第十四章 基因组医学
第十四章 遗传与个体发育
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第一节 （细胞核与）细胞质在遗传中的作用 P254
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第一节 （细胞核与）细胞质在遗传中的作用 P254
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第三节 基因表达的调控（基因对个体发育的控制） P289
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第三节 基因表达的调控（基因对个体发育的控制） P289
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第三节 基因表达的调控（基因对个体发育的控制） P289
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第三节 基因表达的调控（基因对个体发育的控制） P266
正 常 发 育
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不 正 常 发 育
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பைடு நூலகம்
第一节 （细胞核与）细胞质在遗传中的作用 P254
据研究，控制子实体形态的物质是mRNA，它在核内形成后 迅速向藻体上部移动，编码决定子实体形态的特殊蛋白质合成。
嫁接后先长出中间形的子实体，是因为嫁接的茎中还带有原 来细胞核控制下合成的物质，它们自然要影响子实体的形成。
等到其中贮存的物质消耗完了，再生的子实体是在嫁接后的 异种核控制下形成的，所以长出的完全是异种的子实体。
医学基因组学研究及其意义
医学基因组学研究及其意义随着科技的发展和人们对身体健康的关注度不断提高，基因组学已经成为了医学领域里的重要研究方向之一。
医学基因组学，也称为医学遗传学或者人类遗传学，是一门研究基因与人类疾病之间关系的学科，借助先进的科技手段探索人类基因组的特点，寻找与健康和疾病相关的遗传变异，为临床治疗和＃疾病预防提供新方式。
下面，我们将探讨医学基因组学研究的意义以及目前已知的一些成果。
一、医学基因组学研究的意义1、个性化医疗基因组的个体差异直接影响了药物作用、药品代谢、副作用以及对治疗的反应等，这导致了同样的药物在不同的人身上产生了不同的作用，个性化医疗就是立足此而生。
通过基因分析，医生可以结合病人基因信息来选择最好的治疗方案，避免不必要的副作用，提高治疗效果。
例如肝癌的治疗，通过对基因组的研究，肝癌分子小组发现了基因识别技术，该技术能够识别哪些药物会对患者的肝癌起到有效的治疗，这对于治疗肝癌是具有非常重要的意义的。
2、疾病预防疾病的预防是医学基因组学研究的一个重要方向。
通过对病人基因组中的变异及其与所患疾病之间的关系进行研究，医生可以提前预测患病的风险，进而针对性地进行预防。
例如，一些基因分析公司提供了基因检测服务，可以帮助个人了解自身在心脏病、癌症、肥胖、糖尿病等常见疾病的发病风险，为预防该类型的疾病提供科学依据。
3、疾病诊断医学基因组学研究还可以帮助医生快速确认病人的疾病类型及其病因，促进病情的早期诊断。
例如通过某些临床检测和基因测序技术可以迅速确定某种癌症是由哪种癌基因突变所导致，及时施以充分的治疗和干预，提高治愈率和生存期。
二、医学基因组学已知的一些成果1、面向个性化医疗的基因组测序技术目前，面向个性化医疗的基因组测序技术已经得到广泛研究和应用。
