人類基因組計劃暨基因技術(shù)發(fā)展的科學與哲學解析

人類基因組計劃暨基因技術(shù)發(fā)展的科學與哲學解析一、本文概述本文旨在全面解析人類基因組計劃及基因技術(shù)的科學發(fā)展及其所引發(fā)的哲學思考。我們將深入探討人類基因組計劃的歷史背景、科學目標、技術(shù)方法以及取得的重大成果，并分析這些科技進展對人類健康、疾病治療、生物倫理和社會發(fā)展等方面的深遠影響。我們將概述人類基因組計劃（HGP）的起源和發(fā)展，包括其科學目標、國際合作的框架以及測序技術(shù)的不斷進步。HGP的成功標志著人類對生命科學的認識達到了一個新的高度，為我們揭示了人類遺傳信息的奧秘。我們將關(guān)注基因技術(shù)的發(fā)展及其在人類健康領(lǐng)域的應用。我們將討論基因診斷、基因治療和基因編輯等技術(shù)的發(fā)展和應用，以及它們對疾病預防、治療和個性化醫(yī)療的潛力。同時，我們也將關(guān)注這些技術(shù)在實際應用中面臨的挑戰(zhàn)和爭議。我們將從哲學角度探討人類基因組計劃和基因技術(shù)所帶來的倫理、社會和文化影響。我們將討論基因信息的隱私保護、基因歧視、人類基因庫的多樣性保護以及基因編輯技術(shù)的道德邊界等問題。通過對這些問題的深入剖析，我們旨在引發(fā)人們對科技發(fā)展的倫理和社會責任的思考，為未來的科技發(fā)展提供指導。二、人類基因組計劃的歷史與科學成就人類基因組計劃（HumanGenomeProject，HGP）是一項規(guī)模宏大的科學計劃，其歷史可以追溯到20世紀80年代末。當時，科學家們已經(jīng)認識到，破譯人類基因組的遺傳密碼對于理解生命的本質(zhì)，以及疾病的發(fā)生、發(fā)展和預防具有重大意義。美國、英國、日本、法國、德國和中國等國的科學家聯(lián)手，共同發(fā)起了這一具有劃時代意義的計劃。人類基因組計劃的目標是確定人類基因組中所有基因的精確序列，以及這些基因在染色體上的位置。這項計劃歷時13年，于2003年宣告完成。在這個過程中，科學家們采用了一系列先進的技術(shù)手段，包括高通量測序技術(shù)、生物信息學分析等，成功繪制出了人類基因組的精確圖譜。人類基因組計劃的完成標志著人類對生命科學的認識進入了一個新的階段。這項計劃不僅為我們提供了大量關(guān)于人類基因組的信息，還為后續(xù)的生物醫(yī)學研究奠定了堅實的基礎。例如，基于人類基因組計劃的數(shù)據(jù)，科學家們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了許多與疾病相關(guān)的基因和遺傳變異，為疾病的預防和治療提供了新的思路和方法。人類基因組計劃的完成也引發(fā)了廣泛的哲學思考。它讓我們重新審視了生命的本質(zhì)和人的尊嚴。我們開始思考，基因信息是否應該被用于預測和控制人類的行為和命運？基因技術(shù)的快速發(fā)展是否會對社會倫理和道德產(chǎn)生沖擊？這些問題需要我們深入思考和探討，以確?？萍及l(fā)展的同時，不損害人類的尊嚴和價值。人類基因組計劃是一項具有里程碑意義的科學計劃。它不僅為我們揭示了人類基因組的奧秘，也為后續(xù)的生物醫(yī)學研究提供了寶貴的資源。同時，它也引發(fā)了我們對生命本質(zhì)、人的尊嚴和科技倫理的深入思考。這些成就和思考將對我們未來的科學研究和社會發(fā)展產(chǎn)生深遠的影響。三、基因技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢基因技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)走過了幾十年的歷程，如今，它正在以前所未有的速度改變著我們的生活。從最初的基因克隆，到現(xiàn)在的基因編輯、基因療法和基因測序，基因技術(shù)的每一次突破都為我們帶來了全新的可能性和挑戰(zhàn)?；蚓庉嫾夹g(shù)，特別是CRISPRCas9系統(tǒng)的出現(xiàn)，為基因治療、農(nóng)業(yè)生物技術(shù)和工業(yè)生物技術(shù)等領(lǐng)域帶來了革命性的變革。利用這一技術(shù)，科學家能夠以前所未有的精度對生物體的基因組進行編輯，從而實現(xiàn)疾病的治療、農(nóng)作物的改良和工業(yè)生產(chǎn)過程的優(yōu)化。這種強大的技術(shù)也引發(fā)了一系列倫理和社會問題，如人類基因編輯的邊界、基因歧視和基因隱私等?；虔煼ㄗ鳛榛蚣夹g(shù)的另一個重要分支，也在近年來取得了顯著的進展。通過向患者體內(nèi)引入健康的基因，基因療法有望治愈許多目前無法根治的遺傳性疾病?；虔煼ǖ陌踩院陀行詥栴}仍然是制約其廣泛應用的主要障礙。同時，基因測序技術(shù)的快速發(fā)展，使得我們能夠以前所未有的速度和精度獲取生物體的基因組信息。這不僅有助于我們更好地理解生命的奧秘，也為個性化醫(yī)療和精準農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域提供了強大的技術(shù)支持?；驕y序技術(shù)的廣泛應用也帶來了隱私泄露和基因歧視等風險。展望未來，基因技術(shù)的發(fā)展將呈現(xiàn)出以下幾個趨勢：一是技術(shù)的進一步精確化和高效化，以滿足日益增長的應用需求二是技術(shù)的跨界融合，如基因技術(shù)與人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的結(jié)合，以推動基因技術(shù)的創(chuàng)新和應用三是技術(shù)的倫理和法規(guī)規(guī)范日益完善，以保障技術(shù)的健康發(fā)展和社會接受度。基因技術(shù)的發(fā)展正處在一個關(guān)鍵的時期。我們需要在推動技術(shù)創(chuàng)新的同時，充分考慮其可能帶來的倫理和社會影響，以實現(xiàn)科技與社會的和諧共生。四、科學與哲學解析的維度科學維度主要關(guān)注基因技術(shù)本身的發(fā)展和應用。自人類基因組計劃完成以來，基因編輯技術(shù)如CRISPRCas9等取得了顯著進展，為遺傳病治療、農(nóng)業(yè)生物技術(shù)等領(lǐng)域帶來了革命性變化。這些技術(shù)的廣泛應用也面臨著倫理、安全和社會接受度等多方面的挑戰(zhàn)。如何在推動科技進步的同時確保人類福祉和社會穩(wěn)定，是科學維度需要回答的核心問題。哲學維度則更多地關(guān)注基因技術(shù)對人類自我認知和社會價值觀的影響?；蚣夹g(shù)的發(fā)展讓我們有能力更加深入地了解生命的本質(zhì)和人類的起源，但同時也引發(fā)了關(guān)于自由意志、人類尊嚴和身份認同等哲學問題的思考。例如，基因編輯技術(shù)的廣泛應用可能會帶來“設計嬰兒”等倫理爭議，挑戰(zhàn)傳統(tǒng)的家庭觀念和社會倫理秩序。社會維度關(guān)注的是基因技術(shù)在社會層面的應用和影響?；蚣夹g(shù)的應用可能會加劇社會不平等，例如基因檢測和基因治療等高端服務可能成為少數(shù)人的特權(quán)?；蛐畔⒌臑E用也可能侵犯個人隱私和尊嚴。如何在保障個人自由和社會公平之間找到平衡點，是社會維度需要解決的關(guān)鍵問題。文化維度則側(cè)重于基因技術(shù)與跨文化交流的關(guān)系。不同文化對基因技術(shù)的接受度和理解可能存在差異，這可能導致文化沖突和誤解。如何促進不同文化背景下的基因技術(shù)交流和理解，以及如何在保護文化多樣性的同時推動基因技術(shù)的全球發(fā)展，是文化維度需要探討的重要議題。對人類基因組計劃及基因技術(shù)的科學與哲學解析需要從多個維度進行深入探討。這些維度不僅相互關(guān)聯(lián)、相互影響，而且共同構(gòu)成了我們對基因技術(shù)全面而深刻的理解。通過跨學科的研究和對話，我們可以更好地應對基因技術(shù)帶來的挑戰(zhàn)和機遇，推動人類社會和文明的持續(xù)進步和發(fā)展。五、基因技術(shù)的倫理、社會與文化問題隨著基因技術(shù)的飛速發(fā)展，其倫理、社會與文化影響日益凸顯。基因技術(shù)不僅觸及人類生命的本質(zhì)，更對傳統(tǒng)的倫理觀念、社會結(jié)構(gòu)和文化認知產(chǎn)生了深遠影響。在倫理層面，基因編輯技術(shù)如CRISPRCas9的出現(xiàn)，為人類疾病治療帶來了前所未有的可能性，但同時也引發(fā)了關(guān)于“設計嬰兒”和“人類基因優(yōu)化”的倫理爭議。