疾病与分子总论

疾病与分子生物学Disease & Molecular Biology,2014年9月2015年1月,陆东东,09-18/19 疾病与分子生物学概述09-25/26 机体感染、免疫、细胞增殖、分化、凋亡与疾病10-02/03疾病与基因新进展10-09/10遗传及代谢性疾病与基因10-16/17免疫系统疾病与基因10-23/24肿瘤与基因10-30/31内分泌系统疾病与基因11-06/07神经系统疾病与基因11-13/14 循环与血液系统疾病与基因11-20/21消化系统疾病与基因11-27/28呼吸系统疾病与基因12-04/05泌尿系统疾病与基因12-11/12生殖系统疾病与基因12-18/19运动系统疾病与基因12-25/26感觉器官疾病与基因2015-01-01/02传染性疾病与基因2015-01-08/09 开卷考试,Summarization disease & molecular biology,疾病与分子生物学概述,2014年9月19日,疾病Diseases,健康和疾病的概念,健康不仅是没有疾病和病痛，而且是躯体上、精神上和社会上处于完好状态。 疾病是机体在一定的条件下受病因损害作用后,因机体自稳（homeostasis)调节紊乱而发生的异常生命活动过程。,体征：,患病机体客观存在的异常,综合征：,疾病中的一组复合的并有内在联系的症状和体征。,症状:病人主观感觉的异常,亚健康(sub-health),亚健康指介于健康与疾病之间的状态（包括躯体性、心理性、人际交往性亚健康状态）。 全世界亚健康发生率很高。,研究暗示人类健康问题的根源所在,大多数的人类遗传变异是罕见而且不会在种群间共有的。Jacob Tennessen对2440位欧洲和非洲人的后裔的外显子组或一个基因组中的实际编码蛋白质的基因进行了测序。他们发现了50多万个突变，其中绝大多数是既罕见又具有人群特异性的。Matthew Nelson对1.4万多个同样为欧洲和非洲后裔的202个基因进行了测序，这些人的基因之前曾经被标为潜在的药物标靶。他们的分析还发现了一些罕见但数量丰富的突变，这些突变看来是罕见且按地理性分布的。综合来看，这些发现提示，近来快速的人口增长与有害突变从基因组中缓慢清除的偶联导致了影响人类健康和疾病的罕见遗传变异株的积聚。这些研究还清楚地表明，将来，人们需要有大容量样本才能将这些罕见的遗传变异株与复杂的生理特征进行关联。,成年后更健康,在生命的头5年中经历过高品质干预计划的贫困儿童在成年时会比那些没有得到高品质干预计划的贫困儿童有更好的身体健康结果,这项研究揭示了在孩提时代早期进行干预以预防疾病与促进健康的潜力。在那些高风险青少年中实施早期儿童计划可减少其犯罪、提高其赚钱能力，并且会鼓励这些孩子留在学校学习。美国最早的儿童早期干预计划之一Carolina Abecedarian Project （ABC）的数据，Frances Campbell证明参与该计划是如何确实导致了这些人在成年时会有更好的身体健康；Carolina Abecedarian Project（ABC）的创立是为了评估一种富有促进作用的环境可在贫困儿童中防止轻度的发育迟缓。在1972年至1997年间出生的四个群组的儿童参与了该项计划（该5年计划在2002年时在每个孩子身上的花费大约为6.7万美元）。在多个间期中对这些参与者进行了追踪，直到他们35岁左右；在该时间点，他们接受了心血管及代谢风险因子的生物医学调查。与那些在出生及5岁之间没有接受过ABC计划的一开始就贫困的35岁左右的人相比，那些参与ABC计划的人的这2种风险因子都较低。例如，在接受过治疗的男性中，其平均收缩压较低，而接受过治疗的女性也较少可能受到腹部肥胖的影响。尽管生命早期的经历会影响成年时期健康的确切机制尚未确定，但这项工作显示了关注儿童生命头5年的高品质干预的重要性；如果没有这些干预，这些孩子会在缺乏某些促进作用或营养的情况下成长。,与美女聊天有益于男性健康,对149名年龄在18岁到24岁之间的男学生的研究，其中1/3的参与者与男性研究人员互动，其他人则安排与18岁到22岁的女大学生互动。在5分钟的谈话后，那些和女学生聊天的受访男学生，先被要求对这些女生的相貌评分，满分7分，平均分数5.83分，显示她们的外貌都属于“美女”级。参与研究者在调查进行前，先用漱口水清理口腔，对照实验结束后20到40分钟，研究人员对参与者进行唾液采样。研究人员发现，虽然只有短短的5分钟，那些和女学生交谈的男同学，睪酮（睾酮）分泌量提高14，而有抗压功能的荷尔蒙可体松（皮质醇）则激增48。相对之下，那些和男研究员聊天的参与者，睪酮和可体松的分泌量，分别减少2和7。负责这项研究的罗尼博士说，研究结果清楚显示，和女性交谈提高了男性分泌睪酮和可体松，这两项男性荷尔蒙有助提高精力与注意力，同时可以缓和紧张情绪，健康效果佳。,揭秘人脸上的9个疾病区,脸上长痘、长斑、面色晦暗都是令人苦恼的事,然而仅凭“头痛医头，脚痛医脚”的逻辑却无法彻底摆脱这些烦恼。为此绘制出脸部问题地图，提醒人们注重健康，并让脸部问题得到根治。,拥有健康肤色比展现男子气概更吸引女性,拥有健康的肤色比男子气概更加吸引女性。