人类基因组计划与人类健康

人类基因组计划与人类健康 【摘要】人 类 基 因 组 计 划 （ Human genome project） 由 美 国 于 1987 年 启 动 ， 我 国 于 1999 年 9 月 积 极 参 加 到 这 项 研 究 计 划 中 的 ， 承 担 其 中 1%的 任 务 ， 即 人 类 3 号 染 色 体 上 约 3000 万 个 碱 基 对 的 测 序 任 务 。 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 。 本文就基因组计划的发展现状作一综述。 【关键词】人类基因组 生命蓝图 基因疾病 人类健康 为 什 么 选 择 人 类 的 基 因 组 进 行 研 究 ？ 因 为 人 类 是 在 “进 化 ”历 程 上 最 高 级 的 生 物 ， 对 它 的 研 究 有 助 于 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 。 测 出 人 类 基 因 组 DNA 的 30 亿 个 碱 基 对 的 序 列 ， 发 现 所 有 人 类 基 因 ， 找 出 它 们 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 （ Human genome project） 由 美 国 于 1987 年 启 动 ， 我 国 于 1999 年 9 月 积 极 参 加 到 这 项 研 究 计 划 中 的 ， 承 担 其 中 1%的 任 务 ， 即 人 类 3 号 染 色 体 上 约 3000 万 个 碱 基 对 的 测 序 任 务 。 我 国 因 此 成 为 参 加 这 项 研 究 计 划 的 唯 一 的 发 展 中 国 家 。 2000 年 6 月 26 日 人 类 基 因 组 工 作 草 图 完 成 。 由 于 人 类 基 因 测 序 和 基 因 专 利 可 能 会 带 来 巨 大 的 商 业 价 值 ， 各 国 政 府 和 一 些 企 业 都 在 积 极 地 投 入 该 项 研 究 ， 如 1997 年 AMGE 公 司 转 让 了 一 个 与 中 枢 神 经 疾 病 有 关 的 基 因 而 获 利 3.92 亿 美 元 。 生命蓝图本质上是基因。基因分几个层次，首先人类的基因组由 46 条染色体组成，通 过生命的密码编码 RNA，然后又由 RNA 编译蛋白质。基因首先是资源，每个人都携带自 己的基因；基因是知识，我们要了解基因的功能，基因的存在，基因的多样性；基因也可 以成为专利，然后生产出药物；基因又是食疗，做农产品的基因组就是让农产品增产；所 以基因还是经济，也是未来。而基因与健康的关系稍微复杂一些，基因可以归味入药，可 以断疾切脉，还可以治病救人。 基因组编码的生命蓝图则可喻为生命科学研究很重要的起点。人类基因组学研究总体 计划分几个阶段性目标，首先是完成一个人的基因组，这就是人类基因组计划。第二个目 标完成几百个人的人类基因组的多样性，我们叫单倍体型图。这些目前基本上都已经完成 了。 下一步做什么？接着要做几千人。再往后做每一个人。技术准备好了后，每个人的基 因组都可以测出来。从人类基因组计划到人类基因组单倍体型图计划，再到特定群体基因 组单倍型体图计划，最后到个体化基因组计划。基因组学的数据发展速度很快，效率也比 两年前增加了 20 倍。1984 年测定人的基因需要 30 亿美元，2004 年 3000 万美元，2006 年 150 万美元，而我们的目标是在未来用 1000 美元测定一个人的基因组。 基因组计划的目的是把基因组的科学成果用到生物学其他领域里，用到人的健康上， 最后到社会的应用。基因组学研究在医学方面的直接应用和社会目标就是疾病诊断和药物 研发，同时由于基因组信息在医药、农林、环境和能源等领域的广泛应用，使基础科学研 究的价值不断得到体现，它正以前所未有的勇气和速度整合生命科学不同领域的信息，以 基因间相互作用和生命内在的遗传学规律及化学基础为基本研究对象，纵向整合科研命题、 对象和目标；基因组学技术也以其特有的通量和综合能力，不断向应用范围和操作效率挑 战。横向整合电子工程、微量化学、计算机和生物化学等各个学科技术，把生物资源、生 物信息、知识产权、生物产业、生物经济等领域打通。 科学作为一种职业是有三个不互相排斥的目的：满足科学家的好奇心，这是心理目的； 是发现物质世界的规律，是科学的理性目的；对事物的了解用来解决人类面临的问题，是 科学的社会目的。人类基因组计划的科学目的是要解读人类的基因，而人类基因组计划的 社会目的则是把基因组科学的研究成果应用到生物医学等其他的科学领域，应用到人类医 疗和健康上，融入到对人类社会的福祉里面。 从基因组学到疾病与健康我们主要有两个方面需要讨论。一个是药物与疫苗的开发，治 疗与预防疾病。另外一个是疾病的检测与诊断。我们在基因药物和疫苗的发展中明显有两 个阶段。第一个阶段是我们还没有启动人类基因组计划，第二个阶段是人类基因组计划启 动之后。统计数据表明，在人类基因组计划启动后，新的生物药物以及疫苗等的开发与上 市的增长速度发生了非常重要的转变。其增长速度是与人类基因组计划所产生的基因组数 据增长速度成正相关性。近来，我国的药物研发也有了新的突破，研制并生产了全球第一 个基因治疗药物。