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1、l l 基因检测l 第三次医疗革命的序幕与基础l l l l 一、基因检测概述l 二、基因检测的生物学基础l 三、基因检测的主要类型l 一 基因检测概述l l 21世纪什么最贵？l 健康什么是健康？l 世界卫生组织的定义：健康不仅是指没有疾l 病，而且应有完整的生理、心理状态和社会l 适应能力，同时还应包含道德的健康。l 65岁以前算中年人，l 65岁至74岁算青年老年人，l 75岁至90岁才算老年人，l 人的正常寿命应该120岁（生长期5-7倍）。疾病是健康的大敌l疾病通常是指人体的形态、功能偏离了正常人标准的状态，生病总会使人不适、痛苦，还会影响学习、工作和生活，甚至使生命无法延续。l人类

2、为战胜疾病进行着长期不懈的努力，虽然已经取得不少成绩，但是仍有病魔横亘在我们面前。医学发展的三个阶段：l第一 中国中医时代l第二 西方文艺复兴 西医时代l第三 分子生物学基础上的个性化医疗8什么是基因检测？lUS SACGT Report：基因检测是指，对于染色体、基因、以及（或）基因产物（例如：蛋白质或酵素）加以分析，以决定某一与特定疾病或症状有关的基因变化，是否存在于某个个人。lUK HGC：任何检验DNA、基因或染色体有无异常之测试。9疾病的易感性l 疾病内因外因疾病内因外因10基因检测的发展历史和趋势l1994年，美国开始肠癌基因筛检l1995年，英国实施基因筛检制度：结肠癌，乳腺癌，

3、早老性痴呆等l1998年，美国正式启动基因芯片计划,基因筛检更加快速，简便11基因检测的意义l个人：治未病，个性化医疗保健个人：治未病，个性化医疗保健l家庭：优生优育，降低群体发病率家庭：优生优育，降低群体发病率l社会：节约医疗支出社会：节约医疗支出l民族：提高整体遗传素质民族：提高整体遗传素质12基因检测的意义（例）l 二 基因检测l 的生物学基础 物质蛋白质 能量 糖类脂肪等 信息 DNA自然的内在统一之美：由DNA 到蛋白质从经典遗传学到分子遗传学l 分离定律(1864)l 自由组合定律(1864)l 连锁交换定律(1920)l 基因论基因是位于染色体上的化学分子l 1953年4月25日

4、，年仅25岁的沃森与同在剑桥大学的合作伙伴弗朗西斯克里克一起，在英自然杂志上发表了一篇仅两页的论文，提出了的结构和自我复制机制。这篇论文被普遍视作分子生物学时代的开端分子生物学时代的开端。l 经典遗传学的研究课题主要是基因在亲代和子代之间的传递问题；l 分子遗传学则主要研究基因的本质、基因的功能以及基因的变化等问题；l 基因组学是研究生物基因组和如何利用基因的学问。动物、植物、微生物的基因组测序工作进行的如火如荼，多项基因组测序结果被公布，包括第一个个人基因组图谱、马基因组图谱和多种致病性细菌的基因组测序结果。这些必将会为我们生物科技的发展带来深远影响。17什么是基因？l基因基因（Gene）的

5、定义定义：基因基因是DNA分子分子上含有特定遗传信息的核苷酸序列的总称，是具有遗传效应的DNA分子片段，基因位于染色体上，并在染色体上呈线性排列。在人类染色体里蕴涵着整个人体生命中所有的遗传信息，它控制着人体生、老、病、死等几乎所有的生命活动，决定着人体毛发、肤色、体质、性格、健康等一切生命表象。可以说，基因是世界上一切生命生命的本源。18DNA的化学组成DNA是遗传信息传递的物质基础：1929年，俄裔美国生物化学家列文（18691940）发现DNA（核酸碱基）的基本成份是腺膘呤（腺膘呤（A A）、）、鸟膘呤（鸟膘呤（G G）、胸腺嘧啶（）、胸腺嘧啶（T T）、）、胞嘧啶（胞嘧啶（C C）。D

