人体口腔微生物组研究最新进展
12月19日宣布启动一项新的基因工程——人体微生物组项目(human microbiome project，HMP)[2]。作为NIH生物医学研究路标计划的一部分，NIH将在未来5年内在HMP上投资1.5亿美元。其主要目标之一是阐明微生物组及影响构成微生物分布和进化的因素，以更好地理解人类遗传及生理多样性，其结果可能为当代人类进化提供一个新的视角，即：迅速发展的科学技术、人类的生活方式和生物圈发生的变革，是否影响着“微观进化”，从而影响人类对健康和各种疾病的易感性。通过宏基因组学方法和传统基因组DNA测序方法的协调应用，HMP将为进一步研究人体相关微生物群落奠定坚实的基础。HMP的研究目标是确定个体之间是否有共同的核心人体微生物组的存在，加深对人体微生物组的变化是否与人体健康状况相关的理解，开发实现上述目标所需要的新技术和生物信息学工具，处理伴随HMP项目相关的伦理、法律和社会问题。HMP的实施主要包括以下内容：首先对500种新的参考细菌的基因组进行序列测序，通过合并其他国际资助项目获得的微生物基因组信息，从而形成涵盖大约1 000种微生物基因组的数据库;然后研究人员将对取自于健康志愿者身体5个部位(消化道、口腔、皮肤、鼻腔和女性泌尿生殖道)组织样本内的微生物群落进行分析;最后将从患有特定疾病的志愿者体内获得样本，从而可以将微生物组在人体特定区域的存在及变化情况与特定的疾病建立联系。目前人体微生物组仍是一个未知的领域，HMP的最终目的是通过研究获得的数据、工具和资源更充分地了解其变化在人类健康和疾病中的作用，它的实施将对疾病的预防、诊断及治疗产生重大的影响[3-4]。
2 人体口腔微生物组
健康人的口腔包含有超过600种不同的细菌、病毒和真菌等微生物物种，大部分可以相互关联并形成生物膜，抵抗机械清除力或抗生素治疗，但在环境变化或其他口腔情况(如个人口腔卫生质量)变化触发时它们也可成为致病微生物。大量的临床研究[5]显示，口腔微生物群与龋病和牙周病有着密切的关系。随着人体微生物组项目的开展，对人体口腔微生物组的研究也日渐增多，NIH牙颅颌面研究所(national institute of dental and craniofacial
re-search，NIDCR)于2008年启动了第一个口腔微生物组综合数据库——人体口腔微生物组数据库(human oral microbiome database，HOMD)。HOMD于2008年3月25日正式对公众开放，它是由美国波士顿福赛斯研究所和伦敦国王学院的科学家联手建立的，对口腔细菌的类型、新陈代谢、致病能力等进行了详细记录，提供了它们的数千种基因。该数据库的网站地址为https://www.360docs.net/doc/6f3324939.html,。数据库的详细资料将口腔细菌的DNA、蛋白质信息和相关论文关联在一起[6]，方便使用者查询。HOMD的目标是提供大约600种人体口腔原核生物物种群落的全面信息。这些微生物物种的44%可培养并已命名;11%可培养但尚未命名;还有45%无法培养，但可用分子生物学研究手段，通过它们的16S rRNA序列来辨认其DNA 指纹。16S rRNA序列是科学家们在过去20年中用来识别微生物遗传信息的独特指纹。这一序列信息可以使微生物通过一个家族树来显示它们的相互关系。对于那些DNA已被测序的微生物，HOMD提供在线工具来查看和分析它们的基因和蛋白质。每个数据库中的信息类别都是相互关联的，易于检索、注释，并经常更新。HOMD提出了一个对目前未命名物种的命名方案，使菌株、克隆以及从任何实验室探测得到的数据可以直接链接到一个稳定的有名参考微生物实体。HOMD将序列信息与表型、系统发育、临床和书目信息数据等相关
联。全部和部分口腔细菌的基因组序列已被确定为HOMD项目和人体微生物组项目的一部分，HOMD同时提供可方便查看所有公开口腔细菌基因组的工具[7-8]。NIDCR Lawrence Tabak博士认为，HOMD的建立填补了尖端研究的需要，口腔微生物组包含极其丰富的数据，HOMD未来将成为科学家查看和检索口腔微生物群信息、形成新的科学假设和获得计算发现的重要搜索引擎，并最终开发出更完善的生物治疗方法来控制口腔疾病[9]。除了HOMD外，人们还开展了对正常人口腔唾液微生物组和核心微生物组的研究。Nasidze等[10]学者分别从北美、南美、欧洲、亚洲以及非洲等不同地区提取了120个人的唾液样本，通过对这些唾液样本的14 115个16S rRNA基因进行测序和分析，结果识别出了101种已知的细菌类，其中有39种是从未在口腔中发现过的。此外，还至少发现了64种未知的细菌类。这些研究结果提示口腔微生物组因个体的不同在组成上也存在着很大的差异，并且不受任何地区结构的影响。研究旨在建立健康个体唾液细菌的范围，以期对未来的疾病诊断提供帮助。Zaura等[11]学者利用454焦磷酸测序技术检测了3名正常高加索人口腔内5个部位的微生物组。结果发现，在正常人口腔中有3 600种独特序列，超过500种不同的分类单元或“物种级”表型和88~104种高级分类群(属或更具包容性的类群)。每个单独的样品平均藏匿有266种“物种级”表型，颊部样本多样性最小，牙齿邻面样本多样性最高。主成分分析结果显示来源于牙面的样本占据了所有部位的主要构成。从3个个体微生物组测序结果分析可知，高级分类群、“物种级”表型和独特序列都有一个较大的重叠，84%的高级分类群，75%的分类单元和65%的独特序列至少在3个微生物组中的2个存在。这3个个体的总共6 315个独特序列中有1 660个相同序列，这1 660个相同序列，即“核心微生物组”贡献了66%的测序内容，重叠的分类单元贡献了94%的内容，而几乎所有的内容(99.8%)都属于共享的高级分类群。研究证实，不同的健康人口腔细菌大部分微生物组是相同的，提示可能存在健康口腔核心微生物组。如何使口腔微生物组有助于健康和疾病防治吸引了许多细胞生物学家、微生物学家和免疫学家越来越多的兴趣，这些研究将明确如何调控微生物群才能使其有助于维持健康，如在龋齿和牙周病中通过干扰微生物的群落动力而发挥预防作用。另一方面，相关研究人员目前也正在探讨口腔微生物群和某些全身性疾病之间的联系。
3 口腔微生物组研究新技术
对口腔微生物组的认识很大程度上依赖于研究手段。根据Staley等[12]的观点，低于1%的微生物可以在实验室环境下生长，提示以培养技术为基础研究口腔微生物菌群的复杂性和基因多态性具有严重偏差。现代生物技术以DNA为基础的一系列研究方法，如16S rRNA基因技术、高通量指纹技术、宏基因组学技术以及下一代测序技术，使人类可以在结构复杂性和基因多态性的意义下更清晰地研究和了解人体微生物菌群[13]。
3.1 16S rRNA基因测序技术
1985年开始应用的PCR技术开启了对以前未知微生物群落的非培养依赖性分析和鉴别，包括口腔生物膜中的常驻微生物。Woese[14]发现，16S rRNA构成了原核细菌核糖体亚基的一个保守序列。所有物种的16S rRNA序列的部分区域是高度保守的，而其他区域则变化较大。保守的区域，可从基因组DNA序列扩增16S rRNA序列，而多变的区域则经常根据系统发育用于生物分类。因此，16S rRNA序列对基因组研究特别有用，可以帮助确定
在一个给定的样本中有哪些生物分类群的存在以及它们的丰度如何。编码16S rRNA基因顺序的保守性和多样性使从种属水平构建细菌进化树关系成为可能。16S rRNA序列可从2个方面获得：通过宏基因组DNA样本使用不同的引物专门地扩增获得，也可通过宏基因组DNA序列的传统全基因组鸟枪法测序随机获得。一般来说，第2种方法获得的16S rRNA 序列会减少，但同时消除了PCR反应的误差。
3.2 高通量指纹技术
采用高通量指纹技术检测环境微生物群落，可以直接检测从微生物群落样本中提取的核酸，以PCR为基础，如变性梯度凝胶电泳(denatured gra-dient gelelectrophoresis, DGGE)[15]，温度梯度凝胶电泳(temperature gradient gel electrophoresis，TGGE)[16 ]，末端限制性酶切片段长度多态性(terminal restriction fragment length polymorphism，
T-RFLP)[17-18]。这些技术已经被学者广泛地用来研究人体口腔微生物的种属。
DGGE/TGGE是一种以PCR为基础的微生物群落分析方法，将特定微生物群落DNA库中的标记基因进行PCR扩增。PCR混合产物进行DGGE/TGGE，不同顺序成分的DNA在不同变性浓度下变性，表现出凝胶上的不同条带，形成不同的条带模式，理论上认为一个条带就代表菌落中的一种不同种属的细菌。实验所获得的指纹图谱反应了群落的结构，包括其复杂性以及每一个被检测种属的相对含量。将凝胶上的条带进行回收、克隆及测序，便可鉴定对应微生物的种属。T-RFLP是广泛应用于环境微生物群落的评价及不同生态系统复杂性和基因多态性比较的替代性分子学技术，也是以PCR为基础，对一定的目标基因进行PCR 扩增，使用荧光标记的引物，得到有荧光标志的PCR混合产物。由于从不同种属细菌扩增来的目标基因可能在不同的位置含有不同数量的限制性内切酶片段，用特定的内切酶水解PCR产物，就会产生不同反应的被测微生物群落特征的条带模式，或“指纹”。由于末端限制性酶切片段长度可由已知的16S rRNA或其他目标基因序列预知，因此建立数据库相对较容易，每次T-RFLP所测的结果可以通过将结果峰与已有数据库进行比较而进行便捷的阐释。指纹技术较16S rRNA基因测序技术虽然可对整个微生物群落进行分析，获得微生物组的情况，然而，不同指纹技术的研究结果很难进行比较，并且不能检测微生物的分类和功能[13]。
