摘要 世纪70年代诞生的基因工程、克隆技术和干细胞研究等现代生物技术, 使生命科学的发展进入了一个新阶段, 这些以创造或改变生物类型及生物机能为目标的现代生物技术已成为新技术革命的三大支柱之一。通过探寻生命本质及生长发育、疾病、衰老等奥秘, 揭示生命现象的内在规律。随着生物技术在医药、食品化工、农业、环保以及能源、采矿等工业部门中的广泛应用, 它正在对人类经济及社会生活和社会进步产生深刻而广泛的影响。
关键字：生命科学 生物技术 人类生活 影响
随着生物科学的发展，生物科学技术对人类社会的影响越来越大。这主要表现在以下几个方面： 1.影响人们的思想观念，如进化的思想和生态学思想正在被越来越多的人所接受。 2.促进社会生产力的提高，如生物技术产业正在形成一个新兴产业；农业生产力因生物科学技术的应用而显著提高。 3.随着生物科学的发展，将会有越来越多的人从事与生物学有关的职业。 4.促进人们提高健康水平和生活质量，延长寿命。 5.影响人们的思维方式，如生态学的发展促进人们的整体性思维；随着脑科学的发展，生物科学技术将有助于改进人类的思维。 6.对人类社会的伦理道德体系产生冲击，如试管婴儿、器官移植、人基因的人工改造等，都会对人类社会现有的伦理道德体系产生挑战。 7.生物科学技术的发展对社会和自然界也可能产生负面影响，如转基因生物的大量生产改造物种的天然基因库，可能会影响生物圈的稳定性。 理解科学技术与社会的关系，是科学素质的重要组成部分。
一、生物与基因科技
生物与基因科技的进展，已促使生物医学的研究迈入后基因体医学时代，这些尖端医疗科技在提升人们健康福祉的同时，也给家庭和社群等各个层面前带来所未有的影响。其中有些影响或许还是潜在的。
（1）基因改造作物(genetic modified organism)
科学家以基因改造的方式改良农作物，以促进收成、防治病虫害、提高经济效益，希望可以解决人类粮食不足或营养问题，但是基因改造作物会不会创造出新的过敏原、对人体造成新的健康问题、引起昆虫的抗药性、制造所谓的基因污染？基因改造作物所带来对自然与人类社会的风险、安全性与效益如何评估？基因改造作物的专利权将如何规范？其巨大商业利益是否将加剧资本家对弱势族群、第三世界国家的经济控制或剥削？究竟，人与植物、自然生态的理想关系应该如何?
（2）基因检测(Genetic testing)：
基因检测有助于遗传疾病的诊断、预防及处置，执行的时机常见于婚前健康检查、胚胎植入前检测、产前检查、新生儿筛检、儿童及成人的遗传检验等，检测的性质又可分诊断检测、带原者检测、发病前检测、罹病倾向检测。由于遗传信息不仅关乎个人，同时也与家庭或家族其他成员的健康息息相关，因此遗传信息的获得与告知时常带来特殊的医学伦理问题，包括：基因信息带来的心理负担及社会压力，基因诊断结果的告知对个人与家庭、家族的影响，个人隐私的保障与家庭成员利益产生冲突，基因检测引起的医疗资源分配、社会正义议题等。
（3）基因治疗(gene therapy)：
科学家透过基因治疗希望能为人类目前各种主要的死亡原因、慢性疾病、遗传疾病的治疗带来曙光，一般分为体细胞基因治疗及生殖细胞基因治疗。体细胞基因治疗乃针对已发病或将发病患者的体细胞，在基因的层次作医疗介入，以病毒为载体、或使用物理方式将好的基因传送到欲治疗的体细胞或组织，以取代或修补有缺陷的基因，并发挥正常生理功能。体细胞基因治疗的相关伦理议题与一般新进医学科技、临床试验所必须考量的内涵大致相同。其中，应采取何种程序方能公平选出接受治疗的病患？应采用何种步骤以确保患者或其父母或监护人的知情同意？生殖细胞基因治疗则是对生殖细胞或胚胎进行基因调控，以期根绝病因、一劳永逸，然而对生殖细胞直接进行基因介入却可能改变新生儿的遗传组合、造成长远的医源性的伤害，同时可能引起设计家宝宝、基因超市、出卖基因以牟利、政变人种等发展的疑虑。这些问题正在或即将对人类的家庭、社会伦理观念与道德实践带来重大的冲击，理应纳入到生命伦理学的思考范围之内。