面部识别小组的研究者们对34名高加索人和41名非洲黑人男子的面部在严格控制的条件下进行了拍照，并比对了他们的脸部肤色。研究发现女性对非洲和高加索人就吸引力的评分根据他们皮肤呈现的“古铜色”的程度。运用了一个新的叫做“几何形态测量方法”计算机技术量化面部的男性化程度。他说：“我们采用这项技术通过以女性面部为参照物来比对男性面部。”此技术为每张脸进行量化打分一种独立的量化方法以测量男性特征的典型程度。30名非洲和32名高加索女性为每张照片中的男性面部就吸引程度进行了打分。由进化论推动的研究：当我们觉得一名异性有吸引力时，我们的大脑告诉我们这是一个合适的伴侣。从进化论的角度讲，可识别有健康生育能力对象的人生育后代的成功性更高。Stephen博士说：“吸引人的肤色是与我们的健康状况息息相关，特别是我们从水果和蔬菜中摄取的各种抗氧化剂类胡萝卜素的量。这些胡萝卜素对我们的免疫系统和生殖系统都有好处，让我们保持健康并提高我们的生育能力。而脸部的男性特征并不决定吸引力程度。”多吃蔬果 增加吸引力：Stephen博士说：“我们的研究表明健康是男性充满吸引力的最佳途径。你可以通过摄取更多蔬果来拥有健康的肤色。这将意味着一个好的开始。”女性可能需要熟悉某一特定人群才可以检测出这些颜色的线索。当她们给同种族的男性面部打分而认为古铜色很重要时，她们却不在意其他种族男性的肤色。这是因为其他族群的肤色对她们来说并不熟悉，以至于女性们不能发现肤色之间不明显的差别。,研究疾病发生的原因与条件及其作用的规律。,病因学,疾病发生的原因简称病因,又可称为致病因素,能够引起某一疾病并决定疾病特异性的因素。,病因的分类,1.生物性因素,病原微生物和寄生虫,全世界每年死亡的人约1/3因感染性疾病,特点：有一定的入侵门户和部位。,吸血虫可以附着在带有粘性石灰的人体手臂上，然后钻入皮肤，顺着血液和肺部进入内脏。一种半英寸长的热带吸血虫能有效治疗人体过敏性反应，这种虫子可在人体内生成一种物质能够消除人体不正常免疫反应。目前，研究人员已将这种虫子用于哮喘病治疗测试，据悉，这种虫子还可用于人体免疫系统缺陷相关的病症，比如：糖尿病和多发性硬化症。英国诺丁汉大学科学家们通过多年研究工作显示感染吸血虫的患者竟然不会出现过敏性反应，随后他们采集了来自亚洲和非洲的这种虫子，对25名志愿者进行了两次实验。结果显示当这些虫子进入肺部后不会恶化干草热患者呼吸系统症状，并逐渐出现好转趋势.,热带吸血虫能有效治疗人体过敏性反应,基因技术改变蚊子性别构成,会叮人的雌蚊子是疟疾传播的最大“帮凶科研人员开发出一种转基因技术，可大幅改变蚊子后代的性别构成，让雄性占绝大多数，最终致使蚊群在数代后无法繁衍，从而阻断疟疾的传播途径。尝试给疟疾的主要传播者冈比亚按蚊注射一种“内切酶”。这种酶具有“切割”染色体脱氧核糖核酸的功能，可附着在染色体上并起到破坏作用，使这些蚊子只能繁衍出雄性后代。初期实验结果显示，用这种基因技术改造过的蚊子所产后代中，约是雄性。进一步研究发现，到第代时，这些蚊子会因为缺少雌性而无法繁衍。研究人员据此认为，如果将这一方法运用到自然界，可有效阻断蚊子的繁衍，使特定种群灭绝，从而大幅减少疟疾等传染病的发生。研究人员说，这是首次在实验室里成功抑制雌性蚊子的产生，尽管这项研究仍处于初级阶段，但它有望为抗击疟疾提供更加有效、廉价的新方法，有助于最终阻止疟疾的传播。据世界卫生组织统计，年全球共出现超过亿例疟疾病例，超过万患者死亡，其中大多数病例发生在非洲，而冈比亚按蚊则是非洲撒哈拉沙漠以南地区最主要的疟疾传播媒介。,2.理化性因素, 物理性因素,机械力 温度气压电流电离辐射,外伤、骨折冻伤、烧伤、中暑潜水员病电击伤放射伤, 化学性因素,无机和有机化合物、动植物毒素,“反应停”儿童（海豹肢）,反应停：一种阻止怀孕妇女妊娠反应的化学药物,3.营养性因素,各类必需或营养物质缺乏或过剩,4. 遗传性因素,基因突变：基因的化学结构改变,染色体畸变：染色体数目异常 或结构的改变,母子关系亲密孩子不易胖,少年肥胖问题近年来成为社会和家长关注的一个重点。除了饮食结构、遗传因素、生活习惯等影响因素之外，美国一项新研究指出，母亲与幼儿关系或许是青少年肥胖问题的一个“隐形推手”。美国俄亥俄州立大学的研究人员利用一项对全美青少年长期健康跟踪的调查数据，分析了母亲与幼儿关系和青少年肥胖间的联系。他们发现，母亲与幼儿关系越差，孩子青少年时期肥胖的概率越大。研究人员表示，大脑中的边缘系统控制相关荷尔蒙的分泌，影响人的饮食、新陈代谢、情感控制、抗压能力等功能。他们指出，母子关系不亲密的幼儿易受负面情绪影响，情感控制和抗压能力较弱，从而干扰到大脑边缘系统对饮食及新陈代谢的调节功能，这种情况易造成他们青少年时期的肥胖。,5.先天性因素,能够损害胎儿生长发育的有害因素,6.免疫性因素, 过敏反应,免疫系统对抗原发生异常强烈的反应，致使组织细胞损伤和生理功能障碍。,自身免疫性疾病,对自身抗原发生反应并引起自身组织的损害造成的疾病,如红斑狼疮等,免疫缺陷病,因体液免疫或细胞免疫缺陷所引起的疾病,7.心理因素,心理因素能够导致疾病，动物实验提供了令人信服的证据：实验者把两只同窝生的羊羔放在不同的地方，给它们一样的食物、水和阳光，然后在一只羊羔旁拴了一头狼。