3.3 宏基因组学技术
“宏基因组”是由Handelsman等[19]1998年提出的，包含了比可培养微生物大得多的遗传信息，其定义是生物环境中全部微小生物遗传物质的总和。宏基因组目前主要是指环境样品中细菌和真菌的基因组总和，其文库既包括了可培养的和未培养的微生物遗传信息，因此提供了获得新生物活性物质的机会。宏基因组学的基本方法是分析微生物环境中的基因组组合，直接分离未培养微生物基因组DNA，将其克隆到可培养的微生物中，最后筛选出所需的。
3.4 焦磷酸测序技术
焦磷酸测序技术是近年来发展起来的一种新的下一代序列分析技术，它通过核苷酸和模板结合后释放的焦磷酸引发酶级联反应，促使荧光素发光并进行检测，是一个理想的遗传分析技术平台，既可进行序列分析，又可进行基于序列分析的单核苷酸多态性检测及等位基因
频率测定等[20]。焦磷酸测序技术的建立与应用使得高通量准确测定特征序列、有效进行微生物的分型鉴定成为可能。焦磷酸测序技术的核心是由4种酶催化的同一反应体系中的酶级联化学发光反应，这4种酶分别为：DNA聚合酶、ATP硫酸化酶、荧光素酶和双磷酸酶，反应底物为5′-磷酰硫酸、荧光素，反应体系还包括待测序DNA单链和测序引物。在每一轮测序反应中，只加入一种dNTP，若该dNTP与模板配对，聚合酶就可以将其掺入到引物链中并释放出等摩尔数的焦磷酸基团。焦磷酸基团可最终转化为可见光信号，并由焦磷酸测序仪器转化为一个峰值，每个峰值的高度与反应中掺入的核苷酸数目是成正比的。然后加入下一种dNTP，继续DNA链的合成。每一个dNTP的聚合与一次荧光信号的释放偶联起来，以荧光信号的形式实时记录模板DNA的核苷酸序列。
4 结语
人类口腔微生物与人体始终处于动态生态平衡状态，为维护人体的健康发挥重要的作用，也与多种口腔疾病的发生发展有密切关系，因此，对这些微生物的基因进行全面测序和对它们的生理功能进行深入解析，可为各类疾病的预防和治疗带来全新的思路和方法。人类口腔微生物组数据库的建立为人们了解、认知复杂的口腔微生物环境提供了一个崭新的平台，为各种口腔疾病的预防和治疗奠定了基础。
【参考文献】
[1] Lederberg J, McCray AT. “Ome sweet” omics-a genealogicaltreasury of words[J]. Scientist, 2001, 15(7)：8.
[2] NIH. Human microbiome project：Overview[EB/OL]. [2009-11-05]. http：
//https://www.360docs.net/doc/6f3324939.html,/hmp/.
[3] NIH HMP Working Group, Peterson J, Garges S, et al. The NIHhuman microbiome project[J]. Genome Res, 2009, 19(12)：2317-2323.
[4] Turnbaugh PJ, Ley RE, Hamady M, et al. The human micro-biome project[J]. Nature, 2007, 449(7164)：804-810.
[5] Avila M, Ojcius DM, Yilmaz O. The oral microbiota：Livingwith a permanent guest[J]. DNA Cell Biol, 2009, 28(8)：405-411.
[6] Baranova O. Human oral microbiome database[EB/OL]. [2009-12-30]. http：
//https://www.360docs.net/doc/6f3324939.html,/.
[7] Bethesda MD. Database of human oral microbiome launched[EB/OL].
[2008-03-27]. http：
//https://www.360docs.net/doc/6f3324939.html,/component/content/article/1710-database-of-human-oral-microbiome
-launched.
[8] Kelly J. Human oral microbiome database launched[EB/OL].[2008-03-26]. http：//https://www.360docs.net/doc/6f3324939.html,/articles/101607.php.
[9] Kuska B. March 25, 2008-Scientists launch first comprehen-sive database of human oral microbiome[EB/OL]. [2009-10-27].http：
//https://www.360docs.net/doc/6f3324939.html,/Research/ResearchResults/NewsReleases/ArchivedNewsReleases/ NewsReleases2008/OralMicrobiome.htm.
[10] Nasidze I, Li J, Quinque D, et al. Global diversity in the hu-man salivary microbiome[J]. Genome Res, 2009, 19(4)：636-643.
[11] Zau ra E, Keijser BJ, Huse SM, et al. Defining the healthy “coremicrobiome” of oral microbial communities[J]. BMC Microbiol,2009, 9(1)：259.
[12] Staley JT, Konopka A. Measurement of in situ activities of non-photosynthetic microorganisms in aquatic and terrestrial habitats[J]. Annu Rev Microbiol, 1985, 39：321-346.
[13] Hamady M, Knight R. Microbial community profiling for humanmicrobiome projects：Tools, techniques, and challenges[J]. GenomeRes, 2009, 19(7)：1141-1152.
[14] Woese CR. Bacterial evolution[J]. Microbiol Rev, 1987, 51(2)：221-271.
[15] Nakatsu CH. Soil microbial community analysis using denaturinggradient gel electrophoresis[J]. Soil Sci Soc Am J, 2007, 71：562-571.
[16] Anderson IC, Cairney JW. Diversity and ecology of soil fungalcommunities：Increased understanding through the application ofmolecular techniques[J]. Environ Microbiol, 2004, 6(8)：769-779.
[17] Liu WT, Marsh TL, Cheng H, et al. Characterization of micro-bial diversity by determining terminal restriction fragment lengthpolymorphisms of genes encoding 16S rRNA[J]. Appl EnvironMicrobiol, 1997, 63(11)：4516-4522.
[18] Thies JE. Soil microbial community analysis using terminal re-striction fragment length polymorphisms[J]. Soil Sci Soc Am J,2007, 71：579-591.
