人类基因图研究与计算机论文

人类基因组计划（HumanGenomeProject，简称HGP）HGP的研究内容HGP的主要任务是人类的DNA测序，包括下图所示的四张谱图，此外还有测序技术、人类基因组序列变异、功能基因组技术、比较基因组学、社会、法律、伦理研究、生物信息学和计算生物学、教育培训等目的。1、遗传图谱（geneticmap）又称连锁图谱(linkagemap)，它是以具有遗传多态性（在一个遗传位点上具有一个以上的等位基因，在群体中的出现频率皆高于1%）的遗传标记为“路标”，以遗传学距离（在减数分裂事件中两个位点之间进行交换、重组的百分率，1%的重组率称为1cM）为图距的基因组图。遗传图谱的建立为基因识别和完成基因定位创造了条件。意义：6000多个遗传标记已经能够把人的基因组分成6000多个区域，使得连锁分析法可以找到某一致病的或表现型的基因与某一标记邻近（紧密连锁）的证据，这样可把这一基因定位于这一已知区域，再对基因进行分离和研究。对于疾病而言，找基因和分析基因是个关键。2、物理图谱（physicalmap）物理图谱是指有关构成基因组的全部基因的排列和间距的信息，它是通过对构成基因组的DNA分子进行测定而绘制的。绘制物理图谱的目的是把有关基因的遗传信息及其在每条染色体上的相对位置线性而系统地排列出来。DNA物理图谱是指DNA链的限制性酶切片段的排列顺序，即酶切片段在DNA链上的定位。DNA是很大的分子，由限制酶产生的用于测序反应的DNA片段只是其中的极小部分，这些片段在DNA链中所处的位置关系是应该首先解决的问题，故DNA物理图谱是顺序测定的基础,也可理解为指导DNA测序的蓝图。广义地说，DNA测序从物理图谱制作开始，它是测序工作的第一步。制作DNA物理图谱的方法有多种，这里选择一种常用的简便方法——标记片段的部分酶解法，来说明图谱制作原理。3、序列图谱随着遗传图谱和物理图谱的完成，测序就成为重中之重的工作。DNA序列分析技术是一个包括制备DNA片段化及碱基分析、DNA信息翻译的多阶段的过程。通过测序得到基因组的序列图谱。4、基因图谱基因图谱是在识别基因组所包含的蛋白质编码序列的基础上绘制的结合有关基因序列、位置及表达模式等信息的图谱。在人类基因组中鉴别出占具2%~5%长度的全部基因的位置、结构与功能，最主要的方法是通过基因的表达产物mRNA反追到染色体的位置。基因图谱的意义：在于它能有效地反应在正常或受控条件中表达的全基因的时空图。通过这张图可以了解某一基因在不同时间不同组织、不同水平的表达；也可以了解一种组织中不同时间、不同基因中不同水平的表达，还可以了解某一特定时间、不同组织中的不同基因不同水平的表达。HGP对人类的重要意义1、HGP对人类疾病基因研究的贡献人类疾病相关的基因是人类基因组中结构和功能完整性至关重要的信息。对于单基因病，采用“定位克隆”和“定位候选克隆”的全新思路，导致了亨廷顿舞蹈病、遗传性结肠癌和乳腺癌等一大批单基因遗传病致病基因的发现，为这些疾病的基因诊断和基因治疗奠定了基础。对于心血管疾病、肿瘤、糖尿病、神经精神类疾病（老年性痴呆、精神分裂症）、自身免疫性疾病等多基因疾病是目前疾病基因研究的重点。健康相关研究是HGP的重要组成部分，1997年相继提出：“肿瘤基因组解剖计划”“环境基因组学计划”。2、HGP对医学的贡献基因诊断、基因治疗和基于基因组知识的治疗、基于基因组信息的疾病预防、疾病易感基因的识别、风险人群生活方式、环境因子的干预。3、HGP对生物技术的贡献（1）基因工程药物：分泌蛋白（多肽激素，生长因子，趋化因子，凝血和抗凝血因子等）及其受体。（2）诊断和研究试剂产业：基因和抗体试剂盒、诊断和研究用生物芯片、疾病和筛药模型。（3）对细胞、胚胎、组织工程的推动：胚胎和成年期干细胞、克隆技术、器官再造。