㈠ 人類基因組計劃的意義及人類建康
人們回顧過去20世紀一百年中所取得的輝煌成就時, 最激動人心的偉大創舉之一就是和「曼哈頓的原子彈計劃」、「阿波羅人類登月計劃」一起被譽為本世紀科學史上三個里程碑的「人類基因組計劃」
2000年6月26日是人類生命科學史上一個值得紀念的日子,美國總統柯林頓在白宮宣布,人類基因組工作草圖已經繪出,人體全部基因的初步測序研究工作完成。這項重大研究成果標志著人類在研究自身的過程中邁出了關鍵的一步。
現在大家對人類基因組計劃(Human Genome Project,HGP)比較熟悉,通常將HGP與阿波羅等月計劃和曼哈頓原子彈計劃相提並論,生物學家則強調HGP這是人類系統認識自我的最為宏大的科學工程,是人類第一次系統、全面地解讀和研究人類遺傳物質DNA的全球性合作計劃,從重大科學意義、經濟效益和社會效益方面來看, HGP無疑是這三者中最突出的,其意義遠遠大於人類登上月球和原子彈爆炸。
那麼究竟什麼是使人如此重視的HGP呢?
我們知道所有生物的遺傳物質是DNA,它的總和就是基因組,就人類基因組而言,指合成有功能的人體各類細胞中蛋白質及或多肽鏈和RNA所必須的全部DNA順序和結構,人體遺傳物質綜合就是人類基因組,由大約30億鹼基對組成,分布在細胞核的23對染色體中。人類基因組計劃是測定人類基因組的全部DNA序列,從而解讀所有遺傳密碼,揭示生命的所有奧秘。
諾貝爾獎獲得者杜伯克於1986年在《科學(Science)》雜志上發表的一篇短文中率先提全面解剖人類基因組的計劃。1988年,該計劃正式獲得美國國會批准,並於1990年10月1日</st1:chsdate>正式啟動。其總體規劃是:擬在15年內至少投資30億美元,進行對人類基因組的分析。不久,該計劃發展成一個由多國政府支持的國際項目,先後有美、英、日、德、法及中國等6個國家參加。HGP其最初的目標是,用15年時間(1990-2005),構建詳細的人類基因組遺傳圖和物理圖,確定人類DNA的全部核苷酸序列,定位全部基因,並對其他生物進行類似研究。1993年,又增加了人類基因的鑒定和分離的內容。其終極目標即:闡明人類基因組全部DNA序列;識別基因;建立儲存這些信息的資料庫;開發數據分析工具;研究HGP實施所帶來的倫理、法律和社會問題。1998年, 人類基因組計劃增加了基因組多樣性研究的內容, 強化了功能基因組研究技術平台體系。
美國政府資助的HGP由國家衛生研究院(NIH)和能源部承擔。目前,有美國、德國、日本、英國、法國、中國6個國家的科學家正式加入了這一計劃。由於人類基因組計劃深遠的影響和潛在的經濟價值, 除了早期的政府介入外, 時至今日, 世界上幾乎所有的大大小小的醫葯公司,基因組研究公司甚至毫無關系的其它公司都涉足到人類基因組研究中, 其中比較有影響力的包括美國HGS公司, Incyte公司和Celera公司.在人類基因組研究的熱潮中, 無形之中形成了一場沒有硝煙卻異常激烈的基因爭奪戰. 政府和企業之間, 發達國家之間, 發達國家和發展中國家的基因爭奪戰亦愈演愈烈, 加速了人類基因組計劃研究的進程. 人類基因組計劃研究的預期進度表不斷提前. 1998年對原計劃進行了修改,宣布提前兩年即將原定於2005年完成的測序任務提前到2003年完成,將「人類基因組DNA序列圖」完成時間再提前到2001年6月。
我國人口佔世界人口總數的22%,是一個多民族的群體,我們豐富的人群遺傳資源是研究人類基因組多樣性、人類進化以及人類疾病相關基因的寶貴材料。國家高技術發展計劃(863計劃)自1987年開始就注意資助研究基因組的有關技術,我國的人類基因組計劃正式啟動於1994年。1998年,國家人類基因組南方和北方研究中心和北京華大基因組研究中心相繼成立。1999 年9月,我國基因組研究的上述3個中心共同承擔了國際人類基因組大規模測序任務的1%。這一事件向世界表明,作為參與該任務的唯一的發展中國家, 我國人類基因組大規模測序工作已經開始,並具有相當的實力。它代表著中國科學家在未來的基因工程產業中佔有一席之地。在這個劃時代的里程碑上,已經刻上了中國人的名字。通過參與這一計劃,可以分享數據、資源、技術與發言權,最終來開發我國自己的基因資源。」
的實施將極大地促進生命科學領域一系列基礎研究的發展,闡明基因的結構與功能關系、生命的起源和進化、細胞發育、生產、分化的分子機理,疾病發生的機理等,人類6千多種單基因遺傳性疾病和嚴重危害人類鍵康的多基因遺傳易感性疾病(如心血管疾病、惡性腫瘤、糖尿病等)的發病機制有望得到徹底闡明, 為這些疾病的早期預防、診斷和治療奠定堅實基礎, 為醫葯產業帶來翻天覆地的變化;促進生命科學與信息科學、材料科學和與高新技術產業相結合,刺激相關學科與技術領域的發展,帶動起一批新興的高技術產業;基因組研究中發展起來的技術、資料庫及生物學資源,還將推動對農業、畜牧業、能源、環境等相關產業的發展,改變人類社會生產、生活和環境的面貌,把人類帶入更佳的生存狀態。
以測序為主要內容的HGP已經完成,HGP已經進入了以基因功能研究為主的功能基因組學研究中,衍生了一系列基因組學研究計劃,這些包括疾病基因組學、比較基因組學、基因組多樣性(單倍型)、腫瘤基因組學、環境基因組學等。甚至誕生了以基因組學研究思路相同和研究策略類似的蛋白質組學、代謝組學、生理組學、化學組學個系統生物學等,總之,系統全面認識人體奧秘的戰爭已經方興未艾,越演越烈,勿庸置疑,HGP是集先鋒和基礎,扮演了最為重要的角色。
在未來10—20年裡,人類將解讀所有模式生物、模式基因組和代表生物的遺傳密碼。截至2000年4月15日,國際人類基因組計劃已對29種微生物、麵包酵母、大腸桿菌、果蠅、線蟲、水稻、雞、小鼠和大鼠進行了測序。人類基因組計劃還對幾十種病原微生物的基因組進行了序列測定,如與胃病發生密切相關的幽門螺桿菌,引起肺病的結核桿菌和引起梅毒的螺旋體等等基因組測序都已完成,為闡明這些疾病發生的分子機理,設計診斷、治療和預防的新方法提供了可能性。
利用人類基因組工作草圖,人們將更容易、更徹底地理解基因對人類生、老、病、死的作用,使征服疾病、延年益壽和提高人類生命質量等成為可能。根據許多常見病致病基因的排序、定位及其基本作用等信息,科學家就可以找出包括癌症、老年性痴呆症、心臟病等在內的許多人類頑症的病因,有針對地篩選與設計新葯;甚至可以根據病人的基因圖譜選擇或研製相應的葯物,糾正基因組中可能出現的遺傳缺陷,如矯正胎兒的疾病等,進行基因層次上的診斷與治療。隨著基因研究的深入,人類可以在分子水平上進行人體組織的再生治療,甚至在病發前治癒疾病,控制人類「衰老」與「長壽」基因,保證人類健康長壽。
人類基因圖譜繪成後,科學家將深入研究與各種疾病有關的基因、疾病基因與其他基因及環境的相互作用等。他預計,到2010年或2020年,基因療法將成為一種普通的治療方法。 「破譯基因組密碼的意義就如同在發明電腦的年代,沒有人能想像到今天的計算機以及網路如此發展,21世紀將是生物技術的時代,將是基因的時代。」
㈡ 生物的發展狀況
你說的是關於生物哪方面的?醫葯類?