由于长期的惊恐，旁边拴着狼的这只羊羔很快就死了，另一只则健康地长大。 在发病过程中心理因素起重要作用的疾病就叫“心身疾病”。 心身疾病占整个疾病谱的三分之一，像原发性高血压、冠心病、支气管哮喘、消化性溃疡、痛经、糖尿病、神经性厌食甚至恶性肿瘤等，都是这类疾病。 什么因素导致心身疾病？消极情绪起着明显的作用。当我们遇到紧张的事情（工作不顺利，感情变故，家人故去，或搬家这样的小事），都容易导致我们的情绪出现恐惧和焦虑，高血压、糖尿病等疾病的发病率会明显上升。 所有遇到不良精神刺激的人都会患病吗？不是的。有学者指出，凡是患某些特殊类型疾病的人往往具有相同的人格特征。美国一些专家研究认为，A型行为特征（主要表现为竞争性强、办事急躁、时间紧迫感强、过度的敌意）是冠心病的易患行为模式。,通过模仿所建立的友谊,如果我们认为模仿是恭维的最高形式的话，那么，某些种类的猴子看来也有相同的感受。科学家们在一则新的研究中报告说，僧帽猴常常以友谊来报答对其的模仿。在对僧帽猴（这是一种十分友善的猴子）所作的一系列社会试验中，研究人员发现，僧帽猴更喜欢那些会即刻模仿它们行为的人，而不是那些有相似行为但不是进行即刻模仿的人。Annika Paukner及其同事发现，与对那些不直接模仿猴子行为的人所作出的反应进行比较，这些猴子会更长时间地观看模仿它们行为的人、花更多的时间接近这些人，并会和这些人更经常地以代币交换食物的方式进行互动。通过一系列的追踪实验，这些研究人员还证实，实际上是因为人类的模仿动作赢得了僧帽猴的钟情，而非只是因为熟悉度或是猴子所感知的对其的关注性的增加所致。由于模仿长期以来就与人群中的合作行为有关联，而且由于模仿提供了一种与其他人进行联系以及交流相似性或亲和力的方式，因此，这一在非人类灵长类中所发现的模仿与友善社会行为之间的关联性表明，模仿可能是所有灵长类中的多产性社会行为的基础机制。,契可尼效应为什么初恋最难忘？,西方心理学家契可尼做了许多有趣的试验，发现一般人对已完成了的、已有结果的事情极易忘怀，而对中断了的、未完成的、未达目标的事情却总是记忆犹新。这种现象被称为“契可尼效应”。,疾病发生的条件,影响疾病发生的体内外因素, 身体条件 自然条件 社会条件,(二) 条件的分类,(Classification of precipitating factors),加强病因的作用或促进疾病发生发展的因素。,病因,机体,条件,发病学,研究疾病发展及转归的一般规律和共同机制。,一、疾病发展的一般规律,(一) 损伤与抗损伤的斗争,在疾病过程中，损伤与抗损伤斗争是推动疾病发展的基本动力，两者的强弱决定疾病的发展方向和结局。,在原始病因作用下，机体发生某些变化，这些变化又作为发病学原因，引起新的变化，因果不断交替、推动疾病的发展。,(二)因果交替规律,心输出量,(发病学原因) (结果),心收缩力,维持动脉血压,良性循环,(原始病因),（结果）,机械力,创伤失血,局部与整体关系 （local-systemic relationship）,神经机制 (neural mechanism),体液机制 (humoral mechanism),细胞机制 (cellular mechanism),分子机制 (molecular mechanism),疾病发生的基本机制,神经机制,许多病因也是通过影响神经系统的结构，功能而致病;致病因子通过神经反射或影响神经递质引起疾病。,体液机制,许多病因通过影响体液的质、量或其调节而致病，称为体液机制。,内分泌,旁分泌,自分泌,LC-NE基本单元组成（中枢整合和调控作用）,大脑皮层边缘系统下丘脑的室旁核（PVN）,肾上腺皮质,垂体,蓝斑-交感-肾上腺髓质系统 Locus ceruleus - norepinephrine neurons (LC-NE）- sympathetic /adrenal medulla axis,释放促肾上腺皮质激素(ACTH),促肾上腺皮质激素释放激素(CRH) 主要作用是促进腺垂体合成,糖皮质激素(glucocorticoid),细胞分子机制（cellular and molecular mechanism）,分子病（molecular disease）：是指由于DNA遗传性变异引起的一类以蛋白质的异常为特征的疾病。这些疾病包括酶缺陷所致的疾病、血浆蛋白和细胞蛋白缺陷所致的疾病、受体病和膜转运障碍所致的疾病。受体病：由于受体基因突变是受体缺失、减少或结构异常而致的疾病称受体病。可分为遗传性受体病和自身免疫性受体病，如：自身免疫病、胰岛素受体病及刺激型自身抗体受体病。基因病：基因本身突变、缺失或其表达障碍所致的疾病。,整体水平,细胞水平,分子水平,研究疾病时功能代谢的变化及其发生机制,器官水平,疾病的转归,(一) 完全康复,一,康复, 致病因素已经清除或不起作用 疾病时的损伤性变化完全消失 机体的自稳调节恢复正常,(二) 不完全康复,疾病的损伤性变化得到控制，主 要的症状、体征和行为异常消失 遗留有基本病理变化,生理性死亡: 生命的自然终止，因各器官老化而发生的死亡。,二、死亡(Death),(一)死亡的分类,病理性死亡: 因疾病而造成的病理性死亡。