人类基因组计划.docx
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人类基因组计划
人类基因组计划
HGP（HumanGenomeProjects）
1、HGP简介
•人类基因组计划是由美国科学家于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。
•诺贝尔奖获得者RenatoDulbecco于1986年发表短文《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
——遗传物质
•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。
人类染色体
HGP的诞生
•1984年12月Utah州的Alta,WhiteR受美国能源部的委托，主持召开了一个小型会议，讨论DNA重组技术的发展及测定人类整个基因组的DNA序列的意义。
•1985年6月，在美国加州举行了一次会议，美国能源部提出了“人类基因组计划”的初步草案。
•1986年6月，在新墨西哥州讨论了这一计划的可行性。
随后美国能源部宣布实施这一草案。
•1987年初，美国能源部与国家医学研究院（NIH）为“人类基因组计划”下拨了启动经费约550万美元，1987年总额近1.66亿美元。
同时，美国开始筹建人类基因组计划实验室。
•1989年美国成立“国家人类基因组研究中心”。
诺贝尔奖金获得者J.Waston出任第一任主任。
•1990年，历经5年辩论之后，美国国会批准美国的“人类基因组计划”于10月1日正式启动。
美国的人类基因组计划总体规划是：
拟在15年内至少投入30亿美元，进行对人类全基因组的分析。
HGP诞生过程中的质疑
•计划的必要性问题
•计划的现实性问题
•科学研究领域的选择问题
•为什么不选择基因组小的或有经济意义的生物
•认为¡°制图¡±是在沙漠里建公路，¡°测序¡±是把¡°垃圾¡±分类，选择¡°模式动物¡±是拼凑¡°诺亚方舟¡±。
2、HGP的主要任务
物理图谱-路标与路轨
•物理图谱（physicalmap）是指有关构成基因组的全部基因的排列和间距的信息，它是通过对构成基因组的DNA分子进行测定而绘制的。
绘制物理图谱的目的是把有关基因的遗传信息及其在每条染色体上的相对位置线性而系统地排列出来。
敲碎基因组，分析研究内容所处的染色体位置
基因转录图谱-生命的乐谱
•转录图谱是在识别基因组所包含的蛋白质编码序列的基础上绘制的结合有关基因序列、位置及表达模式等信息的图谱。
序列图谱-重中之重
•随着遗传图谱和物理图谱的完成，测序就成为重中之重的工作。
DNA序列分析技术是一个包括制备DNA片段化及碱基分析、DNA信息翻译的多阶段的过程。
通过测序得到基因组的序列图谱
大规模基因组测序
大规模测序基本策略
运用计算机软件进行序列拼接
模式生物体的研究
•通过对进化不同阶段的生物体基因组序列的比较，发现基因组结构组成和功能调节的规律。
3、HGP对人类的重要意义
HGP对医学的影响
–发现新的致病基因
–发展一些复杂疾病的早期基因诊断方法，如“肿瘤基因组解剖计划”
–通过基因治疗解决传统方法无法解决的疑难杂症
–疾病易感基因的识别及对风险人群进行生活方式、环境因子的干预
–人类基因组多样性与个体化医学
所有的疾病，都可以说是基因病
“基因病”概念：
–基因相关论：
所有疾病都与人类基因有关；
–基因修饰论：
所有药物都是通过修饰基因本身结构、改变基因的表达调控、影响基因产物的功能而起作用的；
–基因的外调性；
–基因的多态性。
•人类疾病相关的基因是人类基因组中结构和功能完整性至关重要的信息。
