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第1页：第二十三章 基因组学与医学封面

第二十三章 基因组学与医学封面

• 第二十三章基因组学与医学Genomics and Medicine

第2页：第一节基因组学

第一节基因组学

• 第一节基因组学Genomics

第3页：基因组(genome)是德国遗传学家

基因组(genome)是德国遗传学家

基因组(genome)

德国遗传学家H.Winkler在1920年将gene（基因）和chromosome(染色体)两个词缩合而创造的一个新词，意思是指染色体上的全部基因。几十年来，随着分子生物学的发展，其含义扩展为在个体水平代表一个个体所有遗传性状的总和，在细胞水平代表一个细胞所有不同染色体（单倍体）的总和，在分子水平代表一个物种所有DNA分子的总和。

• 基因组学概念及范畴

第4页：基因组(genome)

基因组(genome)

• 泛指一个有生命体、病毒或细胞器的全部遗传物质；在真核生物，基因组是指一套染色体（单倍体）DNA。

第5页：基因组学(genomics)

基因组学(genomics)

• 就是发展和应用DNA制图、测序新技术以及计算机程序，分析生命体（包括人类）全部基因组结构及功能的科学。

第6页：基因组学包括3个不同的亚领域结构基因组学

基因组学包括3个不同的亚领域结构基因组学

• 基因组学包括3个不同的亚领域结构基因组学(structuralgenomics)功能基因组学(functionalgenomics)比较基因组学(comparativegenomics)基因组学概念

第7页：结构基因组学

结构基因组学

• 结构基因组学(structuralgenomics)是通过人类基因组计划(HumanGenomeProject,HGP)的实施来完成的。

HGP的内容就

制作高分辨率的人类遗传图和物理图，最终完成人类和其它重要模式生物全部基因组DNA序列测定，因此HGP属于结构基因组学范畴。

第8页：人类基因组计划

人类基因组计划

• HGP也称人类基因测序计划，主要目标是完成对人的基因组的所有碱基序列的测定，阐明人体中全部基因的位置、结构、功能、表达、调控方式及致病突变的全部信息。基本任务是完成遗传图、物理图、序列图和转录图。
• 人类基因组包括24条染色体，3×109bp，3-4万个基因。

第9页：人类基因组计划的目标

人类基因组计划的目标

人类基因组计划

一项国际性的研究计划。它的目标是通过以美国为主的全球性的国际合作，在大约15年的时间里完成人类24条染色体的基因组作图和DNA全长序列分析，进行基因的鉴定和功能分析。

人类基因组计划的“科学产品”将

一个人类遗传信息数据库，将是一本指导人类进化的“说明书”。

人类基因组计划的最终目标就

确定人类基因组所携带的全部遗传信息，并确定、阐明和记录组成的人类基因组的全部DNA序列。

第10页：人类基因组计划的研究概况1986年美国病

人类基因组计划的研究概况1986年美国病

• 人类基因组计划的研究概况1986年美国病毒学家R·杜尔贝科（1914－）1986年3月7日在美国《科学》杂志上发表了一篇题为《癌症研究的转折点——人类基因组的全序列分析》的文章，他指出：“人类DNA序列是人类的真谛，这个世界上发生的一切事情，都与这一序列息息相关。”该文后来被称为“人类基因组计划”的“标书”。

第11页：1988年

1988年

• 1988年美国能源部和国家卫生研究院率先在美国开展人类基因组计划，并经国会批准由政府给予资助。此后，成立了一个国际间的合作机构——人类基因组织(Human Genome Organization)，由多个国家筹集资金和科研力量，积极参加这一国际性研究计划。

第12页：1989年

1989年

• 1989年，美国国立卫生研究院成立了人类染色体研究中心，沃森出任第一任主任。

第13页：1990年

1990年

• 1990年，美国国会批准了“人类基因组计划”，并于10月1日正式启动，由多国科学家参加、被称为“生命科学阿波罗计划”的人类基因组计划正式启动。预计用15年时间，投资30亿美元，完成30 亿对碱基的测序，并对所有基因进行绘图和排序。美国承担了全部任务的54%，英国33%，日本7%，法国2.8%，德国2.2%。
• 中国于1999年9月加入人类基因组计划并承担了1%的测序任务。

第14页：1998年

1998年

• 1998年，生产DNA测序仪的最大厂家Perkin-Elmer(简称PE)公司与文特尔领导的基因研究所合作成立了塞莱拉（Celera）遗传信息公司，并宣布他们将利用最新技术在3年内完成人类基因组的测序工作，这使得该计划处于一种公私竞争的状态，从而加快了人类基因组的研究步伐。

第15页：2000年

2000年

• 2000年6月26日，美国国家人类基因组研究所所长弗朗西斯·柯林斯、塞莱拉公司的董事长兼首席科学家克莱格·文特尔、美国总统克林顿、英国首相布莱尔联合宣布人类基因组工作草图绘制成功。此后，人类基因组研究进入绘制“完成图”的阶段。与“框架图”相比，“完成图”的覆盖率从90％扩展到100％，准确率从99％上升到99.99％。

第16页：2001年

2001年

• 2001年2月12日，参加绘制人类基因组图谱的美、英、日、法、德、中6国科学家公布了更加准确、清晰、完整的人类基因组图谱，并指出人类基因总数只有3 ~3.5万个, 编码序列占2%。
• 2001年7月10日，中国“人类基因组计划”重大项目秘书长杨焕明教授宣布：在人类基因组完成图的绘制工作中，中国已率先超额（1.13%）完成所承担的任务。

