计婴儿与代际公平第三十五页，共四十九页。3HGP对人类的重要意义3.5HGP带来的负面作用设计婴儿一生下来就被置于先天预制的价值期待中，遭受与众不同的生活境遇，这对他公平吗？这构不构成对他的生活权利的侵犯？一个人的生活究竟应该由他自己作出选择，还是别人包办代替？一个人为满足别人的而出生，他的主体地位和人的尊严在哪里？人的出生是一个神秘随机的偶然事件，所以人对自己的出生往往是没有什么可抱怨的。但设计婴儿不同，他打上了认为设计的文化痕迹，后代人会不会抱怨我们太自私、太功利，作出了错误的选择，违背他们的意愿呢？设计婴儿与代际公平第三十六页，共四十九页。4HGP进展与未来整个完成的时间提前到了2003年，比原计划提前了两年。而原订于2001年完成的人类基因组的基本构图也提前一年，在2000年6月26日由美国总统克林顿与英国首相布莱尔通过卫星传送，联合宣布:经过10年的努力，并付出数十亿美元的代价后，人类有史以来第一个基因组革命终于完成了，这一天成为人类历史上“值得载入史册的一天”。第三十七页，共四十九页。美国能源部2006年4月紧接着人类基因组计划之后提出的又一认识生命的十年宏伟规划第三十八页，共四十九页。生物信息数据呈指数增长第三十九页，共四十九页。5我国对人类基因组计划的贡献1994年，我国于启动HGP，最初由国家自然科学基金会和863高科技计划的支持下，先后启动了“中华民族基因组中若干位点基因结构的研究”和“重大疾病相关基因的定位、克隆、结构和功能研究”；1998年在国家科技部的领导和牵线下，1998年在上海成立了南方基因中心；1999年在北京成立了北方人类基因组中心；1999年7月在国际人类基因组注册，得到完成人类3号染色体短臂上一个约30Mb区域的测序任务，该区域约占人类整个基因组的1％。第四十页，共四十九页。国际人类基因组

测序任务分配情况第四十一页，共四十九页。人类基因组1%测序计划1999年9月1日：国际公共领域测序计划接纳中国，杨焕明教授领回任务；1999年11月12日：科技部中国生物工程开发中心、中科院生命科学和生物技术局、“863”计划生物领域专家委员会召开“参加国际人类基因组计划并完成1%基因组测序工作”专家讨论会，决定“863”计划出资3000万元，中科院出资1000万元；1999年11月29日：科技部下达对国家人类基因组北、南方研究中心和中国科学院遗传所拨款通知，中科院同时下达专项经费。杨焕明博士第四十二页，共四十九页。6

HGP对生物信息学提出挑战随着实验数据和可利用信息急剧增加，信息的管理和分析成为HGP的一项重要的工作发现生物学规律，解读生物遗传密码认识生命的本质研究基因组数据之间的关系分析现有的基因组数据利用数学模型和人工智能技术第四十三页，共四十九页。随着HGP的顺利实施，科学家们又面临着一个新的挑战：人类是一个具有多态性的群体，要真正了解全人群的基因组