這些技術(shù)是否應該被用于非治療性目的，如增強人類的智力或身體能力，成為倫理學家和公眾關(guān)注的焦點?；螂[私和基因歧視問題也日益突出，如何在保護個人隱私的同時，確?；蛐畔⒌墓绞褂茫蔀樨酱鉀Q的問題。在社會層面，基因技術(shù)的發(fā)展加劇了社會不平等。一方面，基因技術(shù)的成本高昂，使得只有少數(shù)富裕階層能夠享受其帶來的益處另一方面，基因信息的濫用可能導致基因歧視，加劇社會分化。如何確保基因技術(shù)的公平性和可及性，成為社會關(guān)注的焦點。在文化層面，基因技術(shù)的發(fā)展挑戰(zhàn)了傳統(tǒng)的生命觀和家族觀念。基因編輯技術(shù)的出現(xiàn)，使得人類有可能改變生命的自然進程，這在一定程度上削弱了生命的神圣性和不可侵犯性。同時，基因技術(shù)的廣泛應用也可能改變家族傳承的傳統(tǒng)模式，使得后代不再完全繼承父母的基因，這可能對傳統(tǒng)的家族觀念產(chǎn)生深遠影響?；蚣夹g(shù)的發(fā)展不僅帶來了科學上的突破，更引發(fā)了倫理、社會和文化等多方面的挑戰(zhàn)。面對這些挑戰(zhàn)，我們需要重新審視傳統(tǒng)的倫理觀念、社會結(jié)構(gòu)和文化認知，以更加全面和深入的方式理解基因技術(shù)的意義和影響。同時，我們也需要加強跨學科的研究和合作，以更加科學和負責任的態(tài)度推動基因技術(shù)的發(fā)展和應用。六、結(jié)論與展望隨著人類基因組計劃的完成和基因技術(shù)的飛速發(fā)展，我們已經(jīng)站在了一個全新的科學時代的前沿。人類基因組計劃不僅為我們揭示了生命密碼的奧秘，也引發(fā)了對于生命本質(zhì)和人類命運的深刻思考。從科學的角度看，基因技術(shù)的突破為人類疾病的治療和預防提供了前所未有的可能性，也為農(nóng)業(yè)、工業(yè)、環(huán)保等領(lǐng)域帶來了革命性的變革。同時我們也必須面對由此產(chǎn)生的倫理、社會和法律等問題。基因編輯技術(shù)的濫用可能導致基因歧視、基因隱私泄露等風險，甚至可能引發(fā)人類基因庫的混亂和生態(tài)平衡的破壞。我們需要加強對于基因技術(shù)的倫理規(guī)范和法律監(jiān)管，確?？萍及l(fā)展的同時，人類社會的穩(wěn)定與和諧。展望未來，基因技術(shù)的發(fā)展將更加深入和廣泛。個性化醫(yī)療、基因療法、基因農(nóng)業(yè)等將成為可能，而基因倫理、基因公平等問題也將更加突出。我們需要在推動科技進步的同時，注重科技倫理的建設，引導科技向善，以實現(xiàn)科技與人類社會的和諧共生。人類基因組計劃和基因技術(shù)的發(fā)展是人類歷史上的一次偉大飛躍。我們既要珍惜這一科技成果，充分發(fā)揮其在推動人類社會發(fā)展中的重要作用，又要警惕由此產(chǎn)生的潛在風險，以負責任的態(tài)度面對科技發(fā)展的挑戰(zhàn)。我們期待在不久的將來，人類能夠在一個更加健康、和諧、公平的環(huán)境中，共享科技進步的成果。參考資料：人類基因組計劃（英語：HumanGenomeProject,HGP）是一項規(guī)模宏大，跨國跨學科的科學探索工程。其宗旨在于測定組成人類染色體（指單倍體）中所包含的30億個堿基對組成的核苷酸序列，從而繪制人類基因組圖譜，并且辨識其載有的基因及其序列，達到破譯人類遺傳信息的最終目的?！叭祟惢蚪M計劃”在研究人類過程中建立起來的策略、思想與技術(shù)，構(gòu)成了生命科學領(lǐng)域新的學科——基因組學，可以用于研究微生物、植物及其他動物。人類基因組計劃與曼哈頓原子彈計劃和阿波羅計劃并稱為三大科學計劃，是人類科學史上的又一個偉大工程，被譽為生命科學的“登月計劃”。人類基因組計劃由美國科學家于1985年率先提出，于1990年正式啟動的。美國、英國、法國、德國、日本和中國科學家共同參與了這一預算達30億美元的人類基因組計劃。按照這個計劃的設想，在2005年，要把人體內(nèi)約5萬個基因的密碼全部解開，同時繪制出人類基因的圖譜。換句話說，就是要揭開組成人體5萬個基因的30億個堿基對的秘密。截止到2003年4月14日，人類基因組計劃的測序工作已經(jīng)完成。2001年人類基因組工作草圖的發(fā)表（由公共基金資助的國際人類基因組計劃和私人企業(yè)塞雷拉基因組公司各自獨立完成，并分別公開發(fā)表）被認為是人類基因組計劃成功的里程碑。對人類基因組的研究在70年代已具有一定的雛形，在80年代在許多國家已形成一定規(guī)模。1984年在Utah州的Alta,WhiteRandMendelsonhnM受美國能源部(DOE)的委托主持召開了一個小型專業(yè)會議討論測定人類整個基因組的DNA序列的意義和前景(CookDeeganRM,1989)1985年5月在加州SantaCruz由美國DOE的SinsheimerRL主持的會議上提出了測定人類基因組全序列的動議，形成了美國能源部的“人類基因組計劃”草案。1986年3月，在新墨西哥州的SantaFe討論了這一計劃的可行性，隨后DOE宣布實施這一計劃。1986年，諾貝爾獎得主杜爾貝科（R.Dulbecco）在《科學》（Science）周刊撰文回顧腫瘤研究的進展，指出要么依舊采用“零敲碎打”的策略，要么從整體上研究和分析人類基因組。文中指出：如果我們想更多地了解腫瘤，我們必須關(guān)注細胞的基因組?！瓘哪膫€物種著手努力？如果我們想理解人類腫瘤，那就應從人類開始。……人類腫瘤研究將因?qū)NA的詳細知識而得到巨大推動。”1986年遺傳學家McKusickV提出從整個基因組的層次研究遺傳的科學稱為“基因組學”1987年初，美國能源部和國立衛(wèi)生研究院為HGP下?lián)芰藛咏?jīng)費約550萬美元（全年66億美元）1988年，美國成立了“國家人類基因組研究中心”由WatsonJ出任第一任主任1990年10月1日，經(jīng)美國國會批準美國HGP正式啟動，總體計劃在15年內(nèi)投入至少30億美元進行人類全基因組的分析。1987年，意大利共和國國家研究委員會開始HGP研究，其特點是技術(shù)多樣（YAC，雜種細胞，cDNA等）、區(qū)域集中（基本上限于q24-qter區(qū)域）1989年2月英國開始HGP，特點是：帝國癌癥研究基金會與國家醫(yī)學研究委員會（ICRP-MRC）共同負責全國協(xié)調(diào)與資金調(diào)控，劍橋附近的Sanger中心注重首先在線蟲基因組上積累經(jīng)驗，改進大規(guī)模DNA測序技術(shù)；同時建立了YAC庫的篩選與克隆、特異細胞系、DNA探針、基因組DNA、cDNA文庫、比較生物基因組DNA序列、信息分析等的“英國人類基因組資源中心”。可謂“資源集中、全國協(xié)調(diào)”。1990年6月法蘭西共和國的HGP啟動。科學研究部委托國家醫(yī)學科學院制定HGP，主要特點是注重整體基因組、cDNA和自動化。建立了人類多態(tài)性研究中心（CEPH），在全基因組YAC重疊群、微衛(wèi)星標記（遺傳圖）的構(gòu)建以及馳名世界的用作基因組研究的經(jīng)典材料CEPH家系（80個3代多個體家系）方面產(chǎn)生了巨大影響。1990年，美國能源部（DOE）與國立衛(wèi)生研究院（NIH）共同啟動HGP，原定投入30億美元，用15年時間完成該計劃。英、日、法、德等國相繼加入。1995年德意志聯(lián)邦共和國開始HGP，來勢迅猛，先后成立了資源中心和基因掃描定位中心，并開始對21號染色體的大規(guī)模測序工作。1990年6月歐共體通過了“歐洲人類基因組研究計劃”，主要資助23個實驗室重點用于“資源中心”的建立和運轉(zhuǎn)。還有丹麥王國、俄羅斯聯(lián)邦、日本、韓國、澳大利亞等。1994年，中國HGP在吳旻、強伯勤、陳竺、楊煥明的倡導下啟動，最初由國家自然科學基金會和863高科技計劃的支持下，先后啟動了“中華民族基因組中若干位點基因結(jié)構(gòu)的研究”和“重大疾病相關(guān)基因的定位、克隆、結(jié)構(gòu)和功能研究”，1998年在國家科技部的領(lǐng)導和牽線下，在上海成立了南方基因中心。1998年5月11日，世界上最大的測序儀生產(chǎn)商美國PEBiosystems公司，以其剛研制成功的300臺最新毛細管自動測序儀（ABI3700）和3億美元資金，成立了CeleraGenomics公司，宣稱要在3年內(nèi)，以所謂的“人類全基因組霰彈法測序策略”完成人類基因組測序，并聲稱要專利200～400個重要基因，并將所有序列信息保密3個月。