•单基因病：
"定位克隆"和"定位候选克隆"的全新思路，导致了亨廷顿舞蹈病、遗传性结肠癌和乳腺癌等一大批单基因遗传病致病基因的发现，为这些疾病的基因诊断和基因治疗奠定了基础。
•多基因疾病：
心血管疾病、肿瘤、糖尿病、神经精神类疾病（老年性痴呆、精神分裂症）、自身免疫性疾病，是目前疾病基因研究的重点。
•健康相关研究是人类基因组计划的重要组成部分，并于1997年相继提出了：
"肿瘤基因组解剖计划"
“环境基因组学计划"
HGP对生物技术的影响
–基因工程药物：
分泌蛋白（多肽激素，生长因子，趋化因子，凝血和抗凝血因子等）及其受体；
–诊断和研究试剂产业：
基因和抗体试剂盒、诊断和研究用生物芯片、疾病和筛药模型；
–对细胞、胚胎、组织工程的推动：
胚胎和成年期干细胞、克隆技术、器官再造。
HGP对制药业的影响
–筛选新药和药物的靶点，分析药理过程；
–进行药物设计，对基因蛋白产物的高级结构分析、预测、模拟药物作用“口袋”
–个体化的药物治疗：
药物基因组学
HGP对社会经济的重要影响
–生物产业与信息产业是一个国家的两大经济支柱
–发现新功能基因的社会和经济效益
–转基因食品
–转基因药物（如减肥药，增高药）
•生物的进化史，都刻写在各基因组的“天书”上
–草履虫是人的亲戚——13亿年；
–人是由300～400万年前的一种猴子进化来的；
–人类第一次“走出非洲”——200万年的古猿；
–人类的“夏娃”来自于非洲，距今20万年——第二次“走出非洲”？
HGP带来的负面作用
•侏罗纪公园不只是科幻故事
•种族选择性灭绝性生物武器
•基因专利战
•基因资源的掠夺战
•基因与个人隐私
4、HGP进展与未来
•整个完成的时间提前到了2003年，比原计划提前了两年。
而原订于2001年完成的人类基因组的基本构图也提前一年，在2000年6月26日由美国总统克林顿与英国首相布莱尔联合宣布完成，这一天也因此成为人类历史上“值得载入史册的一天”。
•后基因组计划，即功能基因组计划的开始。
人类单倍体基因组
5、我国对人类基因组计划的贡献
•1994年，我国HGP在吴旻、强伯勤、陈竺、杨焕明的倡导下启动，最初由国家自然科学基金会和863高科技计划的支持下，先后启动了“中华民族基因组中若干位点基因结构的研究”和“重大疾病相关基因的定位、克隆、结构和功能研究”；
•1998年在国家科技部的领导和牵线下，1998年在上海成立了南方基因中心；
•1999年在北京成立了北方人类基因组中心；
•1999年7月在国际人类基因组注册，得到完成人类3号染色体短臂上一个约30Mb区域的测序任务，该区域约占人类整个基因组的1％。
国际人类基因组
测序任务分配情况
人类基因组1%测序计划
•1999年9月1日：
国际公共领域测序计划接纳中国，杨焕明教授领回任务；
•1999年11月12日：
科技部中国生物工程开发中心、中科院生命科学和生物技术局、“863”计划生物领域专家委员会召开“参加国际人类基因组计划并完成1%基因组测序工作”专家讨论会，决定“863”计划出资3000万元，中科院出资1000万元；
•1999年11月29日：
科技部下达对国家人类基因组北、南方研究中心和中国科学院遗传所拨款通知，中科院同时下达专项经费。
遗传病基因克隆重大突破
7、基因组相关的伦理学问题
有关问题
•“基因是人类的共同财产”
VS“人类基因组实际上是个人的”
•基因有无好坏之分？
“致病基因”VS“必备基因”
•致病基因携带者都是病人吗？
•能不能用于优生？
这涉及种族问题
•是否必须进行基因检查？
隐私问题
HGP伦理、法律和社会影响研究
（1）利用和解释遗传信息时如何保护隐私和达到公正？