希望我的答案能夠幫到你:
國外生物醫學市場現狀及前景
有關統計資料表明,全球生物技術葯品市場96年為127億美元,1997年約為146億美元(+15%)。如果保持目前的增長速度,2000年市場總銷售額可能超過200億美元,並將出現100種現代生物技術葯品。雖然生物技術葯品目前在全球1500億美元的葯品市場中僅佔8%,但由於其能彌補化學葯品的根本缺陷(成本低、成功率高、安全可靠等優點),使之具有極強的生命力和成長性。
據1995年及1996年美洲葯品研究及製造商協會的調查報告,生物技術葯品開發經美國FDA及歐盟批准和審核進入臨床實驗的葯品1994年為143件,1995年為234件,1996年為250件。在主要產品種類中,國際市場銷售最好的基因工程葯物有促紅細胞生長素(EPO)、G-CSF、白介素、干擾素(α、β、γ)、胰島素、T-PA等,還有細胞因子、受體類葯物、凝血Ⅷ因子等,疫苗以乙肝病毒疫苗為主,此外還有用於檢測診斷的PCR技術的試劑、克隆用的探針等實驗用品。
在歐洲生物技術葯物市場上,1995年市場份額最大的是人胰島素,為38%,但其達到了增長峰值,從增長角度而言,干擾素增長率將由95年的2.3%增加到2002年的9.5%,品種由過去的a-干擾素、g-干擾素增加到四個品種,重組DNAb-干擾素在歐洲獲得用於多發性硬化症將會提高幹擾素總市場份額。集落刺激因子亦保持上述增長率,但該市場主要被粒細胞巨噬細胞集落刺激因子所統治,而該產品因其副作用遇到了促銷問題,其營業額預計會從1995年的4.5%下降到2002年的13%。EPO將從1995年的0.6%上升到22.5%,生長激素新適應症的批准和提出申請可能會加快這一市場的發展,95年其占歐洲生物技術葯物市場的16.3%,但政府的降價措施可能會使增長幅度減少到2002年的14%。據歐洲Frost&Sullivan公司的最新市場研究報告估計,歐洲EPO、集落刺激因子、干擾素、人胰島素和人生長素等領域的生物技術派生市場規模將由1995年的23.4億美元增加到2002年的41.5億美元,這主要是由於新產品的不斷上市和適應症的增加
在歐美市場上,針對現有的重組葯物進行分子改造的某些第二代基因葯物已經上市,如重組新鈉素、胞內多肽等;另外,重組細胞因子融合蛋白、人源單克隆抗體、細胞因子、反義核酸以及基因治療、制備抗原的新手段、新技術、轉基因動物模型的應用等也都有了實質性進展。國外生物醫葯的最新發展動向突出表現在以下幾個方面:
克隆技術。1997年克隆多莉羊的出現使人類的克隆技術出現劃時代的革命。更值得注意的是與克隆技術相關的一項最新進展。1999年4月美國的研究人員將得自成年人骨髓的間充質幹細胞在體外成功培養分化為軟骨、脂肪和骨骼細胞。採用該技術開發以幹細胞為基礎的再生葯物將具有龐大的市場,可治療軟骨損傷、骨折癒合不良、心臟病、癌症和衰老引起的退化症等疾病。
血管發生。用於治療癌症的血管發生抑制因子引起媒體的高度關注。1998年5月《紐約時報》介紹兩種處於臨床前開發階段的抗血管生長因子一angiostatin(制管張素)和endostatin(內皮抑制素)的功效,引起投資者競相購買EntreMed公司的股票,使該公司的市值在一天內增加4.87億美元達到6.35億美元。第三種抗血管生長蛋白稱為vasculostatin(血管抑制素),1998年5月發布時只有體外試驗數據。1998年3月公布了第一次用生長激素刺激心臟周圍的血管生長的臨床實驗結果,該法可用於防治冠狀動脈疾病引起的動脈阻塞。此類血管發生療法與癌症療法的作用正好相反,它通過刺激動脈內壁的內皮細胞生長,形成新的血管,以治療冠狀動脈疾病和局部缺血。
艾滋病疫苗。艾滋病疫苗的研究重新引起人們的注意。1998年6月VaxGen宣布在美國和泰國進行一種新的艾滋病疫苗Aidsvaxgpl20的Ⅲ期臨床。這是一種新的雙價疫苗,該公司認為它將比以前的單價疫苗更有效。1999年6月美國國立衛生研究院新成立了一個疫苗研究中心,將研製艾滋病疫苗作為中心任務之一。
葯物基因組學。葯物基因組學利用基因組學和生物信息學研究獲得的有關病人和疾病的詳細知識,針對某種疾病的特定人群設計開發最有效的葯物,以及鑒別該特定人群的診斷方法,使疾病的治療更有效、更安全。採取這種策略,醫葯公司可以針對一種疾病的不同亞型,生產同一種葯物的一系列變構體,醫生可以根據不同的病人選用該種葯物的相應變構體。這一技術可根據病人量身定製新葯,使功效和適應症十分明確,可以減少臨床試驗病人數和費用,縮短臨床審批周期;葯物上市後,由於具有明確、特異的功效和較小的副作用,更容易說服醫生使用這類價格較貴的新葯。當然葯物基因組技術的應用也有不利的一面。大多數葯物因針對性加強,使得適應症減少,市場規模也隨之縮小;此外,由於與遺傳學檢查聯用而導致的隱私權問題也有待解決。
人類基因組計劃。人類基因組測序掀起了新一輪競爭高潮。PerkinElmer與J.CraigVenter組成了一個新的基因組公司,計劃在3年內完成人類全基因組測序。國立人類基因組研究所則於1998年9月宣布,為慶祝DNA雙螺旋結構發現50周年,將於2003年底前完成人基因組全DNA順序的測定。幾乎同時,屬於Incyte制葯公司的IncyteGenetics宣布將在1年內完成人全基因組圖譜並建立含所有基因單核苷酸多態性數據的基因組順序庫。
中國生物醫學市場現狀及前景:
中國生物制葯的研究和開發起步於上世紀70年代,到了90年代已有許多產品步入產業化並陸續上市,據不完全統計,我國已有近16個產品投入市場,有20多種基因工程葯物處於開發階段。1996年我國生物技術葯品產值約為18億元,實現利潤5億元,到1997年底上市的基因工程葯物有12種,年產值達30億元,2000年產值則達到69億元,2003年達到99億元。有關專家預測,未來的若干年內,生物制葯產業年平均增長率不會低於12%,發展前景廣闊。
企業規模小,市場相對容量小,廠家眾多,產品重復,是我國生物制葯企業的特點。現在國內有200多家生物技術工程制葯企業。目前在滬深股市中,涉足生物制葯產業的上市公司共有67家,總銷售額超過1億元的不超過4家,過千萬元的也只有十多家。全國基因工程葯物總銷售額不及美國甚至日本一家中等公司的年產值。從企業自身研發投入上看,多數跨國公司開發費都占其銷售收入的10%以上,有的甚至高達30%。從籌資規模上看,歐美國家的風險投資機制較為完善,外國公司實行資本化運營,籌資能力較強。截至1997年,美國對生物技術的投資已超過500億美元,而且還在以每年追加50億美元的速率促進生物技術的發展,而我國總投入只在60億元人民幣左右,還不及國外大公司一個基因葯物_年的銷售收人。另外,無論是在銷售網路的建設、運行機制和效率,還是在市場渠道的開發經驗方面,國內制葯企業都與國外公司存在較大差距。
但是,我們也應該看到,近幾年國內部分制葯企業已加大投入,具有獨立研發能力。盡管我國生物制葯業起步較晚,但起點相對較高,關鍵性設備均從國外引進,特別是在上游、中試方面與國外差距較小,這些為我國生物制葯企業提供了可利用的客觀條件。
國內企業面臨的挑戰與出路
(一)強勢和機會
以現代生物技術為主的生物制葯是21世紀最具發展潛力的產業,我國生物制葯經過20世紀90年代的發展已初步具備產業規模。近年來,國家高度重視生物技術的發展並出台相應的政策,給我國生物醫葯的發展帶來了活力和機遇。去年發生的SARS疫情也促進了我國對生物醫葯產業的投入,給生物醫葯行業的發展帶來機遇。目前相關企業正在加緊研發對病毒感染有效的干擾素新劑型,給因為價格戰而蒙上陰影的生物技術板塊帶來一些新的希望。
(二)弱勢和挑戰
我國生物制葯產業雖然發展較快,但也存在嚴重的問題,如資金投入少,研製開發力量薄弱,技術創新落後;在葯品開發與生產上重復建設現象嚴重;力量分散,企業規模小,整體生產現代化水平不高,設備落後;市場開發理念失常,缺乏品牌意識;企業管理相對滯後,技術兼經營性人才匱乏;企業相互之間缺乏交流和合作。
目前,全世界排行前十位的制葯公司已全部進入中國市場,排名前25位的制葯企業中有15家在中國設有辦事處機構。這些企業在中國加入WTO後,從政策上可能獲得「准國民待遇」,對我國生物制葯行業造成沖擊。
(1)進口葯品。從進口關稅看,目前葯品制劑的進口關稅為20%。加入WTO後,10年內將降低到6.5%的水平,國內生物制葯企業將逐漸失去靠關稅政策保護的競爭力。
(2)外資企業的直接進人。國外生物制葯企業在國內獨資或合資建廠明顯增多。他們依靠資金和技術優勢,對我國正在發展的生物制葯業產生了巨大的沖擊。
(3)國外的新葯開發。由於我國新葯研製投入的嚴重不足,導致新產品的研製缺乏競爭力,新葯開發進展緩慢。同樣研製一種新葯,一旦國外競爭對手搶先申報葯品專利權,就會使國內企業的前期開發投資落空。
(4)國外公司市場開發的優勢。國外許多大公司在新產品進入市場頭幾年都以巨額投資培育市場,並且可以在長時間不盈利的情況下繼續生存,這是中國公司無法相比的。
(5)知識產權糾紛。由於我國大多數生物葯品為仿製品,加入WTO後存在兩個方面的問題:一是產品出口受限;二是仿製專利產品的做法將會受到限制。
㈢ 納斯達克100指數基金,具體涵蓋哪100隻股票
1、全球最大半導體設備公司-阿斯麥控股ASML Holding NV (US)
2、游戲開發龍頭-動視暴雪(暴雪娛樂)Activision Blizzard Inc
3、跨國電腦軟體公司-奧多比軟體公司Adobe Systems Inc
4、美國超微半導體公司-超微半導體設備 Advanced Micro Devices Inc(高級微設備公司)
5、生物制葯公司-亞歷克森制葯Alexion Pharmaceuticals Inc
6、牙科醫療設備-艾利科技Align Technology Inc
7、美國科技龍頭Google的母公司Alphabet(A)公司Alphabet Inc - A
8、美國科技龍頭Google的母公司Alphabet(C)公司Alphabet Inc - C
9、全球電子商務及科技巨頭-亞馬遜Amazon.com Inc 全球最大電子商務公司+美國科技龍頭
10、美國航空集團(美航)American Airlines Group Inc
