基因基因组人类基因组计划

基因、基因组

人类基因组计划1基本概念:

基因：DNA的功能片段。它是一种化学分子，遗传信息的物质载体，传递支配生命活动的指令，也是可以人工操作，用于改造生命属性的文件。基因组：有机体全部DNA序列。它是基因和非基因的DNA序列的总和。基因组学（genomics）：是20世纪90年代逐渐形成的以基因组为研究对象，在基因组水平研究基因和基因组的结构与功能，包括大量非基因DNA序列的结构与功能的学科。2

人类研究自然的目的不是征服自然，而是了解自然、利用自然、改造自然，从而提高自身的生活质量。在人类研究自然的漫长道路上，对人类本身的了解是最艰难的。人类基因组计划可以说是解决这一难题的”钥匙”。人类基因组计划的完成是生物学研究的重大里程碑。更是从根本上改变了生命科学和医学研究的角度和着眼点。将遗传学和临床医学结合，将人类基因组成果转化应用到临床实践中去------走进基因组医学时代。3历史回顾几乎每过50年，人类就前进一大步，150年来走了三大步。最早，1865年孟德尔提出遗传因子也就是“基因”的概念。大约50年后的1913年，定位第一个人类基因。1953年发现了DNA的双螺旋结构；1956年，第一次数清人类46条染色体，建立了人类染色体组。4又过了50年，2003年，完成了人类基因组计划。向前看，到2050年，基因组医学将呈现出什么样的新面貌，相信一定又有一个飞跃。56

人类基因组计划

人类基因组计划就是确定人类的全部基因,使我们能够解读人类基因组。然而,我们对于基因在疾病的发生、发展中的作用及其与环境因素的关系等问题知之甚少。解读人类基因组可以在基因水平上对疾病的诊断、治疗和预防采取措施，是一种对人类生命内在因素的干预，因此，这将是医学史上的又一次革命。7该计划首先由国际人类基因组测序协作组（IHGSC）组织实施。随后Celera公司也要独立完成该计划。IHGSC是由美国（54%）、英国（33%）、日本（7%）、法国（2.8%）、德国（2.2%）、中国（1%）6个国家20个研究所的科学家组成的开放性国际协作组织，全球2800余名科学家参加了IHGSC的工作。我国科学家参加了这项计划，完成了3p末端的测序工作，31.4cM，30万bp，占人类基因组的1%。81990年启动的人类基因组计划经过包括中国在内的多国科学家的10年努力，于2001年“大功告成”。2001年2月15日出版的英国《nature》杂志和2001年2月16日出版的美国《science》杂志，分别正式公布了人类基因组计划和塞莱拉遗传公司的人类基因组全序列数据，人类基因组草图诞生了。9人类基因组计划的主要目标：

制图（mapping）

遗传图：又称连锁图,以遗传多态性的遗传标记为位标,以遗传学距离为图距制作的基因图.

遗传标记(RFLP,STR,SNP)

物理图：以已知核苷酸的一个DNA片段为标记,以序列长度kb/Mb为距离的基因组图.

测序（sequencing）:自动测序仪,最后完成全部碱基连接的测序图.

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11旨在破译人类基因组遗传密码

人类基因组学的研究，将破译DNA序列中蕴藏的全部信息，揭示人体生理和病理过程的分子基础，并逐步认识生命的起源、进化、遗传、发育、衰老以及死亡的本质，为人类疾病的预测、诊断、预防和治疗提供最为合理和有效的方法和途径。理论上讲人类可活？岁，至少？岁。12草图分析报告：一是人类基因数量少得惊人。一些研究人员先前预测人类约有10万个基因，但此时的研究结果却大出所料，人类基因总数在2．6383万到3．9114万个之间，约3万个左右。只比果蝇多大约1．3万个基因。二是人类基因组中存在“热点”和大片“荒漠”。13三是

