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《迎接21世纪生命科学的新时代_基因组与蛋白组计划时代》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、迎接21世纪生命科学的新时代———基因组与蛋白组计划时代湖南医科大学分子生物学研究中心研究生(长沙410078)谭文斌朱定尔专业导师当全世界人类基因组计划在近年取得迅速和突出的进展,即将来临的21世纪将带领人类基因组计划进入一个后基因组时代、蛋白组计划、生物信息学的新时代,所有这些将构成21世纪生命科学研究的核心前沿和主流。同样,生物信息学的成果将高度地拓展生命科学新的研究领域和加速其研究的进程。多种多样数以千万计的生命模式(如生物大分子结构功能的模式)的数字化,将是加快生命科学信息化步入一个崭新的水平和时代的必由之路。关键词:人类基
2、因组计划后基因组时代蛋白组计划生物信息学21世纪是生命科学、信息科学的世纪,也必将是生命科学与信息科学融合交汇发展的世纪。以系统论的眼光来看,21世纪的生命科学将由人类基因组计划和后基因组时代、蛋白组计划、生物信息学、生命科学模式数字化等部分组成。本文将就21世纪生命科学在这几方面的发展趋势作一简要描述。一、人类基因组计划和后基因组时代人类基因组是指合成有功能的人体各类细胞中蛋白质及/或多肽链和RNA所必需的全部DNA顺序和结构。也即包含人类的24条染色体(22条常染色体和X、Y两条性染色体)上全部DNA所携带的遗传信息的总和,其总长
3、度约为3×109bp,估约含8～10万个基因。人类基因组计划(Hu2manGenomeProject,HGP)旨在阐明人类基因组的全部序列,从整体上破译人类遗传信息,使人类第一次在分子水平上全面地认识自我。主要包括四项任务:(1)遗传图谱的建立;(2)物理图谱的建立;(3)DNA顺序测定;(4)基因的识别。美国于1990年正式启动HGP,15年时间内提供30亿美元的资助。现预计整个基因组测序工作将于2005年之前完成。1当基因数据库逐渐地被填充时,下一步便是要研究这些基因到底有怎样的功能,这就是后基因组时代(PostgenomeEra
4、)2的到来。8～10万个基因的功能研究比HGP更为复杂和艰巨,必将成为下个世纪生命科学研究的主战场。其主要任务有:11研究组织器官特异性的基因表达:迄今发展起来的基因表达系列分析法(Se2rialAnalysisofGeneExpression,SAGE)和微排列分析法(Microarrayassay)可同时对上千种基因的表达进行研究。预计这两种方法将成为今后研究基因表达的主要手段。2,321基因表达与调控研究。基因表达除组织特异性外,还有发育阶段特异性等方面精确调控。近来的研究表明,基因的表达调控不能简单地认为是几个反式作用因子和顺
5、式作用元件间有序地相互作方法,创立新的方法,在现有研究基础上,从而认识生命的本质———遗传信息的传递利用数学、统计学、信息学的研究成就,对基因表达调控的可能模式在理论上进行预测。31基因组95%左右的“废弃”DNA信息的运作规律尚未有突破性认识,这些非编码区DNA是否为调控序列或为有其它作用的序列?又是如何发挥其功能的?这些问题与基因的表达调控有部分的重叠,期待着科学家去研究。41基因诊断、基因治疗和基因工程产品开发将展现出广阔的应用前景,将引发临床诊断和治疗以及医药工业的变革。人类基因组计划和后基因组时代研究任务是异常复杂和艰巨的,
6、以人类基因组计划为例,如果每个实验室克隆一个新的基因,欲完成人类整个基因组的克隆则需8～10万个实验室;再加上各个实验室间条件、人员素质不一以及实验室之间的重复竞争等不利因素对完成克隆整个人类基因组显然不知要到何年何月。然而,我们若将人类8～10万个基因视为一个整体,从整体水平上去考察基因的存在、基因的结构与功能、基因之间的相互关系,即用系统论的方法进行研究,对整个计划系统的组织实施,也可能迎刃而解。因此,人类基因组计划的实施是系统论方法在生命科学中的典型运用。同时也说明了当代科学研究模式从以往的自由、盲目、独立、小规模走向社会化、整
7、体化、系统化、大规模化。我们期望着这一哲学的方法能在后基因组时代和蛋白组计划研究中发挥更大的作或基因的本质;随着人们对核酸的研究越来越深刻和全面,人们认识到单纯孤立的核酸研究已不能完全解决生命现象的本质问题,只有同时结合对核酸和蛋白质的研究;并且只有在研究核酸的基础上才能在本质上对蛋白质进行认识。于是生物化学家和分子生物学家经历了从蛋白质→核酸,最终又回到蛋白质和核酸结合的研究历程。随着人类基因组计划的完成和后基因组时代的到来,一个新的研究领域———蛋白组(Proteome)的研究随之提出了。如果我们将人体整个蛋白质称为蛋白组,那么蛋
8、白质组无疑是一个极为复杂的群体。阐明蛋白质的结构和功能是揭示生命奥秘的另一关键所在。然而,我们现在对蛋白质的研究困难重重,还缺乏有效的方法。当Patricko’Farrell发明了双向凝胶电泳(twodimensiona