Celera公司已有雇員300多人，購買了號稱“全球第三”的超大型計算機，號稱擁有了超過全球所有序列組裝解讀力量總和的實力。就在六國共同宣布工作框架圖構(gòu)建完成的同一天，Celera公司宣稱已組裝出了完整的人類遺傳密碼。Celera公司此舉，是對公益性的HGP的競爭與挑戰(zhàn)1998年，組建了中科院遺傳所，1998年在北京成立了北方人類基因組中心。1999年7月在國際人類基因組注冊，得到完成人類3號染色體短臂上一個約30Mb區(qū)域的測序任務，該區(qū)域約占人類整個基因組的1%。人類基因組計劃（Humangenomeproject）由美國于1987年啟動，中國于1999年9月積極參加到這項研究計劃中的，承擔其中1%的任務，即人類3號染色體短臂上約3000萬個堿基對的測序任務。中國因此成為參加這項研究計劃的唯一的發(fā)展中國家。2000年6月26日，參加人類基因組工程項目的美國、英國、法國、德國、日本和中國的6國科學家共同宣布，人類基因組草圖的繪制工作已經(jīng)完成。最終完成圖要求測序所用的克隆能忠實地代表常染色體的基因組結(jié)構(gòu)，序列錯誤率低于萬分之一。95%常染色質(zhì)區(qū)域被測序，每個Gap小于150kb。完成圖將于2003年完成，比預計提前2年。由于人類基因測序和基因?qū)＠赡軙砭薮蟮纳虡I(yè)價值，各國政府和一些企業(yè)都在積極地投入該項研究，如1997年AMGEN公司轉(zhuǎn)讓了一個與中樞神經(jīng)疾病有關(guān)的基因而獲利92億美元。選擇人類的基因組進行研究是因為人類是在“進化”歷程上最高級的生物，對它的研究有助于認識自身、掌握生老病死規(guī)律、疾病的診斷和治療、了解生命的起源。測出人類基因組DNA的30億個堿基對的序列，發(fā)現(xiàn)所有人類基因，找出它們在染色體上的位置，破譯人類全部遺傳信息。在人類基因組計劃中，還包括對五種生物基因組的研究：大腸桿菌、酵母、線蟲、果蠅和小鼠，稱之為人類的五種“模式生物”。HGP的目的是解碼生命、了解生命的起源、了解生命體生長發(fā)育的規(guī)律、認識種屬之間和個體之間存在差異的起因、認識疾病產(chǎn)生的機制以及長壽與衰老等生命現(xiàn)象、為疾病的診治提供科學依據(jù)。又稱連鎖圖譜（linkagemap），它是以具有遺傳多態(tài)性（在一個遺傳位點上具有一個以上的等位基因，在群體中的出現(xiàn)頻率皆高于1%）的遺傳標記為“路標”，以遺傳學距離（在減數(shù)分裂事件中兩個位點之間進行交換、重組的百分率，1%的重組率稱為1cM）為圖距的基因組圖。遺傳圖譜的建立為基因識別和完成基因定位創(chuàng)造了條件。意義：6000多個遺傳標記已經(jīng)能夠把人的基因組分成6000多個區(qū)域，使得連鎖分析法可以找到某一致病的或表現(xiàn)型的基因與某一標記鄰近（緊密連鎖）的證據(jù)，這樣可把這一基因定位于這一已知區(qū)域，再對基因進行分離和研究。對于疾病而言，找基因和分析基因是個關(guān)鍵。經(jīng)典的遺傳標記，例如ABO血型位點標記，HLA位點標記。70年中后期，限制性片段長度多態(tài)性（RFLP），位點數(shù)目大于105，用限制性內(nèi)切酶特異性切割DNA鏈，由于DNA的一個“點”上的變異所造成的能切與不能切兩種狀況，可產(chǎn)生不同長度的片段（等位片段），可用凝膠電泳顯示多態(tài)性，從片段多態(tài)性的信息與疾病表型間的關(guān)系進行連鎖分析，找到致病基因。如Huntington癥。但每次酶切2-3個片段，信息量有限。1985年，小衛(wèi)星中心（minisatellitecore）、可變串聯(lián)重復VNTR（variablenumberoftandemrepeats）可提供不同長度的片段，其重復單位長度為6至12個核苷酸，1989年微衛(wèi)星標記（microsatellitemarker）系統(tǒng)被發(fā)現(xiàn)和建立，重復單位長度為2~6個核苷酸，又稱簡短串聯(lián)重復（STR）。1996年MIT的LanderES又提出了SNP（singlenucleotidepolymorphysm）的遺傳標記系統(tǒng)。對每一核苷酸突變率為10-9，雙等位型標記，在人類基因組中可達到300萬個，平均約每1250個堿基對就會有一個。3~4個相鄰的標記構(gòu)成的單倍型（haplotype）就可有8~16種。物理圖譜是指有關(guān)構(gòu)成基因組的全部基因的排列和間距的信息，它是通過對構(gòu)成基因組的DNA分子進行測定而繪制的。繪制物理圖譜的目的是把有關(guān)基因的遺傳信息及其在每條染色體上的相對位置線性而系統(tǒng)地排列出來。DNA物理圖譜是指DNA鏈的限制性酶切片段的排列順序，即酶切片段在DNA鏈上的定位。因限制性內(nèi)切酶在DNA鏈上的切口是以特異序列為基礎的，核苷酸序列不同的DNA，經(jīng)酶切后就會產(chǎn)生不同長度的DNA片段，由此而構(gòu)成獨特的酶切圖譜。DNA物理圖譜是DNA分子結(jié)構(gòu)的特征之一。DNA是很大的分子，由限制酶產(chǎn)生的用于測序反應的DNA片段只是其中的極小部分，這些片段在DNA鏈中所處的位置關(guān)系是應該首先解決的問題，故DNA物理圖譜是順序測定的基礎，也可理解為指導DNA測序的藍圖。廣義地說，DNA測序從物理圖譜制作開始，它是測序工作的第一步。制作DNA物理圖譜的方法有多種，這里選擇一種常用的簡便方法──標記片段的部分酶解法，來說明圖譜制作原理。選擇合適的限制性內(nèi)切酶將待測DNA鏈（已經(jīng)標記放射性同位素）完全降解，降解產(chǎn)物經(jīng)凝膠電泳分離后進行自顯影，獲得的圖譜即為組成該DNA鏈的酶切片段的數(shù)目和大小。以末端標記使待測DNA的一條鏈帶上示蹤同位素，然后用上述相同酶部分降解該DNA鏈，即通過控制反應條件使DNA鏈上該酶的切口隨機斷裂，而避免所有切口斷裂的完全降解發(fā)生。部分酶解產(chǎn)物同樣進行電泳分離及自顯影。比較上述二步的自顯影圖譜，根據(jù)片段大小及彼此間的差異即可排出酶切片段在DNA鏈上的位置。下面是測定某組蛋白基因DNA物理圖譜的詳細說明。完整的物理圖譜應包括人類基因組的不同載體DNA克隆片段重疊群圖，大片段限制性內(nèi)切酶切點圖，DNA片段或一特異DNA序列（STS）的路標圖，以及基因組中廣泛存在的特征型序列（如CpG序列、Alu序列，isochore）等的標記圖，人類基因組的細胞遺傳學圖（即染色體的區(qū)、帶、亞帶，或以染色體長度的百分率定標記），最終在分子水平上與序列圖的統(tǒng)一?；驹硎前妖嫶蟮臒o從下手的DNA先“敲碎”，再拼接。以Mb、kb、bp作為圖距，以DNA探針的STS（sequencetagssite）序列為路標。1998年完成了具有52,000個序列標簽位點（STS），并覆蓋人類基因組大部分區(qū)域的連續(xù)克隆系的物理圖譜。構(gòu)建物理圖的一個主要內(nèi)容是把含有STS對應序列的DNA的克隆片段連接成相互重疊的“片段重疊群（contig）”。用“酵母人工染色體（YAC）作為載體的載有人DNA片段的文庫已包含了構(gòu)建總體覆蓋率為100%、具有高度代表性的片段重疊群”，近幾年來又發(fā)展了可靠性更高的BAC、PAC庫或cosmid庫等。隨著遺傳圖譜和物理圖譜的完成，測序就成為重中之重的工作。DNA序列分析技術(shù)是一個包括制備DNA片段化及堿基分析、DNA信息翻譯的多階段的過程。通過測序得到基因組的序列圖譜。對連續(xù)克隆系中排定的BAC克隆逐個進行亞克隆測序并進行組裝（公共領(lǐng)域測序計劃）。在一定作圖信息基礎上，繞過大片段連續(xù)克隆系的構(gòu)建而直接將基因組分解成小片段隨機測序，利用超級計算機進行組裝（美國Celera公司）。轉(zhuǎn)錄圖譜是在識別基因組所包含的蛋白質(zhì)編碼序列的基礎上繪制的結(jié)合有關(guān)基因序列、位置及表達模式等信息的圖譜。在人類基因組中鑒別出占具2%~5%長度的全部基因的位置、結(jié)構(gòu)與功能，最主要的方法是通過基因的表達產(chǎn)物mRNA反追到染色體的位置。所有生物性狀和疾病都是由結(jié)構(gòu)或功能蛋白質(zhì)決定的，而已知的所有蛋白質(zhì)都是由mRNA編碼的，這樣可以把mRNA通過反轉(zhuǎn)錄酶合成cDNA或稱作EST的部分的cDNA片段，也可根據(jù)mRNA的信息人工合成cDNA或cDNA片段，再用這種穩(wěn)定的cDNA或EST作為“探針”進行分子雜交，鑒別出與轉(zhuǎn)錄有關(guān)的基因。