有些时候我们需要知道转录本长度，比如在使用RNA-seq计算FPKM的时候，为了准确地评估不同基因的表达量，一般是用覆盖该基因/转录本的总reads数除以基因/转录本的长度，有些时候我们需要知道基因编码区的长度，比如在使用VAAST评估致病候选基因的时候，有些基因因为编码区特别长（如TTN）总是排名靠前，如果考虑到它的编码区长度后，排序将会更加科学。 那么怎样获得基因编码区长度呢？这个问题看起来比较简单，只要将每个外显子的长度加起来就可以了，对于单个转录本可以通过NCBI的CCDS数据库查询，但是基因有多个转录本，每个转录本的编码区有重合，所以基因编码区不是每个转录本编码区的简单相加，所以要想准确地获得每个基因的编码区长度并不容易，而且目前并没有现成的数据库，经过游侠在网上摸索后将相关方法整理如下，供大家参考。首先从sanger网站下载基因注释文件GTF，。然后在R中使用GenomicFeatures工具包。library(GenomicFeatures)txdb <- makeTranscriptDbFromGFF("yourFile.gtf",format="gtf")收集每个基因的编码区编号exons.list.per.gene <-cdsBy(txdb,by="gene")通过reduce函数避免重复计算重叠区exonic.gene.sizes <- lapply(exons.list.per.gene,function(x){sum(width(reduce(x)))})生成的gene ID为ensemble编号，可以通过，转换为gene symbol。另外游侠已经处理好了人类所有基因的编码区长度，如果有需要的话，可以在微信号留言索取。
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临床微生物检验的快速诊断技术研究进展
关键词：分子生物 来源： CHKD期刊全文库《当代医学》2099年第16期
（本文作者：解放军第二五二医院 李苏利）
目前感染性疾病仍然是危害人类健康的重大隐患。随着新发和突发感染性疾病的涌现，曾已被控制的感染性疾病的卷土重来，造成感染性疾病的微生物种类日益复杂，常见的病原微生物的威胁不仅没有消除而且出现了大量耐药菌株，加上新的病原微生物的出现，给临床诊断和治疗带来了极大的困扰。严峻的现实给病原微生物的检测和诊断提出了更高的要求。世界卫生组织(WHO)对临床微生物实验室提出:临床微生物实验室尽可能把目标集中在快速诊断方面。利用一切手段将实验室数据转化为临床有用的信息。
1 自动化鉴定技术的应用
临床微生物的实验室检查以染色、培养、生化鉴定等为主，尤其是分离培养，目前仍然是许多病原体检测的“金标准”。但是，由于细菌的生长繁殖需要一定时间，使检测周期难以缩短。此外，很多病原体的培养受营养要求、抗生素应用及病原体含量等因素的影响，用传统人工方法操作复杂、检测周期长，敏感性与特异性也有限。为解决这一问题，各种自动化培养和鉴定系统不断产生，随着计算机的发展和应用，先后出现了许多自动与半自动细菌鉴定与药敏系统，统称为“微生物鉴定专家系统”，这些系统大大提高了临床实验室的工作效率和检测的准确性，传统鉴定方法也在逐步改进，并在一定程度内加快了检测速度。