[19] Handelsman J, Rondon MR, Brady SF, et al. Molecular biologi-cal access to the chemistry of unknown soil microbes：A newfrontier for natural products[J]. Chem Biol, 1998, 5(10)：245-249.
[20] Ronaghi M. Pyrosequencing sheds light on DNA sequencing[J].Genome Res, 2001, 11(1)：3-11.
人类身上的微生物
人类身上的微生物 10级森林保护魏菏当人们通过显微镜看到密密麻麻生活着各种各样的微生物，很多人都不禁都会想：这些小东西看着太吓人了，我最好远离它们。可殊不知，所有动物中身上存在微生物最多的就是我们人类。 科学家们称，寄居在人身上的微生物约有200多种，其中有80种寄居在人们的口中。人的身体在某种意义上来说是一个各类车间俱全的微生物加工厂。我们的身体每年能产出1000亿至100万亿个微生物。在我们的肠子上，每一平方厘米的地方就聚居着达100亿个微生物；在皮肤上，每平方厘米的地方聚居着达1000万个微生物。同时，我们的牙齿、喉咙和食道则更是微生物泛滥的乐园，这些部位积聚的微生物要比皮肤表面高数千倍。此外，我们的身体上还寄居着无数的依靠食用死皮肤细胞为生的对人体健康无甚大碍的螨虫。下面来看一下我们身体几个微生物主要聚集的部位。 一、口腔 人类的口腔存在200多种微生物。比如粪大肠杆菌，它们是导致牙病和口气的罪魁祸首！还有导致龋齿的变形链球菌，引起疱疹病的疱疹病毒。人类出生时，口腔是无菌的，但在几小时到一天之内，口腔内即可出现一些菌群，据研究，在一个成人口腔中，唾液中的细菌至少是由三十多种菌属组成，这些细菌大多数来自舌背表面，少数来自其他部位的口腔粘膜。在牙菌斑及牙龈沟中，菌计数为2X1011个／克湿重菌斑。在正常情况下，口腔微生物与宿主口腔处于生态平衡
状态。但由于体内、外环境因素的影响，可导致口腔内微生物菌群失调。正常口腔微生物若出现生态失调的变化，将出现种种口腔疾病，龋牙和牙周病就是口腔生态失调最常见的疾病。 二、皮肤 可能以下的情况像是恐怖片中的场景，但人类必须面对现实，这些都是真的：当我们关掉灯上床安歇时，我们的脸上立刻开始了一场盛大的宴会。细小而有八条腿的蜘蛛的远亲们——蠕形螨，从我们的皮肤中爬出来，它们从这根毛发跳到另一根毛发以寻求配偶。就这样，早晨到来的时候，它们又头朝下钻进我们的皮肤中。 大约每四个人中就有一个人身上寄居着这种蠕形螨。这些蠕形螨寄居在他或她的睫毛和皮肤里。你可能通过与带有该种寄生物的人亲密接触，甚至只是共用一条毛巾就能被传染上。一旦这些微生物跑到你身上，它们就会吸附在毛发的基部或毛孔中。它们主要以皮脂腺分泌出的油脂为营养。尽管在显微镜下这些家伙看起来是如此的面目可憎，但科学家尚没有找到根除它们的办法。 此外，人身上腋窝处生活着大量的金黄色葡萄球菌，它们消化人体的汗液，并产生出一种带臭味的化学物质，这就是我们所熟知的体味(某些人身上严重些即为狐臭)。而皮肤癣菌会大量聚集在人类的脚趾，特别是脚趾间，它们吃掉我们脚上的死皮肤，并导致发痒，形成足癣。 除了这些，人身上还有多种引发各种皮肤病的真菌。 三、肠道
基因组学研究的应用前景
基因组学研究的应用前景摘要：基因组学是一门研究基因组的结构，功能及表达产物的学科，基因组的结构不仅是蛋白质，还有许多复杂功能的RNA,包括三个不同的亚领域，及结构基因组学，功能基因组学和比较基因组学。近几年，基因组学在微生物药物，细菌，病毒基因，营养基因方面都有进展，其前景是光明的。 关键词：基因研究未来结构 一、微生物药物产生菌功能基因组学研究进展 微生物药物是一类化学结构和生物活性多样的次级代谢产物，近年来多个产生菌基因组序列已经被测定完成，在此基础上开展的功能基因组研究方兴未艾，并在抗生素生物合成，形态分化，调控，发育与进化及此生代谢产物挖掘等方面有着新的发现，展现出广阔的研究前景，青霉素及其衍生的《》内酰胺类抗生素极大地改善了人类的卫生保健和生活质量，并促进研究人员不断对其工业生产菌株类黄青霉进行遗传改良和提高其产量，从而降低生产成本。经过60年的随机诱变筛选，当前青霉素产量至少提高了三个数量级，同时，青霉素的生物合成机理也得到了较为清晰的阐述，其pcbAB编码的非核糖体肽合酶ACVS~DPcbc编码的异青霉素N合成酶IPNS位于细胞质中，而苯乙酸COA连接酶PenDE编码的IPN酰基转移酶位于特殊细胞器一微体中。 研究发现，青霉素合成基因区域串联扩增，产黄青细霉胞中微体含量增加都可显著提高青霉素产量。然而随机诱变筛选得到的黄青霉工业菌株高产的分子机制尚不明确。为此，2008年荷兰研究人员联合国美国venter基因组研究所对黄青霉wisconsin54—1225进行了基因组测试和分析，并进一步利用DNA芯片技术研究了wisconsin54—1255及其高产菌株DS17690在培养基中是否添加侧链前体苯乙酸情况下的转录组变化，四组数据的比较分析发现，有2470个基因至少在其中一个条件下是差异表达的，根据更为严格的筛选标准，在PPA存在的条件下，高产菌相比测序菌株有307个基因转录是上调的，和生长代谢，青霉素前体合成及其初级代谢和转运等功能相关，另有271个基因显著下调，主要是与生长代谢及发育分化相关的功能基因。 二、乳酸菌基因组学的研究进展
人体微生物与人类健康
人体微生物与人类的健康 摘要：人体携带有大量的微生物，这些微生物群对于人体有着重要的生理作用。通过对其分布、生理作用及功能的研究以及微生物和宿主的关系可以充分了解人体微生态平衡的意义及作用，对于人类疾病的治疗意义重大。 关键词：微生物菌群；微生态；微生态失衡； 前言 人体正常微生物群，是指栖息在人体皮肤或黏膜上,并随宿主长期进化过程形成的,在一定时期定植在宿主皮肤上或肠道黏膜等的微生物群落。1950年，我国著名医学微生物学家魏曦提出菌群调整疗法，即把正常菌群的成员制成活菌制剂给病人服用来辅助缺失或减少的细菌，即“促菌生”——需氧腊样芽胞杆菌。此外，目前医学上广泛使用的菌剂还有大肠杆菌活菌制剂(Colibiogen)，乳杆菌活菌制剂（Lactobiogen），肠球菌活菌制剂（Enterococcobiogen）等。 人体所携带的菌群分为正常菌群和过路菌群两种。正常菌群数量是巨大的，约有1014个。在长期的进化过程中，通过个体的适应和自然选择，正常菌群中不同种类之间，正常菌群与宿主之间，正常菌群、宿主与环境之间，始终处于动态平衡状态中，形成一个互相依存，相互制约的系统，因此，人体在正常情况下，正常菌群对宿主表现不致病。 过路菌群是由非致病性或潜在致病性细菌所组成，来自周围环境或宿主其它生境，在宿主身体存留数小时，数天或数周，如果正常菌群发生紊乱，过路菌群可在短时间内大量繁殖，引起疾病。 1.人体正常菌群的分布及生理功能 人体所携带的微生物总量十分巨大，约100万亿个。菌群种类更是高达1000余种。总重量约1271克，体积相当于一个肝脏。其中99.9%是以双歧杆菌和类杆菌为主的专性厌氧菌，仅有0.1%是以肠杆菌科细菌为主的兼性厌氧菌。这些
基因组学的研究内容
基因组学的研究内容 结构基因组学： 基因定位；基因组作图；测定核苷酸序列 功能基因组学：又称后基因组学（postgenomics基因的识别、鉴定、克隆；基因结构、功能及其相互关系；基因表达调控的研究 蛋白质组学： 鉴定蛋白质的产生过程、结构、功能和相互作用方式 遗传图谱 （genetic map）采用遗传分析的方法将基因或其它dNA序列标定在染色体上构建连锁图。 遗传标记： 有可以识别的标记，才能确定目标的方位及彼此之间的相对位置。 构建遗传图谱 就是寻找基因组不同位置上的特征标记。包括： 形态标记； 细胞学标记； 生化标记；DNA 分子标记 所有的标记都必须具有多态性！所有多态性都是基因突变的结果！ 形态标记： 形态性状：株高、颜色、白化症等，又称表型标记。 数量少，很多突变是致死的，受环境、生育期等因素的影响 控制性状的其实是基因，所以形态标记实质上就是基因标记。
细胞学标记 明确显示遗传多态性的染色体结构特征和数量特征 ：染色体的核型、染色体的带型、染色 体的结构变异、染色体的数目变异。优点：不受环境影响。缺点：数量少、费力、费时、对生物体的生长发育不利 生化标记 又称蛋白质标记 就是利用蛋白质的多态性作为遗传标记。 如：同工酶、贮藏蛋白 优点： 数量较多，受环境影响小 ?
