人类基因组学的研究进展

人类基因组学的研究进展基础医学院09法医王琪2009062040124基因组学是研究基因序列如何应用的一门科学。人类有30亿个碱基对，基因组学最终的目的就是弄清全部的基因序列。它是生物和医学的基础研究，在基因诊断、基因疗法、基因药物上起着重要作用，并且带动着一批高技术产业的发展。一般来说，基因组学最早是因为鉴定和测定基因序列的研究而兴起的，比如著名的人类基因组测序计划。随着越来越多的基因组得到测序，基因链锁图谱、物理图谱和转录图谱的建立和不断完善，现在的基因组学已经从研究基因序列转移到研究基因功能上来，成为功能基因组学，也叫做后基因组学。基因组学目前常采用的技术有：以生物信息学为基础的基因功能预测和同源性分析比对；基因的敲除和敲入；基因沉默技术，利用反义RNA、核酸酶和小干扰RNA；分子标记技术进行多态性分析研究基因的时空表达差异；基因诱捕技术；基于高通量微阵列片段排列的基因芯片技术；人工染色体转导等等。１９９９年１２月初英国的《自然》杂志报道了完成人２２号染色体ＤＮＡ核苷酸全序列测定的学术论文，这是世界首次提供的在一条完整染色体上的全部遗传信息。对此人类基因组研究的突破性进展，在生物科学界引起了极大的反响，它是最终完成人类基因组全序列测定的重要里程碑。众所周知，人类基因组计划（ＨＧＰ）是当代生命科学一项伟大的科学工程，它奠定了２１世纪生命科学发展和现代医药生物技术产业化的基础。其原计划用１５年时间完成人基因组３０亿碱基对全部序列测定。具体工作分为作图和序列测定两个部分。ＨＧＰ自１９９０年正式实施以来，工作进展甚速，１９９６年己基本完成遗传图、物理图的制作。遗传图的分辨率己精确到０．７５ＣＭ左右，物理图已定位了５２０００个ＳＴＳ；基因的鉴定，己测定有新的ＥＳＴ１８０万条，全长ｃＤＮＡ和转录图的工作进展甚速。１９９８年５月美国原ＴＩＧＥ公司的Ｇ．Ｖeｎｔｅｒ博士领衔与ＰＥ公司联合成立Ｃｅｌｅｒａ公司，提出将在２００１年完成人基因组全序列的测定，轰动了全世界。Venter不用物理图谱，转而依靠有序克隆，他认为可以采用鸟枪法对人类基因组进行测序，即先将人类基因组随即拆散并克隆，随后对克隆片段进行测序，最后依靠强大的计算机功能将片段进行拼接，最终获得人类基因组的全序列。美国政府的人类基因组计划就此修改原来计划，提出了１９９８至２００３年的新目标，要提前两年完成全序列测定，而且在２００１年要完成全部染色体的“工作草图”。当前的中心工作是序列测定，包括模式生物基因组的核苷酸序列。同时，更多的实验室正积极开展功能基因组和基因多态性研究。我国的人类基因组研究正式启动于１９９４年国家自然科学基金资助的重大项目《中华民族基因组若干位点基因结构的研究》，然而，国家高技术发展计划（８６３计划）自１９８７年开始就注意资助研究基因组的有关技术。目前，基因组研究继续获国家自然科学基金、８６３计划以及地方政府等多种渠道的经费资助。１９９８年实施的国家重大基础研究规划项目也投入了较大的经费，资助人类基因组学的研究；国内的企业家和投资者开始注视着这类有巨大开发潜力的项目。人类基因组序列和结构的工作草图已提前绘制完成。基因测序和差异工作完成后，下一步是找出所有基因的工作原理，从而增进人们对遗传因子、重要疾病的原因和治疗手段的新认识。有关基因发现将有助于揭示几乎所有的遗传因素，揭示多发性硬化症、常见癌症、高血压和衰老性痴呆等复杂而又常见疾病的病因。对疾病的理解建立在分子水平而不是仅对症状的描述，从而给疾病的治疗带到一个新的高水平上。我国实施人类基因组计划，是根据我国具有人群资源的优势，突出基因多样研究和疾病基因识别。我国的人类基因组研究主要着重于疾病相关基因以及重要生物功能基因的结构和功能研究。近年来的主要进展有：遗传性疾病致病基因的研究取得突破性进展，夏家辉教授等首次发现神经性耳聋的致病基因ＧＪＢ３，并克隆到定位于１１号染色体的多发性外生性骨疣的致病基因；发现了肝癌相关基因的ｃＤＮＡ和确定了１７ｐ上肝癌相关确失区域的范围；定位了鼻咽癌在染色体上的杂合丢失区域；克隆到了若干白血病致病基因，并开展其结构与功能研究；应用微卫星标记，对原发性高血压、Ⅱ型糖尿病和精神病等多基因病患者及其家系或同胞对进行全基因组扫描，发现了一些与其发病相关的位点，并对其中的若干位点进行精细定位，还发现了与原发性高血压相关的新基因；从造血干／祖细胞、下丘脑—垂体—肾上腺轴系统、心血管系统、胎脑、胎干、睾丸等组织获得数万条新的ＥＳＴ，克隆了数百条来自造血、内分泌、神经、心血管、生殖系统或与发育、分化以及信号传导有关新基因的全长ｃＤＮＡ；在建立西南、东北地区１２个少数民族及南、北方两个汉族人群永生细胞株库的基础上，开展了我国多民族基因组多样性的比较研究。