【课外阅读】生命科学进入后基因组时代

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后基因组

后基因组时代指的是，整个人类基因组计划地完成过程就像一个由粗到细的画图过程，先画好框架，再画草图，再对草图进行加工，越画越细致。

2000年6月26日，参与“国际人类基因组计划”的美、英、日、法、德、中6个国家16个研究中心联合宣布人类基因组“工作框架图”画好了。

人类基因组“工作框架图”是覆盖人的大部分基因组、准确率超过90%的DNA序列图。

从这一时刻开始，人类真正认识了自己，从此人类历史进入了一个崭新的时代――后基因组时代人类基因组计划的由来谈到人类基因计划不得不提到另一个已经失败了的计划――肿瘤十年计划。

这计划是由美国年轻的总统肯尼迪在1961年提出的。

但是，在不惜血本地投入了一百多亿美元，由诺贝尔奖获得者、肿瘤病理学家雷纳托·杜尔贝科带领数百位科学家经过多年研究以后，科学家们发现包括癌症在内的各种人类疾病都与基因直接或间接相关，而当时的科学手段无法对这一结果进行更深一步的研究。

就这样，耗资巨大的肿瘤计划失败了。

虽然肿瘤计划失败了，但是让人们认识到基因研究是攻克多种疾病的基础，而测出基因的碱基序列又是基因研究的基础。

当时，世界各国有许多的实验室在对自己感兴趣的基因做研究。

1986年3月，杜伯克在美国《科学》杂志上发表了一篇题为《癌症研究的转折点：人类基因组》的文章。

杜伯克说，科学家们面临两种选择：要么“零敲碎打”地从人类基因组中分离和研究出几个肿瘤基因，要么对人类基因组进行全测序，这样大的基础上也应当由世界各国的科学家携手完成。

这一篇敌方后来被称为全人类基因组计划的“标书”，引起了美国政府及世界科学界的极大重视。

由于这一计划要耗用大量的纳税人的钱，所以经历了长达四年的反复论证的过程。

这期间，美国政府还向国民作了许多解释工作，以求获得大众的支持。

这项全民普及教育工作居然做到了让纽约的出租车都能够就该计划侃侃而谈。

1990年10月1日，经美国国会批准，美国HGP式启动，总体计划在15年内投入至少30亿美元进行人类全基因组的分析。

基因组学与后基因组时代

基因组学与后基因组时代基因组学（Genomics）是研究生物体的全部基因组结构与功能的科学领域。

近年来，基因组学在技术和知识的推动下，取得了突破性的进展。

随着高通量测序技术的发展和成本的下降，基因组学逐渐进入了后基因组时代，开创了生命科学研究的新纪元。

一、前基因组时代的开端基因组学诞生于20世纪90年代，当时的研究主要集中在DNA序列分析和基因功能的系统性研究上。

科学家们通过尝试性的方法破译DNA序列中的密码，成功地识别出了像人类基因组这样的复杂生物种类的基因组序列。

这些里程碑式的发现为我们解决许多重大问题铺平了道路，例如揭示人类的进化历程、疾病的发生机制等。

然而，在那个时代，我们对于完整的、全面的基因组研究还远未达到。

二、后基因组时代的来临进入21世纪以来，随着高通量测序技术的问世，基因组学研究的进展取得了巨大的突破。

高通量测序技术能够以前所未有的速度和精准度获取大规模的DNA序列信息，从而改变了我们对基因组的认知。

这种技术的出现，使得科学家们能够更全面、更高效地进行基因组学研究，同时也大大提高了基因组学的可行性和可扩展性。

1. 全基因组测序全基因组测序是高通量测序技术的一项重要应用。

它是指对一个生物体的完整基因组DNA进行测序，从而推动了对基因组的研究。

全基因组测序的发展，不仅加速了新物种的基因组测序工作，还为我们探索生物的进化机制、基因家族的起源等问题提供了更多的证据和材料。

2. 转录组学转录组学是后基因组时代的重要研究手段之一。

通过对不同组织、不同发育阶段或不同环境下的基因表达水平进行系统的研究，我们可以揭示基因在不同条件下的功能和调控机制。

转录组学的研究不仅能够帮助我们理解生命的表达规律，还有助于识别潜在的功能基因和调控元件。

三、基因组学在科学研究中的应用基因组学在科学研究中发挥了重要的作用，为众多领域的研究提供了巨大的支持和推动。

以下是一些基因组学在科学研究中的应用示例：1. 进化生物学基因组学的发展，为进化生物学研究提供了重要的工具和数据资源。

人类后基因组计划及研究进展

人类后基因组计划及研究进展摘要：2003年4月14日生命科学诞生了一个新的重要里程碑，人类基因组计划完成，后基因组时代正式来临。

着重介绍了人类基因组计划的提出、目标与任务、实施与进展等方面的基本情况，讨论了后基因组时代的时间界定，分析展望了后基因组时代与人类基因组计划密切相关的生物信息学、功能基因组学、蛋白质组学、药物基因组学等几个重要研究领域。

