人类基因组计划和未来生活培训课件

“没有什么分子像DNA那样动人。它让科学家着迷，给艺术家灵感，向社会发出挑战。从任何意义说，它都是一种现代的标志。——nature“过去，我们认为命运是天数；现在，我们知道，命运很大程度上取决于基因。”

——詹姆斯.沃森一、HGP：医学方法论的一次革命1、从物理学到生命科学

①20世纪初：物理学风光的时代(薛定锷)生命科学物理学现象遗传性、动态性平衡、静止目的结果决定过程初始条件决定结果特征整体的综合现象的叠加

②20世纪中期：物理学与生物学对叠(DNA模型、本质)③20世纪后期：生命科学的超越（DNA重组、HGP）2、从线性研究到综合研究

人类基因组计划完成带来的是科学观念、途径的深刻变化，是方法论上的一次革命。

问题：70年代开始对疾病的基因研究都是作坊式的、零敲碎打、各自为战的线性研究，收效甚微。如对肝炎基因、胃癌基因的研究。美国能源部对广岛幸存者核辐射对人体健康的影响进行了40年研究获得结果。1985.2月形成能源部HGP草案。1985.3美国肿瘤学家杜伯克在《science》发文“癌症研究的转折点——人类基因的全序列分析”，提出了“应从整体上研究和分析整个人类基因组及序列，要通过国际合作，在基因组基础上来研究肿瘤。”

1990年10月经美国国会批准，由美国能源部、美国科学院、美国国立卫生院通力合作，HGP正式启动。人类基因组计划：初始计划与终极计划

初始计划：完成人类基因组框架结构图

1990.9——人类基因组计划项目启动（15年）2000.6——人类基因组草图初步绘制

2004.4——人类基因组完成图绘成

2000年6月26日美国总统克林顿在白宫和英国首相布莱尔联合宣布:人类有史以来第一个基因组草图绘制完成。克林顿在发布会上发表讲话

终极计划：完成人类基因的功能研究

疾病基因组学（蛋白质组学、转录质组学、代谢组学、重大疾病SNP、遗传病SNP，亚洲、中国、汉族…SNP）药物基因组学：个体化治疗环境基因组学：烟、大气、水源等个体基因组学……人类基因组计划数据

有30亿碱基对——21500~24500

个基因—染色体上有1/4区域没有基因的片段—人类个体之间99.99%

相同—与蛋白质合成相关基因仅占基因组约2.5%（450~600个）

。

人类基因的研究真正从线性研究转向了系统综合的研究，在方法论上解决了量和质的问题。质即基因之间的网络联系；量即高通量、大规模和自动化。HGP1%测序中国实验室

20世纪自然科学史上的三大计划

曼哈顿原子弹计划阿波罗登月计划人类基因组计划—21世纪最伟大的科学事件未来……中国杨焕民基因技术的革命性突破几十种常见重要疾病相关遗传变异的鉴定。干细胞技术和基因组学结合，直接将个体体细胞转化为干细胞的研究成功。人工设计和制造第一个独立生存的细菌。人工合成染色体人造精子、人造卵子、人造血液……2007年5月31日，79岁的“DNA之父”沃森拿着耗时2年、花费100万美圆、装有他本人的完整基因组图谱数据的DVD光盘（世界第一）

2007年9月科研人员成功绘制了著名基因学家克雷格·文特尔个人完整的DNA蓝图。

文特尔：人类遗传变异的数量比预想丰富得多。DNA变异数量和种类比之前认为的多出7倍。克雷格·文特尔（世界第二）我国科学家2007年10月11日对外宣布：已经成功绘制完成第一个完整中国人基因组图谱（又称“炎黄一号”），这也是第一个亚洲人全基因序列图谱。用半年时间，仅耗资60多万美元。误差率小：达到5万―10万分之一。（世界第三）

无需人类卵子或胚胎，研究人员借助“逆转录酶病毒”为载体，将4种基因注入病人皮肤细胞，重组皮肤细胞的基因，从而得到特定类型的人体多能干细胞。成果发表在2007年11月20日出版的《科学》杂志和《细胞》杂志上。