11、美國生物科技龍頭股-安進公司Amgen Inc
12、全球最大音頻放大器公司-亞德諾半導體技術Analog Devices Inc
13、美國科技龍頭、消費電子產品-蘋果公司:Apple Inc(AAPL)118
14、全球最大半導體設備商-應用材料公司Applied Materials Inc
15、軟體龍頭-歐特克Autodesk Inc
16、人力資源外包服務-自動數據處理公司(ADP)Automatic Data Processing Inc
17、中概股:中國搜索龍頭-網路Bai Inc - ADR
18、拜瑪林制葯[BMRN]BioMarin Pharmaceutical Inc
19、生物技術公司-百健艾迪Biogen Idec Inc
20、全球最大在線旅遊服務商-繽客網Booking Holdings Inc
21、半導體設備的供應商-博通公司Broadcom Inc
22、鐵路運輸服務-CSX運輸公司CSX Corp
23、全球最大電子設計自動化軟體公司-卡得斯設計Cadence Design Systems Inc
24、生物制葯龍頭-新基醫葯/賽爾基因 Celgene Corp
25、醫療信息技術供貨商-塞納公司Cerner Corp
26、美國第二大有線電視&寬頻提供商-特許通信公司Charter Communications Inc
27、網路安全公司-捷邦軟體技術Check Point Software Technologies Ltd
28、全球知名服裝租賃商-辛塔斯Cintas Corp
29、互聯網解決方案龍頭、電子--思科公司Cisco Systems Inc(CSCO)
30、軟體及解決方案公司-思傑系統Citrix Systems Inc
31、世界級的IT服務供應商-高知特信息技術Cognizant Technology Solutions Corp
32、全美最大有線電視&第二大互聯網服務提供商-康卡斯特電信Comcast Corp - Class A
33、美國最大會員制倉儲式量販店-好市多量販Costco Wholesale Corp
34、中國最大的在線旅遊公司-攜程國際Ctrip.com International Ltd – ADR
35、美國折扣零售巨頭-美元樹公司Dollar Tree Inc
36、全球第二大游戲開發商-藝電有限公司Electronic Arts Inc
37、全球知名在線旅遊網-億客行Expedia Group Inc
38、全球最大的社交網路-臉書Facebook Inc
39、螺紋緊固件公司-法思諾貿易Fastenal Co
40、金融服務解決方案公司-費哲金融服務公司Fiserv Inc
41、美國生物科技龍頭-吉利德科學公司Gilead Sciences Inc
42、世界第二大玩具公司-孩之寶公司Hasbro Inc
43、美國最大牙醫器材商-亨利香恩服務/漢瑞祥Henry Schein Inc
44、動物健康&水和牛奶質量檢測-愛德士生物科技IDEXX Laboratories Inc
45、世界第二的分子診斷公司-億明達Illumina Inc
46、艾滋病&抗癌葯公司-因塞特醫療Incyte Corp Ltd
47、全球最大半導體晶元製造商、微處理器-英特爾公司Intel Corp
48、美國最大理財軟體公司-財捷/直覺軟體公司Intuit Inc
49、財捷/直覺軟體公司-達芬奇手術機器人 Intuitive Surgical Inc
50、汽車運輸公司-JB亨
㈣ 美國"人類基因組計劃"
什麼是人類基因組計劃
什麼是人類基因組計劃
現代遺傳學家認為,基因是DNA(脫氧核糖核酸)分子上具有遺傳效應的特定核苷酸序列的總稱,是具有遺傳效應的DNA分子片段。基因位於染色體上,並在染色體上呈線性排列。基因不僅可以通過復制把遺傳信息傳遞給下一代,還可以使遺傳信息得到表達。不同人種之間頭發、膚色、眼睛、鼻子等不同,是基因差異所致。
人類只有一個基因組,大約有5-10萬個基因。人類基因組計劃是美國科學家於1985年率先提出的,旨在闡明人類基因組30億個鹼基對的序列,發現所有人類基因並搞清其在染色體上的位置,破譯人類全部遺傳信息,使人類第一次在分子水平上全面地認識自我。計劃於1990年正式啟動,這一價值30億美元的計劃的目標是,為30億個鹼基對構成的人類基因組精確測序,從而最終弄清楚每種基因製造的蛋白質及其作用。打個比方,這一過程就好像以步行的方式畫出從北京到上海的路線圖,並標明沿途的每一座山峰與山谷。雖然很慢,但非常精確。
隨著人類基因組逐漸被破譯,一張生命之圖將被繪就,人們的生活也將發生巨大變化。基因葯物已經走進人們的生活,利用基因治療更多的疾病不再是一個奢望。因為隨著我們對人類本身的了解邁上新的台階,很多疾病的病因將被揭開,葯物就會設計得更好些,治療方案就能「對因下葯」,生活起居、飲食習慣有可能根據基因情況進行調整,人類的整體健康狀況將會提高,二十一世紀的醫學基礎將由此奠定。
利用基因,人們可以改良果蔬品種,提高農作物的品質,更多的轉基因植物和動物、食品將問世,人類可能在新世紀里培育出超級作物。通過控制人體的生化特性,人類將能夠恢復或修復人體細胞和器官的功能,甚至改變人類的進化過程。
人類基因組計劃帶來了什麼?
從人類社會誕生以來,人類就沒有停止過對自身的思考。人類在探索,認識世界的過程中也不斷地提高對人類自身的認識。古代的醫學發現,近代的遺傳學說,進化論的確立,為人類更完全地認識自己奠定了堅實的基矗隨著人類在其他科技方面取得的巨大成功,生命科學的研究也越來越深入到了生命的根本奧秘中。
人類的遺傳信息以核苷酸順序的形式貯存在DNA分子中,它們以功能單位在染色體上占據一定的位置,構成基因。基因組就是細胞內遺傳信息的攜帶者——DNA的總體。基因組中不同的區域具有不同的功能,有些是編碼蛋白質的結構基因,有些是復制及轉錄的調控信號,有些區域的功能尚不清楚。基因組結構是指不同功能區域在整個DNA分子中的分布情況。人類基因組包含著決定人類生、老、並死以及精神、行為等活動的全部遺傳信息。所以搞清楚核苷酸順序無疑將對人類最終完全解開遺傳之謎提供最直接的幫助。
1986年,著名生物學家、諾貝爾獎獲得者雷納托杜爾貝科(Renato Dulbecco)在Science雜志上率先提出「人類基因組計劃」(Human Genomic Project,簡稱HGP)。1990年10月,美國政府決定出資30億美元正式啟動「人類基因組計劃」,預期到2005年拿到人體的全部基因序列(共約30億個鹼基對全序列);隨後研究其相互作用和基因功能,從而揭開人類全部遺傳信息之謎,使人類對自身的認識達到一個新的高度。人類基因組計劃可以說是人類有史以來最為偉大的認識自身的世紀工程。此項計劃的實現,將對全人類的健康,生命的繁衍產生無止境的影響。按照設想,鹼基對測序完畢之後,科學家將分析鹼基如何組成基因以及各種基因有什麼功用等。弄清全部基因的位置、結構和功能,將為人類征服多種疑難病症鋪平道路。
「人類基因組計劃」啟動以後,歐洲、日本、前蘇聯、巴西、印度、中國迅速跟進,紛紛加入到此項意義重大的研究中。我國於1999年7月在國際人類基因組注冊,得到完成人類3號染色體短臂上一個約30Mb區域的測序任務。該區域約占人類整個基因組的1%,簡稱「1%項目」。這標志著我國已掌握生命科學領域中最前沿的大片段基因組測序技術,在開發和利用寶貴的基因資源上已處於與世界發達國家同步的地位,在結構基因組學中佔了一席之地。
那麼「人類基因組計劃」到底為什麼具有如此大的魅力?吸引了如此多的國家和眾多的生物科學家參加到其中的研究?其實,對人類基因組的研究不僅僅地是一項科學研究,它很可能暗含著將是21世紀最大的商機。
基因是生物制葯產業的源頭、生長點和制高點,源於基因的技術拓展將是21世紀制葯企業開發新品的基矗目前,世界上各大制葯、化工和農業公司都在積極地進行改組、合並和建立新聯盟,以通過基因相關的研究和開發加強自己的競爭實力。盡管基因產業所需的投資數目非常大,探索工作也非常艱辛(比如分離囊性纖維病變基因花了十年時間,耗資1.5億美元以上),但一旦拿到一個能夠編碼重要功能蛋白的基因後,其回報將是無比豐厚的——發現者可以獲取該基因的專利,科研人員可以之進行相關研究並設計相關的防治葯物,醫葯公司可在專利期滿之前獲取市場巨額壟斷利潤。可以說,一個基因可以成就一家企業,甚至帶動一個產業。所以,對科學家來說,「人類基因組計劃」給他們帶來的是對人類自身認識的一次重大飛躍,是人類戰勝疾病的希望;而對於不惜血本投入大量資金讓科學家研究基因組的政府和企業,更多的看到的是研究成功後所帶來的市場壟斷和超巨額利潤。
於是,一場沒有硝煙但關系非同尋常的「基因戰」早以打響。國家與國家之間,官方研究項目與私營機構之間都存在著異常激烈的競爭。今年5月24日,代表官方參與「人類基因組工程」的科學家宣布,將於6月15日公布首幅人類遺傳密碼「工作草圖」。同時,美國賽里拉(Celera)遺傳公司也透露,將在6月份發布自己的「工作草圖」。這意味著,破譯人類遺傳密碼的競賽已進入最後沖刺階段,決定人類生、老、並死以及精神、行為等活動的全部遺傳信息的奧秘即將被人類自己揭開,巨大的商機也開始向基因組研究的投資者招手。
人類基因組計劃被認為是人類最偉大的認識自身的科學探索之一,其意義甚至超過阿波羅登月計劃,我們人類開始揭示隱藏在自身的奧秘,我們的生命和行為即將因為它而改變,它所帶來的是一場生命的革命,同時,它將以前所未有的力量沖擊人類的道德、倫理觀念。
掌握了自身基因組奧秘的人類將不再畏懼過去聞之色變的各種「癌」,我們可以改變與生即來的某些缺陷,我們甚至可以實現永葆青春。但是,我們又不得不擔心,因為和掌握核能力一樣,基因能給我們帶來福音,也能給我們帶來可怕的負面影響-----重組基因可以改變人類固有的特徵。
二戰時期,希特勒就曾經組織大量科學家研究如何「製造」出最優秀的純種雅利安人,可當時的科學沒有達到那一步的能力,但是,很可能就是20年後,這種想法完全可能實現。我們不但可以復制某個人,我們還能象工廠生產玩具一樣批量「生產」按顧客需要設計的,合乎數據規定的「人造人」!