我们知道，生物产业与生物经济的发展有这样一条必由之路的，即将生 物资源转化成生物信息，进而形成知识产权，然后才能形成生物产业，最后才有生物经济 的形成和发展。这样一个路线已经基本上打通了，需要的是生物技术和生命科学以及它们 与社会各个领域各个方面的融合。 除了药物开发和治疗以外，还有个体化健康的需求。因为我们目前面对的很多慢性疾病， 主要慢性疾病都是呈增长的趋势。其中最重要的是高血压，它是涉及全国 1.45 亿人的慢性 疾病。而且它还在悄悄的撒网，危险还在继续增加。这是为什么呢？因为在患高血压的人 群中，有 70%的人还不知道自己患病，因为他们从来没有去过医院。即便是知道自己患有 高血压的人群中，也仅有一小部分得到了有效的治疗。有预测表明，到 2010 年，我国二 型糖尿病的患者将增加 57%左右。这在全球也是增长最快的。其它一些疾病，如肿瘤、冠 心病等依然严重威胁着国人的健康。很多慢性疾病的死亡率依然在增长。 从科学的角度来讲，事实也告诉我们疾病是可以预防的。发达国家在过去的几十年中， 也经历这样慢性疾病的死亡率增长的时期。近三十年来，很多疾病，尤其是心脏的死亡率 下降了非常多。这说明这些慢性疾病是可以治的，可以预防的。对于疾病的预防，基因诊 断与基因检测是非常重要的方面。目前在美国，已经有千余种疾病可以通过基因检测来发 现或诊断。其中很多已经用在临床上或处于实验室应用阶段。对于成年人遗传疾病的诊断 和筛选，有很多著名的例子，比方说乳腺癌，遗传性糖尿病，这些疾病都可以检测出来。 检测出疾病之后，可以针对这些疾病进行非常有效的治疗。在基因检测方面，它的分类也 是非常的详细，比如说产前诊断、新生儿筛查等等。为什么要做这些产前诊断呢？就孕妇 的年龄来说，随着年龄的增加，她基因组的不稳定性增加，染色体异常发生的频率很高。 所以大龄孕妇的产前诊断是非常重要的，诊断以后有时可以实施很好的胎儿手术治疗。此 外，就健康人群来说，生活方式以及运动对健康影响很大。哈佛大学做了几十年的对健康 第 3 页 共 4 页 人群的跟踪研究，如每天走的英里数和降低死亡率的关系非常明确：每周走 30 到 35 英里 的人死亡率可以降 50%。可见运动对于人体的健康是非常重要的。 2000 年 6 月 26 日 ， 参 加 人 类 基 因 组 工 程 项 目 的 美 国 、 英 国 、 法 兰 西 共 和 国 、 德 意 志 联 邦 共 和 国 、 日 本 和 中 国 的 6 国 科 学 家 共 同 宣 布 ， 人 类 基 因 组 草 图 的 绘 制 工 作 已 经 完 成 。 最 终 完 成 图 要 求 测 序 所 用 的 克 隆 能 忠 实 地 代 表 常 染 色 体 的 基 因 组 结 构 ， 序 列 错 误 率 低 于 万 分 之 一 。 95%常 染 色 质 区 域 被 测 序 ， 每 个 Gap 小 于 150kb。 完 成 图 于 2003 年 完 成 ， 比 预 计 提 前 2 年 。 目前，美国正在实验室评估的有 2000 多种基因预防和治疗药物，其中一些已用到临床 上。中国科学家则在国际上生产出了第一个基因治疗药物，并率先应用于临床。 后 基 因 组 计 划 就 是 人 类 完 成 人 类 基 因 组 计 划 （ 结 构 基 因 组 学 ） 以 后 的 若 干 领 域 ， 实 际 上 是 指 完 成 顺 序 后 的 进 一 步 计 划 ， 其 实 质 内 容 就 是 生 物 信 息 学 与 功 能 基 因 组 学 。 其 核 心 问 题 是 研 究 基 因 组 多 样 性 ， 遗 传 疾 病 产 生 的 原 因 ， 基 因 表 示 调 控 的 协 调 作 用 ， 以 及 蛋 白 质 产 物 的 功 能 。 HGP 对 人 类 疾 病 基 因 研 究 的 贡 献 :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 。 对 于 单 基 因 病 ， 采 用 “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 。 对 于 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 等 多 基 因 疾 病 是 目 前 疾 病 基 因 研 究 的 重 点 。 健 康 相 关 研 究 是 HGP 的 重 要 组 成 部 分 ， 1997 年 相 继 提 出 ： “肿 瘤 基 因 组 解 剖 计 划 ”“环 境 基 因 组 学 计 划 ”。 人 类 基 因 组 研 究 的 目 的 不 只 是 为 了 读 出 全 部 的 DNA 序 列 ， 更 重 要 的 是 读 懂 每 个 基 因 的 功 能 ， 每 个 基 因 与 某 种 疾 病 的 种 种 关 系 ， 真 正 对 生 命 进 行 系 统 地 科 学 解 码 ， 从 此 达 到 从 根 本 上 了 解 认 识 生 命 的 起 源 、 种 间 、 个 体 间 的 差 异 的 原 因 ， 疾 病 产 生 的 得 机 制 以 及 长 寿 、 衰 老 等 困 扰 着 人 类 的 最 基 本 的 生 命 现 象 目 的 。 总结上面关于基因与健康的关系，可以用一种三字经的形式来表达：人之初，无恶善 ，肤色异，相貌变，有基因，三余万，父母亲，各一半，幼天真，少迷恋，壮自信，老偏 见，好身体，需保健。 参考