4、HGP对制药工业的贡献筛选药物的靶点：与组合化学和天然化合物分离技术结合，建立高通量的受体、酶结合试验以知识为基础的药物设计：基因蛋白产物的高级结构分析、预测、模拟—药物作用“口袋”。个体化的药物治疗：药物基因组学。5、HGP对社会经济的重要影响生物产业与信息产业是一个国家的两大经济支柱；发现新功能基因的社会和经济效益；转基因食品；转基因药物（如减肥药，增高药）6、HGP对生物进化研究的影响生物的进化史，都刻写在各基因组的“天书”上；草履虫是人的亲戚——13亿年；人是由300～400万年前的一种猴子进化来的；人类第一次“走出非洲”——200万年的古猿；人类的“夏娃”来自于非洲，距今20万年——第二次“走出非洲”？7、HGP带来的负面作用侏罗纪公园不只是科幻故事；种族选择性灭绝性生物武器；基因专利战；基因资源的掠夺战；基因与个人隐私。参考资料：/view/22966.htm

根据人类基因组图谱推断，人的完美体态应是矮胖、尖耳、腿弯曲继2000年6月26日科学家成功绘制出人类基因组“工作框架图”之后，今年2月12日，中、美、日、德、法、英6国科学家联合宣布，他们又绘制出了更加准确、清晰、完整的人类基因组图谱。基因测序结果表明，人类基因组共有32亿个碱基对，包含大约3万到4万个基因。这一重大成果标志着生命科学又向纵深迈进了一步。乐观的人说，它为人类开启了一扇了解自身的窗；悲观的人说，它为人类打开了一道欲望的闸。 85％—95％的人类基因构成与老鼠类似 研究人员曾经预测人类约有14万个基因，但科学家这次的研究确定了人类基因数量约为3万—4万个，只是酵母菌的4倍，果蝇的2倍，比线虫也只多一万多个基因，数目少得惊人。研究表明，人类蛋白质有61％与果蝇同源，43％与线虫同源，46％与酵母同源。人类17号染色体上的全部基因几乎都可以在老鼠11号染色体上找到，85％—95％的人类基因构成都和老鼠的基因构成类似。但人类某些基因的机能却远比其它动物复杂，人类基因是以命令人体制造特定蛋白质而行使其功能的，每个基因都可制造出十多种不同的蛋白质，简单生物便不能做到这一点。同时，人体基因组编码的蛋白质活性也较其它生物强。 在对不同人种、不同性别和地域的人的基因进行研究后，科学家发现地球上人与人之间99.9％以上的基因密码是相同的，而且来自不同人种的人比来自同一人种的人在基因上更为相似，如两个白人间的基因差异比黑人和白人之间的基因差异大。因此并不能通过单独基因或组合基因来确定不同的人种。这也表明，在生物学上，“种族”并不是一个科学的概念。虽然人与人之间的基因差别不足万分之一，但这个极微小的差别已足以让全球数十亿男女各不相同，各有特色。 研究还表明，人类进化的主要因素是男性携带的Y染色体，大多数的变异和突变都和Y染色体有关，因此男人们要对绝大部分突变负责，男性在人类进化过程中扮演了至关重要的角色。 有趣的是，一些科学家还根据人类基因组图谱预测，人的完美体态应是矮胖、尖耳、腿弯曲。 健康不老又添希望 人类基因组蕴涵有人类生老病死的绝大多数遗传信息。 在这次研究中，科学家通过克隆的方法至少定位了30种疾病基因，这一成果为研制新药、采用新型治疗手段提供了有效保证，人类征服癌症、心脏病、阿尔茨海默氏症等多种顽疾的梦想有望在不久的将来实现。此外，了解人类遗传成分还可以为个人“量身”制定治疗方案和制造药品，父母也可以检查腹中胎儿是否有遗传缺陷。据悉，意大利和美国的科学家最近利用基因技术繁殖出一种具有超强肌肉的老鼠，这些老鼠的肌肉不会随着时间的流逝而耗损。科学家通过基因改造技术，在老鼠身上制造出一种能促进生长、被称为“肌肉胰岛素生长一号”的蛋白质。如果这种蛋白质能应用于人的身上，便可以减缓由于疾病和年龄衰老造成的肌肉损耗，人类便可实现“永葆青春”的梦想了。 国际组织和私家公司较劲 人类基因组计划1990年在美国启动，英国、日本、法国、德国、中国的科学家先后加盟。