用PolyA互補的寡聚T或克隆載體的相關(guān)序列作為引物對mRNA雙端尾側(cè)的幾百個bp進行測序得到EST（表達序列標簽）。2000年6月，EMBL中EST數(shù)量已有4,229,786。在于它能有效地反應在正常或受控條件中表達的全基因的時空圖。通過這張圖可以了解某一基因在不同時間不同組織、不同水平的表達；也可以了解一種組織中不同時間、不同基因中不同水平的表達，還可以了解某一特定時間、不同組織中的不同基因不同水平的表達。人類基因組是一個國際合作項目：表征人類基因組，選擇的模式生物的DNA測序和作圖，發(fā)展基因組研究的新技術(shù)，完善人類基因組研究涉及的倫理、法律和社會問題，培訓能利用HGP發(fā)展起來的這些技術(shù)和資源進行生物學研究的科學家，促進人類健康。人類疾病相關(guān)的基因是人類基因組中結(jié)構(gòu)和功能完整性至關(guān)重要的信息。對于單基因病，采用“定位克隆”和“定位候選克隆”的全新思路，導致了亨廷頓氏舞蹈癥、遺傳性結(jié)腸癌和乳腺癌等一大批單基因遺傳病致病基因的發(fā)現(xiàn)，為這些疾病的基因診斷和基因治療奠定了基礎。對于心血管疾病、腫瘤、糖尿病、神經(jīng)精神類疾?。ɡ夏晷园V呆、精神分裂癥）、自身免疫性疾病等多基因疾病是疾病基因研究的重點。健康相關(guān)研究是HGP的重要組成部分，1997年相繼提出：“腫瘤基因組解剖計劃”“環(huán)境基因組學計劃”。基因診斷、基因治療和基于基因組知識的治療、基于基因組信息的疾病預防、疾病易感基因的識別、風險人群生活方式、環(huán)境因子的干預。分泌蛋白（多肽激素，生長因子，趨化因子，凝血和抗凝血因子等）及其受體。篩選藥物的靶點：與組合化學和天然化合物分離技術(shù)結(jié)合，建立高通量的受體、酶結(jié)合試驗以知識為基礎的藥物設計：基因蛋白產(chǎn)物的高級結(jié)構(gòu)分析、預測、模擬—藥物作用“口袋”。生物產(chǎn)業(yè)與信息產(chǎn)業(yè)是一個國家的兩大經(jīng)濟支柱；發(fā)現(xiàn)新功能基因的社會和經(jīng)濟效益；轉(zhuǎn)基因食品；轉(zhuǎn)基因藥物（如減肥藥，增高藥）生物的進化史，都刻寫在各基因組的“天書”上；草履蟲是人的親戚——13億年；人是由300～400萬年前的一種猴子進化來的；人類第一次“走出非洲”——200萬年的古猿；人類的“夏娃”來自于非洲，距今20萬年——第二次“走出非洲”？侏羅紀公園不只是科幻故事；種族選擇性滅絕性生物武器；基因?qū)＠麘?zhàn)；基因資源的掠奪戰(zhàn)；基因與個人隱私。破譯人類遺傳信息，將對生物學，醫(yī)學，乃至整個生命科學產(chǎn)生無法估量的深遠影響。目前基因組信息的注釋工作仍然處于初級階段。隨著將來對基因組的理解更加深入，新的知識會使醫(yī)學和生物技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展更為迅速?；贒NA載有的信息在細胞生命活動中的指導作用，在分子生物學水平上深入了解疾病的產(chǎn)生過程將大力推動新的療法和新藥的開發(fā)研究。對于癌癥、老年癡呆癥等疾病的病因研究也將會受益于基因組遺傳信息的破解。事實上，在人類基因組計劃完成之前，它的潛在使用價值就已經(jīng)表現(xiàn)出來。大量的企業(yè)，例如巨數(shù)遺傳公司開始提供價格合宜，而且容易使用的基因檢測，其聲稱可以預測包括乳腺癌、凝血、纖維性囊腫、肝臟疾病在內(nèi)的很多種疾病。人類基因組計劃對許多生物學研究領(lǐng)域有切實的幫助。例如，當科研人員研究一種癌癥時，通過人類基因組計劃所提供的信息，可能會找到某個，或某些相關(guān)基因。如果在互聯(lián)網(wǎng)上訪問由人類基因組信息而建立的各種數(shù)據(jù)庫，可以查詢到其他科學家相關(guān)的文章，包括基因的DNA，cDNA堿基順序，蛋白質(zhì)立體結(jié)構(gòu)、功能，多態(tài)性，以及和人類其他基因之間的關(guān)系。也可找到和小鼠、酵母、果蠅等對應基因的進化關(guān)系，可能存在的突變及相關(guān)的信號傳到機制。人類基因組計劃對與腫瘤相關(guān)的癌基因，腫瘤抑制基因的研究工作，起到了重要的推動作用。分析不同物種的DNA序列的相似性會給生物進化和演變的研究提供更廣闊的路徑。事實上，人類基因組計劃提供的數(shù)據(jù)揭示了許多重要的生物進化史上的里程碑事件。如核糖體的出現(xiàn)，器官的產(chǎn)生，胚胎的發(fā)育，脊柱和免疫系統(tǒng)等都和DNA載有的遺傳信息有密切關(guān)系。人類基因組研究的一個關(guān)鍵應用是通過位置克隆尋找未知生物化學功能的疾病基因。這個方法包括通過患病家族連鎖分析來繪制包含這些基因的染色體區(qū)域圖，然后檢查該區(qū)域來尋找基因。位置克隆是很有用的，但是也是非常乏味的。當在1980s早期該方法第一次提出時，希望實現(xiàn)位置克隆的研究者們不得不產(chǎn)生遺傳標記來跟蹤遺傳，進行染色體行走得到覆蓋該區(qū)域的基因組DNA，通過直接測序或間接基因識別方法分析大約1Mb大小的區(qū)域。最早的兩個障礙在1990s中期在人類基因組項目的支持下隨著人類染色體的遺傳和物理圖譜的發(fā)展而清除。剩余的障礙仍然是艱難的。所有這些將隨著人類基因組序列草圖的實用性而改變。在公共數(shù)據(jù)庫中的人類基因組序列使得候選基因的計算機快速識別成為可能，隨之進行相關(guān)候選基因的突變檢測，需要在基因結(jié)構(gòu)信息的幫助。對于孟德爾遺傳疾病，一個基因的搜索在一個適當大小的研究小組經(jīng)常在幾個月實現(xiàn)。至少30個疾病基因直接依賴公共提供的基因組序列已經(jīng)定位克隆到。因為大多數(shù)人類序列只是在過去的12個月內(nèi)得到，可能許多類似的發(fā)現(xiàn)還沒有出版。有許多案例中，基因組序列發(fā)揮著支持作用，例如提供候選微衛(wèi)星標識用于很好的遺傳連鎖分析。（2001年中國上海和北京科學家發(fā)現(xiàn)遺傳性乳光牙本質(zhì)Ⅱ型基因）基因組序列對于揭示導致許多普通的染色體刪除綜合癥的機制同樣有幫助。在幾個實例中，再發(fā)生的刪除被發(fā)現(xiàn)，由同源體重組合在大的幾乎同一的染色體內(nèi)復制的不等交叉產(chǎn)生。例子包括在第22條染色體上的DiGeorge/velocardiofacial綜合癥區(qū)和在第7條染色體上的Williams-Beuren綜合癥的重復刪除?；蚪M序列的可用性同樣允許疾病基因的旁系同源性的快速識別，對于兩個理由是有價值的。旁系同源基因的突變可以引起相關(guān)遺傳疾病。通過基因組序列使用發(fā)現(xiàn)的一個很好的例子是色盲（完全色盲）。CNGA3基因，編碼視錐體光感受器環(huán)GMP門控通道的a亞單位，顯示在一些色盲家系中存在突變體?；蚪M序列的計算機檢索揭示了旁系同源基因編碼相應的b亞單位，CNGB3（在EST數(shù)據(jù)庫中沒有出現(xiàn)）。CNGB3基因被快速認定為是其他家系的色盲的原因。另一個例子是由早衰1和早衰2基因提供的，它們的突變可能導致Alzheimer疾病的的早期發(fā)生。第二個理由是旁系同源體可以提供治療敢于的機會，例子是在鐮刀狀細胞疾病或β地中海貧血的個體中試圖再次激活胚胎表達的血紅蛋白基因，它是由于β-球蛋白基因突變引起的。我們在在線人類孟德爾遺傳數(shù)據(jù)庫（OMIM）和SwissProt或TrEMBL蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫中進行了971個已知的人類疾病基因的旁系同源體的系統(tǒng)檢索。我們識別了286個潛在的旁系同源體（要求是至少50個氨基酸的匹配，在相同的染色體上一致性大于70%但小于90%，在不同的染色體上小于95%）。盡管這種分析也許識別一些假基因，89%的匹配顯示在新靶序列一個外顯子以上的同源性，意味著許多是有功能的。這種分析顯示了在計算機中快速識別疾病基因的潛能。在過去的世紀里，制藥產(chǎn)業(yè)很大程度上依賴于有限的藥物靶來開發(fā)新的治療手段。最近的綱要列舉了483個藥物靶被看作是解決了市場上的所有藥物。知道了人類的全部基因和蛋白質(zhì)將極大的擴展合適藥物靶的尋找。雖然，僅僅人類的小部分基因可以作為藥物靶，可以預測這個數(shù)目將在幾千之上，這個前景將導致基因組研究在藥物研究和開發(fā)中的大規(guī)模開展。