《环境基因组计划》PPT课件.ppt

2008.11,环境基因组计划 Environmental Genomics Program, EGP,什么是组学（-omics),目前把对细胞内RNA、DNA、蛋白质、代谢中间产物的整体分析手段，称为组学技术（-omics)。 基因组学 转录组学 蛋白质组学 代谢物组学 其他生物分子如脂类、糖类、脂蛋白等，也都会成为基因组学研究对象。,基因与基因组学,基因是DNA分子上具有遗传效应的特定核苷酸序列的总称，是具有遗传效应的DNA分子片段。 基因组就是一个物种中所有基因的整体组成。人类只有一个基因组，大约5-10万个基因。人类基因组有两层意义：遗传信息和遗传物质。 要揭开生命的奥秘，就需要从整体水平研究基因的存在、基因的结构和功能、基因之间的相互关系。,人类基因组计划 Human Genomics Program, HGP,1985； 1990； 2000.6.26 HGP的目的： 阐明人类基因组30亿个碱基对的序列，发现所有人类基因并搞清其在染色体上的位置，破译人类全部信息，使人类第一次在分子水平上全面地认识自我；了解生命起源、了解生命体生长发育的规律、认识种属之间和个体之间存在差异的起因、认识疾病产生的机制以及长寿与衰老等现象、为疾病诊治提供科学依据。,人类基因组研究的惊人发现：, 19号染色体是含基因最丰富的染色体，而13号染色体 含基因量最少； 目前已经发现和定位了26000多个功能基因，其中尚 有42的基因不知道功能； 人类基因组中存在“热点”和大片“荒漠”，在染色 体上有基因成簇密集分布的区域，也有大片的区域只有“无用DNA”不包含或含有极少基因的成分。基因组上大约有1/4的区域没有基因的片段； 35.3的基因包含重复的序列。这说明那些原来被认为是“垃圾”的DNA也起重要作用，应该被进一步研究。,基因组学技术在环境医学中的应用：, 研究有害环境因素的毒作用机制； 对环境因素可能的危害进行预测； 评价剂量反应关系； 毒性作用在种属间的外推； 确定环境污染物暴露和作用的生物学标志； 确定多种环境因素暴露后联合效应。,随着人类基因组逐渐被破译，一张生命之图将被绘就，人们的生活也将发生巨大变化，人类基因研究的意义在于它可以支持和推动生命科学中一系列重要的基础性研究。如基因组遗传语言的破译，基因的结构与功能关系，生命的起源和进化，细胞发育、生产、分化的分子机理，疾病发生的机理与治疗等。,人类基因组计划的意义：,伴随着人类基因组计划的迅速发展，基因的全序列逐步被完整的测出，会出现大量的不知道任何功能信息的序列。因此在HGP完成之后即全部人类基因被定序之后，还需要继续发展能对大量的基因进行功能分析的方法，还要继续分析大量未知功能基因的具体生物学功能。包括基因克隆计划、蛋白质计划以及细胞计划等。,后基因组工作：,后基因组工作：基因表型图谱 基因表型图谱实际上是基因宏观功能即基因的相关细胞表型图谱，用来直接、简便和快捷地对衰老性致命性疾病的基因治疗的靶基因和药物基因加以标志和定位，为基因诊断、基因治疗药物的设计提供高效技术平台。,HGP：遗传图谱、物理图谱、序列图谱、基因图谱,Post-genomic Era of Biology,Genome,Genotype,Genomics,Gene expression,Environmental stressors,Metabolism Proteins,Transcriptomics,Proteomics,Molecular Phenotype,Metabonomics,“Genes load the gun, the environment pulls the trigger”,环境基因组计划（EGP),1997.10提出，1998.4.4立项资助 预计2004年完成 参加单位： 美国国立环境卫生科学研究所（NIEHS) 美国国立卫生院（NIH）的几个研究所 美国能源部（DOE, Department Of Energy） 联邦研究机构,Environmental Genomics,Knowledge Of Toxicology,Candidate Genes,Exposure Model Studies,Find Genetics Variation,Funtional Analysis,?,Population Studies,Risk Assesment,总体目标：专门研究与环境相关疾病的遗传易感性，寻找对化学损伤易感的基因。,遗传敏感性（genetic susceptibility),后天性/获得性 个体敏感性 先天性/遗传性 遗传敏感性：由于某种机能的遗传多态性出现机 能异常而导致机体对损害敏感,遗传敏感性的分子生物学基础是基因多态性,基因多态性（gene polymorphism): 在人群中有少数一部分人某个基因的DNA序列和其他人不一样，但在这少部分人群中，该基因的DNA序列极其接近或相同。 某些基因多态性与机体对致癌因素和肿瘤发生的敏感性有关。,研究人群：不同年龄、性别和种族背景的10个群体中 1000个个体。 研究目标： 1.鉴定与环境相关疾病易感基因的等位片段多态性（allelic polymorphism）， 2.建立这些基因多态性的中心数据库， 3.服务于疾病流行病学中基因与环境相互作用的人群研究。 4.准确地预测出影响人类健康的危险度和帮助政府制定出环境保护策略。,努力方向： 1.环境基因组图谱的建立，包含足够的血样数和20 个基因多态性； 2.大规模从具有代表性的美国人群中检测主要的化学 物质； 3.恢复这些因素的真实相互作用； 4.用转基因鼠和其他改进模式建立快速和更好的检测 系统。,具体研究项目： 1.生命统计学，研究分析环境和基因之间的关系，建立用 于分析大分子物质（DNA、RNA、蛋白质）的计算机分 析数据库以及基于Web的资源的开发和利用。 2.DNA测序，DNA测序或序列分析，人群中遗传学变异的 测定，同源性测定，侧翼序列和内含子/外显子分析增 强子和其他一些调节域的分析等。 3.社会、法律和伦理学的应用： 提高人们对于环境相关疾病的认识； 帮助卫生人员制定相应的疾病预防政策； 保护那些参与研究的个体； 研究结果的利用以及如何为社会上的大多数人服务。,4.功能分析，包括结构功能研究、酶学研究、细胞定 位、蛋白质折叠、组织-器官特异基因表达模式、功 能基因分析、转基因或其他实验动物模型、体外或 细胞系培养方法等。 5.人群方面的研究，包括环境和分子流行病学研究、 生物标记、基因易感性、环境和基因之间的相互作 用等。 6.技术的发展，该研究项目主要发展一些用于基因或 蛋白质功能研究的技术，包括DNA微点阵技术、质 谱、毛细管电泳、高效液相色谱、全细胞蛋白质内 容分析等。,表1 疾病相关易感性基因的一些例子,目前环境基因组计划要研究的部分环境相关疾病和 缺陷有： 癌症：肺癌、膀胱癌、乳腺癌及前列腺癌 呼吸系统疾病：哮喘和纤维囊性肿 退行性神经系统疾病：早老性痴呆、帕金森氏综合征和肌 萎缩内侧硬化症 发育障碍：智力低下和注意力缺陷-多动症 生殖系统疾病：绝育、子宫肌瘤、子宫内膜异位、青春期 早熟 自身免疫病：全身性红斑狼疮多发性硬化,我国开展环境基因组研究的研究意义 ： 研究基因与