关键词：人类基因组计划；研究进展2003年4月14日，美国人类基因组研究项目首席科学家Collins F博士在华盛顿隆重宣布：人类基因组序列图绘制成功，人类基因组计划(human genome project，HGP)的所有目标全部实现。

这标志“人类基因组计划”胜利完成和“后基因组时代”(post genome em，PGE)正式来l临，在举世庆祝“DNA双螺旋结构”提出50周年之际，生命科学诞生了一个新的里程碑。

HGP被誉为可与“曼哈顿原子弹计划”、“阿波罗登月计划”相媲美的伟大系统工程，是人类第一次系统、全面地解读和研究人类遗传物质DNA的全球性合作计划。

人类基因组序列图的成功绘制是科学史上最伟大的成就之一，奠定了人类认识自我的重要基石，推动了生命与医学科学的革命性进展。

在后基因组时代，生命科学关注的范围越来越大，涉及的问题越来越复杂，采用的技术越来越高，取得的成就将越来越多，生命科学及其相关科学将大有作为。

1人类基因组计划的产生与目标1984年12月，美国犹他大学的Wenter受美国能源部的委托，主持讨论了DNA重组技术及测定人类整个基因组DNA序列的意义．1985年6月，美国能源部提出“人类基因组计划”(Humangenome project，HGP)的初步草案．最早提出测定人类基因组序列的是美国科学家罗伯特·辛西默(Robert Sinshimer)．1986年3月，美国的诺贝尔奖获得者雷纳多·杜尔贝柯石(Renato Dulbecco)在《科学》杂志上发表的短文中率先提出“测定人类的整个基因组序列”的主张[1]，后经世界性的讨论取得共识．1987年，美国开始筹建“人类基因组计划”实验室．1988年，科学家开始讨论如何才能更快、更多、更好地研究与人类的生老病死有关的所有基因——全部的人类基因组．1989年，美国成立“国家人类基因组研究中心”，诺贝尔奖获得者、DNA分子双螺旋结构模型的提出者Jamse Wateson担任第一任主任．1990年10月，美国首先正式启动“人类基因组计划”(HGP)，完成人类全部DNA分子核苷酸序列的测定．1993年，美国对这一计划做了修订，其中最重要的任务就是人类基因组的基因图构建与序列分析，需最优先考虑、必须保质保量完成的是DNA序列图．随后，英国、法国、日本、加拿大、前苏联、中国等许多国家积极响应，都开始了不同规模、各有特色的人类基因组研究。

后基因组时代十年志——兼论十年间生命科学的发展及所面临的挑战

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刘伯宁
工程师，北制药新药研发中心；华国家微生物制药工程中心，家庄００１石５０５
关键词生命科学
后基因组时代人类基因组
个性化医疗全基因组关联分析系统生物学
十年前，人类基因组计划 ” 一耗资３ “ 这Ｏ亿美元、时十余年的伟大科学工程完成之际，们以为得到了揭开自耗人
ＨｉｔｒｆＮａｕａｃｅｅｓｏｙｏｔｒｌＳｉｎｃ
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后基因组时代年志十兼论十年间生命学的发展及所面临的挑战科
因组时代 ” “ 基因组时代 ” ｐｓｇｎｍｉｓｅａ。即后（ｏｔｅｏｃｒ）－
在新千年的钟声敲响半年后，到关于自身生命奥得
秘的“ 生命天书” 这是多么的令人欣喜、奋宣布人类基因组草图绘制完成。共宣布地点选择白宫的一个特定房间是有所寓意的：
展示的人类基因组草图，含着人类自身的所有生命奥蕴
秘，被认为是“ 类历史上最为奇妙的地图” 人。人类基因组草图，张蕴含人类自身奥秘的地图，这也常被人誉为是一本解读生命的天书。编码蛋白质的ＤＮＡ三联体密码子好比是书写天书的“ 词 ” “ 词 ” 单，单中的字母则是ＤＮＡ的碱基序列（ＡＴＣ。人类２Ｇ）３对染色体，成了全书的２构３个章节。每条染色体上数千个未知基因则是天书中引人人胜的故事，待人类去解等读、寻。探如果能够测定整部 “ 命天书 ” 生的所有字母 —— ３Ｏ亿个碱基序列，么 “ 书 ” 全貌、概也就浮现于世那天的梗