一些例子可以說明這一點：⑴神經(jīng)遞質(zhì)(5-HT)通過化學門控通道介導快速興奮響應。以前識別的5-HT3A受體基因產(chǎn)生功能受體，但是比在活體內(nèi)有小得多的電導。交叉雜交實驗和EST分析在揭示已知受體的其他同源體上都失敗了。通過對人類基因組序列草圖的低要求檢索，一個推定的同源體被識別，在一個PAC克隆中第11號染色體長臂上。同源體顯示在紋狀體、尾狀核、海馬中表達，全長cDNA隨后得到。這個編碼胺受體的基因，被命名為5-HT3B。當與5-HT3A組合成異二聚體中，它顯示負責大電導神經(jīng)胺通道。假定胺途徑在精神疾病和精神分裂癥的中心作用，一個主要的新的治療靶的發(fā)現(xiàn)是相當有興趣的。⑵半胱氨?；兹┑氖湛s和炎癥作用，先前認為是過敏反應的慢反映物質(zhì)（SRS-A），通過特定的受體介導。第二個類似的受體，CysLT2，使用老鼠EST和人類基因組序列的重組得到識別。這導致了與先前識別的唯一的其它受體有38%氨基酸一致性的基因的克隆。這個新的受體，顯示高的親和力和幾個白三烯的結(jié)合，映射在與過敏性哮喘有關(guān)的第13號染色體區(qū)域上。這個基因在氣道平滑肌和心臟中表達。作為白三烯途徑中抗哮喘藥物開發(fā)中一個重要的靶，新受體的發(fā)現(xiàn)有明顯的重要的作用。⑶Alzheimer疾病在老年斑中有豐富的β-淀粉樣物沉積。β-淀粉樣物由前體蛋白（APP）蛋白水解生成。有一個酶是β位APP裂開酶，是跨膜天冬氨酸蛋白酶。公共的人類基因組草圖序列計算機搜索最近識別了BACE的一個新的同源序列，編碼一個蛋白，命名為BACE2，它與BACE有52%的氨基酸序列一致性。包含兩個激活蛋白酶位點和象APP一樣，映射到第21條染色體的必須Down綜合癥區(qū)域。它提出了問題，BACE2和APP過多的拷貝是否有功于加速Down綜合癥病人的腦部β-淀粉樣物沉積。給出了這些例子，我們在基因組序列中進行系統(tǒng)的識別傳統(tǒng)藥靶蛋白質(zhì)的旁系同源體。使用的靶列表在SwissPrott數(shù)據(jù)庫中識別了603個入口，有唯一的訪問碼。一個例子是：解決了困擾研究者幾十年的一個神秘課題：苦味的分子學基礎。人類和其他動物對于某一種苦味有不同的響應（響應的多態(tài)性）。最近，研究者將這個特征映射到人類和老鼠中，然后檢索了G蛋白偶合受體的人類基因組序列草圖上的相關(guān)區(qū)域。這些研究很快導致了該類蛋白的新家族的發(fā)現(xiàn)，證明了它們幾乎都在味蕾表達，實驗證實了在培養(yǎng)細胞中的受體響應特定的苦基質(zhì)。人體基因組圖譜是全人類的財產(chǎn)，這一研究成果理應為全人類所分享、造福全人類，這是參與人類基因組工程計劃的各國科學家的共識。值得關(guān)注的是，目前在人類基因組研究領(lǐng)域，出現(xiàn)了一些私營公司爭相為其成果申請專利的現(xiàn)象。美國塞萊拉基因公司曾表示，想把一部分研究成果申請專利，有償提供給制藥公司。如：肥胖基因、支氣管哮喘基因。這類基因的新發(fā)現(xiàn)每年都有新報道。這些基因的發(fā)現(xiàn)，增進了人們對許多重要疾病機理的理解，并且推動整個醫(yī)學思想更快的從重治療轉(zhuǎn)向重預防。例如：湖南醫(yī)科大學夏家輝教授組于128發(fā)表克隆了人類神經(jīng)性高頻性耳聾的致病基因（GJB3），這是第一次在中國克隆的基因。在人類基因組計劃的推動下，涌現(xiàn)了幾門嶄新的學科。如：基因組學(genomics)和生物信息學(bioinformatics)生物技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化。一批世界級的大公司紛紛把它們的重心轉(zhuǎn)向生命科學研究和生物技術(shù)產(chǎn)品。這種趨勢或潮流也不能不說和人類基因組計劃密切相關(guān)。⑴從當前物理圖譜生成的克隆產(chǎn)生完成的序列，覆蓋基因組的常染色質(zhì)區(qū)域大于96%。大約1Gb的完成序列已經(jīng)實現(xiàn)。剩下的也已經(jīng)形成草圖，所有的克隆期望達到8～10倍的覆蓋率，大約2001年中期（99%的正確率），使用已經(jīng)建立的和日益自動化的協(xié)議。⑵檢測另外的庫來關(guān)閉gaps。使用FISH技術(shù)或其他方法來分析沒有閉合的Gaps大小。22，21條染色體用這種方式。2003年已經(jīng)完成?；蚪M序列工作框架圖（Workingdraft）：通過對染色體位置明確的BAC連續(xù)克隆系4-5倍覆蓋率的測序（在BAC克隆水平的覆蓋率不應低于3倍），獲得基因組90%以上的序列，其錯誤率應低于1%。工作框架圖可用于基因組結(jié)構(gòu)的認識、基因的識別和解析、疾病基因的定位克隆，SNP的發(fā)現(xiàn)等。SNP（人與人之間的區(qū)別），草圖提供了一個理解遺傳基礎和人類特征進化的框架。比較其它基因組可以揭示共同的調(diào)控元件，和其他物種共享的基因的環(huán)境也許提供在個體水平之上的關(guān)于功能和調(diào)節(jié)的信息。草圖同樣是研究基因組三維壓縮到細胞核中的一個起點。這樣的壓縮可能影響到基因調(diào)控在應用上，草圖信息可以開發(fā)新的技術(shù)，如DNA芯片、蛋白質(zhì)芯片，作為傳統(tǒng)方法的補充，目前，這樣的芯片可以包含蛋白質(zhì)家族中所有的成員，從而在特定的疾病組織中可以找到那些是活躍的。2001年2月12日，美國Celera公司與人類基因組計劃分別在《科學》和《自然》雜志上公布了人類基因組精細圖譜及其初步分析結(jié)果。政府資助的人類基因組計劃采取基因圖策略，而Celera公司采取了“鳥槍策略”。至此，兩個不同的組織使用不同的方法都實現(xiàn)了他們共同的目標：完成對整個人類基因組的測序的工作；并且，兩者的結(jié)果驚人的相似。整個人類基因組測序工作的基本完成，為人類生命科學開辟了一個新紀元，它對生命本質(zhì)、人類進化、生物遺傳、個體差異、發(fā)病機制、疾病防治、新藥開發(fā)、健康長壽等領(lǐng)域，以及對整個生物學都具有深遠的影響和重大意義，標志著人類生命科學一個新時代的來臨。分析得知：全部人類基因組約有91Gbp，約有39000多個基因；平均的基因大小有27kbp；其中G+C含量偏低，僅占38%，而2號染色體中G+C的含量最多；到目前仍有9%的堿基對序列未被確定，19號染色體是含基因最豐富的染色體，而13號染色體含基因量最少等等（具體信息可參見cmbi特別報道：生命科學的重大進展）。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)和定位了26000多個功能基因，其中尚有42%的基因尚不知道功能，在已知基因中酶占28%，核酸酶占5%，信號傳導占2%，轉(zhuǎn)錄因子占0%，信號分子占2%，受體分子占3%，選擇性調(diào)節(jié)分子占2%，等。發(fā)現(xiàn)并了解這些功能基因的作用對于基因功能和新藥的篩選都具有重要的意義?；驍?shù)量少得驚人：一些研究人員曾經(jīng)預測人類約有14萬個基因，但Celera公司將人類基因總數(shù)定在6383萬到9114萬個之間，不超過40,000，只是線蟲或果蠅基因數(shù)量的兩倍，人有而鼠沒有的基因只有300個。如此少的基因數(shù)目，而能產(chǎn)生如此復雜的功能，說明基因組的大小和基因的數(shù)量在生命進化上可能不具有特別重大的意義，也說明人類的基因較其他生物體更'有效'，人類某些基因的功能和控制蛋白質(zhì)產(chǎn)生的能力與其他生物的不同。這將對我們目前的許多觀念產(chǎn)生重大的挑戰(zhàn)，它為后基因組時代中生物醫(yī)學的發(fā)展提供新的非凡的機遇。但由于基因剪切，EST數(shù)據(jù)庫的重復以及一些技術(shù)和方法上的誤差，將來亦可能人類的基因數(shù)會多于4萬。人類單核苷酸多態(tài)性的比例約為1/1250bp，不同人群僅有140萬個核苷酸差異，人與人之間99%的基因密碼是相同的。并且發(fā)現(xiàn)，來自不同人種的人比來自同一人種的人在基因上更為相似。在整個基因組序列中，人與人之間的變異僅為萬分之一，從而說明人類不同“種屬”之間并沒有本質(zhì)上的區(qū)別。人類基因組中存在“熱點”和大片"荒漠"。在染色體上有基因成簇密集分布的區(qū)域，也有大片的區(qū)域只有“無用DNA”——不包含或含有極少基因的成分?