我国的ＤＮＡ大规模测序已有一定基础。从痘茵病毒天坛株基因组１９６ｋｂ序列测定开始，到有能力完成人染色体区段几百ｋｂ范围的测序工作。１９９９年９月，中国科学家应邀出席在英国剑桥召开的第五次人类基因组大规模测序战略研讨会，并获准参与这一国际合作项目，在国家科技部和中国科学院大力资助下，将完成人体３号染色体短臂３０Ｍｂ（相当于人全基因组１％的长度）序列测定。我国的微生物基因组序列测定也在积极开展。在“2007年国际基因组学大会上”透露，新进问世的DNA测序法已经在基因组研究中得到了广泛的应用，是基因表达的精确度达到数字化，揭示了染色质组蛋白的新功能。最新研究发现，人类基因组中的大部分DNA都被转录成RNA并大范围地相互重叠，使人类基因组形成一个交织的网络。在这个网络里几乎没有没被使用的DNA序列，基因只是众多的具有功能意义的DNA因子的一种。这些基因组新特性的发现将有力地促进精确、廉价和高通量的基因组技术的研究和开发以加深对基因组结构和功能的探索，使基因组学的研究成果广泛地应用于临床医学和卫生保健。新的DNA测序技术同时还是表观基因组学、比较基因组学、环境基因组学和癌症基因组等计划的主要推动力。大会主席、美国哥伦比亚大学鞠景月教授表示，此次大会主要专注于对基因组学和基因组技术新进展的讨论。新近问世的DNA测序法是对传统的Sanger测序法的补充。会议的承办单位之一深圳华大基因研究院刚刚完成了第一个完整的亚洲人基因组图谱（“炎黄一号”）。这是中国科学家继承担“国际人类基因组计划”百分之一任务，“国际人类单体型图谱”百分之十任务后，用新一代测序技术完成的人类基因组图谱。有关专家认为，这是在基因组科学领域的里程碑式的科学成果，也是中国基因组科学和产业发展的新开篇。另一承办单位美国哥伦比亚大学对基因组科学、特别是新一代DNA测序技术的发展作出了重要贡献。清华大学深圳研究生院旨在为深圳的生命科学和生物产业培养人才。香港科技园的加盟，将有力促进深圳和香港在这一重要领域的合作。人类基因组计划于1990年启动，计划花费30亿美元解析人类23对染色体、30亿对核苷酸的全部序列。2000年完成了人类基因组的工作框架；2003年完成精细图；2006年完成完成全部染色体的注释。人类基因组精细图谱的公布，标志着现代医学的发展已逐渐进入基因组医学时代。人类功能基因组学研究就是以全基因组为背景，开展人类基因及其编码蛋白质的功能研究，从而尽可能全面的揭示生命的奥秘。目前，基因组医学对疾病诊断、恶性肿瘤、器官移植、精神疾病、心血管疾病、传染病、制药、医学伦理以及基因治疗等方面的重要影响已初见端倪，人类基因组为药物开发提供了新源泉。人类基因组计划完成后，国际上人类基因组的研究已经进入新阶段，随着两项基因组技术的重大革新及其推广应用，极大地推动了基因组医学的发展：一是全基因组关联分析（genome-wideassociationstudy,GWAS）技术已经大规模应用，不断有重大疾病的新易感基因被揭示，很多复杂性疾病的遗传因素正在逐步阐明，为常见多发病的易感性分析提供了重要的基础;二是廉价高效的新一代基因序列分析技术进入实用化，越来越多的个人基因组完成全序列解析，千元基因组即将进入市场。在不远的将来，人类基因组的新成果将会于每个人息息相关。我国的人类基因组研究从整体来说与国际的现有进展存在着一定差距，然而，从已有的工作基础、积累的经验、培养的人才和团结协作风气来说，已为我国人类基因组研究的深入发展、功能基因组学的研究奠定了坚实的基础。基因组研究是一个长期的过程，需要长线投入和战略布局，而我国目前对于基因组学研究的投入缺乏一贯性和连续性。随着技术的进步，在不久的将来，基因组学必将为人类健康服务发挥重大作用。参考文献：《现代临床医学生物工程学杂志》1999年03期《生物技术通报》2000年04期《沈阳教育学院学报》2002年02期的《人类基因组计划的提出及重大意义》《西北师范大学学报（自然科学版）》2005年05期