（2）如何处理“知情同意”等问题？
（3）如何保护隐私？
原则
•防止“遗传歧视”
•保护个人和家庭基因隐私
基因专利问题
人类基因组DNA序列数据的自由共享
•人类基因组DNA序列是全人类的共同遗产，应该由全人类所共享；
•对基因组基础数据的垄断，将给人类利益和科学发展带来不良后果；公共领域测序计划的贡献（24小时内释放序列数据）
基因专利
•新发现的基因是否可以申请专利？
–被发现的基因序列，一旦经过分离或者纯化后就成为一种新产品
–各国政府和主流科学界观点
•基因专利热潮已兴起
8、HGP对生物信息学提出挑战
随着实验数据和可利用信息急剧增加，信息的管理和分析成为HGP的一项重要的工作
人类基因组多态性及其应用
人类基因组多样性计划总目标
使用新技术研究基因组的遗传学，并结合历史学、考古学和语言学等准确地定义世界上不同人群的起源。
意义：
•理解人类的进化史
•理解群体和个体间疾病易感性和其他生物学性状差异的遗传学基础
•发展基于群体和个体遗传学特点的医学
•反对种族主义，维护世界和平
DNA多态性
微卫星多态性
•遗传信息变异是所有基因组的共同特征。
不同个体、群体在疾病易感性、对环境理、化、生、致病因子反应性和其他性状上的差别，都与基因组序列中的变异有关，这些变异最常见的形式是单核苷酸多态性（SNP）。
•人类基因组中SNP的数目约为3百万－1千万。
人类遗传多态性的意义
•与性状相关；
•与疾病相关，可用于预测发病风险；
•个体医学发展的基础；
•可作为遗传标志，用于疾病连锁诊断；
•作为个人身份识别标识用于法医学。
药物基因组学
遗传性状
遗传多态性在身份识别方面的应用
•公安司法系统——罪犯及受害人的身份识别及亲子鉴定；
•部队——伤亡士兵的身份识别；
•保安——个人DNA身份证，用于人员识别；
我国人类基因组学研究
•中华民族的人群
•56个民族（汉族和55个正式确定的少数民族）
•203种语言，源于6个不同的语系（汉－藏、苗－瑶、侗傣、阿尔泰、南亚、南岛）
•汉族占93.6%，少数民族大多数居住于边疆地区
中国人群的遗传学关系
•主要成果：
证实中国人群可分为南、北两大组，两者之间有明显的基因融汇；提出了东亚人群可能起源于东南亚、而东亚现代智人与其他各大洲现代人群都起源于10－20万年前"走出非洲"的群体的观点。
人类基因组芯片
（美国总统克林顿在1998年10月对全国的演讲中指出:
“未来十二年,基因芯片将为我们一生中的疾病预防指点迷津”。
转基因食品及其安全性
转基因食品（GeneticallyModifiedFoods,GMF）
指利用分子生物学手段，将某些生物的基因转移到其它生物物种上，使其出现原物种不具有的性状或产物，以转基因生物为原料加工生产的食品就是转基因食品。
1983年 世界上最早的转基因作物--烟草诞生
1994年 延熟保鲜转基因西红柿在美国被批准上市
1999年 中国水稻研究所研制的转基因杂交水稻通过了专家鉴定
1999年 全世界有12个国家种植了转基因植物，面积已达3990万公顷。
其中美国是种植大户，占全球种植面积的72%
联合国《生物安全议定书》
2000年1月29日达成谈判文本,156个国家政府代表团和数十个相关国际组织的1500多位官员、专家和观察员出席会议
2000年8月8日中国签署该《议定书》
2001年6月4日签署截止日时，共有103个国家签署《议定书》
2004年2月23-27日第一次缔约方会议
2005年5月18日国务院核准《议定书》，意味着中国成为《议定书》的第120个缔约方
2005年5月30日至6月3日 第二次缔约方会议
《议定书》明确赋予各国公众对转基因食品的知情权和选择权。