2 免疫学方法
免疫学技术是利用特异性抗原抗体反应，检测病原微生物，简化了病原微生物的鉴定步骤，备受关注。各大文献数据库提供的数据显示，几乎建立了所有病原体的血清学检测方法，表明该方法已成为一种微生物实验室常用的成熟的检测技术。
2.1 凝集技术 常用的凝集技术有乳胶凝集技术和血清凝集技术。用于微生物的初步诊断、分型、鉴定，例如霍乱弧菌和志贺菌的分型，大肠杆菌O.57：H7、脑膜炎球菌等，短时间内就可完成鉴定。该诊断法具有操作简便、快速、准确、特异性强、阳性率高等特点。
2.2 荧光抗体技术 荧光抗体技术是根据抗原抗体反应具有高度的特异性，把荧光素作为抗原标记物，在荧光显微镜下检查呈现荧光的特异性抗原抗体复合物及其存在部位。荧光抗体技术的主要特点是特异性强、速度快。吕治林等报道由美国同行所作的用炭疽杆菌细胞壁(CW-DFA)和荚膜抗原(CAP-DFA)特异的荧光标记的单克隆抗体，可快速鉴别炭疽杆菌。
2.3 酶免疫技术 酶联免疫技术现已被广泛地应用于多种病原微生物的检测，可检测样本中病原体抗原，也可检测机体中的抗体成分。应用单克隆抗体结合硝酸纤维膜上的斑点ELISA技术，已成功地自患者的咽拭标本中同时检出可能存在的肺炎支原体、流感病毒、副流感病毒、呼吸道合胞病毒和腺病毒。Gehring等用酶联免疫化学发光法(ELIMCL)测定大肠杆菌O.57：H7。许多疾病的检测都已有商品化的试剂盒出现。
3 分子生物学技术
随着分子生物学技术的迅速发展，使人们对微生物的认识从外部表型逐渐转向内部基因结构特征，微生物的检测也从生化、免疫方法转向基因水平检测，对于那些难培养和不可能培养的微生物，可直接通过获得基因信息，给微生物学的检测带来崭新的领域，为科学快速发展提供了新的机遇。
3.1 PCR技术 PCR具有高度敏感性和特异性，在病原体检测上，对形态和生化反应不典型的微生物鉴定，常规方法常难以准确检测，即使出现大量死菌PCR也能做出准确的鉴定；不受混合标本的影响，可轻易从含有大量正常菌群的标本中鉴定病原菌；对于生长缓慢或难于培养的微生物鉴定，如分枝杆菌、幽门螺杆菌、支原体、衣原体、螺旋体等，目前其他方法阳性检出率很低，PCR技术对这类菌株的鉴定有重要意义。
但是常规PCR技术也存在一些问题，如出现假阳性、形成引物二聚体，检测操作也比较繁琐，中间污染环节多，易出现假阳性或假阴性结果。为了克服这些不足，一些新的PCR技术渐衍生出来并被用于实践，如巢式PCR、逆转录PCR、多重PCR、通用引物PCR(UP-PCR)、PCR单链构象多态性分析、随机引物DNA多态性扩增(RAPD)、限制性长度多态性分析(RFLP)、实时荧光定量PCR等。
3.2 基于16S rRNA与GyaB的检测技术
3.2.1 以16S rRNA为靶基因进行检测 16S rRNA存在于所有原核生物细胞中，它们相对稳定且有较高的拷贝数，其序列中含可变区及高度保守区，因此可设计群、属、种特异性的探针。现阶段各种常见细菌的16S rRNA基因几乎全部测序完成，16SrRNA编码基因的这些特点使之成为较理想的细菌基因分类的靶序列，逐渐成为细菌鉴定、分类的“金标准”。