俞君英，浙江诸暨人，1997年从北京大学毕业后在美国威斯康星大学汤姆森实验室

工作。人胚干细胞技术：是与基因组学相结合而发展起来的“诱导多能细胞（ips）”技术。

山中伸弥1962年出生.是诱导多功能干细胞（iPScell）创始人。2007年，他所在的研究团队，发现诱导人体表皮细胞使之具有胚胎干细胞活动特征的方法,并使诱导出的干细胞可转变为心脏和神经细胞等。山中伸弥也因此获得2009年拉斯克基础医学奖。约翰·格登生于1933年10月2日，英国发育生物学家。他在细胞核移植方面进行了开创性的研究。2009年获得拉斯克基础医学奖。他主要以在细胞核移植与克隆方面的先驱性研究而知名。2009年与山中伸弥获拉斯克基础医学奖。

2012年诺贝尔医学奖

2007年10月7日据英国《卫报》六日报道：由文特尔召集、诺贝尔医学奖得主汉米尔顿.史密斯领导的精英小组首次制出了一组合成染色体，染色体含有381个基因、58万个碱基对的基因密码，研究员配制了多种化学物质，最终完成。加拿大生物伦理学组织ETC集团主席穆尼表示：文特尔正在发明“一种几乎可以制造任何东西的基本体，它可以制成新药，有益于人类，也可以制造生物武器，对人类生命构成巨大威胁。”

（续）英国《每日邮报》2009年7月8日报道，英国科学家日前创下先例，在实验室中利用皮肤细胞成功培育出精子。人造精子的诞生让人造生命成为可能。美国斯坦福大学的瑞尼·瑞杰·佩拉研究小组在2009年10月29日的《自然》杂志上撰文，他们已经找到蛋白质和维生素的混合秘方，令人类的胚胎干细胞变成生殖细胞，从而在实验室培育出原始的精子和卵子。新研究可能让生孩子成为一个人的事情。世界首例“人造生命”在美国诞生(2010.5.22)完全由人造基因控制的单细胞细菌文特尔制造生命的过程美国基因学家克雷格.文特尔名为“人造儿”的人造细菌内核850个基因英首次精确修正肝病患者干细胞基因变异英国科学家在2011年10月12日出版的《自然》杂志上撰文指出，他们首次精确修正了一个肝病患者干细胞内的基因变异，经过修正的干细胞表现正常。英国桑格研究所和剑桥大学的研究团队科学家们表示，该最新研究朝个性化疗法更近了一步。研究对于为肝病患者找到疗法或延长其寿命非常关键。已进行人体临床试验。人类八成遗传密码解开

2012年09月5日国际科学界宣布，“DNA元素百科全书”（ENCODE）计划获得了最详细的人类基因组分析数据，成果以30篇论文的形式同时发表在英国《自然》杂志等学术刊物上。本次公布的数据显示：人类基因组中约80％的基因都有某种确定的功能。参与这项计划的英国桑格研究所珍妮弗·哈罗说，如果说人类基因组计划提供了一张地图，那么ENCODE计划就在这张地图上标出了各个基因的功能信息。二、基因技术：一把现代双刃剑1．基因研究的意义

人类所有疾病在某种意义上都是基因病。世界上发生的一切事情都与DNA序列息息相关。（Dulbecoo)人类6000多种疾病都与基因受损有关。研究人类基因组是从根本上解除和治愈人类疾病的最佳途径。人类基因组计划的目的和意义

HGP的目的在于解决包括肿瘤在内的人类疾病的分子和遗传问题，使之得到预测、预防、早期诊断和治疗。其意义：

1、使人类对疾病机制的认识深入到分子水平，医学将真正成为治本的医学；2、HGP对DNA序例差异研究，将促进“个性化医疗”的形成；3、HGP

使医学成为预测、预防的积极的医学模式。2、基因技术应用的代价（技术应用的负面后果）

科学技术的两重性说明科技都可能带来负面后果，技术更突出。因为技术涉及人们对自然规律的开发利用，是人们选择的结果。基因技术：一是直接应用到健康、人类生物特征的改变，对人类每一个成员都会产生直接影响。二是人类和科学家自身对这类技术应用的潜在影响已越来越难以把握。（爱因斯坦—生物原子弹）