6、NA的生物合成过程：20三联体遗传密码：21基因的作用中心法则22人类的遗传物质23对染色体人类基因组计划l 人类基因组计划（HGP）于1990年正式启动了2003年完成了所有研究目标。已完成的基因序列图覆盖了人类基因组99%的区域，精确率达到了99.99%。那是一部长达100万页，每页3，000个字符的巨著！l 诺贝尔获得者杜伯克曾说:人类的DNA序列是人类的真谛，这个世界上发生的一切事情，都与这序列息息相关。l三 基因检测的主要类型25DNA序列的多态性l人类基因多态性既来源于基因组中重复序列拷贝数的不同，也来源于单拷贝序列的变异。通常分为3大类：1.限制性片段长度多态性（限制性片段长度多

7、态性（RFLP），），即由于碱基的缺失、重复和插入所引起限制性内切酶位点的变化，而导致DNA片段长度的变化。这是一类比较普遍的多态性。1986年,人类基因组的第一个完整的限制性片段长度多态(restriction fragment length polymorphism,RFLP)图谱绘制完成,这是人类的第一张分子遗传图谱,标志着人类疾病发生机制的遗传学研究进入了一个新的阶段。26基因多态性2.DNA重复序列的多态性，重复序列的多态性，特别是短串联重复序列，如小卫星DNA和微卫星DNA，并主要表现于重复序列拷贝数的变异。27单核苷酸多态性（SNP）l 3、SNP通常通常是单个核苷酸的变异，它是

8、人类基因组中最常见的基因多态性，是我们人体差异的最基本因素，这些差异形成了不同的基因型，决定了人们患有疾病的不同风险和对药物的不同反应，它已成为第三代遗传标记。28国际人类基因组单体型图计划(HapMap)n国际人类基因组单体型图计划是由美国、英国、日本、加拿大和中国科学家共同发起并参与的一项旨在确定人类遗传的相似性和差异性的计划，其最终目标目标是构建人类DNA序列中多态性位点的常见模式图，即单体型图，简称HapMap。这将是一张更为全面的人类基因组遗传整合图。nHapMap将成为研究人员确定对人类健康和疾病以及对药物和环境的反应有影响的相关基因的关键信息。SNP对生物表型的影响（例）WT O

9、5 ALLE1 ALLE4 ALLE2、3 Mo17 O5 O5-N1241 O5-N874B O5-N76B nO5n第287个密码子由nGGT（编码甘氨酸）n变为TGT（编码半胱氨酸）nALLE1（O5-N1241）n第151个密码子由nCCA（编码脯氨酸）n变为TCA（编码丝氨酸）nALLE3(O5-N76B)由GAT（编码天冬氨酸）n变为AAT（编码天冬氨酰）n ALLE4（O5-N874B）n第210个密码子n由GAA（密码子谷氨酸）n变为AAA（编码赖氨酸）nO5等位突变序列差异图O5基因表达的目的蛋白举例：镰刀型细胞贫血症 l1949年美国化学家鲍林发现镰刀型细胞贫血症。这种病的

10、发生是由一种异常的血红素造成血红素S(hemoglobin S)。它属于常染色体隐性遗传。l这种基因导致患者会因红血球功能异常及坏损而引起血液循环不良及剧烈疼痛。严重时，可威胁到患者的生命。l分子病理是基因发生单一碱基突变，正常基因第6个密码子为GAG，编译谷氨酸突变后变为GTG编译缬氨酸。正常红细胞 突变体红细胞35SNP与疾病的易感性l SNP通常通常是单个核苷酸的变异。n按照最终是否影响蛋白质的翻译，突变可分为!中性突变!错义突变!无义突变!移码突变CTT CTA Leu LeuCTT CCT Leu ProTAC TAA Tyr 终止密码CTT CTAT Leu 后继氨基酸发生改变遗传

11、性疾病与基因检测l遗传性疾病是由生殖细胞或受精卵的遗传物质，即染色体和基因，发生改变而引发的疾病，它有家族性、先天性等特点。l血友病、白化病、色盲等都是遗传性疾病，肿瘤、高血压、冠心病、糖尿病和精神性疾病也往往同遗传有关系。遗传性疾病较难治愈，因此它对人类的危害较大。37遗传性疾病l 单基因遗传病（单基因遗传病（monogenic inheritance）!单基因遗传病是由单个基因发生突变所引起的遗传病。它可能是等位基因中的一个发生单基因遗传病是由单个基因发生突变所引起的遗传病。它可能是等位基因中的一个发生突变，也可能是成对的等位基因都改变。突变，也可能是成对的等位基因都改变。单基因病本质上属