缺点： 受发育时间的影响、有组织特异性、只反映基因编码区的信息 DNA 分子标记： 简称分子标记以 DNA 序列的多态性作为遗传标记 优点： ? 不受时间和环境的限制 ? 遍布整个基因组，数量无限 ?
不影响性状表达 ? 自然存在的变异丰富，多态性好 ? 共显性，能鉴别纯合体和杂合体 限制性片段长度多态性（restriction fragment length polymorphism ， RFLP ） DNA 序列能或不能被某一酶酶切，
微生物基因组研究
微生物基因组研究 微生物是包括细菌、病毒、真菌以及一些小型的原生动物等在内的一大类生物群体，它个体微小，却与人类生活密切相关。微生物在自然界中可谓“无处不在，无处不有”，涵盖了有益有害的众多种类，广泛涉及健康、医药、工农业、 环保等诸多领域。 微生物对人类最重要的影响之一是导致传染病的流行。在人类疾病中有50％是由病毒引起。世界卫生组织公布资料显示：传染病的发病率和病死率在所有疾病中占据第一位。微生物导致人类疾病的历史，也就是人类与之不断斗争的历史。在疾病的预防和治疗方面，人类取得了长足的进展，但是新现和再现的微生物感染还是不断发生，像大量的病毒性疾病一直缺乏有效的治疗药物。一些疾病的致病机制并不清楚。大量的广谱抗生素的滥用造成了强大的选择压力，使许多菌株发生变异，导致耐药性的产生，人类健康受到新的威胁。一些分节段的病毒之间可以通过重组或重配发生变异，最典型的例子就是流行性感冒病毒。每次流感大流行流感病毒都与前次导致感染的株型发生了变异，这种快速的变异给疫苗的设计和治疗造成了很大的障碍。而耐药性结核杆菌的出现使原本已近控制住的结核感染又在世界范围内猖獗起来。 微生物能够致病，能够造成食品、布匹、皮革等发霉腐烂，但微生物也有有益的一面。最早是弗莱明从青霉菌抑制其它细菌的生长中发现了青霉素，这对医药界来讲是一个划时代的发现。后来大量的抗生素从放线菌等的代谢产物中筛选出来。抗生素的使用在第二次世界大战中挽救了无数人的生命。一些微生物被广泛应用于工业发酵，生产乙醇、食品及各种酶制剂等；一部分微生物能够降解塑料、处理废水废气等等，并且可再生资源的潜力极大，称为环保微生物；还有一些能在极端环境中生存的微生物，例如：高温、低温、高盐、高碱以及高辐射等普通生命体不能生存的环境，依然存在着一部分微生物等等。看上去，我们发现的微生物已经很多，但实际上由于培养方式等技术手段的限制，人类现今发现的微生物还只占自然界中存在的微生物的很少一部分。 微生物间的相互作用机制也相当奥秘。例如健康人肠道中即有大量细菌存在，称正常菌群，其中包含的细菌种类高达上百种。在肠道环境中这些细菌相互依存，互惠共生。食物、有毒物质甚至药物的分解与吸收，菌群在这些过程中发挥的作用，以及细菌之间的相互作用机制还不明了。一旦菌群失调，就会引起腹泻。 随着医学研究进入分子水平，人们对基因、遗传物质等专业术语也日渐熟悉。人们认识到，是遗传信息决定了生物体具有的生命特征，包括外部形态以及从事的生命活动等等，而生物体的基因组正是这些遗传信息的携带者。因此阐明生物体基因组携带的遗传信息，将大大有助于揭示生命的起源和奥秘。在分子水平上研究微生物病原体的变异规律、毒力和致病性，对于传统微生物学来说是一场革命。 以人类基因组计划为代表的生物体基因组研究成为整个生命科学研究的前沿，
人体微生物生态系统疗法(袁维萍著)
人体微生物生态系统疗法（袁维萍著） 引用袁维萍著《中医信息技术的临床应用与传承》、《中医信息疗法荟萃》 作者单位：安徽省利辛县新张集乡阳光村卫生室邮政编码：236743 人体系统是由许多不同的组织、器官、细胞等子系统之间交互塑造作用后产生的生态系统。人体生态系统如同地球生态系统一样，是在组织、器官、细胞等子系统之间共同交互塑造作用下的动态平衡。 人类治疗疾病，也与人类发展地球生态系统一样，治疗疾病是要从不同的组织、器官、细胞方面，进行全方位的治疗，如此才能取得最佳的疗效。而在治疗疾病的过程中，保持人体各组织、器官、细胞的多样性，是保持人体生态系统良性发展的前提和基础。因此，治疗疾病要采用各种不同的方法进行治疗，要从不同的作用靶点进行治疗，采用各式各样治疗方法刺激肌体就能够塑造出人体各组织、器官、细胞的多样性，并保持其多样性。在人体系统中，组织、器官、细胞一旦失去了更多的刺激作用，也就等于让人体系统自身失去更多的塑造机会，也就失去了更多的生存环境和空间。所以，治疗疾病，应当从不同的角度、不同的层次、不同的靶点，分别给予人体内的组织、器官、细胞进行相应的刺激作用，进行全方位的系统治疗，以此激发人体组织、器官、细胞释放自身潜能，塑造并发挥出人体系统更大的生态系统效应。这样，治疗一种疾病，就有可能对应着万种治法，即医法无穷。人体作为一种生态系统，既具有生物多样性又保持生物统一体，肌体各组织、器官、细胞等子系统之间，在保持各自功能的同时又保持系统的统一性。所以说，治疗一种疾病，即使是存在着多样性的治法，虽然是医法无穷，但各种治法之间总是统一而归宗。 生物与大自然之间的交互塑造作用是通过物质作用和信息作用进行的。而人与大自然之间的交互塑造作用，也是通过物质作用和信息作用进行的。同样，治疗肌体的疾病，也是通过物质作用和信息作用的方式进行的。因此，医学采用种种方法治疗疾病，在总体上可分为物质方法和信息方法这两大手段，而且这两种治疗手段是相辅相成的。由于人体各组织、器官、细胞之间的交互塑造作用保持着多样性，这样在治疗疾病的过程中，如果过于强调采用单一的方法进行治疗疾病，均是错误的。像现代医学中的“病原疗法”，试图采用单一的方法进行治疗各种疾病，显然是属于一种错误的思维模式。
微生物基因组研究进展及意义
微生物基因组研究进展及其意义 近年来，病原微生物的基因组研究取得了飞速的进展。所谓基因组研究是指对微生物的全基因进行核苷酸测序，在了解全基因的结构基础上，研究各个基因单独或数个基因间相互作用的功能。由于过去人们大多从表型分析入手，寻找已知功能的编码基因，实际只了解微生物中极少数的基因，如链球菌的链激酶基因、结核杆菌编码的热休克蛋白基因等。还有大量未知基因未被发现。通过基因组研究，则从根本上揭示了微生物的全部基因，不仅可发现新的基因，还可发现新的基因间相互作用、新的调控因子等。这一研究将使人类从更高层次上掌握病原微生物的致病机制及其规律，从而得以发展新的诊断、预防及治疗微生物感染的制剂、疫苗及药品。此外，新发现的微生物酶及蛋白还可能有在工农业生产上的应用价值。因此，全球除已完成了70余株覆盖重要病毒科的病毒代表株全基因组研究外，据美国基因组研究所（The Institute for Genomic Research, TIGR）报道，目前已完成了19种微生物基因组测序，其中11种与人类及疾病相关（嗜血流感杆菌，生殖道支原体，肺炎支原体，幽门螺杆菌，枯草杆菌，伯氏疏螺旋体，结核杆菌，梅毒螺旋体，沙眼衣原体，普氏立克次体）。另外，还有40余种微生物已被登记正在进行测序，预计在1999～2000年完成〔1〕。 病毒基因组研究进展 病毒因其基因组小，是进行基因组研究最早的生物体。早在1977 年已完成了噬菌体DNA的全基因测序。存在于脊髓灰质炎疫苗中的SV40，是最早完成全基因测序的与疾病相关的病毒；此后，许多病毒均已完成了全基因测序，并根据序列的开放阅读框架（ORF）对编码蛋白进行了推导。