基因技术存在：①不确定性；②毁灭性。

对该技术的应用要采取“有罪推定”，需要科学伦理原则作为评价框架。

（1）研究者要提供证据表明研究应用没有大的、不可控的不良后果。（2）要有充分、严格控制的研究证据。（3）国家一级委员会的审查、监测。(1975年重组DNA研究)重组DNA事件

1972年DNA重组成功。1973年伯格的学生向学术界宣布可用于大肠杆菌内增殖。但安全性受到了业内人士和公众的抨击。伯格也怀疑。1974年伯格投书给《自然》、《科学》杂志，呼吁在解决安全性问题之前暂停DNA重组研究。

1975年160名著名科学家及法学家在加州举行了“重组DNA安全性问题”国际研讨会。1976年NIH发表了《重组DNA研究准则》。1979年，重新开放DNA的重组研究。

(HGPD的社会、伦理、法律委员会)

“时钟滴哒哒作响，我们正向生物学的广岛靠近。”

托夫勒（1977）

科学技术是一把“双刃剑”。但决不意味着人们可以放弃这一改善人类生存环境、生存状态的有力工具。

科技一直是人类发展的最重要驱动力。如果没有科技，人类将面临更多的问题和挑战。但科技的应用、保证生命伦理和生物安全的最根本基础是科学家的自律和责任。

在基因研究中，“人道”必须始终被尊崇，基因技术需要伦理“鸣锣开道”和“保驾护航”。

——杨焕民(2011.3.28)

三、基因经济与基因医学1、基因经济与基因资源保护比尔盖茨：“下一个创造更大财富的人将出现在基因领域。”

基因的经济价值体现在发现和利用功能基因。一个功能基因就形成一个朝阳产业。

美国celera公司首席科学家文特尔世界集群式超级计算机

中国天河一号（2566万亿次/秒2010.6）日本“京”

（8162万亿次/秒2011.6）

美国“泰坦”（2.0亿亿次/秒2012.6）

中国天河二号（5.49亿亿次/秒2013.6）功能基因与基因专利

有限的功能基因中国的遗传资源基因专利——投入？国际合作（对虾）

江泽民：

人无远虑,必有近忧;

我们得珍惜我们的基因资源。

（1997年7月15日，我国著名遗传学家谈家桢致信国家主席江泽民，呼吁“保护我国人类基因资源，积极参与跨世纪的基因争夺战”。这是7月22日，江泽民在信上作的批示）

HGP2、未来的医生与未来的医疗

没有临床医生的介入和积极参与，基因组学的成果就是无米之炊；反之，若不深入到基因组层次，临床诊治也只能停留在“经验”医生的有限水平上。

基因研究的终极目的就在于临床应用。

到2011年底，世界范围内已有1300多个基因治疗临床方案被实施，累计20000人接受了基因转移实验。基因治疗主要兴起于发达国家，早在2000年5月美国就已实施了299项基因治疗。中国是发展中国家唯一拥有基因治疗专利的国家，在神经性耳聋（湖南夏家辉）、血友病B型（上海薛京伦）基因治疗水平已处于世界领先水平。