在欧美、日本等许多发达国家的超市，转基因食品的成分、原料、产地等，标识得非常清楚、详细，一目了然，让消费者自由选择
2001年5月 中国政府颁布《农业转基因生物安全条例》
2003年3月20日与该条例配套的《农业转基因生物标识管理办法》等3个法规正式施行，要求对大豆、玉米、油菜类转基因食品必须进行转基因标识，否则不得进口和销售
2009年12月转基因水稻和转基因玉米双双出现在农业部颁发的农业转基因生物安全证书的批准清单上
2010年1月11日 “转基因”定为中国农科院2010年要重点抓好的两个重大专项之一
GMC在全球市场的价值
1995年0.75亿美元
1996年2.35亿美元
1997年6.70亿美元
2000年30亿美元
2004年47.0亿美元
2005年预计超过50亿美元
2010年可望增至200亿美元
3、转基因产品的不利影响
⏹1998年秋，英国用转基因马铃薯饲养大鼠，引起大鼠器官生长异常、体重减轻、免疫系统遭到破坏；
⏹1999年5月，美国康耐尔大学用涂有转基因玉米花粉的叶片喂养君主斑蝶，结果，44％的幼虫死亡；
1989年美国用微生物基因工程生产的色氨酸虽然经分析其纯度高达99.6%，当作为营养素补充剂投放市场后，造成1500人永久性伤残和37人死亡。
1998年8月，英国罗威特研究所发现老鼠食用转基因土豆后免疫系统受到破坏。
2000年德国耶拿大学研究人员发现，用转基因玉米制成饲料喂养鸡群，结果鸡肉里存在玉米的变异基因片段。
进一步研究认为，基因可能通过食物链在不同物种之间转移。
BT蛋白可以引起超敏反应。
研究证明，BT蛋白可以引起机体产生IgE型的特异性抗体，从而引发I型超敏反应，导致荨麻疹和哮喘发作等等。
长期摄入可造成肝、肾细胞空泡化，肾血管上皮细胞变性，等肝肾功能损害。
转基因玉米影响生育，德国禁止种植有争议的转基因玉米。
我国转基因食品的安全状况
我国对转基因食品持开放态度
市场上随处可见转基因食品
民众对转基因食品的安全性不了解，不关注
国外大量的转基因食品倾销到国内市场
中国人成为世界转基因食品的安全性检验的试验品
美国情况
美国93%的大豆都是转基因、玉米86%是转基因。
美国市场上所有的新鲜蔬菜和水果，基本都没有被转基因
美国目前将转基因食物都尽可能在向落后国家‘转’移。
……而美国国内的转基因食物正愈来愈减少
中国的公众了解转基因的应用吗？
⏹2007年人民网调查，97%的消费者不考虑这一问题。
⏹2010年4月，《小康》杂志社联合清华大学媒介调查实验室进行的一项调查显示，84%的参访者承认，对于转基因作物“一知半解”和“完全不知”。
⏹2012年7月，中国科学院农业政策研究中心一项调查表明，当前接受转基因食品的消费者比例呈现降低趋势，其主要原因是目前较多的负面消息。
中国的公众了解转基因的应用吗？
⏹公众虽然有希望参与“转基因商用”决策的诉求，但却受到各种未必真实的声音左右，使其无法通过客观理性的认知作出判断。
⏹恐惧和怀疑的本质，是对不可知的或无法预测的事物的极端化思考。
⏹大部分公众之于转基因的态度正是如此——因陌生而畏惧。
迄今为止，科学研究没有提供有力的证据，证明转基因食品对人类健康的长期影响是否安全。
因此，我们仍然对其潜在的、长期的影响心存担忧；同时就转基因食品的影响来说，也不能排除因个体差异而有所不同的情况，因此不能认为转基因食品对人类健康的安全问题今后不会发生。
我们基本相信科研机构和政府所提供的信息，也希望科技界和政府能够承担起相应的责任，诚实地公开相关信息，特别是，当发现存在危险时，应及时停止或制止，并向社会公开。
”
吃转基因木瓜可能致耐药性