前一段時間克隆生物的出現就引起了各方面的擔心和憂慮,如果「人造人」
真的出現了,我們該怎麼辦呢?我們的下一代還能是自然的人嗎?我們固有的倫理、道德還能適用於我們將來的社會嗎?
「人類基因組計劃」的由來與發展(一)
人類基因組計劃這么一個劃時代的項目,是一個人提出的嗎?不是。這一計劃的孕育,經歷了長達5年的時間,這五年裡,在發達國家裡,上致政府首要,下至平民百姓,都參與了這一場討論與最後的決策。而各國,首先是美國的科學家,作了大量的論證。各個學科持各種不同觀點的科學家各抒己見,充分體現了科學討論的平等與決策的民主。盡管幾度迷離,幾度彷徨,幾度反復,但最後,人類還是選擇了「人類基因組計劃」。人類基因組計劃的形成,從歷史上來說,有好幾條思路。
七十年代的人類疾病的「基因論」之說,無疑是人類基因組計劃的主要思路。不僅疾病與基因有關,人類的生存、出生、生長都與基因有關,都與DNA的序列有關。正如著名的諾貝爾獎獲得者,義大利的杜伯克在他發表的一篇文章,後來被稱為「人類基因組計劃」的「標書」之中寫的:人類的DNA序列是人類的真諦。這個世界上的發生的一切,都與之息息相關。在策略上說,「人類基因組計劃」所採取的策略是「基因組學」這門科學的策略,正如基因是研究基因的科學一樣,顧名思義,「基因組學」就是研究基因組的科學。正如杜伯克說的:既然大家都知道基因的重要性,那我們就只有兩種選擇,一是「零敲碎打」,大家都去「個體作業」,去研究自己「喜歡」的、認為是重要的基因,而另一種選擇呢?則是前所未有的大膽說法:從整體上來搞清楚人類的整個基因組,集中力量先認識人類的所有基因。
因為人類基因組計劃的雄心太大、規模太大,要花的錢太多,因此政府部門、科學家、社會大眾,都有不少不贊成的意見。首先是這個計劃的必要性的問題,他們認為把納稅人的30億美元用來搞人的龐大無比的基因組序列,純粹是拿納稅人的錢開玩笑!其次是這個計劃的現實性,他們認為到2005年完成這個計劃是「吹牛」。說實在的,在那時能否如期完成,誰也心裡無底。那時候,連現在的現代化的測序儀器的影子都還沒有。其三是科學研究領域的選擇問題,有點象「要為不可為」的想像:人類自然科學要研究的問題很多,為什麼要上這樣的計劃?這筆錢也得花到別的地方也許更值得、更實際,有人還擔心「大科學」會影響小科學,「大中心」會危及小實驗室的生存。說的話也很難聽,如批評這個計劃是「過於偏激、過於集中,目標過多、預算過大」。而得到的東西,只不過是「一張部件名單」。而對於這個計劃的具體項目,則更加刻薄,如「制圖」是在沙漠里建公路,「測序」是把「垃圾」分類,選擇「模式動物」是拼湊「諾亞方舟」。最後,認為基因組計劃建立的新的技術,是「不用現在的Saturn火箭」,而要追求奢侈、舒適的新太空梭」,因為分離基因已有不少別的方法。
1990年美國剛開始「人類基因組計劃」,好多科學家還聯名寫信表示反對,結果原來的預算還被砍了3400萬美元,原計劃建的9個中心,每個中心年經費400萬美元。被砍了只剩下3個,而每個中心的經費只有200萬美元!主要的批評之一,還是不要搞人的基因組計劃,這太多啦,應該先搞小的,如細菌等,或者是經濟意義大的,象小麥、豬、羊啊。他們譏笑這一研究人的基因組計劃是「泥足巨人(clay-footed gaint)」。還預測將象75年開始的腫瘤計劃一樣「流產」。真理有它本身的真理性,可行性。真理不怕辯論,這就是它的「說服性」。「人類基因組計劃」是有道理的,但是對真理的認識有它的過程,真理本身的完善也有它的過程。「人類基因組計劃」正是不斷地從批評中吸取正確的意見,逐漸完善到今天這一計劃的。如開始僅是籠統的「測序分析計劃」。從何入手呢?各有各的說法。「制圖計劃」特別是遺傳圖的構建,原先是作為「測序」計劃的不同意見提出來的,但雙方都沒有簡單否定對方的意見,有關決策部門也沒有簡單地支持一方面壓制另一方,而最後持不同意見的雙方走到一起,共同制定更加科學、更加全面的計劃。「cDNA計劃」就是把一個基因中一小部分與蛋白質有關的序列先搞清楚的計劃,也是作為「全基因組計劃」的一種反對意見提出來,但也沒有被主流意見所拒絕,沒有因此而摒棄「全基因組計劃」,而是作為「基因圖」的雛型而納入整個基因組計劃,而且成為重要部分之一,即我們要做的「轉錄圖」。「基因鑒定」計劃也是作為不同意見提出來的,認為最重要的是那些與人類疾病有關的基因,後來成為最能反映「人類基因組計劃」的成果的「熱點」。而「模式生物」計劃選擇了酵母、線蟲、果蠅、小鼠作為研究人類的四大「模式生物」,其科學意義十分重要。整個討論的過程,逐漸形成了「人類基因組計劃精神」的一部分。
除了上述的「兼容並蓄」外,其次是「精誠合作」,人類基因組計劃是人類歷史上第一次由全世界各國不分大小、不分強弱,所有科學家一起執行的科研項目。實施人類基因組計劃伊始,發達國傢具有遠見的科學家即號召全球各個國家的政府都重視這一項目,並號召全世界科學家共同參與,建議所有的進展、所有的數據、所有的實驗資源應隨時公布於眾,讓全世界所有國家免費享用。在實施過程中,各國科學家精誠合作、共享材料、共享數據、共同攻關。這在人類自然科學史上,還是史無前例的。人類基因組計劃與另兩個有全球性意義的項目,即曼哈頓原子彈計劃和阿波羅登月基因相比,更顯示了人類的諧同與進步。其三就是對社會「高度負責」的精神。人類基因組計劃在啟動伊始,便重視這一計劃可能對社會、法律、倫理方面的沖擊,特別注重這一方面的研究,並形成主流意見。特別是HUGO(國際人類基因組組織)的幾個重要聲明,充分體現了現代自然科學的「求真」、「求善」及對社會的高度責任感。我們應該頌揚這一「人類基因組計劃精神」,使它成為各國、各領域的合作楷模。
「人類基因組計劃」的由來與發展(三)
真理只能成功不許失敗,我們不能讓真理在自稱擁有真理的人手裡哭泣!盡管真理哭泣過千百次。一個計劃,所有的指標就得完成,否則就得宣告失敗,或者早已流產。人類基因組基因的目標,討論來討論去,數易其稿,對每一部分都有具體目標,定質、定量、定時完成。真理還要有說服性。美國的這一計劃的通過與被民眾接受,科學家做了大量工作,又要到國會去「游說」。有人說「人類基因組計劃」是美國歷史上規模最大、參與人數最多、也最為成功的「游說」!說服政治家也不容易啊!要把科學意義與社會意義,經濟意義結合起來,把現實的利益與長遠利益結合起來,還要一一比較各種不同的意見與方案。還要通過各種關系、渠道把工作做到家。對照他們的工作,我們可以說:假設我們中國的決策者對「人類基因組計劃」不予重視,我們科學家也有責任!除了科學家自己的討論外,主流科學家對民眾做了不少工作,後來美國政府也做了不少工作。美國政府不能有自己的報紙、電台、電視台,只好印了很多小冊子,有較淺顯的,如「人類基因組計劃有多大?多有價值?」。
也有很通俗的,如「了解我們的基因」這一小冊子。使大家都明確基因的重要性,人類基因組計劃的必要性,為什麼要花這么多錢,這錢花得如何值得。而科學家呢?他們到處講話,向通俗的語言,把基因說得活靈活現,把「人類基因組計劃」說的淺顯易懂。本文的很多說法,都是從他們那兒學來的。如搞清楚30億對核苷酸,就好象搞清楚整個地球上的30億對人各姓什麼(假說天下只有四個姓氏!)人的基因組就象地球那麼大,一個染色體就象一個國家那麼大,一個基因就象我們所在這憧樓那麼大,還有「制圖」就象在高速公路上標上路標等等。「人類基因組計劃」被民眾接受的過程,確實是社會學家、倫理學家、科學家、民眾的一場有關基因的科學普及過程。此外還有倫理學家的問題。這個問題可復雜啦!「人類基因組計劃」所揭示的人類的最終奧秘,勢必沖擊社會、法律、倫理。
最後,民眾還是大體接受了這一計劃。首先,懂得了基因的重要性後,民眾就產生了了解自我,了解基因的願望。如果沒有特殊的外界原因,我們的基因在出生以後變化就不大了。但我們要了解:(1)我們的基因在我們的家系傳遞的規律,特別是關繫到「病與不病」的那些基因,照料好我們的後代。(2)我們要了解「病與不病」的原因。人類基因組計劃能夠堅持到今天,全靠全世界廣大民眾的支持。因為這是一項公益性的計劃,關繫到千家萬戶,千秋萬代。
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㈥ 基因晶元技術
「微處理器在本世紀使我們的經濟結構發生了根本改變,給人類帶來了巨大的財富,改變了我們的生活方式。然而,生物晶元給人類帶來的影響可能會更大,它可能從根本上改變醫學行為和我們的生活質量,從而改變世界的面貌 」。
一、生物晶元與基因晶元
