人类基因组计划

人类基因组计划humangenomeproject,HGP全新的合成物种？人类科学史上的三大工程人类基因组计划曼哈顿原子弹计划阿波罗登月计划研究背景基因是DNA分子上具有遗传效应的片段，或者说是遗传信息的结构与功能的单位，基因组指的则是一个物种遗传信息的总和。如果将人体细胞中30亿个碱基的序列全部弄清楚并印成书，以每页3000个印刷符号计，会有100万页。就是这样一本“天书”，蕴藏着人的生、老、病、死的丰富信息，也是科学家们进一步探索生命奥秘的“地图”，其价值难以估量。诺贝尔奖获得者RenatoDulbecco是最早提出HGP设想的科学家，他于1986年在Science上发表的有关肿瘤研究的文章“Aturningpointincancerresearch:secquencingthehumangenome”，第一次提出基因测序的概念。杜尔贝科（1914～2012)RenatoDulbecco美国病毒学家伦敦帝国癌症研究基金实验室•1986年，美国能源部(DOE)，正式提出实施测定人类基因组全序列的计划•1987年初，美国能源部和国立卫生研究院为HGP下拨了启动经费约550万美元（全年1.66亿美元）•1990年10月美国确定把当年的10月1日作为官方实施HGP的起始日期，被誉为生命科学“阿波罗登月计划”的国际人类基因组计划启动。•1993年美国人类基因组研究中心(CHGR)修订了新五年HGP计划研究目标•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。•具体内容包括：–人类基因组作图及序列分析；–基因的鉴定；–基因组研究技术的建立、创新与改进；–模式生物(主要包括大肠杆菌、酵母、果蝇、线虫、小鼠、水稻、拟南芥等)基因组的作图和测序等人类单倍体基因组含30亿碱基对(bp)的DNA序列，包括约3-4万个基因，分布于22条常染色体和X、Y性染色体。总体计划在15年内投入至少30亿美元进行人类全基因组的分析•我国于1999年加入HGP，得到完成人类3号染色体短臂上一个约30Mb区域的测序任务，该区域约占人类整个基因组的1%•各国所承担工作比例约为：美国５４％英国３３％日本７％法国２.８％德国２.２％中国1%Initialsequencingandanalysisofthehumangenome2001.2.15IHSCTheSequenceoftheHumanGenome2001.2.16CeleraGenomics•2000年6月26日，由美、英、日、德、法、中6个国家16个研究组3000多位科学工作者组成的国际人类基因组测序联合体和塞莱拉基因组公司，同时分别宣布完成了人类基因组的草图，并于次年发表了“工作框架图”。•2003年4月15日，美、英、德、日、法、中6个国家共同宣布人类基因组序列图完成，人类基因组计划的所有目标全部实现，提前2年实现了目标。•国际人类基因组合作组织测定的碱基数为2．90Gb、覆盖率为98．8％，数据精度高于99．99％。1999年12月，22号染色体测序完成；2000年5月，21号染色体测序完成；2001年12月，20号染色体测序完成；2003年2月，14号染色体测序完成；2003年6月，男性特有的Y染色体测序完成；2003年5月和7月，7号染色体测序完成；2003年10月，6号染色体测序完成；2004年4月，13号和19号染色体测序完成；2004年5月，9号和10号染色体测序完成；2004年9月，5号染色体测序完成；2004年12月，16号染色体测序完成；2005年3月，X染色体测序完成；2005年4月，2号和4号染色体测序完成；2005年9月，18号染色体测序完成；2006年1月，8号染色体测序完成；2006年3月，11号,12号和15号染色体测序完成；2006年4月，17号和3号染色体测序完成；2006年5月，1号染色体测序完成；人类各条染色体测序完成时间2000年6月公共领域测序计划工作框架图（一）遗传图谱（geneticmap）通过计算连锁的遗传标记之间重组频率而确定它们相对距离的遗传图，一般用厘摩（cM）来表示，遗传图谱确定了DNA标志在染色体上的相对位置与遗传距离,它显示所知的遗传标记在染色体上的相对位置，而不是特殊的物理位置。（二）物理图谱（physicalmap）描绘DNA上可以识别的标记的位置和相互之间的距离(以碱基对的数目为衡量单位)，这些可以识别的标记包括限制性内切酶的酶切位点，基因等。物理图谱不考虑两个标记共同遗传的概率等信息。HGP具体内容（三）序列图谱•人类基因组30亿碱基对的全序列图。•以遗传图谱和物理图谱为基础建立。•DNA序列分析包括了制备DNA片段、碱基分析和DNA信息翻译等过程。