基因组学在人类健康与疾病中的应用

基因组学在人类健康与疾病中的应用

————094班 2090611412 王国东摘要：在发现DNA双螺旋结构50周年之际，高质量的人类基因组全序列测序工作的完成具有划时代的意义，基因组的新纪元已经到来。

关键词：DNA双螺旋、人类基因组、新纪元

前言：现在广泛公布的人类以及一系列其他生物体的基因组序列为我们描绘出了最基础的生物学以及生物医学信息。这些仍然很难破译的密码包含了细胞的结构和功能的的全部遗传指令信息，而这一信息又是揭开生物系统复杂性所必需的。阐明基因组的结构以及确定大量编码元素的功能可以建立基因组学与生物学的联系，从而加速我们对所有生命科学领域的探索。因此，我们需要新的概念和技术用来发展一种全面的、易于理解的人类基因组的编码目录明确基因编码的产物如何共同作用行使细胞和组织功能理解基因组如何改变和承担新功能。本文主要从以下几个方面来阐述基因组学在人类健康与疾病中的应用。

1.人类基因组的可遗传变异的详细理解

遗传学的主要内容之一是寻找表型的不同（性状）与DNA序列的变异之间的关联。人类遗传学的最大进步是把性状和单个基因联系起来。但是大部分的表型，包括普通疾病和对药物的不同反应，都是由更加复杂的原因所致，包括多种遗传因素（基因及其产物）以及非遗传因素（环境因素）的交互作用。揭示这一复杂体系不仅需要对人类基因组可遗传的变异进行全面描述，还需要开发出一系列用这些信息了解遗传疾病基础的分析方法。

早在几年前，人们已经急于开始建立一套人类基因常见差异的细目，包括单核苷酸多态性（SNPs），小的缺失和插入，以及其他结构上的不同。已经发现了许多SNPs，而且大部分结果已经公开（/SNP）。2002年，一个公共协作项目--国际HapMap计划（ /Pages/Research/ HapMap）启动，它的目的是建立人类基因组的不均衡联接模式和单体型，用来鉴定携带大量这些模式的遗传变异信息的SNPs，从而使更广泛的遗传关联性的研究成为可能。这些研究要想成功，就需要用这种新的人类单体型框架来进行更充分的实验以及发展更多的计算方法。对人和其他模式生物遗传变异的全面了解可以推动基因型和生物功能相关性的研究。对特定变异的研究以及研究这些变异对特定蛋白的功能和途径的影响，将为我们认识和理解正常或病理状态下的生理过程提供重要新思路。把基因变异的信息结合到人类遗传学研究中的能力的提高，将为基因水平上的人类疾病的研究开启新的纪元。

2基因组学与人类健康与疾病的应用

2.1把基于基因组的知识转化为人类健康的福祉

人类基因组测序，以及基因组学其他最近及预期的研究成果，极大地有助于我们了解遗传因素在人类健康和疾病中的角色，精确确定非遗传因素，并迅速将新发现用于疾病的预防、诊

断和治疗。美国国家研究院在其为HGP的最初远景规划中清楚地表明，人类基因组序列将改善人的健康状况，而它后来的五年计划也再一次明确了这一观点。但是这一点怎样才能实现还未得到更清晰的说明。随着HGP最初目标的完成，现在正是广泛发展和应用基因组战略改善人类健康、并预见和避免潜在伤害的时机。这些战略可以帮助研究团体取得以下成绩：鉴定基因和路径在健康和疾病中的角色，测定它们与环境因素之间的关系、发展、评价以及应用以基因组为基础的诊断方法来预测对疾病的易感性，预测药物反应，疾病的早期诊断，疾病在分子水平上的精确分类、开发和应用促进基因组信息转化成治疗进步的方法。

2.2 开发用于鉴定产生疾病和药物反应的遗传因素的强有力战略

对一般疾病而言，导致疾病的易感性和对治疗的反应是大量的基因和非遗传因素相互影响的结果，而不是单单某一个等位基因的作用结果。众多因素致使破译基因在人类健康和疾病中的作用变得十分艰难，比如从生物角度确定基因型，定性、定量地鉴别环境因素的影响，产生足够的、有用的基因型信息的技术障碍，还有对人进行研究的困难性。但是这个问题是可以解决的。横向的基因组技术的大力发展对于促进了解一般疾病的遗传机制和药物基因组是必需的。这一系列因素中最为突出的就是详尽的人类基因组单体型图谱的建立，它可以用于各种人口、各种相关疾病的全基因组水平上的遗传性研究，同时还可用于提高测序和基因型技术使这种研究成为可能。

同时，检测常见疾病中的少量致病等位基因也需要更加有效的战略，因为增强常见疾病易感性的等位基因通常是常见位点的假设可能没有普适性。同时还需要计算和实验方法来检测基因与基因、基因与环境的相互关系，以及将相关的多种数据库联接起来的方法。通过获得特定基因变异的致病可能性的无偏差估计，大量不同种群人口内的纵向调查、广泛的临床信息的收集和持续的随访，对所有普通疾病的研究具有很高的价值。已经有这样的项目诣在寻求提供这种资源，如英国的生物银行, Marshfield 诊所的个人化医疗研究项目（Marshfield Clinic's Personalized Medicine Research Project，/ pmrp）和爱沙尼亚基因组项目（Estonian Genome Project，www.geenivaramu.ee）。要使美国和世界其他地方的各种人群从这些研究中完全和公平地得益，我们还需要基于大量包括各少数民族人口的种群研究。

2.3发展检出维持良好健康和抗病基因变异的战略

传统上大部分人类遗传的研究倾向于找出致病的基因。另一个研究相对甚少、但却是十分重要的领域就是遗传因素在维护良好健康中所起的作用。人类基因组学将进一步促进对这一方面的生物学理解，并可鉴定出那些在维护健康方面十分重要的遗传变异，尤其是那些在抵抗已知外部环境危险因素时产生的变异。一种有效的研究资源就是 "健康种群"，一大群有着非凡健康的个体组成的流行病学上有意义的人群；可将他们与患病的人群进行比较，还可以集中研究他们的某些等位基因，这些等位基因使他们避免患上糖尿病、癌症、心脏病和奥采默症。另一种有希望的研究方法是对具有某种特定疾病高发病率的风险但却并不染上该疾病的人进行严格的遗传变异检测, 如肥胖但却没有心脏病的吸烟者，或者是具有HNPCC突变但却没有结肠癌的人。