已对相当一些病毒蛋白进行了重组表达，还对一些病毒基因编码的调控序列进行了研究。除一般大小的病毒已完成了基因组测序，对大基因组病毒，疱疹病毒科，如水痘病毒基因组为0.125Mb(Mega-basepair,兆碱基对)〔2〕。巨细胞病毒，基因组为0.229Mb〔3〕。我国已对痘苗病毒天坛株（约0.2Mb）进行了全基因测序，发现与国外的痘苗毒株序列有明显的差异〔4〕。我国还对甲、乙、丙、丁、戊、庚型肝炎病毒进行了国内毒株的全基因测序。近来还对国内2株发现的虫媒病毒毒株完成了全基因测序。我国从不同来源的标本中发现了不少乙肝病毒变异株，有的具有特殊的生物学特性〔5〕。对病毒基因中调控因子的分析，发现了与乙肝病毒增强子作用的新细胞核因子〔6〕。 因此，目前对病毒的基因组研究已进入了后基因组阶段，即从全基因水平研究病毒的生物学功能，同时发现新的基因功能。对于医学病毒学当前主要方向是研究病毒基因组中与致病及诱生免疫应答相关的基因，从而揭示和解决迄今尚未解决的问题，以达到控制或消灭一些重要病毒感染的目的。 建议目前可进行后基因组研究的领域为： 1．病毒持续性感染：基因组中与持续性感染相关的基因，基因变异或调控因子研究。已报道的乙肝病毒的前核心基因出现终止密码突变，
微生物基因组研究：前景与目标
微生物基因组研究：前景与目标 金奇 微生物是包括细菌、病毒、真菌以及一些小型的原生动物等在内的一大类生 物群体，它个体微小，却与人类生活密切相关。微生物在自然界中可谓“无处不 在，无处不有”，涵盖了有益有害的众多种类，广泛涉及健康、医药、工农业、 环保等诸多领域。 微生物对人类最重要的影响之一是导致传染病的流行。在人类疾病中有50％ 是由病毒引起。世界卫生组织公布资料显示：传染病的发病率和病死率在所有疾 病中占据第一位。微生物导致人类疾病的历史，也就是人类与之不断斗争的历史。 在疾病的预防和治疗方面，人类取得了长足的进展，但是新现和再现的微生物感 染还是不断发生，像大量的病毒性疾病一直缺乏有效的治疗药物。一些疾病的致 病机制并不清楚。大量的广谱抗生素的滥用造成了强大的选择压力，使许多菌株 发生变异，导致耐药性的产生，人类健康受到新的威胁。一些分节段的病毒之间 可以通过重组或重配发生变异，最典型的例子就是流行性感冒病毒。每次流感大 流行流感病毒都与前次导致感染的株型发生了变异，这种快速的变异给疫苗的设 计和治疗造成了很大的障碍。而耐药性结核杆菌的出现使原本已近控制住的结核 感染又在世界范围内猖獗起来。 微生物能够致病，能够造成食品、布匹、皮革等发霉腐烂，但微生物也有有 益的一面。最早是弗莱明从青霉菌抑制其它细菌的生长中发现了青霉素，这对医
药界来讲是一个划时代的发现。后来大量的抗生素从放线菌等的代谢产物中筛选 出来。抗生素的使用在第二次世界大战中挽救了无数人的生命。一些微生物被广 泛应用于工业发酵，生产乙醇、食品及各种酶制剂等；一部分微生物能够降解塑 料、处理废水废气等等，并且可再生资源的潜力极大，称为环保微生物；还有一 些能在极端环境中生存的微生物，例如：高温、低温、高盐、高碱以及高辐射等 普通生命体不能生存的环境，依然存在着一部分微生物等等。看上去，我们发现 的微生物已经很多，但实际上由于培养方式等技术手段的限制，人类现今发现的 微生物还只占自然界中存在的微生物的很少一部分。 微生物间的相互作用机制也相当奥秘。例如健康人肠道中即有大量细菌存在， 称正常菌群，其中包含的细菌种类高达上百种。在肠道环境中这些细菌相互依存， 互惠共生。食物、有毒物质甚至药物的分解与吸收，菌群在这些过程中发挥的作 用，以及细菌之间的相互作用机制还不明了。一旦菌群失调，就会引起腹泻。 随着医学研究进入分子水平，人们对基因、遗传物质等专业术语也日渐熟悉。 人们认识到，是遗传信息决定了生物体具有的生命特征，包括外部形态以及从事 的生命活动等等，而生物体的基因组正是这些遗传信息的携带者。因此阐明生物 体基因组携带的遗传信息，将大大有助于揭示生命的起源和奥秘。在分子水平上 研究微生物病原体的变异规律、毒力和致病性，对于传统微生物学来说是一场革 命。
9 人类基因组研究
9.1人类基因组计划简介 人类基因组计划(human genome project, HGP)是由美国科学家于1985年率先提出，于1990年正式启动的。美国、英国、法国、德国、日本和我国科学家共同参与了这一价值达30亿美元的人类基因组计划。这一计划旨在为30多亿个碱基对构成的人类基因组精确测序，发现所有人类基因并搞清其在染色体上的位置，破译人类全部遗传信息。与曼哈顿原子弹计划和阿波罗登月计划并称为三大科学计划。 1986年,诺贝尔奖获得者Renato Dulbecco发表短文《肿瘤研究的转折点：人类基因组测序》（Science, 231: 1055－1056）。文中指出：如果我们想更多地了解肿瘤，我们从现在起必须关注细胞的基因组。…… 从哪个物种着手努力？如果我们想理解人类肿瘤，那就应从人类开始。……人类肿瘤研究将因对 DNA 的详细知识而得到巨大推动。” 什么是基因组(Genome)?基因组就是一个物种中所有基因的整体组成。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、基因的结构与功能、基因之间的相互关系。
为什么选择人类的基因组进行研究？因为人类是在“进化”历程上最高级的生物，对它的研究有助于认识自身、掌握生老病死规律、疾病的诊断和治疗、了解生命的起源。 在人类基因组计划中，还包括对五种生物基因组的研究：大肠杆菌、酵母、线虫、果蝇和小鼠，称之为人类的五种“模式生物”。 HGP的目的是解码生命、了解生命的起源、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生命现象、为疾病的诊治提供科学依据。 HGP的诞生和启动： 对人类基因组的研究在70年代已具有一定的雏形，在80年代在许多国家已形成一定规模。 1984年在Utah州的Alta,White R and Mendelsonhn M受美国能源部(DOE）的委托主持召开了一个小型专业会议讨论测定人类整个基因组的DNA序列的意义和前景（Cook Deegan RM,1989） 1985年5月在加州Santa Cruz由美国DOE的Sinsheimer RL主持的会议上提出了测定人类基因组全序列的动议，形成了美国能源部的“人类基因组计划”草案。 1986年3月，在新墨西哥州的Santa Fe讨论了这一计划的可行性，随后DOE 宣布实施这一计划。 1986年遗传学家McKusick V提出从整个基因组的层次研究遗传的科学称为“基因组学” 1987年初，美国能源部和国立卫生研究院为HGP下拨了启动经费约550万美元（全年1.66亿美元） 1988年，美国成立了“国家人类基因组研究中心”由Watson J出任第一任主任
宏基因组学的一般研究策略