生物晶元技術是通過縮微技術,根據分子間特異性地相互作用的原理,將生命科學領域中不連續的分析過程集成於硅晶元或玻璃晶元表面的微型生物化學分析系統,以實現對細胞、蛋白質、基因及其它生物組分的准確、快速、大信息量的檢測。按照晶元上固化的生物材料的不同,可以將生物晶元劃分為基因晶元、蛋白質晶元、細胞晶元和組織晶元。生物晶元技術與傳統的儀器檢測方法相比具有高通量、微型化、自動化、成本低、防污染等特點。按照生物晶元的製作技術,可以將生物晶元劃分為微矩陣和原位合成晶元。鑒於生物晶元技術領域的飛速發展,美國科學促進會將生物晶元評為1998年的十大科技突破之一,認為生物晶元技術將是繼大規模集成電路之後的又一次具有深遠意義的科學技術革命。
目前,最成功的生物晶元形式是以基因序列為分析對象的「微陣列(microarray)」,也被稱為基因晶元(Gene chip)DNA晶元(DNA chip)。按照載體上點的DNA種類的不同,基因晶元可分為寡核苷酸和cDNA兩種晶元。按照基因晶元的用途可分為表達譜晶元、診斷晶元、指紋圖譜晶元、測序晶元、毒理晶元等等。早在八十年代初期,Bains等人就用雜交的方法對固定在支持物上的短DNA片段進行序列測定。基因晶元技術從實驗階段走向工業化是得益於其他技術的引入,如激光共聚焦顯微技術、探針固相原位合成技術與照相平板印刷技術的結合和雙色熒光探針雜交系統的建立。90年代初期人類基因組計劃(Human Genome Project, HGP)和分子生物學相關學科的發展也為基因晶元技術的出現和發展提供了有利條件。1992年,Affymatrix公司Fodor領導的小組運用半導體照相平板技術,對原位合成制備的DNA晶元作了首次報道,這是世界上第一塊基因晶元。1995年,Stanford大學的P.Brown實驗室發明了第一塊以玻璃為載體的基因微矩陣晶元。標志著基因晶元技術進入了廣泛研究和應用的時期。
二、制備基因晶元的必要條件
1、靶基因 用於晶元點樣的是靶基因。靶基因可分為染色體DNA(或基因組DNA)、cDNA(或人工合成DNA)。目前,以cDNA的研究為主,因為cDNA是染色體上編碼蛋白質的DNA序列,有醫療和其他領域的研究價值和商業價值。
2、制備技術 基因晶元的制備綜合了生命科學、化學染料、微電子技術、激光、統計學等領域的前沿技術,主要包括晶元的制備(選擇點樣儀和玻片、靶基因的擴增和固定)、雜交探針的制備(mRNA的抽提、mRNA的逆轉錄、PCR和探針熒游標記)、雜交條件的優化技術(雜交液、雜交條件和洗滌條件的選擇)和數據分析技術。其中,基因晶元的制備主要依賴於微細加工(microfabrication)、自動化(automatism)及化學合成技術。通常比較典型的DNA晶元制備方法有3種:(1)原位合成法(in situ synthesis) 以Affymetrix公司開發的光引導原位合成法為代表(2)合成點樣法 又根據是否與晶元的表面接觸分為化學噴射法和接觸式點塗法,分別以Incyte Pharmaceutical公司和Stanford大學為代表(3)壓電法 通過使用4支分別裝有A、T、G、C核苷的壓電噴頭在晶元上作原位DNA探針合成。
三、基因晶元技術簡介
基因晶元技術主要包括四個主要步驟:晶元制備、樣品制備、雜交反應和信號檢測和結果分析。
1、晶元制備-目前制備晶元主要以玻璃片或矽片為載體,採用原位合成和微矩陣的方法將寡核苷酸片段或cDNA作為探針按順序排列在載體上。晶元的制備除了用到微加工工藝外,還需要使用機器人技術。以便能快速、准確地將探針放置到晶元上的指定位置。
2、樣品制備-生物樣品往往是復雜的生物分子混合體,除少數特殊樣品外,一般不能直接與晶元反應,有時樣品的量很小。所以,必須將樣品進行提取、擴增,獲取其中的蛋白質或DNA、RNA,然後用熒游標記,以提高檢測的靈敏度和使用者的安全性。
3、雜交反應-雜交反應是熒游標記的樣品與晶元上的探針進行的反應產生一系列信息的過程。選擇合適的反應條件能使生物分子間反應處於最佳狀況中,減少生物分子之間的錯配率。
4、信號檢測和結果分析-雜交反應後的晶元上各個反應點的熒光位置、熒光強弱經過晶元掃描儀和相關軟體可以分析圖像,將熒光轉換成數據,即可以獲得有關生物信息。 基因晶元技術發展的最終目標是將從樣品制備、雜交反應到信號檢測的整個分析過程集成化以獲得微型全分析系統(micro total analytical system)或稱縮微晶元實驗室(laboratory on a chip)。使用縮微晶元實驗室,就可以在一個封閉的系統內以很短的時間完成從原始樣品到獲取所需分析結果的全套操作。
四、基因晶元的應用及其商業價值
目前,基因晶元技術應用領域主要有基因表達譜分析、新基因發現、基因突變及多態性分析、基因組文庫作圖、疾病診斷和預測、葯物篩選、基因測序等。另外基因晶元在農業、食品監督、環境保護、司法鑒定等方面都將作出重大貢獻。 基因晶元的飛速發展引起世界各國的廣泛關注和重視。
鑒於基因晶元的巨大潛力和誘人的前景,基因晶元已成為各國學術界和工業界研究和開發的熱點。尤其在美國,正處於人類基因組計劃以來的第二次浪潮之中,美國總統柯林頓在1998年1月的國情咨文中指出:「在未來的12年內,基因晶元將為我們一生的疾病預防指點迷津」。1998年6月29日美國宣布正式啟動基因晶元計劃,聯合私人投資機構投入了20億美元以上的研究經費。世界各國也開始加大投入,以基因晶元為核心的相關產業正在全球崛起,目前美國已有8家生物晶元公司股票上市,平均每年股票上漲75%,專家今統計:全球目前生物晶元工業產值為10億美元左右,預計今後5年之內,生物晶元的市場銷售可達到200億美元以上。美國財富雜志載文:在20世紀科技史上有兩件事影響深遠,一是微電子晶元,它是計算機和許多家電的心臟,它改變了我們的經濟和文化生活,並已進入每一個家庭;另一件事就是生物晶元它將改變生命科學的研究方式,革新醫學診斷和治療,極大地提高人口素質和健康水平。鑒於生物晶元技術具有巨大理論意義和實際價值,基因晶元研究在國內也有了很快的發展,例如,復旦大學、中科院上海冶金所、清華大學、聯合基因有限公司、軍事醫學科學院、中科院上海細胞所等單位已在生物晶元技術方面取得了較大突破,相信不久將有我國生產的生物晶元產品投放市場。
總之,以基因晶元為代表的生物晶元技術的深入研究和廣泛應用,將對21世紀人類生活和健康產生極其深遠的影響。
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、人類基因組測序
1990年~1998年,人類基因組序列已完成和正在測序的共計約330Mb,占人基因組的11%左右;已識別出人類疾病相關的基因200個左右。此外,細菌、古細菌、支原體和酵母等17種生物的全基因組的測序已經完成。
值得一提的是,企業與研究部門的攜手,將大大地促進測序工作的完成。美國的基因組研究所(The Institute of Genome Research, TIGR)與PE(Perkin-Elmar)公司合作建立新公司,三年內投資2億美元,預計於2002年完成全序列的測定。這一進度將比美國政府資助的HGP的預定目標提前三年。美國加州的一家遺傳學數據公司(Incyte)宣布(1998年〕,兩年內測定基因組中的蛋白質編碼序列以及密碼子中的單核苷酸的多態性,最後將繪制一幅人的10萬個基因的定點陣圖。與Incyte公司合作的HGS(Human Genome Science)公司的負責人宣稱,截止1998年8月,該公司已鑒定出10萬多個基因(人體基因約為12萬個),並且得到了95%以上基因的EST(expressed sequence tag)或其部分序列。
1998年9月14日美國國家人類基因組計劃研究所(NHGRI)和美國能源部基因組研究計劃的負責人在一次咨詢會議上宣布,美國政府資助的人類基因組計劃將於2001年完成大部分蛋白質編碼區的測序,約占基因組的三分之一,測序的差錯率不超過萬分之一。同時還要完成一幅「工作草圖」,至少覆蓋基因組的90%,差錯率為百分之一。2003年完成基因組測序,差錯率為萬分之一。這一時間表顯示,計劃將比開始的目標提前兩年完成。
2、疾病基因的定位克隆
人類基因組計劃的直接動因是要解決包括腫瘤在內的人類疾病的分子遺傳學問題。6000多個單基因遺傳病和多種大面積危害人類健康的多基因遺傳病的致病基因及相關基因,代表了對人類基因中結構和功能完整性至關重要的組成部分。所以,疾病基因的克隆在HGP中占據著核心位置,也是計劃實施以來成果最顯著的部分。