；蚪M上大約有1/4的區(qū)域沒有基因的片段。在所有的DNA中，只有1%-5%DNA能編碼蛋白，在人類基因組中98%以上序列都是所謂的“無用DNA”，分布著300多萬個長片斷重復序列。這些重復的“無用”序列，決不是無用的，它一定蘊含著人類基因的新功能和奧秘，包含著人類演化和差異的信息。經(jīng)典分子生物學認為一個基因只能表達一種蛋白質(zhì)，而人體中存在著非常復雜繁多的蛋白質(zhì)，提示一個基因可以編碼多種蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)比基因具有更為重要的意義男性的基因突變率是女性的兩倍，而且大部分人類遺傳疾病是在Y染色體上進行的。所以，可能男性在人類的遺傳中起著更重要的作用。人類基因組中大約有200多個基因是來自于插入人類祖先基因組的細菌基因。這種插入基因在無脊椎動物是很罕見的，說明是在人類進化晚期才插入我們基因組的?？赡苁窃谖覀?nèi)祟惖拿庖叻烙到y(tǒng)建立起來前，寄生于機體中的細菌在共生過程中發(fā)生了與人類基因組的基因交換。發(fā)現(xiàn)了大約一百四十萬個單核苷酸多態(tài)性，并進行了精確的定位，初步確定了30多種致病基因。隨著進一步分析，我們不僅可以確定遺傳病、腫瘤、心血管病、糖尿病等危害人類生命健康最嚴重疾病的致病基因，尋找出個體化的防治藥物和方法，同時對進一步了解人類的進化產(chǎn)生重大的作用。人類基因組編碼的全套蛋白質(zhì)（蛋白質(zhì)組）比無脊椎動物編碼的蛋白質(zhì)組更復雜。人類和其他脊椎動物重排了已有蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)域，形成了新的結(jié)構(gòu)。也就是說人類的進化和特征不僅靠產(chǎn)生全新的蛋白質(zhì)，更重要的是要靠重排和擴展已有的蛋白質(zhì)，以實現(xiàn)蛋白質(zhì)種類和功能的多樣性。有人推測一個基因平均可以編碼2-10種蛋白質(zhì)，以適應人類復雜的功能。模式生物：酵母（yeast）、大腸桿菌（Escherichiacoli）、果蠅（Drosophilamelanogaster）、線蟲（Caenorhabditiselegans）、小鼠（Musmusculus）、擬南芥、水稻、玉米等等其它一些模式生物的基因組計劃也都相繼完成或正在順利進行。目前基因組學的研究出現(xiàn)了幾個重心的轉(zhuǎn)移：一是將已知基因的序列與功能聯(lián)系在一起的功能基因組學研究；二是從作圖為基礎的基因分離轉(zhuǎn)向以序列為基礎的基因分離；三是從研究疾病的起因轉(zhuǎn)向探索發(fā)病機理；四是從疾病診斷轉(zhuǎn)向疾病易感性研究。在后基因組時代，如果在已完成基因組測序的物種之間進行整體的比較、分析，希望在整個基因組的規(guī)模上了解基因組和蛋白質(zhì)組的功能意義，包括基因組的表達與調(diào)控、基因組的多樣化和進化規(guī)律以及基因及其產(chǎn)物在生物體生長、發(fā)育、分化、行為、老化和治病過程中的作用機制都必須發(fā)展新的算法以充分利用超級計算機的超級計算能力。美國和英國科學家2006年5月18日在英國《自然》雜志網(wǎng)絡版上發(fā)表了人類最后一個染色體——1號染色體的基因測序。在人體全部22對常染色體中，1號染色體包含基因數(shù)量最多，達3141個，是平均水平的兩倍，共有超過23億個堿基對，破譯難度也最大。一個由150名英國和美國科學家組成的團隊歷時10年，才完成了1號染色體的測序工作。科學家不止一次宣布人類基因組計劃完工，但推出的均不是全本，這一次殺青的“生命之書”更為精確，覆蓋了人類基因組的99．99%。解讀人體基因密碼的“生命之書”宣告完成，歷時16年的人類基因組計劃書寫完了最后一個章節(jié)。人類基因組計劃中還包括若干個模式生物體基因組計劃，中國重點支持的水稻基因組研究計劃亦可劃入這一范疇。模式生物體一直就是生命科學領(lǐng)域研究的基本模型，加之它們與人類相比基因組結(jié)構(gòu)簡單、單位DNA長度上基因密度高，易于基因的識別，而且從低等至高等的各個模式生物是研究基因分子進化的絕佳材料。各模式生物體之間的比較性研究將有助于人類基因的結(jié)構(gòu)與功能的闡明。對于在整體水平研究基因的功能，模式生物體更有著無法取代的地位。中國的基因組研究工作起步較晚，而且是基礎差、底子薄、資金少，與國際上這幾年HGP的驚人速度相比，中間的差距很大，并且這種差距有進一步加大的可能。中國生命科學界應在如下幾個方面共同努力：⒈盡快收集和利用中國寶貴的多民族基因組資源和遺傳病家系材料，并阻止這些資源盲目流向國外。⒉集中人力、物力和財力，建立互相配套的、集分子遺傳學、自動化技術(shù)和信息技術(shù)為一體的中心，才能卓有成效地開展工作。⒊根據(jù)中國國情和原有工作基礎，做到有所為有所不為，走“短平快”和出奇制勝的道路，直接楔入基因組研究中最為關(guān)鍵的部分－基因識別，如走“cDNA計劃”道路，盡可能地克隆一大批新基因，在人類8萬～10萬個基因中占有一定的份額。同時，由于基因組DNA測序是一項勞動和技能密集性工作，如能引進技術(shù)，培訓一支高水平的技術(shù)隊伍，完全有可能將人類基因組測序的一部分工作吸引到中國。⒋充分利用國際基因數(shù)據(jù)庫中已有信息，建立生物信息技術(shù)，推進中國基因組研究工作，并在基因組轉(zhuǎn)錄順序的認識及基因功能推測方面多做工作。歷史已將中國當代科學家推上了人類基因組計劃這一國際合作和競爭的大舞臺，他們責無旁貸地要為供養(yǎng)自己的國家和人民負責，為21世紀中國的科學、技術(shù)和產(chǎn)業(yè)負責，唯有高瞻遠矚地認清當前的形勢和不辭勞苦、不計得失地拼搏，才有可能在國際人類基因組計劃中占有一席之地，有著交換和分享數(shù)據(jù)的資本，共同品嘗人類基因組這一全人類的“圣餐”。中國1994年啟動HGP，現(xiàn)已完成南北方兩個漢族人群和西南、東北地區(qū)12個少數(shù)民族共733個永生細胞系的建立，為中華民族基因保存了寶貴的資源，并在多民族基因組多樣性的研究中取得了成就，在致病基因研究中有所發(fā)現(xiàn)。定名為中華民族基因組結(jié)構(gòu)和功能研究的HGP為“九五”國家最大的資助研究項目之一（700萬元），為中國在下世紀國際HGP科學的新一輪競爭中占據(jù)有利地位打好了基礎。1990年～1998年，人類基因組序列已完成和正在測序的共計約330Mb，占人基因組的11%左右；已識別出人類疾病相關(guān)的基因200個左右。細菌、古細菌、支原體和酵母等17種生物的全基因組的測序已經(jīng)完成。值得一提的是，企業(yè)與研究部門的攜手，將大大地促進測序工作的完成。美國的基因組研究所（TheInstituteofGenomeResearch,TIGR）與PE（Perkin-Elmar）公司合作建立新公司，三年內(nèi)投資2億美元，預計于2002年完成全序列的測定。這一進度將比美國政府資助的HGP的預定目標提前三年。美國加州的一家遺傳學數(shù)據(jù)公司（Incyte）宣布（1998年），兩年內(nèi)測定基因組中的蛋白質(zhì)編碼序列以及密碼子中的單核苷酸的多態(tài)性，最后將繪制一幅人的10萬個基因的定位圖。與Incyte公司合作的HGS(HumanGenomeScience)公司的負責人宣稱，截至1998年8月，該公司已鑒定出10萬多個基因(人體基因約為12萬個)，并且得到了95%以上基因的EST(expressedsequencetag)或其部分序列。1998年9月14日美國國家人類基因組計劃研究所（NHGRI）和美國能源部基因組研究計劃的負責人在一次咨詢會議上宣布，美國政府資助的人類基因組計劃將于2001年完成大部分蛋白質(zhì)編碼區(qū)的測序，約占基因組的三分之一，測序的差錯率不超過萬分之一。同時還要完成一幅“工作草圖”，至少覆蓋基因組的90%，差錯率為百分之一。2003年完成基因組測序，差錯率為萬分之一。這一時間表顯示，計劃將比開始的目標提前兩年完成。人類基因組計劃的直接動因是要解決包括腫瘤在內(nèi)的人類疾病的分子遺傳學問題。6000多個單基因遺傳病和多種大面積危害人類健康的多基因遺傳病的致病基因及相關(guān)基因，代表了對人類基因中結(jié)構(gòu)和功能完整性至關(guān)重要的組成部分。所以，疾病基因的克隆在HGP中占據(jù)著核心位置，也是計劃實施以來成果最顯著的部分。