宏基因组学的一般研究策略 摘要: 宏基因组学是目前微生物基因工程的一个重要方向与热点。它把微生物的总群体特性与基因组学实验手段结合了起来，包括从环境样品中提取总DNA、再用可培养的宿主微生物建立文库及筛选目的克隆和基因。该法是研究不可培养微生物、寻找新的基因和开发新活性产物的重要新途径。它避开了微生物分离、纯化和培养的步骤,大大扩展了微生物资源的利用范围。本文旨在介绍宏基因组学的一般研究方法并结合我们的实验情况,对这一崭新领域中的最新研究策略进行了简要综述。 关键词: 宏基因组学, 不可培养微生物, 文库构建, 文库筛选，研究策略 Strategies for accessing metagenomics for desired applications Abstract: Metagenomics is a new field of microbial genetic engineering. It has the characteristics of microbial ecology and the methodology of genomics. Metagenomics includes genomic DNA isolation, library construction and screening strategies, and can be used in the discovery of new gene and biocatalysts and in the study of uncultured microorganism. Metagenomics can overcome the advantages of isolation and cultivation procedures in traditional microbial method, and thus greatly broaden the space of microbial resource utilization. In this paper, we mainly reviewed the metagenomic methodology, together with the latest advances and novel strategy in this research field. Keywords：Metagenomics; Uncultured microorganism；Library construction；Library screening Research strategies 大自然中蕴藏着无数具有重要价值的微生物及其活性产物,也是新基因及生物学资源的重要源泉，对其进行研究成为微生物学和分子生物学研究的一个重要方向。然而人们现在能够培养与利用的不到环境中总微生物的1%[1]。宏基因组学(metagenomics)是直接从环境样品中提取全部微生物的总DNA, 避开了分离、纯化和培养微生物的过程来构建宏基因组文库,用基因组学的研究策略来研究环境样品中的总微生物的组成及其在群落中的功能等。现在,宏基因组学技术方法已在微生物多样性,微生物细胞间的相互作用,新基因和新型生物催化剂的开发，新的抗生素的开发及环境生态等方面得到了广泛应用[2]。本文旨在介绍宏基因组学的一般实验方法并结合我们的研究情况,对这一崭新领域中的最新研究策略进行了简要综述。深化了我们对这一学科的认识,促进了该学科的进步。 1 宏基因组学研究策略 1.1宏基因组学概要 宏基因组学是Handelsman等于1998年提出的[3], 可见是一门很新的学科，其随着基因组实验手段，生物信息学和测序技术等的日新月异也迅猛发展了起来，这个新学科是以环境样品的总微生物基因组为实验对象，通过测序分析、文库评价、产活性物质及其基因的克隆的获取和基因功能的鉴别，对微生物种群组成与生物量、生态学关系、生物化学关系与环境关系以及功能活性进行研究[4]。其主要过程包括样品和基因的富集和提取; 宏基因组文库的构建; 目的基因的筛选; 目的基因活性产物的表达(图1)。 1.2 微生物及其基因的富集 在文库筛选过程中由于目的基因比例较小, 对环境中微生物的富集不但可提高基因总量，有利于基因的提取，还可增加目的基因的比例，如Kouker 等用橄榄油富集产脂肪酶的微生物收到了很好的效果[5 ]，橄榄油不仅可作为底物，还可诱导脂肪酶的合成。目前富集技术主要分为细胞水平和基因水平。其中细胞水平主要是用选择培养基来富集某些微生物, 常
美国启动“国家微生物组计划”---详解“微生物组”来龙去脉
美国启动“国家微生物组计划”---详解“微生物组”来龙去 脉 2016年5月13日，美国白宫科学和技术政策办公室（OSTP）与联邦机构、私营基金管理机构一同宣布启动“国家微生物组计划”（National Microbiome Initiative，简称NMI），这是奥巴马政府继脑计划、精准医学、抗癌“登月”之后推出的又一个重大国家科研计划。 实际上，去年5月份，美国的白宫科技政策办公室（OSTP）发布公告称，对微生物群落或“微生物组”基本问题的研究，将有助于推动基础研究迈向广泛领域的实际应用，包括环境治理、粮食生产、营养与医学研究等。鉴于微生物组研究在各个不同应用领域已经证实的和潜在的价值。时隔一年，美国终于捷足先登，率先开展这项大计划！根据白宫公布的信息显示，新研究计划关注的方向主要包括如下几个方面：支持跨学科研究，解决不同生态系统微生物的基本问题；开发平台技术，对不同生态系统中微生物组的认识以及知识的积累，并提高微生物数据的访问；通过公民科学、公众参与，扩大微生物的影响力。 此次微生物研究计划阵容强大：美国能源部、航空航天局、国立卫生研究院、美国国家科学基金会、农业部都公布了相应的研究方向。这些部门将一起展开环境微生物的研究，
构成NMI的研究系统。美国政府以往每年会投入3亿美元花在微生物研究上，NMI计划将会令这一领域的经费增长1.21亿美元。作为对白宫这一举措的回应，投资者以及科研机构会跟进4亿美元的资助（简评：其实这些钱真心不多，中国跟进肯定是数倍的！但是官方的态度是最重要的）。NMI计划将给我们会带来什么？这是一个很难回答的问题，如果将与人类相关的所有环境微生物和人体微生物都弄清楚，那么这将是人类认识生命历史上重要的事件之一。同时研究工具以及手段的进步，将会提高微生物研究的效率。微生物本身是一个巨大的知识库，它将会在很大程度上改变我们对微生物、环境以及我们自身的态度。例如我们通过生活方式的改变，来增加微生物对人体健康带来的影响。事实上，除了NMI计划外，目前美国和欧盟已启动的大型人类微生物研究计划还包括人类微生物组计划（HMP）和MetaHIT。HMP 计划是由美国国立卫生研究院启动，旨在收集跟人体相关的所有微生物，探讨微生物群落的丰度对人体的影响，从而帮助我们了解其在人类健康和疾病中的作用。MetaHIT计划是由欧盟第七框架计划(FP7)资助的子项目之一，致力于建立人肠道微生物基因与人体健康和疾病的关系。微生物组里程碑性事件2011年，“地球微生物计划”（Earth Microbiome Project）启动，该计划旨在通过对全球典型的环境样本进行宏基因组测序，包括土壤、海洋、空气、淡水等生态系统，
微生物组学