3.2.2 以促旋酶(g yras e)B亚单位基因靶基因进行检测GyaB除了具有16S rRNA所具有的优点外，其基因进化率高于核糖体基因，还有GyaB在近乎全部细菌中呈单拷贝形式。有研究表明，基于GyaB序列构建的进化图谱与基于DNA-DNA杂交的相一致。因此，GyaB的分析特别适合于菌株的区别和鉴定。Fukushima等以GyaB基因为靶基因设计基因芯片来检测分枝杆菌属，实验结果显示此芯片鉴别分枝杆菌达到种水平，并且能区别密切相关的菌种，这对临床治疗具有重要的参考价值，说明分析GyaB基因序列对于在菌种水平鉴别细菌是快速而有效的方法。
3.3 多位点序列分型 多位点序列分型(MLST)是近年来发展很快的分子生物学分析方法，具有很高的分辨能力，既适于分子流行病学研究，也可用于分子进化学的研究。MLST越来越多地被作为能进行国际间菌株比较的常用工具，建立一种更为准确的分析系统方法，并且用于研究出现的不同的抗生素抵抗株，相关特殊基因型及新的变异株引起的疾病流行病学分析和种群结构的研究。
3.4 环介导等温扩增技术(LAMP) 环介导等温扩增技术(LAMP)，是近年来发展出的一种敏感、特异、方便快捷的核酸扩增技术。与传统方法相比，不需要热循环为等温扩增，且由于反应中产生大量的副产物-白色焦磷酸镁沉淀，扩增产物可不经过电泳，通过肉眼观察或浊度计即可判定结果。因此LAMP是一种不需要热循环仪、肉眼即可判定结果的高度特异和敏感的DNA扩增方法。该法针对靶基因的6个区域设计4条特异引物，利用一种链置换聚合酶在恒温条件(65℃左右)保温约60min即可完成核酸扩增反应，扩增出特征性梯状条带。还可通过设计两条环引物可使反应速度提升1/2～1/3。LAMP技术可用于病原微生物的现场快速检测、战时野外及基层普及应用。
4 分子生物传感器
分子生物传感器是将新兴的传感器技术和分子诊断技术相结合而成的一种新技术，是现代临床诊断发展的一个新方向。由于生物传感器检测准确、操作简便等特点，近年来已经在许多领域取得了很大的进展，在感染类疾病诊断、药物筛选、未来战争生物战剂监测等领域获得了广泛的应用，其中临床中用于病原体检测的以DNA生物传感器最为常见。华裔科学家陈建柱最新制成的生物传感器，仅需20s时间即可检测出微量SARS病毒、天花病毒及炭疽杆菌等的存在，从而达到早期诊断的目的。
5 基因芯片
基因芯片是高通量的群体指标分析系统，基因芯片技术是一项全新的技术，它以一次性检查上万个基因的优势，被誉为是基因功能研究中最伟大的一项发明。它以许多特定的寡核苷酸片断或基因片断作探针，有规律地排列、固定在诸如硅片、 玻璃片、尼龙膜等固相介质上形成生物分子点阵，以达到一次试验同时检测多种疾病或多种样品的目的。基于高通量、微型化和平行分析的特点，基因芯片在微生物病原体检测、种类鉴定、功能基因检测、基因分型、突变检测和基因组监测等研究领域中发挥着越来越重要的作用。目前，许多细菌、病毒等病原体的基因组测序已经完成，将许多代表各种微生物的特殊基因制成1张芯片，经反转录就可检测样本中有无病原体基因的表达及表达水平，由此判断病人感染病原、感染进程以及宿主反应等，这样就大大提高了检测效率。
6 蛋白指纹图谱技术
蛋白质指纹图谱技术是随着蛋白质组学兴起的一种新技术。近年来，越来越多的学者意识到有必要从蛋白质水平来研究微生物。蛋白质是细菌功能的执行者，细菌种类繁多，不同的蛋白种类决定细菌千变万化的功能和特征。1996年，Clayin等采用MALDITOF MS质谱成功鉴定了革兰阴性和革兰阳性细菌，表明不同属种的细菌具有不同的蛋白指纹图谱，同一种细菌具有相似的蛋白指纹图谱，根据细菌蛋白指纹图谱可对细菌进行快速鉴定。中科院微生物所唐宏研究员等利用“蛋白质质谱指纹图谱”最新技术及其检测办法，可以分析得出SARS与非SARS病人血清中的蛋白质成分变化。这种检测SARS病毒方法经北京天坛医院临床证实，阳性率接近95%，特异性将近96%，能在病人发烧的第一天即可以得出满意的检测结果。有专家称蛋白质指纹图谱技术标志着一种划时代的诊断模式的诞生。