35．3％的基因组包含重复的序列，这意味着所有这些重复序列，即原来被认为的“垃圾ＤＮＡ”应该被重新认识。四是地球上人与人之间99．99％的基因密码是相同的，人与人之间的变异仅为万分之一。142001年2月，国际人类基因组测序协作组IHGSC宣布，人类基因组草图已经完成。草图显然存在很多重要的不足，例如，仅测出了约90％的常染色质基因组序列，而且序列之间存在147821个未检测出的空缺等等。是什么原因导致了2001年的草图遗漏了15万个“细节”呢？很多科学家都把“矛头”指向了测序技术，通常用于大片段脱氧核糖核酸（DNA）测序的“鸟枪法”存在缺陷，正是由于这种测序技术所带来的遗憾，使得2001年人类基因草图略显潦草。15IHGSC立即启动了一项十分艰难、但非常必要的“纠错补漏”程序,用了3年的时间将草图一点点地丰满起来，那些令人头疼的缝隙也从原来的15万个减少到现在的341个。在2001－2003年之间，IHGSC的不懈努力终于将此草图转化为今天这张既高度精确又相当完整的人类基因组图。16国际人类基因组测序协作组（IHGSC）最近公布的最新分析结果。由美国国立人类基因组研究所（NHGR1）和能源部（DOE）领导的IHGSC宣布，人类基因组测序工作已圆满完成，其发表在2004年10月21日Ｎature（2004，431：931）上,报告对2001年2月发表的初步分析报告进行了补充。人类基因组计划（HGP）自1990年启动至2003年结束，历时共13年。17最新分析报告:基因组序列共包含28．5亿个核苷酸，它近乎完整，涵盖了99％以上的常染色质基因组序列；准确率为99．999％，误差小于1/10万分之一的精确版人类基因组图谱，也就是说误差率只有1个bp／10万个bp，比最初制订的目标精确了10倍。而且还进一步纠正了蛋白编码基因的数量，仅为2万～2．5万个，而非原先估计的3万～3．5万个。18被用作模式生物的低等动物秀丽隐杆线虫（C．elegans）只有1ｍｍ长，生命周期也只有短短数天，但其基因组却含有1．95万个左右的基因。同样被用作模式生物的低等植物拟南芥也有2．7万个左右的基因。而在进化上比这些低等动植物都优越得多的人类，其基因组竟然仅有2万～2．5万个蛋白编码基因。19Collins说：“仅仅在10年以前，大多数科学家还认为，人类基因组大约含有10万个蛋白编码基因。3年前，当我们对人类基因组序列草图进行分析时，我们估计人类约有3万～3．5万个蛋白编码基因，这在当时已经使很多人感到震惊。而刚刚结束的分析结果发现人类基因组只含有2万～2．5万个蛋白编码基因。这使我们对人类基因组的真实情况有了更准确的了解。20目前的研究结果显示，人类基因组有19599个已经获得确定的蛋白编码基因，另外还有2188段可能为蛋白编码基因的DNA序列。人类基因重复片段高达5．3％，覆盖了5．3％的人类基因组。IHGSC所完成的测序工作不仅完整而且精确。该基因组序列的资料已于2003年4月被载入免费公用数据库。21从基因组到基因组医学

“基因组医学”（GenomicMedicine）以人类基因组为基础的生命科学和临床医学的革命。概念出现于上世纪末，它将对整个21世纪产生重大社会影响和重大经济效益。600多位全球顶尖的科学家提出。生命科学和临床医学结合，将是后基因组时代最重要的研究方向之一。可见基因组医学是一大批科学家的远见卓识。所以，2003年被称为是“基因组医学”的诞生日。22基因和基因组已不再是一个时新的概念，而是日常医疗实践的基础。它的宗旨很明确，就是将生命科学和临床医学的研究整合在一起，将人类基因组目前已有的成果以及功能基因组学将获得的成果迅速转换为医学应用，并且开发可以推广到整个临床医学中应用。深入解读人类基因组，不但对医学遗传的研究产生重大影响，而且将会给医疗保健卫生事业带来革命性的变革。23在过去几十年中，遗传医学的发展对医学的进步是显而易见的。因为有了医学遗传，大家才逐渐重视遗传学对医学的关系，关注遗传对健康的影响。虽然近二十年来医学遗传学发展很快，但其影响力还不足以改变主流医学。医学遗传学只能使医学进步，而基因组医学将可能成为改变主流医学的革命。功能基因组的研究，主要包括蛋白质组、转录组、代谢组、癌基因组、疾病基因组、药物基因组、环境基因组和行为基因组等。24如:蛋白质组计划，中国也参与了。选择八万个蛋白质中有代表性的3000－5000个蛋白质，用计算机模拟它们的折叠，把三维结构搞清楚。转录组的研究也进展较快，已确认的转录子有一万多个，有望在几年之内可以了解所有的真基因。25癌症研究有很大进展，直肠癌在美国有90％治愈率，即五年生存率，而这个数字在十年前是60％。现在美国多数癌症平均5年生存率为50％，癌症不再是一个不治之症。英国开始建立癌基因组。癌基因组的两个目标：261）将所有与癌症有关的染色体不规则断裂都搜集起来，用计算机分析找出规律来。现代生物医学研究一定要通过计算机从整体上来研究，而不是传统地针对单个基因单个蛋白。2）通过流行病学研究将与癌症相关的所有SNP和基因型找出来。在癌基因组的基础上，科学家预期癌症的问题可能在十至十五年间基本解决。27基因组医学的未来

在5－10年内，常规的基因诊断将能够预测个体对某些常见疾病和遗传性癌症的易感风险；在5－10年内，对肿瘤特征的基因诊断将能够对许多癌症作早期诊断；在10－20年内，安全的基因治疗将成为对某些遗传病的有效治疗手段；28在10－20年内，安全的基因疫苗将成为对某些癌症的有效治疗手段；在10－20年内，针对特定病原生物基因组的基因疫苗将会普遍用于预防；在10－20年内，针对个体基因型的特异、高效、低毒性的基因药物将会广泛使用；29

在50年内，人类许多疾病发生、发展的分子机理将会阐明，并能够在疾病症状出现前或早期在基因水平上得以诊断和治疗；在50年内，与许多复杂性疾病发生、发展相关的基因变异及其环境的诱导作用将会阐明，并能够通过改变生活习惯和改进环境条件来