以癌症为例，传统的手段通常要求患者接受放射性物质常规扫描，但是这种方法不仅痛苦且精度不高；而通过基因组测序技术，可以迅速分析患病的导因，为治疗提供具有个性化的有效方案。
基因组学在医学领域中的应用
基因组学在医学领域中的应用一、引言基因组学是指研究基因组结构、功能和组成的学科，是21世纪以来最重要的科技领域之一。
随着基因测序技术的不断发展，基因组学已经在生物医学研究中发挥了越来越重要的作用。
目前，基因组学已经广泛应用于医学领域，诊断、治疗、预防疾病等方面都有着重要的意义。
二、基因组学在疾病诊断中的应用基因测序技术的发展，为医学诊断带来了巨大的革命。
基因测序可以帮助医生确定某些疾病的致病基因，比如罕见遗传病、某些癌症等遗传性疾病。
此外，通过分析病人个体的基因组数据，可以预测他们可能患上哪些疾病，从而提早采取预防措施。
三、基因组学在疾病治疗中的应用基因组学可以为医学治疗带来新的机会。
例如，在某些癌症治疗中，会使用基因组学技术来分析肿瘤的基因组成分，从而制定更为有效的治疗方案。
此外，针对某些特定的基因变异，开发特定的靶向治疗药物，也成为了新的研究方向。
这样的治疗方法能够更具针对性，设身处地地针对肿瘤细胞中的异常基因，从而提高治疗效果。
四、基因组学在传染病预防中的应用一些传染病可以根据病原体的DNA序列鉴定其来源并进行相应的防治。
例如，通过对流感病毒的基因组学分析，可以针对该病毒进行治疗和预防，设计并制造出相应的疫苗。
五、基因组学在生殖健康中的应用基因测序同样对生殖健康诊断和婴儿筛查具有重要的作用。
通过对新生儿基因组的分析，可以检测到一系列遗传性疾病以及其他疾病的风险。
如何对孕妇和新生儿产生遗传病的进行早期的诊断与治疗，是基因组学在生殖健康中的关键挑战之一。
六、结语总的来说，基因组学在医学领域中的应用无疑大大推动了生物医学领域的进步。
越来越多的疾病能够通过基因测序技术的分析，被预测和治疗，也有利于提前治疗这些疾病，从而减少患者的痛苦。
未来，随着新一代基因测序技术的发展以及计算机算法的提升，基因组学在医学领域中的应用仍有巨大的发展空间。
精品医学课件-化学基因组学
【本章学习要求】
1.掌握人类基因组计划、化学信息学、生物信息学和化学基因 组学的概念；化学基因组学的两种研究策略； 2.熟悉化学信息库和先导化合物开发和筛选的原则；化学基因 组学的关键技术； 3.了解生物信息学的研究目标和任务。
虚拟化合物库（Virtual Library）是一组并不真正存在的化 合物。如果已发现了活性化合物，从虚拟化合物库中寻找 具有相似或更好生物活性的其它化合物。如果已知靶标的 三维结构，可通过分子对接（docking），根据结合强度的 计算结果来评价小分子与靶分子的相互作用，对那些结果 较好的化合物再进行合成及药理筛选。
3. 蛋白质的结构分析和预测
蛋白质的氨基酸序列（一级结构）可以容易的由它的基因编码序列获 得，目前虽然还不存在一种仅仅从蛋白质序列预测其三维结构的理论方 法。
同源建模(homology modeling) 是目前唯一可靠的预测蛋白质结构 的方法。使用已知结构的蛋白质作为模板来模建另一个蛋白质（靶蛋 白）。这种方法的局限性在于只有靶蛋白和模板蛋白在序列上具有高度 相似性 (超过30%氨基酸相同)才能成功。否则，无法产生一个包括全部 原子坐标的准确的蛋白质模型。
目前的生物信息学是分子生物学与信息技术的结合体。生物 信息学的研究材料和结果就是各种各样的生物学数据，研究 工具是计算机，研究方法包括对生物学数据的搜索（收集和 筛选）、处理（编辑、整理、管理和显示）及利用（计算、 模拟）。