12、于单基因性状的遗传，故称单基因病本质上属于单基因性状的遗传，故称之为孟德尔疾病。之为孟德尔疾病。如：并指症、血友病等如：并指症、血友病等。l 多基因遗传病（多基因遗传病（polygenic inheritance）!多基因遗传病又称多因素遗传病多基因遗传病又称多因素遗传病(multifactorial inheritance)是由多个基因的累加效应引是由多个基因的累加效应引起的遗传性状，起的遗传性状，一般与环境因素共同作用一般与环境因素共同作用。因有遗传因素在内，故发病呈家族倾向，但。因有遗传因素在内，故发病呈家族倾向，但不符合孟德尔遗传规律，即同胞中的患病率远比不符合孟德尔遗传规律，即同胞中

13、的患病率远比1/2或或1/4低，大约只有低，大约只有110。大多。大多数先天性畸形如无脑儿、脊柱裂和其它神经管缺损以及大多数先天性心脏病，以及许多数先天性畸形如无脑儿、脊柱裂和其它神经管缺损以及大多数先天性心脏病，以及许多常见的成人疾病如癌症、高血压、冠心病、痛风、精神分裂症、抑郁症及糖尿病等，不常见的成人疾病如癌症、高血压、冠心病、痛风、精神分裂症、抑郁症及糖尿病等，不是单纯由单基因突变或染色体异常所引起的疾病，这些疾病都是由多个基因和环境因素是单纯由单基因突变或染色体异常所引起的疾病，这些疾病都是由多个基因和环境因素共同作用的结果，都属于多基因遗传病。共同作用的结果，都属于多基因遗传病。3

14、8举例：（ACE基因）血管血管收缩收缩血管血管舒张舒张血压正常血压正常血管血管血管紧张素血管紧张素缓激肽缓激肽血管血管收缩收缩血压升高血压升高血管血管ACE能使血管紧张素的生成增加，同时增加缓激肽的降解。DD基因型导致血中ACE蛋白的表达量及其活性提高，使血管张力增加并促进了血管平滑肌细胞的增殖，血管紧张素II（Ang II）参与了血管纤维化的形成。39举例：（GNB3基因）GNB3为G蛋白3亚单位编码基因，G蛋白是一种镶嵌于细胞膜上的异源三聚体，在细胞膜和效应蛋白之间的信息传递过程中起“分子开关”作用，介导许多刺激血管活性和血管增生的细胞内效应。G蛋白由、和亚单位组成，GNB3主要编译亚单位

15、。国内外多项研究表明，该基因上的多态现象与高血压及其用药、肥胖、胰岛素抗性等都有相关性DNA差异的常用检测技术1.以以PCR 为基础的方法为基础的方法2.以杂交荧光检测为基础的方法以杂交荧光检测为基础的方法3.M A L D I-T O F 质谱分析质谱分析4.测序法测序法5.纳米探针电路检测纳米探针电路检测1.1 单管双向等位基因专一性扩增单管双向等位基因专一性扩增1.2 单核苷酸引物延伸分析单核苷酸引物延伸分析1.3 特异等位基因特异等位基因PCR2.1 等位基因特异寡核苷酸片段分析等位基因特异寡核苷酸片段分析2.2 焦磷酸荧光法焦磷酸荧光法2.3 Taqman 技术的原理技术的原理2.4

16、 双色荧光偏振技术双色荧光偏振技术2.5 芯片分析芯片分析SNP分型原理41测序技术的发展：l 第一代测序：1977年Sanger发明了具有里程碑意义的末端终止测序法l 第二代测序：Roche/454 FLX、Illumina/Solexa Genome Analyzer和Applied Biosystems SOLID system。Jonathan Rothberg博士就是大规模并行测序的发明者，同时也是454的创始人。n纳米微孔测序原理。n第三代测序：单分子实时DNA测序n一个人的基因组测序15分钟，成本100美元就可以实现。nPacific Biosciences公司44“十一五十一五”（20062010）生物与医药产业重点专项规划，中央）生物与医药产业重点专项规划，中央领导高度关注产业转型：领导高度关注产业转型：(一一)新型疫苗产业新型疫苗产业 (二二)生物制药产业生物制药产业（四）生物制造产业（四）生物制造产业 (五五)以抗虫杂交棉为代表的生物农业产业以抗虫杂交棉为代表的生物农业产业（六）新型饲料酶产业（六）新型饲料酶产业政策面的支持45基因检测的目的谢谢大家47上工治未病