在遺傳和物理作圖工作的帶動下,疾病基因的定位、克隆和鑒定研究已形成了,從表位→蛋白質→基因的傳統途徑轉向「反求遺傳學」或「定位克隆法」的全新思路。隨著人類基因圖的構成,3000多個人類基因已被精確地定位於染色體的各個區域。今後,一旦某個疾病位點被定位,就可以從局部的基因圖中遴選出相關基因進行分析。這種被稱為「定位候選克隆」的策略,將大大提高發現疾病基因的效率。
3、多基因病的研究
目前,人類疾病的基因組學研究已進入到多基因疾病這一難點。由於多基因疾病不遵循孟德爾遺傳規律,難以從一般的家系遺傳連鎖分析取得突破。這方面的研究需要在人群和遺傳標記的選擇、數學模型的建立、統計方法的 改進等方面進行艱苦的努力。近來也有學者提出,用比較基因表達譜的方法來識別疾病狀態下基因的激活或受抑。實際上,「癌腫基因組解剖學計劃(Cancer Genome Anatomy Project,CGAP」就代表了在這方面的嘗試。
4、中國的人類基因組研究
國際HGP 研究的飛速發展和日趨激烈的基因搶奪戰已引起了中國政府和科學界的高度重視。在政府的資助和一批高水平的生命科學家帶領下,我國已建成了一批實力較強的國家級生命科學重點實驗室,組建了北京、上海人類基因組研究中心。有了研究人類基因組的條件和基礎,並引進和建立了一批基因組研究中的新技術。中國的HGP在多民族基因保存、基因組多樣性的比較研究方面取得了令人滿意的成果,同時在白血病、食管癌、肝癌、鼻咽癌等易感基因研究方面亦取得了較大進展。
首先建立了寡核苷酸引物介導的人類高分辨染色體顯微切割和顯微基因克隆技術;已建立的17種染色體特異性DNA文庫和24種染色體區特異性DNA文庫及其探針;構建了人X染色體YAC圖譜,已完成了人X染色體Xp11.2-p21.3跨度的約35cM STS-YAC圖譜的構建;建立了YAC-cDNA篩選技術。
目前的研究工作還包括: 疾病和功能相關新基因的分離、測序和克隆的技術和方法學的創新研究;中國少數民族HLA分型研究及特種基因的分析; 人胎腦cDNA文庫的構建和新基因的克隆研究。
中國是世界上人口最多的國家,有56 個民族和極為豐富的病種資源,並且由於長期的社會封閉,在一些地區形成了極為難得的族群和遺傳隔離群,一些多世代、多個體的大家系具有典型的遺傳性狀,這些都是克隆相關基因的寶貴材料。但是,由於我國的HGP 研究工作起步較晚、底子薄、資金投入不足,缺乏一支穩定的、高素質的青年生力軍, 我國的HGP 研究工作與國外近年來的驚人發展速度相比,差距還很大,並且有進一步加大的危險。如果我們在這場基因爭奪戰中不能堅守住自己的陣地,那麼在21 世紀的競爭中我們又將處於被動地位:我們不能自由地應用基因診斷和基因治療的權力,我們不能自由地進行生物葯物的生產和開發,我們亦不能自由地推動其他基因相關產業的發展。
二、展望
1、生命科學工業的形成
由於基因組研究與制葯、生物技術、農業、食品、化學、化妝品、環境、能源和計算機等工業部門密切相關,更重要的是基因組的研究可以轉化為巨大的生產力,國際上一批大型制葯公司和化學工業公司大規模紛紛投巨資進軍基因組研究領域,形成了一個新的產業部門,即生命科學工業。
世界上一些大的制葯集團紛紛投資建立基因組研究所。Ciba-Geigy 和Ssandoz合資組建了Novartis 公司,並斥資2.5億美元建立研究所,開展基因組研究工作。Smith Kline 公司花1.25億美元加快測序的進度,將葯物開發項目的25%建立在基因組學之上。Glaxo-Wellcome 在基因組研究領域投入4,700萬美元,將研究人員增加了一倍。
大型化學工業公司向生命科學工業轉軌。孟山都公司早在1985年就開始轉向生命科學工業。至1997年,該公司向生物技術和基因組研究的投入已高達66億美元。1998年4月,杜邦公司宣布改組成三個實業單位,由生命科學領頭。1998年5月,該公司又宣布放棄能源公司Conaco,將其改造成一家生命科學公司。Dow化學公司用9億美元購入Eli Lilly公司40%的股票,從事穀物和食品研究,後又成立了生命科學公司。Hoechst公司則出售了它的基本化學品部門,轉項投資生物技術和制葯。
傳統的農業和食品部門也出現了向生物技術和制葯合並的趨勢。Genzyme Transgenics 公司培養出的基因工程羊能以較高的產量生產抗凝血酶III,一群羊的酶產量相當於投資1.15億美元工廠的產量。據估計,轉基因動物生產的葯物成本是大規模細胞培養法的十分之一。一些公司還在研究生產能抗骨質疏鬆的穀物,以及大規模生產和加工基因工程食品。
能源、采礦和環境工業也已在分子水平上向基因組研究匯合。例如,用產甲烷菌Methanobacterium 作為一種新能源。用抗輻射的細菌Deinococcus radiorans清除放射性物質的污染,並在轉入tod基因後,在高輻射環境下清除多種有害化學物質的污染。
2、功能基因組學
人類基因組計劃當前的整體發展趨勢是什麼?一方面,在順利實現遺傳圖和物理圖的製作後,結構基因組學正在向完成染色體的完整核酸序列圖的目標奮進。另一方面,功能基因組學已提上議事日程。人類基因組計劃已開始進入由結構基因組學向功能基因組學過渡、轉化的過程。在功能基因組學研究中,可能的核心問題有:基因組的表達及其調控、基因組的多樣性、模式生物體基因組研究等。
(1)基因組的表達及其調控
1)基因轉錄表達譜及其調控的研究
一個細胞的基因轉錄表達水平能夠精確而特異地反映其類型、發育階段以及反應狀態,是功能基因組學的主要內容之一。為了能夠全面地評價全部基因的表達,需要建立全新的工具系統,其定量敏感性水平應達到小於1個拷貝/細胞,定性敏感性應能夠區分剪接方式,還須達到檢測單細胞的能力。近年來發展的DNA微陣列技術,如DNA晶元,已有可能達到這一目標。
研究基因轉錄表達不僅是為了獲得全基因組表達的數據,以作為數學聚類分析。關鍵問題是要解析控制整個發育過程或反應通路的基因表達網路的機制。網路概念對於生理和病理條件下的基因表達調控都是十分重要的。一方面,大多數細胞中基因的產物都是與其它基因的產物互相作用的;另一方面,在發育過程中大多數的基因產物都是在多個時間和空間表達並發揮其功能,形成基因表達的多效性。在一個意義上,每個基因的表達模式只有放到它所在的調控網路的大背景下,才會有真正的意義。進行這方面的研究,有必要建立高通量的小鼠胚胎原位雜交技術。
2)蛋白質組學研究
蛋白質組學研究是要從整體水平上研究蛋白質的水平和修飾狀態。目前正在發展標准化和自動化的二維蛋白質凝膠電泳的工作體系。首先用一個自動系統來提取人類細胞的蛋白質,繼而用色譜儀進行部分分離,將每區段中的蛋白質裂解,再用質譜儀分析,並在蛋白質資料庫中通過特徵分析來認識產生的多肽。
蛋白質組研究的另一個重要內容是建立蛋白質相互關系的目錄。生物大分子之間的相互作用構成了生命活動的基礎。組裝基因組各成分間的詳盡作圖已在T7噬菌體(55個基因)獲得成功。如何在模式生物(如酵母)和人類基因組的研究中建立自動方法,認識不同的生化通路,是值得探討的問題。
3)生物信息學的應用
目前,生物信息學已大量應用於基因的發現和預測。然而,利用生物信息學去發現基因的蛋白質產物的功能更為重要。模式生物體中越來越多的蛋白質構建編碼單位被識別,無疑為基因和蛋白質同源關系的搜尋和家族的分類提供了極其寶貴的信息。同時,生物信息學的演算法、程序也在不斷改善,使得不僅能夠從一級結構,也能從估計結構上發現同源關系。但是,利用計算機模擬所獲得的理論數據,還需要經過實驗經過的驗證和修正。
(2)基因組多樣性的研究
人類是一個具有多態性的群體。不同群體和個體在生物學性狀以及在對疾病的易感性與抗性上的差別,反映了進化過程中基因組與內、外部環境相互作用的結果。開展人類基因組多樣性的系統研究,無論對於了解人類的起源和進化,還是對於生物醫學均會產生重大的影響。
1)對人類DNA的再測序
可以預測,在完成第一個人類基因組測序後,必然會出現對各人種、群體進行再測序和精細基因分型的熱潮。這些資料與人類學、語言學的資料項結合,將有可能建立一個全人類的資料庫資源,從而更好地了解人類的歷史和自身特徵。另外,基因組多樣性的研究將成為疾病基因組學的主要內容之一,而群體遺傳學將日益成為生物醫葯研究中的主流工具。需要對各種常見多因素疾病(如高血壓、糖尿病和精神分裂症等)的相關基因及癌腫相關基因在基因組水平進行大規模的再測序,以識別其變異序列。
2)對其它生物的測序
對進化過程各個階段的生物進行系統的比較DNA測序,將揭開生命35億年的進化史。這樣的研究不僅能勾畫出一張詳盡的系統進化樹,而且將顯示進化過程中最主要的變化所發生的時間及特點,比如新基因的出現和全基因組的復制。