基因组学与后基因组时代

基因组学与后基因组时代随着科学技术的不断发展，基因组学作为一门研究基因组的学科逐渐崭露头角。

而如今，人类进入了后基因组时代，这意味着我们对基因组的认知和研究已经从单纯的基因序列分析发展为更加复杂和全面的研究领域。

本文将从基因组学的定义、技术发展、应用前景等方面进行探讨。

一、基因组学的定义和历史基因组学是一门研究生物体基因组的学科，其研究对象包括染色体、基因序列以及基因的功能和相互关系等。

基因组学的出现源于人类对生物基因组的兴趣和需求，人们通过对基因组的研究，加深了对生物学和遗传学的认识。

二、基因组学技术的发展随着科学技术的进步，基因组学技术也得到了飞速的发展。

其中最重要的突破之一就是基因测序技术的发展，例如传统的Sanger测序技术和最新的高通量测序技术，使我们能够更加快速和精确地获取基因组的信息。

此外，还有基因芯片技术、CRISPR基因编辑技术等也极大地推动了基因组学的发展。

三、基因组学的研究进展在基因组学的研究领域，人们通过分析基因组序列，挖掘其中的基因、调控区域以及非编码RNA等，进而揭示了基因的结构和功能。

同时，基因组学还涉及到分析基因表达、基因调控网络、遗传变异以及进化等方面的研究。

这些研究对于人类健康、疾病治疗以及生物技术领域都具有重要意义。

四、后基因组时代的挑战与机遇随着基因组学的快速发展，人们已经进入了后基因组时代。

后基因组时代的特点是研究重心从基因组的获取和分析逐渐转向基因组的功能解析和应用研究。

这意味着我们需要在基因组的基础上进行更加深入和全面的研究，探索基因组的生物学意义和潜在价值。

同时，后基因组时代也带来了许多新的挑战，例如数据分析的复杂性、伦理道德的考量以及信息安全的保障等。

五、基因组学的应用前景基因组学的研究已经广泛应用于医学、农业、生物技术等领域。

在医学领域，基因组学的发展已经为个性化医疗和疾病预防提供了有力的支持。

在农业领域，基因组学技术的应用可以帮助改良农作物的品质和抗性。

21世纪的最前沿科学之一

21世纪的最前沿科学之一，随着人类第一张基因序列草图的完成和发展，生命科学的研究也将进入一个崭新的后基因组学，即蛋白质组学时代。

正如基因草图的提前绘制得益于大规模全自动毛细管测序技术一样，后基因组研究也将会借助于现代生物质谱技术等得到迅猛发展。

本文拟简述生物质谱技术及其在生命科学领域研究中的应用。

1 质谱技术质谱（Mass SPectrometry）是带电原子、分子或分子碎片按质荷比（或质量）的大小顺序排列的图谱。

质谱仪是一类能使物质粒子高化成离子并通过适当的电场、磁场将它们按空间位置、时间先后或者轨道稳定与否实现质荷比分离，并检测强度后进行物质分析的仪器。

质谱仪主要由分析系统、电学系统和真空系统组成。

质谱分析的基本原理用于分析的样品分子（或原子）在离子源中离化成具有不同质量的单电行分子离子和碎片离子，这些单电荷离子在加速电场中获得相同的动能并形成一束离子，进入由电场和磁场组成的分析器，离子束中速度较慢的离子通过电场后编转大，速度快的偏转小；在磁场中离子发生角速度矢量相反的偏转，即速度慢的离子依然偏转大，速度快的偏转小；当两个场的偏转作用彼此补偿时，它们的轨道便相交于一点。

与此同时，在磁场中还能发生质量的分离，这样就使具有同一质荷比而速度不同的离子聚焦在同一点上，不同质荷比的离子聚焦在不同的点上，其焦面接近于平面，在此处用检测系统进行检测即可得到不同质荷比的谱线，即质谱。

通过质谱分析，我们可以获得分析样品的分子量、分子式、分子中同位素构成和分子结构等多方面的信息。

质谱技术的发展质谱的开发历史要追溯到20世纪初J.J.Thomson创制的抛物线质谱装置，1919年Aston制成了第一台速度聚焦型质谱仪，成为了质谱发展史上的里程碑。

最初的质谱仪主要用来测定元素或同位素的原子量，随着离子光学理论的发展，质谱仪不断改进，其应用范围也在不断扩大，到20世纪50年代后期已广泛地应用于无机化合物和有机化合物的测定。