狭义：将计算机科学和数学应用于生物大分子信息的获取、 加工、存储、分类、检索与分析，以达到理解这些生物大分 子信息的生物学意义的交叉学科。
基因组学
与重要疾病相关的基因序列
基因组学及其在医学中的应用
基因组学及其在医学中的应用随着科技的不断发展，基因组学的研究也越来越受到关注。
基因组学是一门研究生物体所有基因组构成和特性的学科，是现代医学领域中的重要一环。
基因组学的应用广泛，不仅可以用于人类疾病的基础研究，还可以为个体化医疗提供更加精确的方法。
一、基因组学的概念和发展历程基因组学是对生物体基因组（基因全部信息组成）及其多样性的研究，是一门集生物学、计算机科学、数学、化学等多学科于一体的学科。
20世纪，人们开始研究基因本质，经过多年的努力，终于在2003年，国际上推出了一项史无前例的计划——“人类基因组计划”，该计划耗费12年时间、26亿美元，最终测序出了人类基因组。
这个计划的成功，标志着人类对生命起源和演化的认识和了解更深层次的进展。
二、基因组学在医学中的应用1、基因组学对遗传病的诊断和治疗方案提供了新思路遗传病是由于基因突变引起的疾病，常见的遗传病如银屑病、肌萎缩性脊髓侧索硬化症、糖尿病等。
通过对基因组的研究，可以更好地掌握遗传病的发病机制及突变基因的特点，从而实现基因诊断和基因治疗。
如吊瓶疗法就是著名的基因治疗方法，利用基因体外改变重显型遗传病突变的结构，然后将其注入病人体内，从而修复突变的基因，恢复正常的基因生物学功能，从而达到治疗目的。
2、基因组学为癌症治疗的个体化提供了新路径癌症是一种严重的疾病，传统的癌症治疗方法主要是切除肿瘤、放疗、化疗。
但这些方法治疗效果却并不尽如人意，因为同种类型的癌症不同患者之间在基因水平上的差异较大，基于基因组研究的个体化医疗将成为肿瘤治疗未来的主流方向，为患者提供更加精准的诊断和治疗，达到最佳的治疗效果。
3、基因组学在药物研发和药效预测方面的应用药物研发是一个漫长而耗费大量资金的过程，常常需要进行严格的临床试验，但这些试验的效率低下，周期漫长，又会产生很多不必要的费用。
通过对基因组数据的分析，可以帮助药物企业更好地了解潜在靶标及其与药物的作用机制，加快药物的研发进程。
医学：人类基因组计划
目录
• 人类基因组计划概述 • 基因组测序技术 • 基因与疾病的关系 • 基因组学在医学中的应用 • 未来展望与挑战
01
人类基因组计划概述
定义与目标
定义
人类基因组计划是一个全球性的 科研项目，旨在测定人类基因组 的全部DNA序列，解读其中包含 的遗传信息。
目标
确定人类基因组的全部DNA序列 ，发现和鉴定人类全部基因，了 解这些基因的功能，为人类疾病 的预防、诊断和治疗提供依据。
复杂性疾病与基因的关系
复杂性疾病是指由多个基因和环境因素共同作用引起的疾病 ，如糖尿病、冠心病等。这些疾病的发病与多个基因的变异 和环境因素相互作用有关。
复杂性疾病的发病往往受到多个基因的影响，每个基因的作 用大小不同，且基因与基因之间可能存在相互作用。因此， 研究复杂性疾病需要综合考虑多个基因和环境因素的作用。
药物反应与基因的关系
药物反应是指个体对药物的吸收、代谢和排泄等方面的差 异。不同个体对同一种药物的反应可能存在差异，这主要 与基因变异有关。
通过基因检测可以预测个体对药物的反应差异，从而为个 体化用药提供依据。个体化用药可以根据个体的基因变异 情况制定最佳治疗方案，提高治疗效果并减少不良反应的 发生。
04
基因组学在医学中的应用
个体化医疗
基因检测
通过对个体的基因组进行检测，可以预测个体对某些药物的反应、 患病风险等，有助于制定针对性的预防和治疗方案。
精准诊断
基于基因组学的研究，可以更准确地诊断疾病，尤其是对于一些遗 传性疾病和罕见病，能够提供更为精准的诊断方法。
精准治疗