该计划从一开始就宣布了“国际参与，免费共享”的公益宗旨，原定于2005年绘制出完整的人类基因组图谱，并公布相关基本数据。但1998年，美国私营公司塞莱拉公司也宣布开展人类基因组测序工作，这家公司毫不讳言其开展这一工作的商业目的———拥有基因专利。该公司还声称将用自己的测序方法，在2001年绘制出完整的人类基因组图谱。之后，塞莱拉公司不断公布自己的成果。面对塞莱拉公司的挑战，国际人类基因组计划加快了工作进度，先后两次宣布将完成人类基因组图谱的时间提前。 在是否让资源免费共享这个问题上，人类基因组计划与塞莱拉公司一直存在分歧。去年，在双方公布了人类“基因框架图”之后，争论进入白热化阶段。当时的美国总统克林顿和英国首相布莱尔发表联合声明，呼吁国际社会和有关组织完全公开人类基因信息，所有人都有权免费共享这一资源。 至此，持公共资源论的一方占据了上风，但“基因争夺战”并没有结束，双方一直在暗中较量。这次双方原本达成默契：2月12日，由双方科学家共同宣布这一消息。但2月10日，塞莱拉公司的研究人员在美国的《科学》杂志上抢先发布了这一消息，有关数据通过互联网免费提供给公众。人类基因组计划的科学家也在2月11日凌晨向媒体发布同一消息，并计划于2月15日在英国的《自然》杂志上发表长达60页的题为《人类基因组的初步测定和分析》的学术论文，而《自然》杂志网站于12日提前发布了这篇论文，有关原始数据在互联网上供公众免费取阅。据悉，塞莱拉公司与人类基因组计划的分析结果虽然存在一些差异，但大部分内容极为吻合。 真正的竞争刚刚开始 人类基因组图谱被喻为“人体天书”，人类基因组计划的主任弗朗西斯·柯林斯认为，人体天书实际上是三本书：一本是历史书，讲述人类随时间发生的变化；一本是购物指南，描述了构建人体细胞的蓝图，其详细程度不可思议；一本是医学保健书，利用它，医生们可以找到疗效更直接的药物来预防和治疗疾病。 不过，读懂人体天书也很不容易。科学家说，目前的工作还只是人类基因组研究的开始，要想阐明人类基因组全部基因的功能，还有几十年的路要走。图谱的绘制和“基本信息”的获得，并不意味着一切疾病将迎刃而解，把研究结果变成药品所需的时间，至少会跟破解人类遗传密码一样长久，甚至更久。 人类基因组计划的最终目标是弄清楚每种基因制造的蛋白质及其作用。从生理过程来看，基因向细胞发出指令，制造蛋白质；蛋白质再执行维持人的生命活动的功能，如产生热量、分解废物、对抗感染等。科学家将根据人类基因图谱，分析人体蛋白在化学和生物学上的正常和变异特性，特别是当人体出现癌症、抑郁症等病变时，蛋白细胞的化学变化。到那时，人类就可以通过调整基因指令，修正人体蛋白的非正常变化。但这一工作的难度要远远大于全球科学家花费10年努力才接近完成的基因图谱研究，需要生物学、化学、物理学、计算机学等多学科人才展开规模空前的通力合作。未来的竞争不仅体现在技术上，更多地体现在资金实力上。 尽管在舆论的压力下，基因图谱及相关信息全部被公开了，所有研究者都可以上网索取、免费共享，但是，建立在基因图谱之上的研究成果，特别是有临床医疗价值的成果，就没有理由被要求免费共享了。在经过新一轮的竞争淘汰之后，最后的果子极有可能仍集中在几家大公司手里，集中在人才与钱财齐备的发达国家。 另外，在人类生长、发育、衰老、遗传病变的很多秘密揭开之后，新的遗传歧视和选择性生育带来的伦理、法律以及社会等方面问题将开始困扰人类。因此，对人类来说，基因图谱带来的既是机遇，又是挑战。 在未来3—5年的时间内，国际人类基因组计划的研究内容将集中在以下几个方面：一是克隆和测定人类及模式生物（特别是小鼠）的全长DNA序列；二是开发基因识别的软件；三是开展第三代遗传标记研究；四是继续研究由于基因组计划带来的社会、伦理和法律等方面的内容。可以预想，通过人类的努力，终有一天，生物产业将如同信息产业一样，成为未来经济的支柱产业。