在遺傳和物理作圖工作的帶動下，疾病基因的定位、克隆和鑒定研究已形成了，從表位→蛋白質(zhì)→基因的傳統(tǒng)途徑轉(zhuǎn)向“反求遺傳學”或“定位克隆法”的全新思路。隨著人類基因圖的構(gòu)成，3000多個人類基因已被精確地定位于染色體的各個區(qū)域。今后，一旦某個疾病位點被定位，就可以從局部的基因圖中遴選出相關(guān)基因進行分析。這種被稱為“定位候選克隆”的策略，將大大提高發(fā)現(xiàn)疾病基因的效率。目前，人類疾病的基因組學研究已進入到多基因疾病這一難點。由于多基因疾病不遵循孟德爾遺傳規(guī)律，難以從一般的家系遺傳連鎖分析取得突破。這方面的研究需要在人群和遺傳標記的選擇、數(shù)學模型的建立、統(tǒng)計方法的改進等方面進行艱苦的努力。近來也有學者提出，用比較基因表達譜的方法來識別疾病狀態(tài)下基因的激活或受抑。實際上，“癌腫基因組解剖學計劃(CancerGenomeAnatomyProject,CGAP)就代表了在這方面的嘗試。國際HGP研究的飛速發(fā)展和日趨激烈的基因搶奪戰(zhàn)已引起了中國政府和科學界的高度重視。在政府的資助和一批高水平的生命科學家?guī)ьI(lǐng)下，中國已建成了一批實力較強的國家級生命科學重點實驗室，組建了北京、上海人類基因組研究中心。有了研究人類基因組的條件和基礎，并引進和建立了一批基因組研究中的新技術(shù)。中國的HGP在多民族基因保存、基因組多樣性的比較研究方面取得了令人滿意的成果，同時在白血病、食管癌、肝癌、鼻咽癌等易感基因研究方面亦取得了較大進展。首先建立了寡核苷酸引物介導的人類高分辨染色體顯微切割和顯微基因克隆技術(shù)；已建立的17種染色體特異性DNA文庫和24種染色體區(qū)特異性DNA文庫及其探針；構(gòu)建了人染色體YAC圖譜，已完成了人染色體p2-p3跨度的約35cMSTS－YAC圖譜的構(gòu)建；建立了YAC－cDNA篩選技術(shù)。目前的研究工作還包括：疾病和功能相關(guān)新基因的分離、測序和克隆的技術(shù)和方法學的創(chuàng)新研究；中國少數(shù)民族HLA分型研究及特種基因的分析；人胎腦cDNA文庫的構(gòu)建和新基因的克隆研究。中國是世界上人口最多的國家，有56個民族和極為豐富的病種資源，并且由于長期的社會封閉，在一些地區(qū)形成了極為難得的族群和遺傳隔離群，一些多世代、多個體的大家系具有典型的遺傳性狀，這些都是克隆相關(guān)基因的寶貴材料。由于中國的HGP研究工作起步較晚、底子薄、資金投入不足，缺乏一支穩(wěn)定的、高素質(zhì)的青年生力軍，中國的HGP研究工作與國外近年來的驚人發(fā)展速度相比，差距還很大，并且有進一步加大的危險。如果我們在這場基因爭奪戰(zhàn)中不能堅守住自己的陣地，那么在21世紀的競爭中我們又將處于被動地位：我們不能自由地應用基因診斷和基因治療的權(quán)力，我們不能自由地進行生物藥物的生產(chǎn)和開發(fā)，我們亦不能自由地推動其他基因相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。由于基因組研究與制藥、生物技術(shù)、農(nóng)業(yè)、食品、化學、化妝品、環(huán)境、能源和計算機等工業(yè)部門密切相關(guān)，更重要的是基因組的研究可以轉(zhuǎn)化為巨大的生產(chǎn)力，國際上一批大型制藥公司和化學工業(yè)公司大規(guī)模紛紛投巨資進軍基因組研究領(lǐng)域，形成了一個新的產(chǎn)業(yè)部門，即生命科學工業(yè)。世界上一些大的制藥集團紛紛投資建立基因組研究所。Ciba-Geigy和Ssandoz合資組建了Novartis公司，并斥資5億美元建立研究所，開展基因組研究工作。SmithKline公司花25億美元加快測序的進度，將藥物開發(fā)項目的25%建立在基因組學之上。Glaxo-Wellcome在基因組研究領(lǐng)域投入4，700萬美元，將研究人員增加了一倍。大型化學工業(yè)公司向生命科學工業(yè)轉(zhuǎn)軌。孟山都公司早在1985年就開始轉(zhuǎn)向生命科學工業(yè)。至1997年，該公司向生物技術(shù)和基因組研究的投入已高達66億美元。1998年4月，杜邦公司宣布改組成三個實業(yè)單位，由生命科學領(lǐng)頭。1998年5月，該公司又宣布放棄能源公司Conaco，將其改造成一家生命科學公司。Dow化學公司用9億美元購入EliLilly公司40%的股票，從事谷物和食品研究，后又成立了生命科學公司。Hoechst公司則出售了它的基本化學品部門，轉(zhuǎn)項投資生物技術(shù)和制藥。傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)和食品部門也出現(xiàn)了向生物技術(shù)和制藥合并的趨勢。GenzymeTransgenics公司培養(yǎng)出的基因工程羊能以較高的產(chǎn)量生產(chǎn)抗凝血酶Ⅲ，一群羊的酶產(chǎn)量相當于投資15億美元工廠的產(chǎn)量。據(jù)估計，轉(zhuǎn)基因動物生產(chǎn)的藥物成本是大規(guī)模細胞培養(yǎng)法的十分之一。一些公司還在研究生產(chǎn)能抗骨質(zhì)疏松的谷物，以及大規(guī)模生產(chǎn)和加工基因工程食品。能源、采礦和環(huán)境工業(yè)也已在分子水平上向基因組研究匯合。例如，用產(chǎn)甲烷菌Methanobacterium作為一種新能源。用抗輻射的細菌Deinococcusradiodurans清除放射性物質(zhì)的污染，并在轉(zhuǎn)入tod基因后，在高輻射環(huán)境下清除多種有害化學物質(zhì)的污染。人類基因組計劃當前的整體發(fā)展趨勢是什么？一方面，在順利實現(xiàn)遺傳圖和物理圖的制作后，結(jié)構(gòu)基因組學正在向完成染色體的完整核酸序列圖的目標奮進。另一方面，功能基因組學已提上議事日程。人類基因組計劃已開始進入由結(jié)構(gòu)基因組學向功能基因組學過渡、轉(zhuǎn)化的過程。在功能基因組學研究中，可能的核心問題有：基因組的表達及其調(diào)控、基因組的多樣性、模式生物體基因組研究等。一個細胞的基因轉(zhuǎn)錄表達水平能夠精確而特異地反映其類型、發(fā)育階段以及反應狀態(tài)，是功能基因組學的主要內(nèi)容之一。為了能夠全面地評價全部基因的表達，需要建立全新的工具系統(tǒng)，其定量敏感性水平應達到小于1個拷貝/細胞，定性敏感性應能夠區(qū)分剪接方式，還須達到檢測單細胞的能力。近年來發(fā)展的DNA微陣列技術(shù)，如DNA芯片，已有可能達到這一目標。研究基因轉(zhuǎn)錄表達不僅是為了獲得全基因組表達的數(shù)據(jù)，以作為數(shù)學聚類分析。關(guān)鍵問題是要解析控制整個發(fā)育過程或反應通路的基因表達網(wǎng)絡的機制。網(wǎng)絡概念對于生理和病理條件下的基因表達調(diào)控都是十分重要的。一方面，大多數(shù)細胞中基因的產(chǎn)物都是與其它基因的產(chǎn)物互相作用的；另一方面，在發(fā)育過程中大多數(shù)的基因產(chǎn)物都是在多個時間和空間表達并發(fā)揮其功能，形成基因表達的多效性。在一個意義上，每個基因的表達模式只有放到它所在的調(diào)控網(wǎng)絡的大背景下，才會有真正的意義。進行這方面的研究，有必要建立高通量的小鼠胚胎原位雜交技術(shù)。蛋白質(zhì)組學研究是要從整體水平上研究蛋白質(zhì)的水平和修飾狀態(tài)。目前正在發(fā)展標準化和自動化的二維蛋白質(zhì)凝膠電泳的工作體系。首先用一個自動系統(tǒng)來提取人類細胞的蛋白質(zhì)，繼而用色譜儀進行部分分離，將每區(qū)段中的蛋白質(zhì)裂解，再用質(zhì)譜儀分析，并在蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫中通過特征分析來認識產(chǎn)生的多肽。蛋白質(zhì)組研究的另一個重要內(nèi)容是建立蛋白質(zhì)相互關(guān)系的目錄。生物大分子之間的相互作用構(gòu)成了生命活動的基礎。組裝基因組各成分間的詳盡作圖已在T7噬菌體（55個基因）獲得成功。如何在模式生物（如酵母）和人類基因組的研究中建立自動方法，認識不同的生化通路，是值得探討的問題。目前，生物信息學已大量應用于基因的發(fā)現(xiàn)和預測。利用生物信息學去發(fā)現(xiàn)基因的蛋白質(zhì)產(chǎn)物的功能更為重要。