⏹2008年，对北京、上海、广州三地超市里抽样检测海南种转基因木瓜的结果显示，样品不仅全是转基因品种，且一部分还含有可能会造成消费者对部分抗生素产生耐药性的抗性基因，而这些转基因木瓜竟是海南果农违反国家相关规定种植的！
转基因木瓜几乎全部含有两种抗生素抗性基因：
卡那霉素抗性基因（nptII）和四环素抗性基因（tetR），他们分别对卡那霉素和四环素这两种人使用的抗生素具有耐药性。
吃转基因木瓜可能致耐药性
⏹联合国粮食和农业组织（FAO）和世界卫生组织（WHO）联合颁布的转基因植物食品风险评估准则第58条指出：
“对在临床上应用的抗生素具有抗性的耐抗生素基因不应在食品中出现。
”
欧盟从2004年起禁止使用耐抗生素标记的基因。
2007年，世卫组织根据药用重要性将卡那霉素、新霉素和四环素列为第二级别，为重要类抗生素，意味着卡那霉素抗性基因、四环素抗性基因等这类抗生素抗性基因不应在食品中出现。
4、转基因食品不是洪水猛兽
国际科学联合会理事会认为转基因食品可安全食用的理由：
１、转基因食品可安全食用，自１９９５年投放市场以来尚无不良后果报道。
但报告提出警告说，“这并不保证随着越来越多的食品经过改造具备新的特色之后不会遇到危险”。
今后尚需进行更有力的安全性测试。
２、尽管随着花粉传播转基因食品将改变环境，但目前尚无证据表明已有的转基因品种已经造成危害。
不过，关于转基因食品对环境的长期影响问题，科学家分歧较大。
３、必须加强管理，增加透明度。
应扩大检查环境危害的国际论坛。
各国对转基因产品采取的措施
“转基因”可能有五大负面影响
⏹1．转基因生物除对害虫和病菌致毒外，对有益生物也将产生直接或间接的影响和危害。
转基因作物中病毒基因有可能与侵染该植物的其他病毒重组，产生新病毒或超级病毒。
⏹2．增加目标害虫的抗毒性。
这样有可能需要喷洒更多的农药，将会对农田和自然生态环境造成更大的危害。
⏹3．可能将一些抗虫、抗病、抗除草剂或对环境具有耐性的基因转移给野生近缘种或杂草，使杂草变成超级杂草，严重威胁其他作物的正常生长和生存，加重生物多样性的丧失。
“转基因”可能有五大负面影响
⏹4．由于可使动物、植物、微生物甚至人的基因相互转移。
转基因动物若逃逸到环境中，会通过改变物种间的竞争关系，破坏原有自然生态平衡；转基因微生物与其他生物交换遗传物质，可能产生新的有害生物或增强有害生物的危害性，甚至引起疾病的流行。
⏹5．威胁人体健康。
转基因活生物体及其产品作为食品进入市场，可能使人体产生某些毒理作用和过敏反应。
例如，转基因生物体中使用的抗生素标记基因，如果进入人体，也可能使人体对很多抗生素产生抗性。
国外已有儿童饮用转基因大豆豆浆产生过敏反应的报道。
而这些影响往往在短期内无法被监测和确定，需要很长时间才能表现出来。
1.GMC对生态环境的可能影响
具有除草剂耐性因子的转基因作物的遗传因子可能通过授粉和种子迁移传播给野生植物。
获得这些耐性后的野生植物有可能会变成对一般除草剂有耐性的“超级”杂草。
为了清除这些杂草,将不得不使用更强大的，浓度更大的除草剂，这必然会引起土壤板结、土质变坏、药物残留等,从而对生态环境造成破坏。
2.标记基因的传递可能引起的抗生素耐性
基因工程技术中应用的标记基因通常是一类抗生素基因,人们担心食用含有此类标记基因的食品后,是否对肠道微生物产生影响或者抗生素类药物产生耐药性。
3.转基因食品引起食物过敏的可能性
转基因食品引起食物过敏的可能性是人们关注的焦点之一。
特别是如果转基因食品转入的蛋白质是新蛋白时,这些异种蛋白有可能引起食物过敏。
4.毒性方面
许多食品原料生物本身会产生大量的毒性物质，如蛋白酶抑制剂、溶血剂和神经毒素等，GMC中是否有毒素以及毒素的含量就成为争议的重要内容之一。