人类健康的新曙光 刚一看到论文题目“the microbiome explored: recent insights and future challenges”，我以为是一篇讲述微生物基因组学的文章，旨在探讨微生物组学的发展现状和未来挑战。但读完摘要，我明白了这篇论文是一篇有关人体微生物组学的科研访谈录，5位微生物组学研究领域的专家讨论了目前最让人振奋和惊喜的发现，以及描绘出未来人体微生物在人类疾病治疗方面的作用。 第一个问题是“在人体内微生物菌群中，什么是最令人惊喜和有价值的发现”，5位专家各抒己见。Martin Blaser认为微生物菌群在人体生长过程中起综合代谢作用，他谈到了4点最新的发现：Koren等人的工作证明肠道微生物菌群在母体怀孕期间，通过多种方式影响母体代谢，让其适应孩子的生长代谢需求；Chung 等的研究表明微生物群可影响T细胞群数量；Olszok等则补充说明了微生物通过抑制特殊免疫细胞来提升机体炎症前效应；Cho等人揭示了早期抗生素对人体长期发展的影响。Peer Bork提到了内脏—大脑—微生物群系统影响人的行为，目前实验室已经证实了微生物群和人体细胞的联系远不止免疫反应，以及通过大规模元基因组学研究出肠道微生物群和2型糖尿病的联系。Claire Fraser持有一个整体性的观点，他说目前最重要的发现是人体是一个超级有机体，包含了人体和体内微生物群。在基因、结构和功能层次上，这两者应该看作一个整体，这有利于治疗疾病和保持健康。在Rob Knight看来，微生物和神经系统的联系，如微生物影响人类神经退行性疾病，以及微生物组学在药物代谢中的作用是最有价值的发现。Jun Wang强调了人体与体内微生物群的内稳态失调导致了许多疾病，如肠炎症和2型糖尿病，原因是他也认为人体和体内菌群是一个有机整体。 当被问到了“对体内微生物的作用研究的限制性和需要改进的地方”。M.B.说临床研究是个很大的挑战，因为人体慢性疾病的复杂多样性导致我们很难找到
进化基因组学研究进展
进化基因组学研究进展 刘超 （山东大学生命科学学院济南250100） 摘要：进化基因组学是利用基因组数据研究差异基因功能、生物系统演化、从 基因在水平探索生物进化的学科。随着近年来基因组数据的不断增加，进化基因组学得到了长足的发展。进化基因组学主要包括从基因组水平理解和诠释生物进 化和新基因分析研究探索两方面的内容。本文介绍了进化基因组学研究的主要内容和较为常用的方法，以及近年来在细菌、酵母、果蝇进化基因组学方面的研究进展。 关键词：进化基因组学系统进化比较基因组学新基因 前言 随着基因测序技术的不断进步以及基因组学的飞速的发展，人们积累了大量的基因组学数据，利用所得的大量的基因组数据与进化生物学相结合，在基因组水平研究生物进化机制，随即产生了进化基因组学(Evolutional Genomics)。 近年来进化基因组学取得了长足的进展，在研究差异基因功能、生物系统演化、从基因在水平探索生物进化的终极方式等方面有重大突破，对人类理解生命现象和过程有重要作用。 1进化基因组学研究内容 研究系统进化学通常包括两个关键步骤：一方面，在不同物种中鉴定同源性特佂，另一方面利用构建系统进化树的方法比较这些特征，进而重新构建这些物种的进化历史[1]。针对这两个关键步骤，传统系统进化学，常采用基于形态学 数据和单个基因研究的同源性状鉴定和重建系统进化树（常包括距离法、最大简约法、概率法）[1]的方法来研究。在目前拥有丰富基因组数据的条件下，我们 可以分析基因组数据，利用进化基因组学研究系统进化。
目前进化基因组学的研究内容主要集中于两个方面：（1）在比较不同生物的基因数据的基础上，从基因组水平理解和诠释生物进化；（2）通过对新基因的分析研究探索基因进化过程的规律两个方面[2]（如图1）。在进行全基因组进化分析方面，进化基因组学主要集中于构建系统进化树、研究基因组进化策略、研究生物功能变化和进化机制、进化和生态功能基因组学[2]、基因注释的等方面；在新基因方面主要分析基因产生机制和新基因固定及其动力学研究。 图1 进化基因组学主要研究内容 目前进化基因组学的研究有力的解决了一些基础性的进化问题，但也出现了一些未来需要急需解决的挑战。例如生物进化的本质和目前重建系统进化树方法 的限制[1]。 2研究进化基因组学的方法 研究进化基因组学的方法主要包括利用基因组数据分析和研究新基因的产 生和演化两种。 2.1利用基因组数据进行系统进化分析 利用基因组数据进行系统进化分析，常有基于基因序列的方法和基于全基因特征的方法。（如图2）
人体微生物与健康讲课稿
人体微生物与健康 编者按：人体内外存在着大量微生物，它们帮助人类消化吸收营养、合成维生素、参与代谢调节、调控免疫机能、甚至影响着我们的情绪和认知行为。每个人都携带着具有其个体特征的微生物群体，对个体微生物的研究将在医学领域提供许多新的治疗和诊断途径。 陈紫微编译 微生物在我们生活的环境中无处不在，但长久以来，它们总是作为致病源而引起人们的注意。实际上，我们的体表和肠道中也生活着大量微生物，它们并不会使我们生病，反而对我们的健康起着重要作用，然而，这些小生物与人类关系的密切程度却鲜为人知。 大量居住在人体的微生物都是人类的好朋友 人体微生物的种类有数千种，其数量是我们自身细胞总数的1到10倍。我们常说人体寄生着大量微生物，而更确切的说法是，它们与我们共生。早在人类在地球上行走之前，动物与微生物就建立起各种互利共生关系——动物体为微生物提供保护及营养丰富的生存环境，作为回报，微生物则发挥其基因优势，帮助动物分解营养物质、合成维生素等。在漫长的进化过程中，向微生物“借基因”是动物获得新技能的
一条捷径。 有科学家把人体的微生物群落看做是一个新近发现而尚待探索的“器官”，因为它们参与着我们赖以生存的各项生理过程。比如，居住在大肠中的一些微生物能合成人类自身无法合成的B族维生素。维生素B1、B2、B7是细胞能量代谢所需的辅因子，维生素B6在氨基酸合成中扮演重要角色，维生素B9参与核酸的合成……这些生化反应对于微生物和人类来说都至关重要，所以，B族维生素是微生物和人类共同所需的。然而，还有一些微生物基因却是全心全意地为人类服务，比如，肠道微生物合成的维生素K可以帮助人类凝血，对微生物自身却用处不大，这也可以看做是一个微生物和人类共同进化的证明。 小肠中的微生物可以分解人类无法消化的营养物质，使其易于被人体吸收。肠道微生物们是分解淀粉、纤维素、蔗糖等碳水化合物的好手，据估计，人体吸收的卡路里中约有10%是在微生物的协助下完成的，如果没有它们，这些营养物质就只能穿肠而过。肠道微生物还会分泌信号分子到人体血液中，参与大范围的代谢调控。从肠道微生物释放的信号分子不仅参与调节肝脏和肌肉细胞对能量的储存和利用，还能影响人体对胰岛素的反应性，甚至参与调控我们的食欲和体重。一个具体的例子是我们大肠的细菌在分解食物中的纤维
2017人类基因组研究.doc