根据个体的基因组信息，可以开发针对特定基因突变的靶向药物和 治疗方法，提高治疗效果和减少副作用。
基因组医学的人才之惑
在 ２ １ 年 中 国卫 生人 才 发 展论 坛 ００ 上 ，中 华 医 学 会 副 会 长 、中 国 工 程 院 院 士 巴 德 年 乐 观 地 预 测 ：中 国 未 来 医 生
现 。
种 病 原 基 因组 的 解 析 ，不 仅 为 基 因 组 医 学研 究 打 下 了 坚 实 的 基 础 ， 促 进 了 医 还
学 模 式 的 改 变 ，产 生 了 以 基 因 为 基 础 的 预 测 性 、 防 性 、个 性 化 和 参 与 性 的 ４ 预 Ｐ
起 到 一 定 作 用 。 现 携 带 有 易 感 基 因 型 发
基 因组 医学 革命 刚刚 开始
基 因 组 医 学 的 概 念 出 现 于 上 世 纪 末 。 短 几 年 ，大 量 的 科 学 文 献 提 到 这 短 个概 念并 形成 共识 。
是 在 儿 科 和 妇 产 科 ， 大 程 度 上 降 低 了 很
出 生 缺 陷 和 严 重 遗 传 病 。 理 科 也 开 展 病 包 括 对 遗 传 病 、 液 病 、实体 瘤 和 传 染 血 病 的 分 子 病 理 早 期 诊 断 。 因 诊 断 中 的 基
组 工 作 项 目 的 美 、英 、法 、德 、日 和 中
国 的 六 国 科 学 家 共 同 宣 布 ：人 类 基 因 组 草 图 绘 制 工 作 完 成 。 项 重 大 研 究 成 这 果 标 志 着 人 类 在 研 究 自 身 的 过 程 中 迈 出 了关键 的一步 。
的 临 床 和 转 化 科 学 中 心 。今 年 ２月 ，它 与 美 国 食 品 和 药 物 管 理 局 成 立 了 一 个
细胞生物学 第十四章
mRNA稳定性的调控
◆mRNA的寿命与它的多聚(A)尾巴长度有关 ◆哺乳动物细胞内mRNA的降解途径说明一旦多聚(A) 尾巴减少到一定长度，mRNA会迅速降解 ◆3’UTR（非翻译区）的核苷酸顺序的不同似乎在多聚 (A)尾巴变短时扮演一个与降解速率有关的角色
几种生物的细胞数目与类型
物种 团藻 海绵 水螅 涡虫 人
· 造血干细胞
· 单能干细胞（monopotential cell）又称定向干细 胞，是仅具有分化形成某一种类型能力的细胞。
第二节 癌细胞(Cancer cell)
●癌细胞的基本特征 ●致癌因素
●癌症产生是基因突变积累和自然选择的结果
●癌症的治疗
●肿瘤标志物
一．癌细胞的基本特征
癌症是一种严重威胁人类生命安全的疾病。动物体内 细胞分裂调节失控而无限增殖的细胞称为肿瘤细胞(tumor cell)。具有转移能力的肿瘤称为恶性肿瘤（malignancy）。 上皮组织的恶性肿瘤称癌。
基因表达阻遏
◆DNA甲基化（DNA methylation）与基因 表达阻遏有关 ◆基因组印记（genomic imprinting） 是说明甲基化作用在基因表达中具有 重要意义的最好例证，也是哺乳动物 所特有的现象
二．加工水平的调控
●选择性拼接是一种广泛存在的RNA加工机制， 通过这种方式，一个基因能编码两个或多个 相关的蛋白质 ◆组成型拼接(constitutive splicing), 一个基因只产生一种成熟的mRNA，一般 也只产生一种蛋白质产物 ◆可调控的选择性拼接产生不同的成熟mRNA， 翻译产生不同的蛋白质,如纤粘蛋白 (fibronectin）的合成 ◆某一特定的外显子是否被包括在成熟mRNA 内，主要取决于它的3’和5’端拼接位点是 否被拼接机器选择为切割位点
基因组学与医学(北京大学医学部)
（3）辐射杂交细胞图（RH map） （4）连续克隆系（clone contig）图：是最重要的一种。