,心跳停止呼吸停止各种反射消失,临床死亡的标志,(二) 死亡及脑死亡的概念,机体作为一个整体的功能永久性停止。死亡的标志是脑死亡。,死亡, 颅神经反射消失, 无自主运动, 脑电波消失, 脑血液循环完全停止,(三)脑死亡的判定标准,(四) 脑死亡的意义, 有利于判定死亡时间 确定终止复苏抢救的界线 为器官移植创造条件,死亡的感觉-濒死体验 有人说，死亡是令人恐怖的；有人却认为，死亡是愉快的、超然的和宁静的。于是，濒死体验成为新的医学之谜。所谓濒死体验，也就是濒临死亡的体验，是指由某些受严重创伤或患疾病但意外获得恢复，或处于潜在的毁灭性境遇中预感即将死亡而又侥幸脱险的人所叙述的死亡威胁时深刻的主观体验。 “濒死体验”的主要情况是：生活回顾、意识与躯体分离、躯体异常、世界毁灭感、死亡矛盾、时间停止感以及情感丧失等等。 “濒死体验”的经历据西方根载，1987年，在西班牙的巴塞罗那，一位名叫查维.亚艾那的24岁青年工人，不幸被一只装有机器的大箱子压伤，成为这个世界上一个昏迷不醒的“植物人”。1990年3月的一天，艾那突然清醒过来，虽然只有短短的10多分钟，却向人们叙述了他长眠不醒时的奇遇我变回一个孩子，由我已去世的姨妈拉着。她带着我，到一条发光的遂道，它是涌向另一个世界的。她对我说：“你要我找的永恒的平静，在另一个世界你可到的。”我用手掩住双眼，但玛丽亚姨妈轻轻地把我的手拉了回来。 。,心理学家肯尼斯.赖因格将人类的“濒死体验”分为学术界已基本认可的5个阶段 第一阶段：安详和轻松。持此种说法者约占57%； 第二阶段：意识“逸出”体外。有这种感受的人约占35%； 第三阶段：通过“黑洞”。有此感觉的约占23%； 第四阶段：与亲朋好友欢聚，他们全都形象高大，绚丽多彩，光环萦绕，宛如天使； 第五阶段：与宇宙合而为一； 麻省大学的两位教授认为，“濒死体验”的五个阶段纯粹是无稽之谈，这无非是因为窒息而导致的死亡幻觉，它是由于感觉缺失而造成的。 至于为什么会出现如此奇特的幻觉，科学家则认为与当事人的受的教育、经历和个人的性格特征有关。 生物学家罗兰.西格则从生物化学角度来解释。他认为，每个人在死亡时，大脑会为泌出过量的化学物质，这些化学物质有时也能引起奇特的幻觉。,死亡细胞的一个信号功能,凋亡性细胞死亡在包括骨骼肌在内的健康组织中的整个发育和平衡过程中都在发生。这项研究对以前认为这样所导致的死细胞没有好处的假设提出了质疑。Kodi Ravichandran及其同事发现，在小鼠骨骼肌分化过程中，一小部分前体肌肉细胞发生凋亡，而这些细胞提供一个关键信号磷脂酰丝氨酸，它促进肌肉发育。认为身体可能会利用细胞死亡而不仅使自身摆脱不想要的细胞，而且还调控细胞分化的观点，为组织内的细胞周转增添了一个有趣的维度。,分子生物学Molecular biology,分子生物学是对生物在分子层次上的研究，这是生物学和化学之间的跨学科的双重研究，旨在生物分子水平上探索生命本质，其研究领域涵盖了遗传学、生物化学和生物物理学等学科。 Molecular biology is a dual discipline that is applied to conspiracy & explore the life nature on the level of biomolecular,匹兹堡大学副教授Donna Stolz用在实验中拍摄的哺乳动物的细胞图片组合成一个花环团,在分子水平阐述核酸与蛋白质，蛋白质与蛋白质的相互作用，阐述基因表达与调控机理的科学,DNA分子双螺旋结构,Crick (物理学家), Watson(生物学家),Nature, 1953 1962年荣获诺贝尔生理学与医学奖 现代分子生物学诞生,DNA：deoxyribonucleic acid：是具有保存、复制信息，并可在细胞与细胞之间，亲代与子代之间传递信息的生物大分子结构：两条缎带样结构盘绕成梯形双螺旋结构，呈致密线圈状存在于细胞核的染色体内。缎带结构是核糖与磷酸构成的骨架；内部阶梯是碱基对碱基对：A-T，C-GA: adenine T: thymine C: cytosine G: guanine,DNA的半保留复制：子代DNA双链一条来自亲代，另一条为新合成的互补链，子链是母链的准确抄本，由此构成了遗传保守性,DNA半保留复制,研究发现核苷酸合成有“节奏”,肝脏内传递基因信息的核苷酸，按照生物钟以一定的节奏合成。研究人员希望据此开发出将癌症化疗与生物钟节奏结合的治疗方法，改善治疗效果。核苷酸是核酸的基本组成单位，随着核酸分布于生物体内各器官、组织和细胞中，并作为核酸的组成成分参与生物的遗传、发育、生长等基本生命活动。在动物实验中使用破坏了肝脏内生物钟的小鼠和正常小鼠，调查了核苷酸生成的酶的变化。结果发现正常小鼠白天酶的生成量是夜间的四分之一左右，其量的变化是有规律的，大致呈抛物线状，而体内生物钟被破坏的小鼠，酶量的变化则是混乱的。酶的变化反映了核苷酸量的变化。由于癌症化疗就是通过改变核苷酸所产生酶的量来杀死癌细胞的，研究人员认为，弄清核苷酸合成的节奏，有助于在治疗癌症时选择最合适的时机进行化疗，从而改善治疗效果并降低副作用。