(一)阅读《人类基因组研究》，完成习题。 有关人士认为，“人类基因组草图”的测绘成功仅仅预示着一个新的开端，真正的研究工作还只刚刚起步。例如“草图”中留下了许多空白需要填补，不少可能包含着重要医学信息的空白又顽固地拒绝“泄露各自的秘密”。除了最先完成的22号染色体长臂中有3％被证明无法解读外，从那时以来完成的4号染色体也留有很多空白。此外，大约有10％的基因组由于其重复性而根本不可能测序。 据国外有关杂志报道，即使到2003年“人类基因组计划”完成了终图，漏洞依然会存在——某些基因将被忽略不计。而蛋白质作为生命分子三联体的最后一位“成员”，又是迄今为止的研究中最难攻克的堡垒。 全人类只有一个共同的基因组，但是由于各种内外因素的作用，世界上每个人都有差别，这种差别被称为单核苷酸多态性。目前，生物学家己能利用单个DNA中的变体来跟踪人体基因的变异，并藉此评估人类各种生物学现象的奥秘，如健康状况、对疾病的易感性、寿命的长短、人类的起源等等。 人类的大部分DNA都是“垃圾”，几乎不起什么作用或者至少是没有明显的用途。剩下的则是渊源于植物、动物甚至细菌这一最原始生命形式的基因的“大杂烩”。事实上，大量在维系细胞基本功能，如修补和解读DNA方面所必需的基因，与促使细菌保持原状的基因没有什么两样。 我们在回溯生物进化史的过程中又会发现，人类曾与植物、动物以及软体虫和有翅昆虫共同分享无数的基因。例如一种古怪的取名为“声波刺猬”的基因，它对昆虫在成熟中的翅膀生长和发育起着重要作用。这一相同的基因，在人的胚胎中则起着协调手臂生长和发育的作用。所以，人类的基因与某些哺乳动物更为接近也就不足为怪了。例如鼠的基因与人极为相似，它的基因组一直被描述为探明人类基因组的“罗塞塔石碑”(即为解读古埃及象形文字提供线索的石碑)。此外，猩猩的DNA也与人只相差1．5％，因而分析这一看似微不足道的差异，自然有助于揭示人之所以为人的奥秘。 看来，不同物种似乎是通过长期复制、改良和组合现存基因而获得进化的。正是这种逐渐从多细胞有机物中汲取新鲜养分的“复制”过程，才使人类不断进化以至于成为超越低级生命形式的高级动物。所以，有专家将基因比作砖块，“用它既能修车库，也可盖摩天大楼，关键是看你如何运用”。 1．下列对人类基因组研究的描述，最准确的一项是( ) A．据国外有关杂志报道，即使到2003年“人类基因组计划”完成了终图，漏洞依然会存在——很多基因无法解读。 B．“人类基因组草图”的测绘成功仅仅预示着一个新的开端，真正的研究工作还只刚刚起步。 C．人类基因组草图只能描绘90％的基因组，因为大约有10％的基因组由于其重复性而根本不可能测序。 D．迄今为止的研究中，只有作为生命分子三联体的最后一位“成员”——蛋白质尚未攻克。 2．下列对“不同物种似乎是通过长期复制、改良和组合现存基因而获得进化的”这句话的理解，错误的一项是( ) A．我们在回溯生物进化史的过程中又会发现，人类曾与植物、动物以及软体虫和有翅昆虫共同分享无数的基因。 B．人与老鼠的基因极为相似，猩猩的DNA也与人只相差1．5％，人之所以为人的奥秘就在于通过长期复制、改良和组合现存基因而获得进化的。 C．这种逐渐从多细胞有机物中汲取新鲜养分的“复制”过程，才使人类不断进化以至于
人体微生物群落与疾病
人体微生物群落与疾病 人体从一出生开始就有微生物寄生，在慢慢成长的过程中形成性对稳定的微生物菌落平衡。肠道微生物菌落与宿主健康状况的关系十分密切。大多数情况下，微生物菌落与疾病维持着一个简单的关联，但目前还不清楚微生物群的变化是否会精确地引起疾病或者只是简单地反映某种疾病的状态。进一步说，还不清楚微生物平衡是如何或者为什么会朝着菌群失调这种非健康的方向变化。目前的研究认为有三个因素可能会对人体肠道微生物群落产生影响：1、抗菌药的使用。抗菌药物的使用有可能大量杀死某一类型的微生物，从未破坏人体微生物群落。2、饮食。人们的日常饮食会影响人体内微生物的组成，而且食物中的一些化学制剂或者与某些化学制剂具有类似功能的成分都有可能影响体内的微生物菌落。3、心理压力。心理压力也会改变人体内的微生物群落状况，可能引起一些微生物的增加，同时也会降低某些微生物的数量。人体肠道微生物菌落异常与自身免疫疾病、肥胖、糖尿病、自闭症神经系统疾病等很多疾病或健康问题相关。 治疗癌症 法国巴斯德研究所等机构的研究人员在美国期刊《科学》上报告说，常用于癌症化疗的药物环磷酰胺能够破坏肠道黏液层，让肠道细菌进入循环系统，其中一些到达脾和淋巴结的细菌能促进形成免疫细胞，而后者会攻击癌细胞。但当研究人员用抗生素杀死实验鼠的肠道细菌后，环磷酰胺间接促生免疫细胞的能力会大大降低。 《科学》同期发表的美国国家癌症研究院的另一项研究显示，科研人员选取正接受化疗、存活率为70%的癌症实验鼠，并用抗生素杀死其肠道细菌。结果导致这些实验鼠摄入的化疗药物不再起作用，它们的存活率在两个月后下降到20% 生物夺氧 需氧微生物，特别是芽胞杆菌消耗肠道内的氧气，形成厌氧的环境，有利于乳酸杆菌等有益微生物的生长，抑制有害需氧菌和兼性厌氧菌的增值，防止发病。 双歧杆菌 1、维护肠道正常细菌菌群平衡，抑制病原菌的生长，防止便秘，下痢和胃肠障碍等； 2、抗肿瘤； 3、在肠道内合成维生素、氨基酸和提高机体对钙离子的吸收； 4、降低血液中胆固醇水平，防治高血压；
宏基因组学的研究
宏基因组学的研究
宏基因组学研究进展及其应用 摘要： 本文先简要介绍了当前生物化学的一些研究热点，再针对宏基因组学展开论述，介绍了宏基因组学的产生背景和概念，当前的研究进展及应用。 宏基因组学尝试通过免培方法获得微生物的纯培养，主要技术包括DNA的提取、文库的构建和目标基因克隆的筛选，可用于开发新型酶、发现新基因、筛选医药等方面。 关键字：宏基因组学；宏基因组学基本策略；文库构建与筛选；宏基因组学研究进展及其应用 引言： 微生物是地球上种类最多、数量最大、分布最广的生物群。仅原核生物(细菌和古细菌)即构成地球生物总量的的25～50 %[1]。自然条件下，包括病毒在内的微生物,通过群落广泛参与C、N、O 和S等重要元素的循环转化，在人体的食物消化、毒素降解及机体免疫反应，环境污染物降解等方面发挥着重要作用[2]。人们对于微生物的研究主要是建立在纯培养基础上，后来人们发现通过纯培养方法估计的环境微生物多样性只占总量的0.1%~1%[3]，多达99%以上的微生物是不可培养的, 其中蕴含着巨大的应用潜能——其代谢产物中可能有众多具有应用开发价值的化合物[4]。为了研究不能培养的微生物，一个全新的理念——宏基因组学应运而生，该技术不需预先培养就能开发这些微生物基因组，目前已广泛应用于微生物活性物质的开发与利用、环境微生物种群分布及动态变化分析等方面的研究[5]。 宏基因组学的提出为解决上述问题提供了一个可行途径。宏基因组学以生境中全部DNA作为研究对象，通过克隆、异源表达来筛选有用基因及其产物。由于突破了传统研究领域无法涵盖不可培养微生物的瓶颈，宏基因组学概念及研究方法一经提出，就被广泛接受。尽管在方法上还存在一定缺陷，但并不妨碍不同领域学者利用该方法来研究各种生境中微生物生态以及筛选功能基因的热情，有关宏基因组学研究的文章逐年增多[4]。 1.宏基因组学的概念 宏基因组( metagenome) 的概念是指从生境样本中取得全部微生物的基因组, 而不是采用传统的培养微生物的基因组。宏基因组的样本既包括可培养的微生物，也包括更大量的传统方法无法研究的不可培养微生物[6]。而所谓宏基因组学(也称元基因组学Metagenomics 、微生物环境基因组学Microbial Environmental Genomics、生态基因组学Ecogenomics ) 就是一种以环境样品中的微生物群体基因组为研究对象，以功能基因筛选和测序分析为研究手段，以微生物多样性、种群结构、进化关系、功能活性、相互协作关系及与环境之间的关系为研究目的的新的微生物研究方法，一般包括克隆、构建文库和功能分析筛选等工作[7]。 2.宏基因组学的基本策略及方法 2.1宏基因组学的基本策略 宏基因组学的研究还处于初期发展阶段，但其研究的基本过程和基本策略已基本清楚。在此要强调的是，宏基因组学研究有着明确的指导思想，它是在反向生物学原则指导下，基于特定生态环境基础上，依据整体、系统、动态变化