第17页：物理制图

物理制图

• 遗传制图
• 基因组DNA序列测定
• 创建计算机分析管理系统HGP包括以下研究内容

第18页：HGP主要任务及内容

HGP主要任务及内容

第19页：通过HGP获得的广泛基因组信息组成了结构

通过HGP获得的广泛基因组信息组成了结构

• 通过HGP获得的广泛基因组信息组成了结构基因组学的基本内容，是开展功能基因组学的研究的基础；同时为详尽研究每一个单基因遗传病提供“平台”，并将成为复杂的多基因遗传病研究的发端。

第20页：功能基因组学

功能基因组学

完成一个生物体全部基因组测序后

进入后基因组测序阶段——详尽分析序列，描述基因组所有基因的功能，包括研究基因的表达及其调控模式，这就是功能基因组学（functional genomics）。

第21页：鉴定DNA序列中的基因

鉴定DNA序列中的基因

• 同源搜索设计基因功能
• 实验性设计基因功能
• 描述基因表达模式主要具体内容包括以下方面

第22页：功能基因组学研究策略及主要内容

功能基因组学研究策略及主要内容

第23页：比较基因组学比较基因组学(

比较基因组学比较基因组学(

• 比较基因组学比较基因组学(comparative genomics)涉及比较不同物种的整个基因组，以便深入理解每个基因组的功能和进化关系。

第24页：第二节基因组学与医学关系The

第二节基因组学与医学关系The

• 第二节基因组学与医学关系The Relation between Genomics and Medicine

第25页：基因病的概念以基因组学为基础

基因病的概念以基因组学为基础

• 基因病的概念以基因组学为基础，从疾病和健康的角度考虑，人类疾病大多直接或间接地与基因相关，故有“基因病”概念产生。根据这一概念，人类疾病大致分为三类：
• 单基因病
• 多基因病
• 获得性基因病

第26页：基因病的概念以基因组学为基础（续）

基因病的概念以基因组学为基础（续）

1. 基因诊断
2. 基因治疗
3. 基因疫苗
4. 生物芯片
5. 基因重组药物
6. 植物基因工程药物
7. 动物基因工程药物

• 基因组学在医药领域的发展和应用

第27页：基因诊断

基因诊断

• 人类基因组计划为正常的人类基因组提供了一个序列参考，新的基因变异将不断被发现。
• 未来10年，基因诊断将从目前占现代疾病检测中的0.5% 扩大到占全部诊断检测的8~10%。

第28页：疾病相关基因的鉴定

疾病相关基因的鉴定

• 检测人类基因变异或突变
• 疾病时基因组差异表达分析
• 染色体制图定位及疾病相关基因克隆

第29页：寡核苷酸杂交分析SNP和等位基因特异寡核

寡核苷酸杂交分析SNP和等位基因特异寡核

• 寡核苷酸杂交分析SNP和等位基因特异寡核苷酸杂交

第30页：DNA芯片检测的差异表达谱

DNA芯片检测的差异表达谱

第31页：基因治疗

基因治疗

• 目前美国已有30多家基因治疗公司，已有100多种临床方案正在研究，治疗的疾病已涉及到各种恶性肿瘤、心血管病、代谢病、感染性疾病、遗传性疾病和爱滋病等。
• 中国也批准了一项治疗血友病的方案。

第32页：基因疫苗

基因疫苗

基因疫苗

基因疫苗常被称作“裸DNA”疫苗，是由来源于病原体的一个抗原编码基因及作为其载体的质粒DNA组成。导入人体后，这段基因可在活体细胞中合成抗原蛋白，从而引起机体免疫反应。

• 已有近10种分别针对爱滋病、感冒、癌症等疾病的基因疫苗进入临床试验阶段，针对狂犬病、生殖器疱疹、麻疹和过敏等各种疾病的基因疫苗正在进行中。

第33页：生物芯片

生物芯片

• 包括DNA芯片、抗原芯片、抗体芯片、细胞芯片和组织芯片等。狭义上生物芯片是指DNA芯片，其中的DNA微点阵（DNA有序排列）包括直径为200μm或更小的数百至数千上万个点。发展的趋势是研制出高度集成化的集样品制备、基因扩增、核酸标记及检测为一体的便携式生物分析系统。

第34页：基因重组药物

基因重组药物

• 表达/生产系统为微生物细胞（大肠杆菌、酵母等），哺乳动物细胞。
• 自1982年世界上第一个基因重组药物“人胰岛素”在美国上市以来，至今已有约60种左右的产品问世，另有300多个品种处于临床试验阶段。我国目前上市的重组药物有13种。全世界基因重组药物的销售规模以平均16%的速度增长。

第35页：植物基因工程药物

植物基因工程药物

• 即利用转基因植物技术，在植物细胞中表达特定基因药物。将一些病毒或细菌的有用基因转入马铃薯等植物中，可大量、低成本地生产出疫苗，或通过直接食用该转基因植物而获得免疫力。

第36页：动物基因工程药物

动物基因工程药物

• 即利用转基因动物生产基因药物，动物器官（如乳腺）可分泌相应基因的蛋白质产物。用转基因绵羊生产蛋白质酶抑制剂，其产率达到每升奶35克。
• 我国上海医学研究所与复旦大学遗传所合作在转基因羊研究方面获得重大突破，已诞生了一头含有人凝血因子Ⅸ的转基因羊，这标志着我国在该领域处于国际领先水平。