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基因检测 第三次医疗革命的序幕与基础 一 基因检测概述二 基因检测的生物学基础三 基因检测的主要类型 一基因检测概述 21世纪什么最贵 健康 什么是健康 世界卫生组织的定义 健康不仅是指没有疾病 而且应有完整的生理 心理状态和社会适应能力 同时还应包含道德的健康 65岁以前算中年人 65岁至74岁算青年老年人 75岁至90岁才算老年人 人的正常寿命应该120岁 生长期5 7倍 疾病是健康的大敌 疾病通常是指人体的形态 功能偏离了正常人标准的状态 生病总会使人不适 痛苦 还会影响学习 工作和生活 甚至使生命无法延续 人类为战胜疾病进行着长期不懈的努力 虽然已经取得不少成绩 但是仍有病魔横亘在我们面前 医学发展的三个阶段 第一中国中医时代第二西方文艺复兴西医时代第三分子生物学基础上的个性化医疗 8 什么是基因检测 ussacgtreport 基因检测是指 对于染色体 基因 以及 或 基因产物 例如 蛋白质或酵素 加以分析 以决定某一与特定疾病或症状有关的基因变化 是否存在于某个个人 ukhgc 任何检验dna 基因或染色体有无异常之测试 9 疾病的易感性 疾病 内因 外因 10 基因检测的发展历史和趋势 1994年 美国开始肠癌基因筛检1995年 英国实施基因筛检制度 结肠癌 乳腺癌 早老性痴呆等1998年 美国正式启动基因芯片计划 基因筛检更加快速 简便 11 基因检测的意义 个人 治未病 个性化医疗保健家庭 优生优育 降低群体发病率社会 节约医疗支出民族 提高整体遗传素质 12 基因检测的意义 例 二基因检测的生物学基础 物质蛋白质 能量糖类脂肪等 信息dna 自然的内在统一之美 由dna到蛋白质 从经典遗传学到分子遗传学 分离定律 1864 自由组合定律 1864 连锁交换定律 1920 基因论 基因是位于染色体上的化学分子1953年4月25日 年仅25岁的沃森与同在剑桥大学的合作伙伴弗朗西斯 克里克一起 在英 自然 杂志上发表了一篇仅两页的论文 提出了 的结构和自我复制机制 这篇论文被普遍视作分子生物学时代的开端 经典遗传学的研究课题主要是基因在亲代和子代之间的传递问题 分子遗传学则主要研究基因的本质 基因的功能以及基因的变化等问题 基因组学是研究生物基因组和如何利用基因的学问 动物 植物 微生物的基因组测序工作进行的如火如荼 多项基因组测序结果被公布 包括第一个个人基因组图谱 马基因组图谱和多种致病性细菌的基因组测序结果 这些必将会为我们生物科技的发展带来深远影响 17 什么是基因 基因 gene 的定义 基因是dna分子上含有特定遗传信息的核苷酸序列的总称 是具有遗传效应的dna分子片段 基因位于染色体上 并在染色体上呈线性排列 在人类染色体里蕴涵着整个人体生命中所有的遗传信息 它控制着人体生 老 病 死等几乎所有的生命活动 决定着人体毛发 肤色 体质 性格 健康等一切生命表象 可以说 基因是世界上一切生命的本源 18 dna的化学组成 dna是遗传信息传递的物质基础 1929年 俄裔美国生物化学家列文 1869 1940 发现dna 核酸碱基 的基本成份是腺膘呤 a 鸟膘呤 g 胸腺嘧啶 t 胞嘧啶 c dna的生物合成过程 20 三联体遗传密码 21 基因的作用 中心法则 dna rna 蛋白质 22 人类的遗传物质 23对染色体 人类基因组计划 人类基因组计划 hgp 于1990年正式启动了2003年完成了所有研究目标 已完成的基因序列图覆盖了人类基因组99 的区域 精确率达到了99 99 那是一部长达100万页 每页3 000个字符的巨著 诺贝尔获得者杜伯克曾说 人类的dna序列是人类的真谛 这个世界上发生的一切事情 都与这序列息息相关 三基因检测的主要类型 25 dna序列的多态性 人类基因多态性既来源于基因组中重复序列拷贝数的不同 也来源于单拷贝序列的变异 通常分为3大类 限制性片段长度多态性 rflp 即由于碱基的缺失 重复和插入所引起限制性内切酶位点的变化 而导致dna片段长度的变化 这是一类比较普遍的多态性 1986年 人类基因组的第一个完整的限制性片段长度多态 restrictionfragmentlengthpolymorphism rflp 图谱绘制完成 这是人类的第一张分子遗传图谱 