随着计算机技术的不断发展，临床病原菌检测将向着高度自动化和开发简便的快速检测技术两个方向发展。分子生物学技术通过自动化仪器的使用，将在病原菌诊断、鉴定和耐药基因检测方面发挥巨大的的作用。随着多学科交叉时代的到来，最终将彻底改变临床病原菌检测的现状和传统观念，实现高效高质、快速统一。
导言：2013年5月，好莱坞巨星安吉丽娜·朱莉突然宣布，因为基因检测结果显示，她有极大风险患上乳腺癌，于是做出提前切除双侧乳腺的决定，一时之间基因检测成为大众和媒体所追逐的流行词汇，同时相关商家和医院借此东风开始大力推广和宣传。而2014年2月，食药监总局和国家卫生计生委联合发出通知，要求停止国内所有已经开展的基因检测，让舆论一片哗然。但这只不过意味着，为长远发展计，该行业亟需制定相关的规范，同时，大众在决定进行基因检测之前，需要接触更多信息。
要想看懂一本小说，你不仅需要认识每一个字，更重要的是看明白字的顺序。而某些时候，某些政府会禁止一些书出版，那并非是因为该书用了非法的字，仅仅是因为，作者把一些字按某种特殊的顺序排在一起，因此犯了忌讳或者违反了某些管制条例。作者通过字序传递信息，而生命也同样如此，只不过它仅仅通过TACG这四个字，就能世代传递如何构造新生代身体的信息，这些信息在细胞中通过奇妙的工具解读，以构建生命的躯体，并控制着它的运转。如果初始的信息因为种种原因发生了改变，在某些时候，就会发生一些相当糟糕的事情，比如可以世代相传的血友病，又或者各种癌症。
对生命的理解越多，科学界就越发的认识到，如果想读懂人类身体运作的奥秘，首先需要读出生命的字序，并且破解它的含义。幸运的是，随着自动化测序仪和计算机性能的飞速提高，在2000年到来之时，人类基本读出了自身基因组那长达30亿的字序。并由此吸引了众多生物高科技公司和大学研究机构投入到寻找有价值的字序以及破译这些字序对人体的影响之中，至今已取得丰盛的成果。这从媒体上时不时就冒出的一些大黑标题就能知之一二，比如，最近突然火爆起来的“单身基因”，即为众多研究成果中的一例。但如果仅仅有这些研究成果，基因检测的普及化，仍不可能成为现实。
今天，基因检测之所以成为热门话题，关键在于新一代测序仪，测序成本的剧烈下降以及测序速度的极大提升。人类的第一个基因组测序，大概花费了30亿美元，用了十年时间才完成草图。而在可预期的未来，测序费用会很快下降到1000美元，时间则缩短到24小时。这是推动基因检测进入寻常百姓家的基础，对每一个人都进行基因组测序，在技术和成本上都已经成为可能。
毫无疑问，基因和疾病的关系密切，也因此人类拥有众多千奇百怪的遗传性疾病。从东非高频率发生的镰型红细胞性贫血，在那里大约每四个人中，就有一个拥有一个“糟糕”的基因，其提供的信息发生了一点小小的改变，因此产生的蛋白质也随之发生了一点改变，结果就是红细胞中运输氧气的血红蛋白因此有较高概率，在放下氧气的时候沉淀下来，把红细胞变得像一把镰刀，堵塞毛细血管，导致各种毛病，与此同时，骨髓来不及制造出更多的红细胞，血液的运氧能力也因此受损，这些遗传病患者大多在四十岁左右就会丧命。与此同时，也有一些极其罕见的遗传性疾病，比如异常严重的肥胖。1994年，瘦素基因被发现，Amgen公司迅即以两千万美金的代价，获得该基因的专利。然而，让公司沮丧的是，虽然世界上肥胖症患者如此之多，但公司只发现了十余个患者，是因为该基因的遗传性缺陷所导致的。