5.伦理方面
许多民族都有其独特的饮食习惯和制约，某些宗教团体禁止食用的动物基因转入他们通常食用的动物中（如将猪的基因转入绵羊中）,这可能触犯某些民族的饮食戒律;另外将动物基因转入植物中可能使素食者感到困惑。
转基因食品到底安不安全
五.GMF管理现状
1.国际组织
1993年“实质等同”原则
国际经济互助开发组织（OECD）提出
2000年《卡塔赫纳生物安全协定书》,62个国家签署
2001年《生物安全议定书》,130多个国家签署
2003年《生物技术食品的风险评估草案》,226个国家欢迎
2004年FAO颁布《植物生物风险防范纲要》,约130个国家
已经采纳了这个独特的转基因生物风险评估标准。
2.美国
⏹GMO上市须通过食品与药品管理局（FDA）、农业部（USDA）和环境保护局（EPA）3个部门中的1个或1个以上的部门批准。
FDA负责审批所有食品的安全性,并要求生产厂家保证上市食品的安全和质量,转基因品种上市前必须经过严格的检验和监督。
转基因食品上市前必须经过检验并用商标注明。
USDA和EPA负责开发农药、除草剂和转基因实验农作物的安全保障和实施标准。
EPA负责审批检验抗病虫害农作物和动物疫苗、生物技术农作物的大田实验。
⏹1992年美国FDA公布了转基因作物不需由FDA作市场前评价,除非它引起新的安全性问题。
⏹2000年1月美国政府对转基因玉米的种植颁布限令,以防止害虫对转基因玉米中毒素形成抗药性。
⏹2001年7月出台了《转基因食品管理草案》规定。
3.欧盟
⏹欧盟法律明确向世界宣布它对转基因产品是不欢迎的,同时，欧盟在国际上极力主张对转基因产品采取“预先预防态度”。
欧盟食品工业要经政府主管部门审批,管理非常严格,在没有得到官方授权的情况下,转基因产品不能投放到欧盟市场。
⏹欧洲议会2003年9月22日通过世界最严格的转基因食品立法《转基因食品及饲料管理条例》和《转基因生物追溯性及标识办法以及含转基因生物物质的食品及饲料产品的追溯性管理条例》,并于2003年10月18日实施。
⏹欧盟对有关GMO和GM食品评估和审批的法规十分清晰,但各成员国和欧盟的职责却是相互分离的。
4.其他国家
⏹日本、澳大利亚、俄罗斯、加拿大、韩国、泰国、巴西的政策基本与国际组织的相同,但是巴西最近宣布在未查清转基因作物对环境的影响之前,暂时停止种植转基因大豆。
⏹发展中国家迫切需要解决粮食问题,对于高产的转基因产品表示欢迎,这些国家技术落后,没有相关的转基因成分的检测条件,对于标识问题也只能处于被动地位,基本是按国际组织的要求和《生物安全议定书》要求执行。
⏹
我国对GMO的管理
⏹1993年12月国家科委《基因工程安全管理办法》
⏹1996年7月农业部《农业生物基因工程安全管理实施办法》
⏹2001年5月国务院《农业转基因生物安全管理条例》
⏹2002年1月农业部《农业转基因生物安全评价管理办法》、《农业转基因生物进口安全管理办法》和《农业转基因生物标识管理办法》三个配套规章。
⏹2002年3月农业部《转基因农产品安全管理临时措施公告》
⏹2002年4月卫生部《转基因食品卫生管理办法》,要求生产或进口转基因食品必须向卫生部提出申请。
⏹2004年5月国家质量监督检验检疫总局《进出境转基因产品检验检疫管理办法》
⏹
我们的态度
政府
1、制订法律法规，有效管理
2、广泛宣传
3、正确引导
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1、告知义务
2、如实市场宣传
普通民众
1、知情权利
2、选择权利
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