标志着人类疾病发生机制的遗传学研究进入了一个新的阶段 26 基因多态性 dna重复序列的多态性 特别是短串联重复序列 如小卫星dna和微卫星dna 并主要表现于重复序列拷贝数的变异 27 单核苷酸多态性 snp 3 snp通常是单个核苷酸的变异 它是人类基因组中最常见的基因多态性 是我们人体差异的最基本因素 这些差异形成了不同的基因型 决定了人们患有疾病的不同风险和对药物的不同反应 它已成为第三代遗传标记 28 国际人类基因组单体型图计划 hapmap 国际人类基因组单体型图计划是由美国 英国 日本 加拿大和中国科学家共同发起并参与的一项旨在确定人类遗传的相似性和差异性的计划 其最终目标是构建人类dna序列中多态性位点的常见模式图 即单体型图 简称hapmap 这将是一张更为全面的人类基因组遗传整合图 hapmap将成为研究人员确定对人类健康和疾病以及对药物和环境的反应有影响的相关基因的关键信息 snp对生物表型的影响 例 wto5alle1alle4alle2 3mo17o5o5 n1241o5 n874bo5 n76b o5第287个密码子由ggt 编码甘氨酸 变为tgt 编码半胱氨酸 alle1 o5 n1241 第151个密码子由cca 编码脯氨酸 变为tca 编码丝氨酸 alle3 o5 n76b 由gat 编码天冬氨酸 变为aat 编码天冬氨酰 alle4 o5 n874b 第210个密码子由gaa 密码子谷氨酸 变为aaa 编码赖氨酸 o5等位突变序列差异图 o5基因表达的目的蛋白 举例 镰刀型细胞贫血症 1949年美国化学家鲍林发现镰刀型细胞贫血症 这种病的发生是由一种异常的血红素造成 血红素s hemoglobins 它属于常染色体隐性遗传 这种基因导致患者会因红血球功能异常及坏损而引起血液循环不良及剧烈疼痛 严重时 可威胁到患者的生命 分子病理是 基因发生单一碱基突变 正常 基因第6个密码子为gag 编译谷氨酸突变后变为gtg编译缬氨酸 正常红细胞突变体红细胞 35 snp与疾病的易感性 snp通常是单个核苷酸的变异 遗传性疾病与基因检测 遗传性疾病是由生殖细胞或受精卵的遗传物质 即染色体和基因 发生改变而引发的疾病 它有家族性 先天性等特点 血友病 白化病 色盲等都是遗传性疾病 肿瘤 高血压 冠心病 糖尿病和精神性疾病也往往同遗传有关系 遗传性疾病较难治愈 因此它对人类的危害较大 37 遗传性疾病 单基因遗传病 monogenicinheritance 单基因遗传病是由单个基因发生突变所引起的遗传病 它可能是等位基因中的一个发生突变 也可能是成对的等位基因都改变 单基因病本质上属于单基因性状的遗传 故称之为孟德尔疾病 如 并指症 血友病等 多基因遗传病 polygenicinheritance 多基因遗传病又称多因素遗传病 multifactorialinheritance 是由多个基因的累加效应引起的遗传性状 一般与环境因素共同作用 因有遗传因素在内 故发病呈家族倾向 但不符合孟德尔遗传规律 即同胞中的患病率远比1 2或1 4低 大约只有1 10 大多数先天性畸形如无脑儿 脊柱裂和其它神经管缺损以及大多数先天性心脏病 以及许多常见的成人疾病如癌症 高血压 冠心病 痛风 精神分裂症 抑郁症及糖尿病等 不是单纯由单基因突变或染色体异常所引起的疾病 这些疾病都是由多个基因和环境因素共同作用的结果 都属于多基因遗传病 38 举例 ace基因 缓激肽 ace id ii ace dd ace能使血管紧张素 的生成增加 同时增加缓激肽的降解 dd基因型导致血中ace蛋白的表达量及其活性提高 使血管张力增加并促进了血管平滑肌细胞的增殖 血管紧张素ii angii 参与了血管纤维化的形成 39 举例 gnb3基因 gnb3为g蛋白 3亚单位编码基因 g蛋白是一种镶嵌于细胞膜上的异源三聚体 在细胞膜和效应蛋白之间的信息传递过程中起 分子开关 作用 介导许多刺激血管活性和血管增生的细胞内效应 g蛋白由 和 亚单位组成 gnb3主要编译 亚单位 国内外多项研究表明 该基因上的多态现象与高血压及其用药 肥胖 胰岛素抗性等都有相关性 dna差异的常用检测技术 1 以pcr为基础的方法 2 以杂交荧光检测为基础的方法 3 maldi tof质谱分析 4 测序法 5 纳米探针电路检测 1 1单管双向等位基因专一性扩增 1 