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1、八、基因芯片技术八、基因芯片技术 一基因芯片的根本原理基因芯片(gene chip)又称DNA芯片或DNA微阵列(micro-array)。将大量通常每平方厘米点阵密度高于400探针分子固定于支持物上后与标志的样品分子进展杂交，经过检测每个探针分子的杂交信号强度进而获取样品分子的数量和序列信息。基因芯片的特点：基因芯片的特点：高集成度、高并行处置才干、自动化分析高集成度、高并行处置才干、自动化分析 基因芯片的基因芯片的4 4个根本要点个根本要点DNA方阵构建方阵构建样品制备样品制备杂交杂交检测检测二基因芯片技术的主要运用二基因芯片技术的主要运用1在医药领域中的运用在医药领域中的运用疾病诊断和治
2、疗、疾病分类、药物挑疾病诊断和治疗、疾病分类、药物挑选、发病机制、愈后判别、药物挑选和寻选、发病机制、愈后判别、药物挑选和寻觅药物靶标等觅药物靶标等 运用基因芯片研讨宫颈癌相关基因表达运用基因芯片研讨宫颈癌相关基因表达2 2基因芯片在基因芯片在农业上的运用上的运用 基因芯片广泛用于基因芯片广泛用于农作物的作物的优育和育和优选。 Biotechnology provides us many simple and quick vehicles and a cheerful prospect is spread before us. 黄黄酮类化合物化合物35-氢氧化氧化酶 Bioscience ha
3、s an intimate connection with our daily life.3 3基因芯片在其它基因芯片在其它领域中的运用域中的运用 基因芯片基因芯片还可用于司法可用于司法鉴定、食品定、食品卫生生监视、环境境检测、国防和航天等、国防和航天等许多多领域。域。 生物芯片：用于检测生物大分子的微点。生物芯片：用于检测生物大分子的微点。蛋白质、糖、脂等蛋白质、糖、脂等 第三第三节 人人类基因基因组方案方案一、人一、人类基因基因组方案的根本含方案的根本含义一人一人类基因基因组方案的提出方案的提出19861986年，著名生物学家、年，著名生物学家、诺贝尔尔奖获得者得者雷雷纳托托杜杜尔尔贝科科
4、Renato DulbeccoRenato Dulbecco在在ScienceScience杂志上率先提出志上率先提出“人人类基因基因组方案方案Human Genomic ProjectHuman Genomic Project，HGPHGP 1990年年 人类基因组方案正式实施人类基因组方案正式实施2019年年2月月 人类基因组初步分析结果发表人类基因组初步分析结果发表二人类基因组方案的目的二人类基因组方案的目的阐阐明明人人类类基基因因组组30亿亿个个碱碱基基对对的的序序列列，发发现现一一切切人人类类基基因因并并搞搞清清其其在在染染色色体体上上的的位位置置，破破译译人人类类全全部部遗遗传传信
5、信息息，从从而而最最终终弄弄清清楚每种基因制造的蛋白质及其作用。楚每种基因制造的蛋白质及其作用。三人类基因组方案的意义三人类基因组方案的意义 1基因诊断和基因治疗基因诊断和基因治疗 2疾病预防疾病预防 3 人类学研讨人类学研讨 锦绣般的中国云南红河哈尼梯锦绣般的中国云南红河哈尼梯锦绣般的中国云南红河哈尼梯锦绣般的中国云南红河哈尼梯田，成为田，成为田，成为田，成为2019201920192019年年年年4 4 4 4月月月月5 5 5 5日出版的美国日出版的美国日出版的美国日出版的美国 杂志的封面。这份世界权威杂志的封面。这份世界权威杂志的封面。这份世界权威杂志的封面。这份世界权威学术期刊，以封
6、面文章方式和显著学术期刊，以封面文章方式和显著学术期刊，以封面文章方式和显著学术期刊，以封面文章方式和显著篇幅，登出中国科学家绘出水稻基篇幅，登出中国科学家绘出水稻基篇幅，登出中国科学家绘出水稻基篇幅，登出中国科学家绘出水稻基因组任务框架图的历史性论文。因组任务框架图的历史性论文。因组任务框架图的历史性论文。因组任务框架图的历史性论文。 这是由中国科学家独立完这是由中国科学家独立完这是由中国科学家独立完这是由中国科学家独立完成的一项世界级研讨成果。成的一项世界级研讨成果。成的一项世界级研讨成果。成的一项世界级研讨成果。“毫无毫无毫无毫无疑问，中国基因组学研讨已到达世疑问，中国基因组学研讨已到达
7、世疑问，中国基因组学研讨已到达世疑问，中国基因组学研讨已到达世界程度，界程度，界程度，界程度， 杂志总编、美国杂志总编、美国杂志总编、美国杂志总编、美国国家科学院院士唐纳德国家科学院院士唐纳德国家科学院院士唐纳德国家科学院院士唐纳德肯尼迪对肯尼迪对肯尼迪对肯尼迪对记者说。记者说。记者说。记者说。 二、人类基因组方案的组成二、人类基因组方案的组成( (一构造基因组方案一构造基因组方案测定人类基因组的全部核苷酸序列测定人类基因组的全部核苷酸序列人类基因组方案的伟大创举人类基因组方案的伟大创举 “ “生命天书的获取生命天书的获取功能基因组学的机遇和挑战功能基因组学的机遇和挑战 “ “生命天书的破译生