（赛百诺P53“今又生”）

基因大战就是要找出或克隆分离出易感基因、致病基因——沃森医生的角色变化：1、高效的基因诊疗（高通量、自动化、大规模）；

医生队伍的精编？计算机的诊断？2、预测、预防和超早期的诊疗；

有的临床学科会不会失能？（移植）有的医生下岗？3、分子生物学家、生物计算学家、基因学家进入临床；

未来医生岗位的竞争？新准入制？基因时代对现代医生提出了新要求。今后的医生可能更多的将要承担保健、检测、生活方式指导、心理调试等高质量的人性化医疗服务功能。

医院的角色变化：

临床科室的重组——融合与撤并临床遗传咨询中心、基因诊疗中心？基因个体化医疗：（个体基因组学、DNA变异研究）

是基因医学对现代医疗和公众健康带来的最大好处。诊断精确、治疗更有针对性、更有效和更彻底。费用最便宜。这将是医疗最有效的一次革命。医学教育与继续医学教育：

大大削减现有临床课程、增加基因学基础、基因检测、基因诊断与分析等课程。四、基因的社会热点问题剖析1、操纵基因、基因造人？

2001年柯林斯说：“在若干年以后，科学家们或许能将DNA碱基连在一起，生成基因和基因组，如果创造出的基因组能够在它的周围创造出细胞，细胞又能可靠增殖，那么就可以凭空制造出全新的生命。”

（2007年文特尔已人工合成染色体、2010年人工合成细菌）

◎基因超市、人设计人、超人？◎水母+老鼠——发光鼠（1998）聪明基因+老鼠——聪明鼠（1999钱卓）人脑细胞+老鼠——人鼠？（2005）◎未来体育的困境

2004.4俄罗斯研究基因兴奋剂2004.8澳大利亚设计尖子运动员2004.8悉尼儿童医院科学家发现运动基因安迪.迈阿《转基因运动员》——100米/8秒

2012.8伦敦奥运会——2012奥运100米决赛：8人进10′5人进9′9。博尔特拥有“金牌基因”ACTN3(α辅肌动蛋白3基因CC型)；

EPO基因(促红细胞生长素)

；

CKM基因(肌型肌酸激酶)

。

英国《自然》杂志：通过改善基因能大幅提高人类运动能力，打造新一代超级运动员。博尔特的遗传优势

基因在医学中的应用，如果不是以治疗为目的，而只去关心怎样改善人体外形特征，那是成问题的。

纳粹优生阴魂？

2、隐私与基因歧视

一个人的基因的信息是一个人最重要的隐私，这是人类基因组的个体概念，关系到每一个社会成员的全部尊严和命运。要保证公众对基因研究和运用的知情权。招聘就业保险婚姻领养·······

新的歧视已经发生，发生在今天的基因技术时代！3、好基因与坏基因

基因无好基因、坏基因之分，这应成为医学的共识、人类的共识。基因技术在医学上的应用，只能是在治疗重大疾病，而不是利用技术去改进人类特征，包括优生。◎镰状细胞贫血（疟疾）囊性纤维病（霍乱）

◎梵高霍金里根

霍金：1942年1月8日在英国牛津出生，先后毕业于牛津大学和剑桥大学，获剑桥大学博士学位。21岁时患上会使肌肉萎缩的卢伽雷氏症。剑桥大学应用数学及理论物理学系教授。当代最重要的广义相对论和宇宙论家，被称为“宇宙之王”。2002年霍金在浙大演讲

美国总统——罗纳德·威尔逊·里根

连任两届的美国总统；美国民众心目中伟大的总统；

美国最长寿的总统。70岁后首先患上了肠癌，进行了成功的手术，但饱受癌症的痛苦。1994年11月5日向公众宣布，他患了老年痴呆症。消息传出，全世界为之震惊。2003年在家静静度过93岁生日的这位前总统，已记不起他曾经一度左右过美国乃至人类的命运。

进步、发展和乐观

4、基因生物灭绝武器◎

SNP研究——保卫国家安全项目；◎

童曾《最后一道防线：中国人基因流失忧思录》；◎AIDS——白种人1—5%核苷酸缺陷◎

徐希平/哈佛：1.64万份哮喘DNA血样；◎美国“21世纪反生物恐怖主义计划”。

艾滋病—流感病毒5、长生不死与延年益寿

2005年4月英国“基因狂人”奥布里·德格雷发出一个惊世骇俗的断言：“我敢打赌，现在还活着的人中，肯定会有不少人能活到1000岁！”德格雷宣