我国比较常见单基因遗传性疾病有：蚕豆病、地中海贫血、血友病、苯酮酸尿症（严重影响中枢神经系统发育）以及色盲等。相关专家初步统计后，认为我国常见的出生缺陷和遗传病，有79种。在基因检测技术已经成熟的现在，很有必要利用它，搜集并调查这些疾病在全国的分布情况。因此，今年八月有关部门启动了重大出生缺陷和遗传病调查与生物资源收集工作。这也许意味着某一天，国家甚至可能会像提供免费疫苗一样，免费提供某些种类的基因检测服务。至于这么做是好是坏，到时自然会有一番唇枪舌剑。
除单基因遗传性疾病之外，还有众多大家更熟悉的疾病也存在明显的遗传倾向，如高血压、二型糖尿病等。但由于高血压和二型糖尿病都和多种基因相关，因此对检测结果的认知和分析，就存在多种解读的可能性。这类众多基因都来插一脚的遗传相关性疾病，拥有这些“缺陷”基因的人是否发病，以及什么时候发病，往往和环境以及个人生活习惯密切相关。事实上，许多人根本没有进行检测，只因自己家族的长辈中存在这些患者，就开始有意识的改变自己的生活习惯，比如转向低糖低盐低脂的膳食习惯并且加强运动。这提醒我们，无论有没有那张检测单，追求健康生活本身，并不会因此发生改变。难道，如果因为各种幸运的因素，所有可疑的不良基因都不存在，难道就可以放纵自己了吗？
在这个领域，学界争论十分激烈，甚至充满了火药味道，一边是研究基因功能的专家另一边则主要来自其他专业领域，尤其是教育界。毋庸置疑，一些科学家为了发表论文和申请经费，会有意无意的夸大自己发现的重要性，但更多的误解，则主要来自媒体为了吸引读者，会脱离语境对新研究成果进行不恰当的夸张宣传，以达到吸引眼球的目的。
以最近媒体集中宣传的“单身”基因为例，北大的科学家，在利用头发分析了579名大学生的DNA后，发现5-HTA1的基因存在两种稍微不同的字序，他们将之命名为：G型和C型。而统计数据显示，拥有G型基因的人有六成是单身状态，拥有C型基因的则只有一半是单身者。这一差异无法用相貌或者金钱的差异进行解释。所以，由于这一基因和是否单身存在统计学上的相关性。
对于这种宣传，反对者认为这是典型的基因决定论，加以驳斥，而支持者则认为，知道自己是哪种基因型，或许有助于刻意改善自己的行为。多数情况下，这样的争执，都是鸡同鸭讲。毕竟，几乎没有分子物学家真的相信基因决定一切。人类行为事实上异常复杂，大脑的构造也不仅仅和基因的字序有关，还和胚胎发育时期的子宫环境密切相关，最后与出生后的成长环境也同样密切相关。但是，科学家无法控制这些复杂因素，他们只能尝试用基因来对复杂的人性进行初步解释。事实上，对于多基因与环境共同协作的复杂行为，单个基因的解释能力都是很小的，除非出现了真正重大的异常，比如某些严重的精神性疾病，重度抑郁症等等。大多数人的实际表现，都可以用经典的正态分布曲线进行描述，即多数人的状态都差别不大，只有分布在两端的人，才需要基因方面的特别理由进行解释。
如果信息不能被正确解读，也许还是不知道更好？关于基因检测的是是非非，不是一篇小短文能够尽述，与此同时新的发现，每天都在涌现。笔者的建议是，当前基因检测技术对明确的单基因相关的疾病，其结果高度可信，对多基因相关的部分，则只具有概率上的一定价值，但对任何非疾病类的人类行为，其结果更多的还需要从乐观的态度进行看待，记住大脑具有非凡的可塑性，王侯将相宁有种乎的古话，还是需要牢记在心中，古往今来的历史，早已将血统论否定，无论我们对基因认识到什么程度，这一早已被验证的事实，只会得到最终的确认，而不是反之。