認識不同生物中基因序列的保守性,將能夠使我們有效地認識約束基因及其產物的功能性的因素。對序列差異性的研究則有助於認識產生大自然多樣性的基礎。在不同生物體之間建立序列變異與基因表達的時空差異之間的相關性,將有助於揭示基因的網路結構。
(3)開展對模式生物體的研究
1)比較基因組研究
在人類基因組的研究中,模式生物體的研究佔有極其重要的地位。盡管模式生物體的基因組的結構相對簡單,但是它們的核心細胞過程和生化通路在很大程度上是保守的。這項研究的意義是:1〕有助於發展和檢驗新的相關技術,如大規模測序、大規模表達譜檢驗、大規模功能篩選等;2〕通過比較和鑒定,能夠了解基因組的進化,從而加速對人類基因組結構和功能的了解;3〕模式生物體間的比較研究,為闡明基因表達機制提供了重要的線索。
目前對於基因組總體結構組成方面的知識,主要來源於模式生物體的基因組序列分析。通過對不同物種間基因調控序列的計算機分析,已發現了一定比例的保守性核心調控序列。根據這些序列建立的表達模式資料庫對破譯基因調控網路提供了必要的條件。
2)功能缺失突變的研究
識別基因功能最有效的方法,可能是觀察基因表達被阻斷後在細胞和整體所產生的表型變化。在這方面,基因剔除方法(knock-out)是一項特別有用的工具。目前。國際上已開展了對酵母、線蟲和果蠅的大規模功能基因組學研究,其中進展最快的是酵母。歐共體為此專門建立了一個稱為EUROFAN(European Functional Analysis Network)的研究網路。美國、加拿大和日本也啟動了類似的計劃。
隨著線蟲和果蠅基因組測序的完成,將來也可能開展對這兩種生物的類似性研究。一些突變株系和技術體系建立後,不僅能夠成為研究單基因功能的有效手段,而且為研究基因冗餘性和基因間的相互作用等深層次問題奠定了基礎。小鼠作為哺乳動物中的代表性模式生物,在功能基因組學的研究中展有特殊的地位。同源重組技術可以破壞小鼠的任何一個基因,這種方法的缺點是費用高。利用點突變、缺失突變和插入突變造成的隨機突變是另一中可能的途徑。對於人體細胞而言,建立反義寡核苷酸和核酶瞬間阻斷基因表達的體系可能更加合適。蛋白質水平的剔除術也許是說明基因功能最有力的手段。利用組合化學方法有望生產出化學剔除試劑,用於激活或失活各種蛋白質。
總之,模式生物體的基因組計劃為人類基因組的研究提供了大量的信息。今後,模式生物體的研究方向是將人類基因組8~10萬個編碼基因的大部分轉化為已知生化功能的多成分核心機制。而要獲得酶一種人類進化保守性核心機制的精細途徑,以及它們的紊亂導致疾病的各種途徑的知識,將只能來自對人類自身的研究。
通過功能基因組學的研究,人類最終將將能夠了解哪些進化機制已經確實發生,並考慮進化過程還能夠有哪些新的潛能。一種新的解答發育問題的方法可能是,將蛋白質功能域和調控順序進行重新的組合,建立新的基因網路和形態發生通路。也就是說,未來的生物科學不僅能夠認識生物體是如何構成和進化的,而且更為誘人的是產生構建新的生物體的可能潛力 .
《南州六月荔枝丹》賈祖璋 課文原文
南州六月荔枝丹
·賈祖璋·
幼年時只知道荔枝乾的殼和肉都是棕褐色的。上了小學。老師講授白居易的《荔枝圖序》,讀到
㈨ 3243點突變的比例有什麼意義
■人類基因組計劃的研究現狀與展望------發表日期:2004年3月30日一、研究現狀1、人類基因組測序1990年~1998年,人類基因組序列已完成和正在測序的共計約330Mb,占人基因組的11%左右;已識別出人類疾病相關的基因200個左右。此外,細菌、古細菌、支原體和酵母等17種生物的全基因組的測序已經完成。值得一提的是,企業與研究部門的攜手,將大大地促進測序工作的完成。美國的基因組研究所(The Institute of Genome Research, TIGR)與PE(Perkin-Elmar)公司合作建立新公司,三年內投資2億美元,預計於2002年完成全序列的測定。這一進度將比美國政府資助的HGP的預定目標提前三年。美國加州的一家遺傳學數據公司(Incyte)宣布(1998年〕,兩年內測定基因組中的蛋白質編碼序列以及密碼子中的單核苷酸的多態性,最後將繪制一幅人的10萬個基因的定點陣圖。與Incyte公司合作的HGS(Human Genome Science)公司的負責人宣稱,截止1998年8月,該公司已鑒定出10萬多個基因(人體基因約為12萬個),並且得到了95%以上基因的EST(expressed sequence tag)或其部分序列。1998年9月14日美國國家人類基因組計劃研究所(NHGRI)和美國能源部基因組研究計劃的負責人在一次咨詢會議上宣布,美國政府資助的人類基因組計劃將於2001年完成大部分蛋白質編碼區的測序,約占基因組的三分之一,測序的差錯率不超過萬分之一。同時還要完成一幅「工作草圖」,至少覆蓋基因組的90%,差錯率為百分之一。2003年完成基因組測序,差錯率為萬分之一。這一時間表顯示,計劃將比開始的目標提前兩年完成。2、疾病基因的定位克隆人類基因組計劃的直接動因是要解決包括腫瘤在內的人類疾病的分子遺傳學問題。6000多個單基因遺傳病和多種大面積危害人類健康的多基因遺傳病的致病基因及相關基因,代表了對人類基因中結構和功能完整性至關重要的組成部分。所以,疾病基因的克隆在HGP中占據著核心位置,也是計劃實施以來成果最顯著的部分。在遺傳和物理作圖工作的帶動下,疾病基因的定位、克隆和鑒定研究已形成了,從表位→蛋白質→基因的傳統途徑轉向「反求遺傳學」或「定位克隆法」的全新思路。隨著人類基因圖的構成,3000多個人類基因已被精確地定位於染色體的各個區域。今後,一旦某個疾病位點被定位,就可以從局部的基因圖中遴選出相關基因進行分析。這種被稱為「定位候選克隆」的策略,將大大提高發現疾病基因的效率。3、多基因病的研究目前,人類疾病的基因組學研究已進入到多基因疾病這一難點。由於多基因疾病不遵循孟德爾遺傳規律,難以從一般的家系遺傳連鎖分析取得突破。這方面的研究需要在人群和遺傳標記的選擇、數學模型的建立、統計方法的 改進等方面進行艱苦的努力。近來也有學者提出,用比較基因表達譜的方法來識別疾病狀態下基因的激活或受抑。實際上,「癌腫基因組解剖學計劃(Cancer Genome Anatomy Project,CGAP」就代表了在這方面的嘗試。4、中國的人類基因組研究國際HGP 研究的飛速發展和日趨激烈的基因搶奪戰已引起了中國政府和科學界的高度重視。在政府的資助和一批高水平的生命科學家帶領下,我國已建成了一批實力較強的國家級生命科學重點實驗室,組建了北京、上海人類基因組研究中心。有了研究人類基因組的條件和基礎,並引進和建立了一批基因組研究中的新技術。中國的HGP在多民族基因保存、基因組多樣性的比較研究方面取得了令人滿意的成果,同時在白血病、食管癌、肝癌、鼻咽癌等易感基因研究方面亦取得了較大進展。首先建立了寡核苷酸引物介導的人類高分辨染色體顯微切割和顯微基因克隆技術;已建立的17種染色體特異性DNA文庫和24種染色體區特異性DNA文庫及其探針;構建了人X染色體YAC圖譜,已完成了人X染色體Xp11.2-p21.3跨度的約35cM STS-YAC圖譜的構建;建立了YAC-cDNA篩選技術。目前的研究工作還包括: 疾病和功能相關新基因的分離、測序和克隆的技術和方法學的創新研究;中國少數民族HLA分型研究及特種基因的分析; 人胎腦cDNA文庫的構建和新基因的克隆研究。中國是世界上人口最多的國家,有56 個民族和極為豐富的病種資源,並且由於長期的社會封閉,在一些地區形成了極為難得的族群和遺傳隔離群,一些多世代、多個體的大家系具有典型的遺傳性狀,這些都是克隆相關基因的寶貴材料。但是,由於我國的HGP 研究工作起步較晚、底子薄、資金投入不足,缺乏一支穩定的、高素質的青年生力軍, 我國的HGP 研究工作與國外近年來的驚人發展速度相比,差距還很大,並且有進一步加大的危險。如果我們在這場基因爭奪戰中不能堅守住自己的陣地,那麼在21 世紀的競爭中我們又將處於被動地位:我們不能自由地應用基因診斷和基因治療的權力,我們不能自由地進行生物葯物的生產和開發,我們亦不能自由地推動其他基因相關產業的發展。二、展望1、生命科學工業的形成由於基因組研究與制葯、生物技術、農業、食品、化學、化妝品、環境、能源和計算機等工業部門密切相關,更重要的是基因組的研究可以轉化為巨大的生產力,國際上一批大型制葯公司和化學工業公司大規模紛紛投巨資進軍基因組研究領域,形成了一個新的產業部門,即生命科學工業。