,分子生物学中心法则 （central dogma）：DNA指导RNA合成，RNA指导蛋白质合成，而特异性蛋白质又反过来催化DNA、RNA合成.,DNA的每条单链由很多字母组成：ATGCTCGAATAAATGTGAATTTGA以上字母组成多个词：ATG CTC GAA TAA ATG TGA ATT TGA以上单词构成了句子：ATG CTC GAA TAA ATG TGA ATT TGA 以上句子就是基因基因：是负载特定遗传信息的DNA分子片段。是编码一个RNA分子所必须的DNA序列 ，RNA是充当DNA与蛋白质合成间的信使，DNA发布制造蛋白质（Protein）的命令,基因（Gene）：生物体的遗传单位，由脱氧核糖核酸（DNA）组成。DNA由4种核苷酸（A、T、C、G）组成。,首次发现人类DNA存在四链螺旋结构,剑桥大学的尚卡尔巴拉苏布拉马尼安等人在自然化学杂志上报告说，过去研究者能在实验室中制出四链螺旋结构的，但一直不知道这种结构是否在人体内天然存在，他们使用一种会发出荧光、只与四链结构结合而不与普通双链结构结合的物质，首次证实了人类中也存在四链螺旋结构。巴拉苏布拉马尼安说，能够证实在人类细胞中存在四链螺旋结构，是一个里程碑式的成就，对这一结构的研究将来也许会成为控制癌细胞增生的关键。,合成的XNA可像DNA那样工作和演化,研究人员已经制作了一套合成的多聚物，它们能以DNA工作的方式来储存和复制信息，也可在实验室的条件下以一种类似于演化的过程变化。 “这项研究预示着合成遗传学时代的来临，并对外空生物学、生物技术以及对生命本身的理解都有意义。”所有的DNA都是由4 种核苷酸碱基组成的常常被称作A、G、C 和 T它们是沿着一个由糖和磷酸基团组成的主干排列的。Vitor Pinheiro现在描述了合成的、核酸样的XNA分子的定向演化，其分子中的天然的糖成分被6种替代物中的1 种所取代。所有这些XNA 分子都与互补的RNA和DNA 相结合。研究人员还设计了可从一个DNA模板来合成XNA的多聚酶，而其他的多聚酶可反向将XNA转录到DNA。这一系统使得由XNA编码的信息得到复制，而这正是遗传的基础。最后，Pinheiro及其同事们将这些多聚物中的一种叫做HNA 的多聚物置于类似于自然选择的实验室条件的影响。正如人们预测DNA 在这些条件下会发生的情况那样，该HNA演化成为一种紧密且明确地与特定标靶结合的形式。XNA的合成生物学研究可能永远无法赶上那些涉及到RNA的研究，因为RNA的准备较为容易并且有更多的用于对其分析的工具。不过，他指出，XNA 分子不受那些降解DNA和RNA的天然酶的影响，因此它可能在材料科学、分子诊断学和治疗学上有不同的潜在应用。他还警告说，合成生物制剂必须受到控制以避免踏入可能会潜在损害我们生物学机制的领域。,基因组（genome）：构成细胞DNA的大约30亿个碱基，组成的全套基因。除了同卵双胞胎外，每个个体碱基序列均不相同，使得每一个体都有各自的特点,染色体(chromosome)： 是基因的载体，人类体细胞含46条染色体，44条为常染色体，另两条为性染色体，在女性为XX，男性为XY,人类染色体,From DNA to Human,突变：Mutation, 即构成基因的DNA字母发生改变,单核苷酸多态性：single nucleotide polymorphism, SNP即构成基因的DNA字母发生改变。与基因突变的差别在于，突变在群体中的发生频率小于1%，而多态性在群体中的出现频率大于1%,一幅引起疾病的基因突变图,研究人员利用遗传学和功能性分析的组合创制了一幅促成遗传性痉孪性截瘫或HSPs的基因突变图；HSPs是会引起下肢强直及挛缩的遗传性神经退行性疾病。这一新的图谱被昵称为“HSP组”，它阐释了一个涉及HSPs的蛋白网络，而研究人员提示，它可能还会帮助确认涉及像阿尔茨海默氏症和肌萎缩性侧索硬化症类疾病的基因突变。Gaia Novarino对来自55个不同家庭的120多名患者的外显子组这是基因组的至关重要的部分进行了测序，他们以此作为研究的开端；在这些家族中, HSPs为隐性性状（因此有些兄弟姐妹会患病而有些则不会）。研究人员在已经与HSPs相关的家族中确认了13个基因突变以及另外18个候选的基因突变，这些突变中的大多数由本研究中的超过一半的家族成员所共有。他们说，这些突变基因中的大多数在会影响细胞转运、核苷酸代谢及轴突和突触的发育。Novarino及她的团队接着在斑马鱼中测试了这些基因突变并确认了它们中的大多数会在该模型生物中导致HSP样的症状。研究人员构建了一个由这类突变基因所编码的蛋白网络他们将其称作HSP组，他们用该图谱来发现更多的在其他记载的HSP案例中发生突变的候选基因。该HSP组显示，HSPs有着大量的与其他神经退行性而不是神经学病变所共有的突变蛋白质的相互作用。,真核生物的基因,由编码序列和非编码序列组成。前者称为外显子（exon）；后者称为内含子（intron）。两者相嵌排列。内含子被切掉后外显子拼接起来转录为基因产物。每一个基因首位和末位外显子外侧均有一段不被转录与翻译的非编码区，参与转录与翻译的调控。此区含有与RNA聚合酶结合并启动基因转录的启动子（promotor），使基因高效转录的增强子（enhancer），使转录终止的终止子（terminator）。