【课外阅读】生命科学进入后基因组时代

生命科学进入后基因组时代随着破译生命密码的人类基因组计划接近尾声，科学家们又全力以赴投入到了生物学下一个挑战性领域的研究：蛋白质组学（proteomics）。

蛋白质组学是在人类基因组计划研究发展的基础上形成的新兴学科，主要是在整体水平上研究细胞内蛋白质的组成及其活动规律。

人类细胞中的全部基因称为基因组，由全套基因组编码控制的蛋白质则相应地被称为蛋白质组。

由于生物功能的主要实现者是蛋白质，而蛋白质又有自身特有的活动规律，所以仅仅从基因的角度来研究是不够的。

人类基因组图谱并没有告诉我们所有基因的“身份”以及它们所编码的蛋白质。

人体内真正发挥作用的是蛋白质，蛋白质扮演着构筑生命大厦的“砖块”角色，其中可能藏着开发疾病诊断方法和新药的“钥匙”。

从前，科学家认为一个基因负责制造一种蛋白质，知道基因就足以知道蛋白质。

但人类基因组图谱初步分析结果表明，人体只有大约3万个基因，科学家据此认为，基因可能由许多可以按照不同组合方式拼接的片段组成，一个基因可以产生多种蛋白质。

绘制人类蛋白质组图是一项艰巨的任务。

它需要数亿美元的投资和无数次计算。

分子对比能说明全部问题：人类基因组是由DNA———这种简单的线性分子只含有4个基本成分组成的。

而蛋白质是由20种被称为氨基酸的不同成分组成的复杂结构。

美国米里亚德遗传学研究所、甲骨文公司和日本日立公司组成联盟，计划在3年内完成人体所有蛋白质的图谱。

美国塞莱拉公司现已进入蛋白质组研究阶段。

它为此增添了大批蛋白质鉴别和分析设备，目的是每天对数百万个蛋白质片段进行识别和分类，最终绘制出一张蛋白质组图在塞莱拉转向蛋白质组研究之前，已有几家公司先行一步。

美国“大规模生物学公司”目前拥有一个包含11．5万种人类蛋白质的数据库，另一家美国公司赛托根则已绘制出70多族人类蛋白质中一族的相互作用图。

事实上，在过去几年里，世界上一些主要制药公司以及一批规模较小的生物技术公司就已将注意力转向蛋白质，掀起了一场寻找新蛋白质以及确定它们功能的竞赛。

后基因组时代的生物技术与应用

后基因组时代的生物技术与应用随着科学技术的不断发展，生物技术领域也取得了飞速的进展。

基因组学的出现，改变了我们对生命科学的认知和研究手段。

然而，随着后基因组时代的到来，传统的生物技术也在不断演进和完善。

本文将介绍后基因组时代的生物技术与应用，深入探讨其在医疗、农业、环境保护等方面的重要性和潜力。

一、基因组编辑技术的突破基因组编辑技术是指通过人为手段对生物体的基因组进行精确和高效的编辑。

在后基因组时代，这项技术成为了生物研究领域的热点。

其中最著名的技术是CRISPR-Cas9系统，它通过靶向特定基因序列实现基因组的精准编辑。

CRISPR-Cas9系统不仅可以用于基础科学研究，还有着广泛的应用前景。

在医疗领域，基因组编辑技术为人类的基因病治疗提供了新的思路。

研究人员可以通过编辑患者体内异常基因，纠正遗传性疾病的发生。

举例来说，基因组编辑技术可以用于治疗囊性纤维化病、血液病等一系列遗传性疾病，为患者带来新的希望。

在农业领域，基因组编辑技术也被广泛应用于作物的改良和优化。

通过编辑作物基因组中的关键基因，科学家们可以增加作物的产量、提高抗病虫害能力以及提高抗旱能力，从而满足不断增长的人口需求和粮食安全的问题。

这项技术还可以应用于粮食品质的改进，提供更加营养丰富的食品。

二、合成生物学的崛起合成生物学是利用工程原理和设计原则来构建和改造生物系统的新兴学科。

在后基因组时代，合成生物学的发展引起了广泛关注。

通过合成生物学的方法，研究人员可以设计和合成出具有特定功能的生物体、酶或化合物。

合成生物学在化学合成、药物开发、能源生产等方面具有广泛的应用。

举例来说，科学家们利用合成生物学方法成功合成了抗癌药物阿奇霉素，为治疗癌症提供了新的药物选择。

此外，利用合成生物学的原理，我们还可以开发新的能源生产方式，例如利用微生物发酵合成生物柴油和生物乙醇等。

这些能源替代品有望解决目前能源紧缺和环境污染的问题。

三、基因组学与环境保护后基因组时代的生物技术在环境保护方面也发挥着重要作用。

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生命科学进入后基因组时代
随着破译生命密码的人类基因组计划接近尾声，科学家们又全力以赴投入到了生物学下一个挑战性领域的研究：蛋白质组学（proteomics）。