模式生物體中越來越多的蛋白質(zhì)構(gòu)建編碼單位被識別，無疑為基因和蛋白質(zhì)同源關(guān)系的搜尋和家族的分類提供了極其寶貴的信息。同時，生物信息學的算法、程序也在不斷改善，使得不僅能夠從一級結(jié)構(gòu)，也能從估計結(jié)構(gòu)上發(fā)現(xiàn)同源關(guān)系。利用計算機模擬所獲得的理論數(shù)據(jù)，還需要經(jīng)過實驗經(jīng)過的驗證和修正。人類是一個具有多態(tài)性的群體。不同群體和個體在生物學性狀以及在對疾病的易感性與抗性上的差別，反映了進化過程中基因組與內(nèi)、外部環(huán)境相互作用的結(jié)果。開展人類基因組多樣性的系統(tǒng)研究，無論對于了解人類的起源和進化，還是對于生物醫(yī)學均會產(chǎn)生重大的影響?？梢灶A測，在完成第一個人類基因組測序后，必然會出現(xiàn)對各人種、群體進行再測序和精細基因分型的熱潮。這些資料與人類學、語言學的資料相結(jié)合，將有可能建立一個全人類的數(shù)據(jù)庫資源，從而更好地了解人類的歷史和自身特征?；蚪M多樣性的研究將成為疾病基因組學的主要內(nèi)容之一，而群體遺傳學將日益成為生物醫(yī)藥研究中的主流工具。需要對各種常見多因素疾?。ㄈ绺哐獕?、糖尿病和精神分裂癥等）的相關(guān)基因及癌腫相關(guān)基因在基因組水平進行大規(guī)模的再測序，以識別其變異序列。對進化過程各個階段的生物進行系統(tǒng)的比較DNA測序，將揭開生命35億年的進化史。這樣的研究不僅能勾畫出一張詳盡的系統(tǒng)進化樹，而且將顯示進化過程中最主要的變化所發(fā)生的時間及特點，比如新基因的出現(xiàn)和全基因組的復制。認識不同生物中基因序列的保守性，將能夠使我們有效地認識約束基因及其產(chǎn)物的功能性的因素。對序列差異性的研究則有助于認識產(chǎn)生大自然多樣性的基礎。在不同生物體之間建立序列變異與基因表達的時空差異之間的相關(guān)性，將有助于揭示基因的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。在人類基因組的研究中，模式生物體的研究占有極其重要的地位。盡管模式生物體的基因組的結(jié)構(gòu)相對簡單，但是它們的核心細胞過程和生化通路在很大程度上是保守的。這項研究的意義是：1〕有助于發(fā)展和檢驗新的相關(guān)技術(shù)，如大規(guī)模測序、大規(guī)模表達譜檢驗、大規(guī)模功能篩選等；2〕通過比較和鑒定，能夠了解基因組的進化，從而加速對人類基因組結(jié)構(gòu)和功能的了解；3〕模式生物體間的比較研究，為闡明基因表達機制提供了重要的線索。目前對于基因組總體結(jié)構(gòu)組成方面的知識，主要來源于模式生物體的基因組序列分析。通過對不同物種間基因調(diào)控序列的計算機分析，已發(fā)現(xiàn)了一定比例的保守性核心調(diào)控序列。根據(jù)這些序列建立的表達模式數(shù)據(jù)庫對破譯基因調(diào)控網(wǎng)絡提供了必要的條件。識別基因功能最有效的方法，可能是觀察基因表達被阻斷后在細胞和整體所產(chǎn)生的表型變化。在這方面，基因剔除方法（knock-out）是一項特別有用的工具。目前。國際上已開展了對酵母、線蟲和果蠅的大規(guī)模功能基因組學研究，其中進展最快的是酵母。歐共體為此專門建立了一個稱為EUROFAN(EuropeanFunctionalAnalysisNetwork)的研究網(wǎng)絡。美國、加拿大和日本也啟動了類似的計劃。隨著線蟲和果蠅基因組測序的完成，將來也可能開展對這兩種生物的類似性研究。一些突變株系和技術(shù)體系建立后，不僅能夠成為研究單基因功能的有效手段，而且為研究基因冗余性和基因間的相互作用等深層次問題奠定了基礎。小鼠作為哺乳動物中的代表性模式生物，在功能基因組學的研究中展有特殊的地位。同源重組技術(shù)可以破壞小鼠的任何一個基因，這種方法的缺點是費用高。利用點突變、缺失突變和插入突變造成的隨機突變是另一中可能的途徑。對于人體細胞而言，建立反義寡核苷酸和核酶瞬間阻斷基因表達的體系可能更加合適。蛋白質(zhì)水平的剔除術(shù)也許是說明基因功能最有力的手段。利用組合化學方法有望生產(chǎn)出化學剔除試劑，用于激活或失活各種蛋白質(zhì)。模式生物體的基因組計劃為人類基因組的研究提供了大量的信息。今后，模式生物體的研究方向是將人類基因組8～10萬個編碼基因的大部分轉(zhuǎn)化為已知生化功能的多成分核心機制。而要獲得酶一種人類進化保守性核心機制的精細途徑，以及它們的紊亂導致疾病的各種途徑的知識，將只能來自對人類自身的研究。通過功能基因組學的研究，人類最終將將能夠了解哪些進化機制已經(jīng)確實發(fā)生，并考慮進化過程還能夠有哪些新的潛能。一種新的解答發(fā)育問題的方法可能是，將蛋白質(zhì)功能域和調(diào)控順序進行重新的組合，建立新的基因網(wǎng)絡和形態(tài)發(fā)生通路。也就是說，未來的生物科學不僅能夠認識生物體是如何構(gòu)成和進化的，而且更為誘人的是產(chǎn)生構(gòu)建新的生物體的可能潛力。該計劃在人類科學史上又豎起了一座新的里程碑！這是一項改變世界，影響人類生活的壯舉，隨著時間的推移，它的偉大意義將愈顯昭彰。在國際人類基因組計劃（以下簡稱“國際計劃”）啟動八年后的1998年，美國科學家克萊格·凡特創(chuàng)辦了一家名為塞雷拉基因組（CeleraGenomics）的小私立公司，開展自己的人類基因組計劃。與國際人類基因組計劃相比，公司希望能以更快的速度和更少的投資（3億美元，僅為國際計劃的十分之一）來完成。塞雷拉基因組的另起計劃被認為對人類基因組計劃是一件好事，因為塞雷拉基因組的競爭促使國際人類基因組計劃不得不改進其策略，進一步加速其工作進程，使得人類基因組計劃得以提前完成。塞雷拉采用了更快速同時更具風險的技術(shù)全基因組霰彈槍測序法。霰彈槍測序法的思想是將基因組打斷為數(shù)百萬個DNA片斷，然后用一定的算法將片斷的序列信息重新整合在一起，從而得到整個基因組序列。為了提高這一方法的效率，1980年代，測序和片斷信息整合達到了自動化。這一方法雖然已被用于序列長達6百萬個堿基對的細菌基因組測序，但對于人類基因組中3千萬個堿基對的序列測定，這一技術(shù)能否成功在當時還未有定論。塞雷拉基因組一開始宣稱只尋求對200至300個基因的專利權(quán)保護，但隨后又修改為尋求對“完全鑒定的重要結(jié)構(gòu)”的總共100至300個靶基因進行知識產(chǎn)權(quán)保護。1999年，塞雷拉申請對6500個完整的或部分的人類基因進行初步專利保護；批評者認為這一舉動將阻礙遺傳學研究。塞雷拉建立之初，同意與國際計劃分享數(shù)據(jù)，但這一協(xié)定很快就因為塞雷拉拒絕將自己的測序數(shù)據(jù)存入可以自由訪問的公共數(shù)據(jù)庫而破裂。雖然塞雷拉承諾根據(jù)1996年百慕達協(xié)定每季度發(fā)表他們的最新進展（國際計劃則為每天），但不同于國際計劃的是，他們不允許他人自由發(fā)布或無償使用他們的數(shù)據(jù)。2000年，美國總統(tǒng)克林頓宣布所有人類基因組數(shù)據(jù)不允許專利保護，且必須對所有研究者公開，塞雷拉不得不決定將數(shù)據(jù)公開。這一事件也導致塞雷拉的股票價格一路下挫，并使倚重生物技術(shù)股的納斯達克受到重挫；兩天內(nèi)，生物技術(shù)板塊的市值損失了約500億美元。后基因組計劃就是人類完成人類基因組計劃（結(jié)構(gòu)基因組學）以后的若干領(lǐng)域，實際上是指完成順序后的進一步計劃，其實質(zhì)內(nèi)容就是生物信息學與功能基因組學。其核心問題是研究基因組多樣性，遺傳疾病產(chǎn)生的原因，基因表示調(diào)控的協(xié)調(diào)作用，以及蛋白質(zhì)產(chǎn)物的功能。人類基因組研究的目的不只是為了讀出全部的DNA序列，更重要的是讀懂每個基因的功能，每個基因與某種疾病的種種關(guān)系，真正對生命進行系統(tǒng)地科學解碼，從此達到從根本上了解認識生命的起源、種間、個體間的差異的原因，疾病產(chǎn)生的得機制以及長壽、衰老等困擾著人類的最基本的生命現(xiàn)象目的。人類基因組計劃是20世紀最具挑戰(zhàn)性的科學項目之一。它旨在解析人類DNA序列，為全球科研社區(qū)提供寶貴資源，并推動醫(yī)學、生物學和進化研究的進步。隨著計劃的成功實施，人類進入了后基因組時代，一個以揭示基因組功能和解析基因疾病機制為