,基因表达,从DNA到蛋白质,俄罗斯科学家通过敲除“温顺”基因，培养出“狂暴”的老鼠,科学家首获“辣基因”,辣椒是全球种植范围最广的香料作物之一，在许多药物、化妆品和食物中都扮演着重要角色。人们都了解该作物中所谓的辣椒素可以起到香料的作用，不过至今与辣椒的辛辣有关的基因还是未知。最近，一个科学家团队完成了针对辣椒的首次高质量参照基因组测序。科学家通过对比辣椒和其近亲植物的基因组，在两种植物中都发现了可产生刺激性辣椒素的基因。番茄中含有该基因的4种无功能副本，辣椒中则有7种无功能副本和1种可起作用的该基因副本。辣椒中产生辣椒素的基因出现于DNA复制中的5次突变之后，最终的一次突变产生了可起作用的基因副本。这种令嘴巴有灼烧感的化学物质也许在几百万年前可以保护基因突变后的辣椒种子不被植食动物吃掉，从而使突变植株产生生殖优势，得以传播。研究团队称，这一发现可能有助于育种者提高辣椒的辣度、营养和药用价值。一名研究人员甚至表示，遗传学家可以激活番茄的其中一个休眠基因，从而优化生产，并产生一种可以制作现成辣调味汁的植物。,文化的根源可能在于基因,对人和其他动物来说，我们都倾向于认为文化是某种通过社会学习传播的东西。但文化多样性某些方面的物种特性以及某一特定物种不同个体之间的差异都表明，文化的根源可能在于基因。Feher等人分析了斑胸草雀的一个海岛群落，其通过社会形式学到鸟鸣的形成过程对后一个问题进行了回答。虽然这个群落最初的创始成员在发育过程中从未接受过鸣叫辅导，而且其叫声与野生型有显著不同，在仅仅经过三代或四代之后，辅导产生的叫声就会接近野生型的叫声。这些发现表明，物种特异性鸣叫文化可以从头形成，这与尼加拉瓜人手语的从头演化非常相似，该手语由马那瓜的聋儿自发形成，与口头语言在语法上具有相似性。,德国科学家发现“吝啬基因”,如果你有一位朋友从来都不请客，甚至都很少愿意AA制，那么你也不必太生气，因为这很可能与他的基因有关系。科学家终于找到了“吝啬基因”，这或许可以从遗传学角度解释小气鬼们为什么把钱包捂得这么严实。德国波恩大学研究人员提取了101位年轻男性和女性嘴里的细胞样本，并在样本中检测一段名为COMT的基因。该基因分成G碱基和A碱基两种类型，其能够影响脑化学，进而有可能左右人们慷慨与否。在实验中，志愿者被要求去玩一个赌博电脑游戏，然后告诉实验人员他们愿意将赢取的一部分还是全部奖金捐赠给秘鲁的贫困儿童。为了使实验任务更加真实，实验人员还给志愿者呈现了一个名叫莉娜的秘鲁贫困女孩的照片，以及一只由她编织的手镯。实验结果表明，拥有G碱基的志愿者有超过20%的人将他们赢的所有钱都捐给了莉娜，但是拥有A碱基（即“吝啬基因”）的志愿者仅有不到2%的人能够像G型人这样慷慨。通常，人类每4人中间大约就有1人携带有“吝啬基因”，他们表现得特别注重自己的钱财，比如时常讨要香烟而不是自己去买，或者定期借钱付公交车车票，但不怎么还钱。而且，那些携带“吝啬基因”的人比其他人捐赠给慈善机构的钱更少。不过，吝啬的形成也不能完全归咎于基因。之前的研究已经表明，一个人慷慨与否只能部分地用基因来解释，诸如抚养、教育和宗教等其他因素也有不同程度的影响。,“慈善基因”越长越慷慨,鸿海集团创办人郭台铭捐款给大学盖医院，一出手就是一五亿；但也有人一毛不拔，一辈子从未捐出一毛钱。捐款行善何以因人而异？以色列科学家最新研究发现，人类慈善行为受到“慈善基因”影响，基因表面特定部位的长度决定善心的多寡。演化科学界先前已指出，一个名为“AVPR1”的基因是导致田鼠产生合群关系的关键。以此为跳板，柯纳福（A. Knafo）等以色列希伯来大学的科学家进一步指出，AVPR1也是人类的“慈善基因”，基因表现越强，人们越倾向捐钱做善事。 RS3启动因子 决定善心多寡:AVPR1基因上一个代号“RS3”的启动因子，长度因人而异，长度越短者越小气，越长者越倾向慷慨大方。研究步骤分两路进行，首先设计一套名为“独裁者游戏”的网路慈善捐款游戏，由二三位大学生扮演玩家，测试他们是否有慈善心。另一方面对他们进行基因型检定。玩家被分成“独裁者”与“受惠者”，两组人数相当。在未被告知研究目的前提下，每位独裁者可拿到五元以币（约十四美金），可以“私吞”这笔不劳而获之财，也可选择分给“受惠者”。结果发现，十八%独裁者选择私吞，卅%选择与受惠者“五五分帐”，仅6%独裁者全数捐给受惠者。研究团队把上述“分钱”的比例与基因互相比对发现，独裁者的慈善行为与“RS3启动因子”有绝对关连：启动因子越长、慈善基因表现越强，越倾向施舍；施舍金额多寡也与启动因子长度成正比。 利己或利他 都受基因影响:因为是以“分钱”游戏当作实验，论文开宗明义指出，这是第一个指出人类遗传变异影响经济决定的研究。再者，因为以田鼠的研究为基础，研究者大胆推测，人类与低等生物之间可能共享相同的演化机制，利己或利他都受到基因影响。,为什么有些人睡眠少,一项新的研究表明，有些人的基因使得他们能够比其他人少睡觉。研究人员已经发现了一种基因突变，该突变看来至少有一部分可解释为什么携带这种突变基因的人的睡眠时间可比通常需要的8小时要少几个小时。