世界上一些大的制葯集團紛紛投資建立基因組研究所。Ciba-Geigy 和Ssandoz合資組建了Novartis 公司,並斥資2.5億美元建立研究所,開展基因組研究工作。Smith Kline 公司花1.25億美元加快測序的進度,將葯物開發項目的25%建立在基因組學之上。Glaxo-Wellcome 在基因組研究領域投入4,700萬美元,將研究人員增加了一倍。大型化學工業公司向生命科學工業轉軌。孟山都公司早在1985年就開始轉向生命科學工業。至1997年,該公司向生物技術和基因組研究的投入已高達66億美元。1998年4月,杜邦公司宣布改組成三個實業單位,由生命科學領頭。1998年5月,該公司又宣布放棄能源公司Conaco,將其改造成一家生命科學公司。Dow化學公司用9億美元購入Eli Lilly公司40%的股票,從事穀物和食品研究,後又成立了生命科學公司。Hoechst公司則出售了它的基本化學品部門,轉項投資生物技術和制葯。傳統的農業和食品部門也出現了向生物技術和制葯合並的趨勢。Genzyme Transgenics 公司培養出的基因工程羊能以較高的產量生產抗凝血酶III,一群羊的酶產量相當於投資1.15億美元工廠的產量。據估計,轉基因動物生產的葯物成本是大規模細胞培養法的十分之一。一些公司還在研究生產能抗骨質疏鬆的穀物,以及大規模生產和加工基因工程食品。能源、采礦和環境工業也已在分子水平上向基因組研究匯合。例如,用產甲烷菌Methanobacterium 作為一種新能源。用抗輻射的細菌Deinococcus radiorans清除放射性物質的污染,並在轉入tod基因後,在高輻射環境下清除多種有害化學物質的污染。2、功能基因組學人類基因組計劃當前的整體發展趨勢是什麼?一方面,在順利實現遺傳圖和物理圖的製作後,結構基因組學正在向完成染色體的完整核酸序列圖的目標奮進。另一方面,功能基因組學已提上議事日程。人類基因組計劃已開始進入由結構基因組學向功能基因組學過渡、轉化的過程。在功能基因組學研究中,可能的核心問題有:基因組的表達及其調控、基因組的多樣性、模式生物體基因組研究等。(1)基因組的表達及其調控1)基因轉錄表達譜及其調控的研究一個細胞的基因轉錄表達水平能夠精確而特異地反映其類型、發育階段以及反應狀態,是功能基因組學的主要內容之一。為了能夠全面地評價全部基因的表達,需要建立全新的工具系統,其定量敏感性水平應達到小於1個拷貝/細胞,定性敏感性應能夠區分剪接方式,還須達到檢測單細胞的能力。近年來發展的DNA微陣列技術,如DNA晶元,已有可能達到這一目標。研究基因轉錄表達不僅是為了獲得全基因組表達的數據,以作為數學聚類分析。關鍵問題是要解析控制整個發育過程或反應通路的基因表達網路的機制。網路概念對於生理和病理條件下的基因表達調控都是十分重要的。一方面,大多數細胞中基因的產物都是與其它基因的產物互相作用的;另一方面,在發育過程中大多數的基因產物都是在多個時間和空間表達並發揮其功能,形成基因表達的多效性。在一個意義上,每個基因的表達模式只有放到它所在的調控網路的大背景下,才會有真正的意義。進行這方面的研究,有必要建立高通量的小鼠胚胎原位雜交技術。2)蛋白質組學研究蛋白質組學研究是要從整體水平上研究蛋白質的水平和修飾狀態。目前正在發展標准化和自動化的二維蛋白質凝膠電泳的工作體系。首先用一個自動系統來提取人類細胞的蛋白質,繼而用色譜儀進行部分分離,將每區段中的蛋白質裂解,再用質譜儀分析,並在蛋白質資料庫中通過特徵分析來認識產生的多肽。蛋白質組研究的另一個重要內容是建立蛋白質相互關系的目錄。生物大分子之間的相互作用構成了生命活動的基礎。組裝基因組各成分間的詳盡作圖已在T7噬菌體(55個基因)獲得成功。如何在模式生物(如酵母)和人類基因組的研究中建立自動方法,認識不同的生化通路,是值得探討的問題。3)生物信息學的應用目前,生物信息學已大量應用於基因的發現和預測。然而,利用生物信息學去發現基因的蛋白質產物的功能更為重要。模式生物體中越來越多的蛋白質構建編碼單位被識別,無疑為基因和蛋白質同源關系的搜尋和家族的分類提供了極其寶貴的信息。同時,生物信息學的演算法、程序也在不斷改善,使得不僅能夠從一級結構,也能從估計結構上發現同源關系。但是,利用計算機模擬所獲得的理論數據,還需要經過實驗經過的驗證和修正。(2)基因組多樣性的研究人類是一個具有多態性的群體。不同群體和個體在生物學性狀以及在對疾病的易感性與抗性上的差別,反映了進化過程中基因組與內、外部環境相互作用的結果。開展人類基因組多樣性的系統研究,無論對於了解人類的起源和進化,還是對於生物醫學均會產生重大的影響。1)對人類DNA的再測序可以預測,在完成第一個人類基因組測序後,必然會出現對各人種、群體進行再測序和精細基因分型的熱潮。這些資料與人類學、語言學的資料項結合,將有可能建立一個全人類的資料庫資源,從而更好地了解人類的歷史和自身特徵。另外,基因組多樣性的研究將成為疾病基因組學的主要內容之一,而群體遺傳學將日益成為生物醫葯研究中的主流工具。需要對各種常見多因素疾病(如高血壓、糖尿病和精神分裂症等)的相關基因及癌腫相關基因在基因組水平進行大規模的再測序,以識別其變異序列。2)對其它生物的測序對進化過程各個階段的生物進行系統的比較DNA測序,將揭開生命35億年的進化史。這樣的研究不僅能勾畫出一張詳盡的系統進化樹,而且將顯示進化過程中最主要的變化所發生的時間及特點,比如新基因的出現和全基因組的復制。認識不同生物中基因序列的保守性,將能夠使我們有效地認識約束基因及其產物的功能性的因素。對序列差異性的研究則有助於認識產生大自然多樣性的基礎。在不同生物體之間建立序列變異與基因表達的時空差異之間的相關性,將有助於揭示基因的網路結構。(3)開展對模式生物體的研究1)比較基因組研究在人類基因組的研究中,模式生物體的研究佔有極其重要的地位。盡管模式生物體的基因組的結構相對簡單,但是它們的核心細胞過程和生化通路在很大程度上是保守的。這項研究的意義是:1〕有助於發展和檢驗新的相關技術,如大規模測序、大規模表達譜檢驗、大規模功能篩選等;2〕通過比較和鑒定,能夠了解基因組的進化,從而加速對人類基因組結構和功能的了解;3〕模式生物體間的比較研究,為闡明基因表達機制提供了重要的線索。目前對於基因組總體結構組成方面的知識,主要來源於模式生物體的基因組序列分析。通過對不同物種間基因調控序列的計算機分析,已發現了一定比例的保守性核心調控序列。根據這些序列建立的表達模式資料庫對破譯基因調控網路提供了必要的條件。2)功能缺失突變的研究識別基因功能最有效的方法,可能是觀察基因表達被阻斷後在細胞和整體所產生的表型變化。在這方面,基因剔除方法(knock-out)是一項特別有用的工具。目前。國際上已開展了對酵母、線蟲和果蠅的大規模功能基因組學研究,其中進展最快的是酵母。歐共體為此專門建立了一個稱為EUROFAN(European Functional Analysis Network)的研究網路。美國、加拿大和日本也啟動了類似的計劃。隨著線蟲和果蠅基因組測序的完成,將來也可能開展對這兩種生物的類似性研究。一些突變株系和技術體系建立後,不僅能夠成為研究單基因功能的有效手段,而且為研究基因冗餘性和基因間的相互作用等深層次問題奠定了基礎。小鼠作為哺乳動物中的代表性模式生物,在功能基因組學的研究中展有特殊的地位。同源重組技術可以破壞小鼠的任何一個基因,這種方法的缺點是費用高。利用點突變、缺失突變和插入突變造成的隨機突變是另一中可能的途徑。對於人體細胞而言,建立反義寡核苷酸和核酶瞬間阻斷基因表達的體系可能更加合適。蛋白質水平的剔除術也許是說明基因功能最有力的手段。利用組合化學方法有望生產出化學剔除試劑,用於激活或失活各種蛋白質。總之,模式生物體的基因組計劃為人類基因組的研究提供了大量的信息。今後,模式生物體的研究方向是將人類基因組8~10萬個編碼基因的大部分轉化為已知生化功能的多成分核心機制。而要獲得酶一種人類進化保守性核心機制的精細途徑,以及它們的紊亂導致疾病的各種途徑的知識,將只能來自對人類自身的研究。通過功能基因組學的研究,人類最終將將能夠了解哪些進化機制已經確實發生,並考慮進化過程還能夠有哪些新的潛能。一種新的解答發育問題的方法可能是,將蛋白質功能域和調控順序進行重新的組合,建立新的基因網路和形態發生通路。也就是說,未來的生物科學不僅能夠認識生物體是如何構成和進化的,而且更為誘人的是產生構建新的生物體的可能潛力。