（四）基因图谱（genemap）•通过测定基因的表达产物mRNA并且反追踪到DNA链上，从而得到包含蛋白质编码序列（外显子）的片段在染色体上的位置并结合有关基因序列、位置及表达模式等信息绘制的图谱。基因分析的初步结果•目前发现基因数量少得惊人，基因总数在2.6383万到3.9114万个之间，不超过40,000，只有原先预期的一半不到。•人与人之间99.99%的基因密码是相同的。•男性的基因突变率是女性的两倍，而且大部分人类遗传疾病是在Y染色体上进行的。•人类基因组中大约有200多个基因是来自于插入人类祖先基因组的细菌基因。•人类基因组编码的全套蛋白质（蛋白质组）比无脊椎动物编码的蛋白质组更复杂。•人类元基因组计划：对人体内所用共生菌群的基因组进行序列测定，并研究与人体发育和健康相关基因的功能。•国际人类基因组单体型图计划（简称HapMap计划2002-2005）：目标是构建人类DNA序列中多态位点的常见模式。由于每个个体（除了孪生子和克隆动物）的基因组都有独特之处，因此有必要对个体之间的差异在基因组上进行定位。其完成将为研究人员确定对人类健康和疾病以及对药物和环境反应有影响的相关基因提供关键信息。后基因组时代（延伸计划）•人类基因组多样性研究计划（HumanGenomeDiversityProject）：对不同人种、民族、人群的基因组进行研究和比较。这一计划将为疾病监测、人类的进化研究和人类学研究提供重要信息。•国际千人基因组计划：2008年1月，由英国桑格研究所、中国华大基因和美国国立人类基因组研究所联合启动，拟测定世界各地包括所有人种至少1000个人类个体的全基因组序列，绘制迄今为止最详尽、最有医学应用价值的人类基因组遗传多态性图谱，以期更快地锁定与疾病相关的基因变异位点，更快地开发常见疾病的预防、诊断和治疗新策略后基因组时代（延伸计划）科学家仅用了４个月时间、不到１５０万美元在2007完成了有“ＤＮＡ之父”之称的美国科学家詹姆斯·沃森的个人基因组图谱HGP带来的深远影响•1）推动医学和生物技术的飞跃发展•2）开拓新学科领域•3）商机和知识产权问题•4）对社会伦理的冲击1）推动医学和生物技术的飞跃发展•新药开发药物靶基因•个性化给药药物遗传学•儿童急性淋巴细胞白血病6-巯基嘌呤•Rightdrug-rightdose-rightperson•司法审判•DNA测试被用在罪犯管制2）推动新学科兴起生物信息学Bioinformatics基因组学Genomics蛋白质组学Proteomics蛋白质组学内容•（1）发现新蛋白，寻找约3万多个编码基因•（2）按照氨基酸序列、空间结构把蛋白质归纳为若干家族•（3）研究蛋白质结构与功能•（4）研究蛋白质组与细胞/个体生理状态的联系3）商机•世界级大公司正投入生物技术领域Ciba-Geigy和Sandoz两大公司联合组成Novartis成为世界上最大的联合体资产超过1000亿美元开发新药基因玉米知识产权问题•2000.6.26美、英、日、法、德各国官员纷纷表示，希望全世界能共享人类基因组研究成果•但是，商业公司的参与带来了两个后果•（1）推动HGP进展•（2）寻求利润•红血球生成素（EP）Amgen公司（安进世界500强）199813.6亿美元2000年34亿美元4）对社会伦理的冲击随着HGP的进展，在不久的将来技术上有可能为每个人提供基因档案•优点：（1）疾病治疗（2）生涯规划缺点：隐私问题和公正问题遗传上有缺陷的人被打成新的下等公民•2002中国杨焕明等在《Science》发表了水稻全基因组框架序列图•基因总数：46022~55615，约为人类的2倍；•其中10,000个基因的功能已确定；•水稻的“垃圾”序列多位于基因外，人类的“垃圾”序列多位于基因内；杨焕明博士•2002年，英、美、德等国的上百位科学家12月5日在英国《Nature》杂志上联合宣布他们成功破译了小鼠的基因组。水稻第四号染色体测序专家工作组组长、中科院国家基因研究中心韩斌博士•中、美、日、法等10个国家和地区的科学家于2005年8月11日在（Nature）杂志发表了水稻基因组“精细图”，覆盖率达95.3％，我国对国际水稻基因组计划的贡献率达20％。共定位了37,500个基因，还率先在动植物中完成了对着丝粒的测序。中国家蚕基因组计划项目主持人、中国工程院院士向仲怀中国家蚕基因组计划主要攻关专家，西南农业大学教授夏庆友正在做测试。•由美国、以色列、德国、意大利和西班牙的67名科学家组成的国际黑猩猩基因测序与分析联盟初步完成了黑猩猩基因组序列草图与人类基因组序列的比较工作。•黑猩猩和人类基因组的ＤＮＡ序列相似性达到99％；即使考虑到ＤＮＡ序列插入或删除，两者的相似性也有96％。在2005年9月1日出版的《Nature》杂志和9月2日出版的《Science》杂志都以这项重大的研究成果作为封面文章。