为了避免人们用这些发现作为沉湎于深夜电视节目的借口，一则相关的文章指出，该基因突变本身可能非常罕见，但是，该项研究确实为睡眠对人体健康的效应研究提供了新的线索。Ying He及其同事对一个大家庭进行了调查。在该大家庭中，一位母亲和一个女儿经常性地每晚平均只睡大约6个小时。在对不同的候选基因进行测序之后，他们发现，DEC2基因的一个变异体是该母女所共有的，但她们的亲属则没有该基因变异体。该基因是一个转录抑制因子，这意味着它会阻断其他某些基因的表达，而它已经被认为会参与生理节奏的调节。研究人员接着比较了携带该突变基因的小鼠以及正常小鼠的睡眠周期和脑部活动。携带该突变基因的小鼠不但睡得较少，有更经常的警醒时段，而且它们在经历了一段时间的睡眠剥夺之后，其恢复所需的时间也较少。在果蝇中的相关的基因突变也导致了睡眠相对缩短。文章的作者说，这些基因突变的动物可给人类睡眠的研究提供一个有用的新的模型。,人类基因组计划（Human Genome Project）,2000年是基因组之年，完成了人类基因组的工作框架图，完成了一系列模式生物和微生物的基因组序列分析。,我国94年启动“中华民族基因组若干位点基因研究”“重大疾病相关基因研究”课题，99年承担了人类基因组1%序列的测序任务，负责第3号染色体3千万核苷酸的序列测定工作。,* 耗时10载，耗费20余亿美圆；* 基因组大小30亿碱基；* 1%为外显子,99%为内含子和重复序列；* 表达蛋白质的基因组数量约为3万；* 约含100万个单核苷酸多态性(SNP)标记。,人类基因组计划的意义,人类染色体图,人类基因组“差异图”公布 2005年10月27日,全球科学家通过分析全球不同人群之间的遗传基因信息,初步绘制出首张人类DNA序列中变异基因片段的遗传图谱。该研究结果不但会进一步改变人们对生物学和人类进化的理解,而且将帮助科研人员更方便地找出与人类主要疾病(如哮喘、糖尿病、心脏病和癌症)密切相关的变异基因,从而改进对这些疾病的预防、诊断和治疗技术。,HapMap,个人测序与之前的人类基因组计划有所不同。之前的测序没有在每个染色体的两个副本之间、甚至是不同捐赠者的DNA之间作出区分，从而混淆了等位基因。,已经宣布完成个人基因组图谱的有两人。一是诺贝尔奖获得者、“DNA之父”詹姆斯沃森的个人基因组序列图；另一个是基因组研究先锋CraigVenter的个人基因组序列图。这些重量级人物的基因组图谱的绘制，预示着个人基因组时代的大幕已经拉开。,世界上第一个黄种人全基因组序列图即将由我国科学家绘制完成，命名为“炎黄一号”。 目前全世界共发现2000个与疾病有关的人类基因，其中有1500个已在美国用于临床诊断。由于黄种人突变位点与白种人不尽相同，不能完全照搬国外的诊断标准。因此，“开展黄种人基因与疾病关系的基础和应用研究显得意义非凡。 将来每个人都可能拥有自己的基因组图谱，就像拥有自己的CT图一样，这意味着实现个体化诊断、个体化治疗的梦想越来越近。”,世界首个人类女性个人遗传图谱绘制完成,北京大学的研究团队应用单细胞基因组高通量测序技术首次详细描绘了人类单个卵子的基因组，并将这种新方法应用到人类体外辅助生殖中。这项研究的先进性在于在卵子被用于胚胎移植之前，研究人员就能够通过分析卵子的两个极体细胞推断获得卵子本身的全部基因组信息，从而减少严重先天性遗传缺陷婴儿的出生，降低辅助生殖的遗传风险，提高人口素质，为育龄夫妇和全社会减轻医疗负担和社会抚养负担。,研究人员进一步探索了该研究成果对植入前遗传学诊断的重要指导意义。通过对每个卵子两个极体的基因组进行高精度的分析，研究人员能够准确地推断出卵子中基因组的完整性以及携带的遗传性致病基因的情况，从而选择出一个正常的，没有遗传缺陷的胚胎用于胚胎移植。 “在人类基因组三十亿个碱基中诊断出一个碱基的遗传突变，就如同大海捞针，需要很高的扩增准确率和很高的测序深度”汤富酬研究员说，“幸好我们有两套分开的基因组信息，我们就能够根据继承的是哪套遗传物质来判断是否遗传某个单基因突变”。 在这项研究中，遗传检测将告诉每位接受体外受精并且了解自己家族携带遗传缺陷的准妈妈，她的每一个卵子是否携带了这个已知的遗传缺陷。乔杰教授说，那些在体外受精过程中已经失败了三次以上并且查不出原因的女性也可以参加这项试验。该试验将验证DNA测序技术结合基因组扩增技术能在多高的精度上检测出可能导致疾病或者生育问题的基因组变化，例如单核苷酸变化以及更大的染色体结构或数目变化。,人类后基因组时代的特点,人类首次了解了自身的基因序列，了解了很多远亲生物的基因序列人类正在面对指数扩增的基因序列资料和各种数据库人类面临的挑战是如何将基因序列资料转变为有用的知识，进而让这些知识服务于人类，使之能够造福于人类的健康。,前基因组时代的“钓鱼”和后基因组时代的“捞鱼”,后基因组时代研究的重要方向,1.单基因遗传病的致病基因研究和基因诊断 我国有丰富的疾病资源，特别是一些我国特有的单基因遗传病家系，可提供良好的基础发现新的致病基因.,单基因遗传病和复杂疾病,2.复杂性疾病的相关基因研究和疾病易感性分析 在复杂性疾病的中，由于基因的变异加环境和生活习惯等因素的共同影响，使得每个人对不同的疾病的易感性不同。基因变异的一个重要的指标是单核苷酸多态性。