序列标签位点(sequence tagged sites, STSs): 在染色体上定位 明确，而且可用PCR扩增的单拷贝序列，通常为200-500bp。
二、大规模测定基因组DNA序列 (Large Scale DNA Sequencing) 1. 基于BAC连续克隆系的测序 2. 全基因组的“鸟枪法”（shotgun）测序 3. cDNA测序 三、DNA序列的生物信息学分析
确定遗传标志间的物理距离，一般用bp/kb/Mb表示。 1cM的遗传距离大致上相当于1Mb的物理距离。
（1）荧光原位杂交图（FISH map） （2）限制性酶切图（restriction map） ：
选用合适的限制性核酸内切酶对基因组DNA或部分基因组DNA进 行酶切，获得以酶切位点为标记的物理图。
基因组学与医学
GENOMICS AND MEDICINE
刘新文
北京大学医学部生化与分子生物学系
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
第一节 基因组学概念及研究范畴 （The Concept and Research Categories of Genomics）
基因组 基因组学 人类基因组计划
一、基因组学概念
基因组(genome)：泛指一个细胞或一个生物体 的全部遗传信息。在真核生物，基因组是指一套 （单倍体）染色体DNA。 基因组学(genomics)：从基因组水平（分子整 体水平）研究遗传的学科。主要是发展和应用 DNA制图、测序新技术及计算机程序，分析生命 体全部基因组的结构及功能。
4、基因产物的结构与功能预测 5、人类基因组序列变异性 6、生物信息学
基因组学和精准医学
基因组学和精准医学基因组学和精准医学是两个紧密相关且相辅相成的领域。
基因组学是研究基因组的结构、功能、调控及其在生物体发育、生理过程和疾病发生发展中的作用的学科，而精准医学则是基于个体的基因组信息和环境因素，通过个体化的治疗策略，为每个患者提供定制化的医疗方案，以提高诊断和治疗的效果。
基因组学的发展在过去几十年中取得了巨大的进展。
人类基因组计划的成功完成，使得研究人员能够更好地理解基因组的组成和功能。
我们现在知道人类体内大约有2万个基因编码蛋白质，但这只占基因组的一小部分。
除蛋白质编码基因外，还有大量的非编码RNA和调控元件，这些非编码DNA在基因表达和调控中起着重要的作用。
基因组学的研究对于揭示基因与疾病之间的关系非常重要。
精准医学的核心是个性化医疗。
传统医学是根据大量的人群研究结果和经验治疗患者。
然而，不同个体之间存在着很大的遗传和环境差异，这导致同样的药物或治疗方法对不同患者的效果并不相同。
精准医学的目标就是根据个体的基因组信息和环境因素，设计出针对性的治疗方案。
通过对个体基因组的分析和解读，医生可以预测一个患者对特定治疗方法的反应，从而选择最适合的治疗方案，提高治疗的效果和患者的生活质量。
基因组学和精准医学在许多疾病的研究和诊断中起着重要作用。
例如，基因组学研究发现，在某些癌症中存在特定的突变基因，这些基因的突变与癌症的发生和发展密切相关。
精准医学可以根据个体基因组信息选择特定的靶向治疗药物，从而提高癌症患者的生存率和生活质量。
此外，基因组学还可以帮助诊断遗传性疾病，如唐氏综合征、血友病等。
通过分析患者基因组中存在的突变，医生可以快速准确地诊断这些疾病，为患者提供早期干预和治疗。
基因组学和精准医学在药物研发中也起着重要的作用。
传统的药物研发流程需要大量的临床试验和人群研究，然而这种方法效率低下且成本高昂。
基因组学的发展为药物研发提供了新的思路和方法。
通过对患者基因组的分析，可以确定患者对特定药物的敏感性和耐药性。