2单核苷酸引物延伸分析 1 3特异等位基因pcr 2 1等位基因特异寡核苷酸片段分析 2 2焦磷酸荧光法 2 3taqman技术的原理 2 4双色荧光偏振技术 2 5芯片分析 snp分型原理 41 测序技术的发展 第一代测序 1977年sanger发明了具有里程碑意义的末端终止测序法第二代测序 roche 454flx illumina solexagenomeanalyzer和appliedbiosystemssolidsystem jonathanrothberg博士就是大规模并行测序的发明者 同时也是454的创始人 纳米微孔测序原理 第三代测序 单分子实时dna测序一个人的基因组测序15分钟 成本100美元就可以实现 pacificbiosciences公司 44 十一五 2006 2010 生物与医药产业重点专项规划 中央领导高度关注产业转型 一 新型疫苗产业 二 生物制药产业 三 生物检测产业 四 生物制造产业 五 以抗虫杂交棉为代表的生物农业产业 六 新型饲料酶产业 政策面的支持 45 基因检测的目的 健康 亚健康 临床早期 临床疾病 基因检测 体检 早期发现 体检 早期发现 趋势预测 环境因素 易感基因 谢谢大家 47 上工治未病 黄帝内经 病虽未发 见赤色者刺之 名曰治未病 用现代生物学手段 用中医原始和质朴的 讲究整体 注重变化为特色的治未病和辨证施治理念来研究亚健康以及慢性复杂性疾病 是东西方两种认知力量的汇聚 是现代医学向更高境界提升和发展的一种必然性趋势 卫生部部长陈竺 snp分型原理 48 49 疾病易感基因检测 对那些与疾病相关的基因进行分子生物学的分型检测 结合客户的疾病史和家族史 能够预测个体患疾病的风险 从而提前进行预防或者治疗 改善个体的生活质量 这就是疾病易感性基因检测 现代生物医学的发展还将发现越来越多的疾病易感基因和各种基因型 50 基因检测的意义 例 采用易瑞沙单药治疗晚期非小细胞肺癌的大型 期临床试验表明 日本患者和美国患者的有效率分别为27 和12 中国报告的有效率为35 5 研究发现 egfr tk结构域突变有人种差别 东方人明显的高于西方人 而这种突变似乎是一种活化性突变 使酪氨酸激酶对易瑞沙更为敏感 基因检测能帮助病人选择药物 是否用易瑞沙来治疗非小细胞肺癌 snp分型原理 51 52 遗传的基本概念 显性遗传 dominantheredity 所谓显性遗传是指父亲和 或 母亲携带某种致病基因且发病而产生临床表现 如果该致病基因遗传给下一代也会使其发病 例如 马凡氏综合症 其上代携带马凡氏综合症基因且发生马凡氏综合症的临床表现 其子代被遗传后也发生马凡氏综合症 隐性遗传 recessiveheredity 所谓隐性遗传是指父母携带某种致病基因但不发病或没有临床症状 该父母的致病基因同时遗传给后代则会使其发病 常染色体隐性遗传性苯丙酮尿症就是如此 其上代携带此基因 但终生没有苯丙酮尿症的表现 其子代通过遗传而获得此种基因后则发病 且在初生及婴儿期 有些甚至是胎儿时期 即表现出很严重的症状 53 举例 gnb3基因 2000年 achimgutersohn等人对近1000例产后妇女的体重指数bmi与gnb3基因c825t位点多态性以及多项其它因素如饮酒 吸烟 体育锻炼等的相关性研究显示 gnb3基因c825t位点多态现象与产后妇女体重指数有显著相关性 p 0 018 携带tt基因型的产后妇女体重指数超过24 9的风险与ct cc基因型相比or 3 08 p 0 01 同时研究还指出 体育锻炼与携带tt基因型的产后妇女的体重控制有显著相关性 携带tt基因型且缺乏锻炼 1小时 天 的产后妇女平均bmi高出ct cc基因型4 2kg m2 54 举例 gnb3基因 siffert等发现825t等位基因频率在超重者和肥胖者中显著增加 正常 超重和肥胖三个bmi组中825t等位基因频率分别为 德国人29 5 39 3 47 7 中国人46 8 53 9 58 6 南非人83 1 87 7 90 9 三个种族中825t等位基因与肥胖均显著相关 a dna是由核酸的单体聚合而成的聚合体 b 每一种核酸由三个部分所组成 一分子含氮碱基 一分子五碳糖 脱氧核糖 一分子磷酸根 dna都是由c h o n p五种元素组成的 c 核酸的含氮碱基又可分为四类 鸟嘌呤 guanine 胸腺嘧啶 thymine