,单核苷酸多态性（Single Nucleotide Polymorphisms， SNPs） 不同个体间在基因水平上的单核苷酸变异，平均每1000对硷基出现一个SNP,2个无关个体间有300万SNPs.,3.药物基因组学研究与个体化治疗 在临床上对同样一种疾病使用同一种药物，不同的个体对药物的敏感性和毒性反应有很大的区别，这种区别主要由基因决定的,特别是药物靶点基因、药物代谢基因等的单核苷酸多态性，影响了药物作用的强弱和药物代谢的不同。,临床基因组,越来越多的研究人员，甚至医生，会要求病人进行基因组测序，这将有助于诊断罕见疾病和确定癌症疗法。,疾病诊断,药物1,药物2,药物3,疾病诊断,药物1,药物2,药物3,药物敏感性测定,目前的疾病治疗,将来的疾病治疗,基因治疗 将人类基因导入人体，纠正缺陷基因或辅助机体抵抗疾病。具有良好开发前景，但近期离产业化尚有距离。,Ashanti de Silva was the first patient to be treated with gene therapy.,重症联合免疫缺陷的基因治疗 腺苷脱氨酶基因治疗(1990),基因和疾病,我们现在知道共有46条人类染色体，包含了30亿个DNA碱基对，编码约3万个蛋白质。这些编码区只占到1%的基因组。另外有些染色体比起其他来有更高的基因密度，物理图谱已经帮助确定了100多个引起疾病的基因。 最难的挑战是发现与有复杂遗传模式的疾病相关的基因，比如与糖尿病，哮喘，癌症和精神疾病相关的。在所有的情况中，没有一个基因可以有能力对一个人是否会有这种疾病说是或否。更可能的是在疾病被证实之前需要不只一个的突变。许多基因可能单独的对一个人对疾病的敏感起到很微弱的贡献；基因也可能影响到一个人如何对环境因子反应。解开这些事件的网络无疑是将来一段时间内的挑战。,Contains over 3000 genesContains over 240 million base pairs, of which 90% have been determined,人类号染色体,3000 个基因前列腺癌高雪氏病(葡糖脑苷脂沉积病)老年痴呆症青光眼迟发性皮肤卟啉症,Contains over 2500 genesContains over 240 million base pairs, of which 95% have been determined,人类2号染色体,2500 个基因结肠癌特发性震颤waardenberg综合征(听力损害综合征),Contains approximately 1900 genesContains approximately 200 million base pairs, of which 95% have been determined,人类3号染色体,1900 个基因肺癌结肠癌特发性震颤Von-Hippel-Lindau综合征(VHL)又称家族性视网膜及中枢神经系统血管瘤病,Contains approximately 1600 genesContains approximately 190 million base pairs, of which 95% have been determined,人类4号染色体,1600个基因软骨外胚层发育不良症(短肢型侏儒)发作性睡病进行性肌肉骨化症亨廷顿舞蹈病软骨发育不全帕金森病,Contains approximately 1700 genesContains approximately 180 million base pairs, of which over 95% have been determined,人类5号染色体,1700 个基因脊髓肌肉硬化病小头、纹状体小脑钙化和白质营养不良综合征哮喘病骨畸形性发育不良,Contains approximately 1900 genesContains approximately 170 million base pairs, of which over 95% have been determined,人类6号染色体,1900 个基因糖尿病小脑共济失调血色素沉积21羟化酶缺乏性先天性肾上原皮质增生,Contains approximately 1800 genes Contains over 150 million base pairs, of which over 95% have been determined,人类7号染色体,1800 个基因糖尿病肥胖症Williams综合征以心血管病变（主动脉瓣上狭窄、肺动脉狭窄）、婴儿期高钙血症、身高矮小、发育障碍等为主要特征的先天异常综合征囊肿性纤维化先天性耳聋散发性甲状腺肿综合征,Contains over 1400 genes Contains over 140 million base pairs, of which over 95% have been determined,人类8号染色体,1400 个基因Burkitt淋巴瘤Werner综合征（早老综合征）,Contains over 1400 genes Contains over 130 million