8、命天书的破译二功能基因组方案二功能基因组方案研讨人类全部基因的功能研讨人类全部基因的功能 The Challenge We Are Facing after HGP Human genome 30000 genesFunction?Tools for Studying Gene Function Bioinformatics Gene expression profile In vitro mutagenesis Gene transfer Model organisms1. 药物基因组学与个体化治疗药物基因组学与个体化治疗Pharmacogenomics & Individualized T
9、herapy 机体摄入药物后，经过吸收、分布、药机体摄入药物后，经过吸收、分布、药物与靶细胞作用、生物转化或分解及排物与靶细胞作用、生物转化或分解及排出等一系列过程。每一步都遭到特定的出等一系列过程。每一步都遭到特定的酶、受体或蛋白质的作用和影响。酶、受体或蛋白质的作用和影响。一个药物的总的药理作用都是由多基因一个药物的总的药理作用都是由多基因控制的。控制的。在药物代谢过程中一系列蛋白和酶的基在药物代谢过程中一系列蛋白和酶的基因都会对药物作用产生影响因都会对药物作用产生影响药药 物物 反反 应应 的的 多多 基基 因因 控控 制制(Evens and Relling, Science 2019
10、；286:487) 细胞色素氧化酶细胞色素氧化酶P450(CYP)是存在于肝细胞内质网和线粒体内的氧是存在于肝细胞内质网和线粒体内的氧化酶。主要对药物及其他代谢物进展氧化酶。主要对药物及其他代谢物进展氧化修饰。化修饰。细胞色素氧化酶细胞色素氧化酶P450种类很多，有的底种类很多，有的底物可被几种细胞色素氧化酶物可被几种细胞色素氧化酶P450催化，催化，而有的细胞色素氧化酶而有的细胞色素氧化酶P450可催化几种可催化几种不同的底物。不同的底物。细胞色素氧化酶细胞色素氧化酶P450的基因命名为的基因命名为CYP。强代谢者强代谢者(extensive metabolizer, EM)弱代谢者弱代谢者
11、(poor metabolizer, PM)降压药异喹胍降压药异喹胍(debrisoquine)催产药司巴丁催产药司巴丁(sparteine)由细胞色素氧化酶由细胞色素氧化酶2D6氧化代谢而失活氧化代谢而失活鉴定鉴定CYP2D6表型常用异喹胍代谢率表型常用异喹胍代谢率(MR)法法,即晚上口服异喹胍后搜集即晚上口服异喹胍后搜集8小时尿样：小时尿样：MR=尿中异喹胍量尿中异喹胍量/尿中尿中4-羟基异喹胍量羟基异喹胍量MR12.6者为者为PM,12.6者为者为EM强代谢者强代谢者(EM)和弱代谢者和弱代谢者(PM)大部分个体对以上两个药代谢正常大部分个体对以上两个药代谢正常-强强代谢者代谢者(ext
12、ensive metabolizer,EM) EM为为显性遗传显性遗传-药物代谢正常。药物代谢正常。有些个体代谢较弱有些个体代谢较弱-弱代谢者弱代谢者(poor metabolizer,PM) PM为隐性遗传。对为隐性遗传。对30余余种重要药物有代谢妨碍种重要药物有代谢妨碍-药物不良反响药物不良反响添加。添加。CYP2D6基因基因人类人类CYP2D基因位点定位于基因位点定位于22q13.1,由由CYP2D8P,CYP2D7P和和CYP2D6三个基因组成，三个基因组成，CYP2D8P和和CYP2D7P都是假基都是假基因。仅因。仅CYP2D6可产生蛋白质产可产生蛋白质产物。物。常见常见CYP2D6
13、CYP2D6基因突变分布基因突变分布 不同种族的人不同种族的人PM频率频率民民 族族 PM PM频率频率(%)(%)白种人白种人 3 31010中国人中国人 0.7 0.71.11.1日本人日本人 0 02.32.3西非人西非人 0 08 8非裔美国人非裔美国人 1.9 1.9多种基因的多态性都会影响药物反响。多种基因的多态性都会影响药物反响。单个核苷酸多态性单个核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism,SNP)估计全基因组中约有估计全基因组中约有3 x 10610 x 106 SNP国外已将国外已将6万个万个SNP标志用于临床药物研讨。标志用于临床药物研讨。
14、今后开处方再也不能人人都是：今后开处方再也不能人人都是： 一日三次一日三次 一次三片一次三片2 蛋白质基因组学蛋白质基因组学蛋白质组学是要从蛋白质组学是要从整体上研讨蛋白质整体上研讨蛋白质及其修饰形状，阐及其修饰形状，阐明在不同形状下的明在不同形状下的蛋白质组的差别。蛋白质组的差别。 HGPHGP人类安康的希望人类安康的希望疾病诊断向基因诊断的过渡，疾病诊断向基因诊断的过渡， 即即“此人患何此人患何病？转向病？转向“何人能够患此病何人能够患此病? ? 基因治疗日趋成熟基因治疗日趋成熟一大批基因工程药物和基于基因组信息开发的一大批基因工程药物和基于基因组信息开发的新型药物的运用新型药物的运用“量体裁衣式的治疗，量体裁衣式的治疗， 提高疗效，提高疗效， 降低毒降低毒副反响副反响组织工程，器官再造组织工程，器官再造人类潜能的开发前景宽广人类潜能的开发前景宽广 生物信息学(bioinformation) 是一门伴随着基因组研讨而产生的交叉学科。广义地说，它是从事与基因组研讨有关的生物信息的获取、加工、储存、分配、分析和解释的一门学科。 包含两层意思：对海量数据的搜集、整理对数据的运用第四节第四节 生物信息学生物信息学一、生物信息学概述一、生物信息学概述数据库查询和数据库搜索数据库查询和数据库搜索 ACGTGATA A C G T G A T A
