人類基因組

06-17

人類基因組背景

　　人類基因組（英語：Humangenome）又譯人類基因體。是人類（Homosapiens）的基因組。共組成23對染色體，分別是22對體染色體和性染色體X染色體與Y染色體。含有約31.6億個DNA鹼基對。鹼基對是以氫鍵相結合的兩個含氮鹼基，分別以A-T和C-G兩種特殊組合排列成鹼基對序列。其中一部分的鹼基對組成了大約20000到25000個基因。

　　隨著人類基因組逐漸被破譯，一張生命之圖將被繪就，人們的生活也將發生巨大變化。基因藥物已經走進人們的生活，利用基因治療更多的疾病不再是一個奢望。因為隨著對人類本身的了解邁上新的台階，很多疾病的病因將被揭開，藥物就會設計得更好些，治療方案就能「對因下藥」，生活起居、飲食習慣有可能根據基因情況進行調整，人類的整體健康狀況將會提高，二十一世紀的醫學基礎將由此奠定。

　　利用基因，人們可以改良果蔬品種，提高農作物的品質，更多的轉基因植物和動物、食品將問世，人類可能在新世紀里培育出超級物作。通過控制人體的生化特性，人類將能夠恢復或修復人體細胞和器官的功能，甚至改變人類的進化過程。

概述

　　人類基因組（英語：Human genome）又譯人類基因體。是智慧人種（Homo sapiens）的基因組。共組成24個染色體，分別是22個體染色體、X染色體與Y染色體。含有約30億個DNA鹼基對。鹼基對是以氫鍵相結合的兩個含氮鹼基，以A、T、C、G四種鹼基排列成鹼基序列。其中一部分的鹼基對組成了大約20000到25000個基因。全世界的生物學與醫學界在人類基因組計劃中，調查人類基因組中的真染色質基因序列。發現人類的基因數量比原先預期的更少，其中的外顯子，也就是能夠製造蛋白質的編碼序列，只佔總長度的1.5%。

　　現代遺傳學家認為，基因是DNA(脫氧核糖核酸)分子上具有遺傳效應的特定核苷酸序列的總稱，是具有遺傳效應的DNA分子片段。基因位於染色體上，並在染色體上呈線性排列。基因不僅可以通過複製把遺傳信息傳遞給下一代，還可以使遺傳信息得到表達。不同人種之間頭髮、膚色、眼睛、鼻子等不同，是基因差異所致。

　　人類只有一個基因組，大約有5-10萬個基因。世界各國參與對人類基因組提出並進行了國際性計劃，該計劃是美國科學家於1985年率先提出的，旨在闡明人類基因組30億個鹼基對的序列，發現所有人類基因並搞清其在染色體上的位置，破譯人類全部遺傳信息，使人類第一次在分子水平上全面地認識自我。計劃於1990年正式啟動，這一價值30億美元的計劃的目標是，為30億個鹼基對構成的人類基因組精確測序，從而最終弄清楚每種基因製造的蛋白質及其作用。打個比方，這一過程就好像以步行的方式畫出從北京到上海的路線圖，並標明沿途的每一座山峰與山谷。雖然很慢，但非常精確。

圖譜定義

　　1543年，比利時解剖學家A·維薩里（1514－1564）發表了劃時代的著作《人體的構造》，開創了人體解剖學，使人們從宏觀上了解了自己。「人類基因組計劃」建立的人類基因組圖，被譽為「人體的第二張解剖圖」，它將從微觀上或者說從根本上使人類了解自己。　　

第一張草圖 2000年6月26日，美國總統柯林頓和英國首相布萊爾聯合宣布：人類有史以來的第一個基因組草圖已經完成。2001年2月12日中、美、日、德、法、英等6國科學家和美國塞萊拉公司聯合公布人類基因組圖譜及初步分析結果。人類基因組計劃中最實質的內容，就是人類基因組的DNA序列圖，人類基因組計划起始、爭論焦點、主要分歧、競爭主戰場等都是圍繞序列圖展開的。在序列圖完成之前，其他各圖都是序列圖的鋪墊。也就是說，只有序列圖的誕生才標誌著整個人類基因組計劃工作的完成。2003年4月15日，在DNA雙螺旋結構模型發表50周年前夕，中、美、日、英、法、德六國元首或政府首腦簽署文件，六國科學家聯合宣布：人類基因組序列圖完成。人類基因組圖譜的繪就，是人類探索自身奧秘史上的一個重要里程碑。它被很多分析家認為是生物技術世紀誕生的標誌，也就是說，21世紀是生物技術主宰世界的世紀。正如一個世紀前量子論的誕生被認為揭開了物理學主宰的20世紀一樣。計劃　　歷史簡介

　　羅納德·杜爾貝科（Renato Dulbecco；主要研究基因與腫瘤的關係）是最早提出人類基因組定序的科學家之一。他認為如果能夠知道所有人類基因的序列，對於癌症的研究將會很有幫助。不過以1986年的技術而言，若要將所有人類的DNA都定序完成，需要花上1500年。美國能源部（DOE）與美國國家衛生研究院（NIH），分別在1986年與1987年加入人類基因組計劃。

　　除了美國之外，日本在1981年就已經開始研究相關問題，但是並沒有美國那樣積極。到了1988年，詹姆士·華生（James D. Watson；DNA雙螺旋結構發現者之一）成為NIH的基因組部門主管。1990年開始國際合作。1996年，多個國家招開百慕大會議，以2005年完成定序為目標，分配了各國負責的工作，並且宣布研究結果將會即時公布，並完全免費。1998年，克萊格·凡特的（Craig Venter）塞雷拉基因組公司成立，而且宣布將在2001年完成定序工作。隨後國際團隊也將完成工作的期限提前。

　　2000年6月26日，塞雷拉公司的代表凡特，以及國際合作團隊的代表法蘭西斯·柯林斯（Francis Collins），在美國總統柯林頓的陪同下發表演說，宣布人類基因組的概要已經完成。2001年2月，國際團隊與塞雷拉公司，分別將研究成果發表於《自然》（Nature）與《科學》（Science）兩份期刊。在基因組計劃的研究過程中，塞雷拉基因組使用的是霰彈槍定序法（shotgun sequencing），這種方法較為迅速，但是仍需以傳統定序來分析細節。　　

計劃概況人類基因組計劃(human genome project, HGP)是由美國科學家於1985年率先提出，於1990年正式啟動的。美國、英國、法蘭西共和國、德意志聯邦共和國、日本國和中國科學家共同參與了這一價值達30億美元的人類基因組計劃。這一計劃旨在為30多億個鹼基對構成的人類基因組精確測序，發現所有人類基因並搞清其在染色體上的位置，破譯人類全部遺傳信息。與曼哈頓計劃和阿波羅計劃並稱為三大科學計劃。

　　2000年6月26日，參加人類基因組工程項目的美國、英國、法蘭西共和國、德意志聯邦共和國、日本國國和中國的6國科學家共同宣布，人類基因組草圖的繪製工作已經完成。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構，序列錯誤率低於萬分之一。 95%常染色質區域被測序，每個Gap小於150kb。完成圖將於2003年完成，比預計提前2年。

　　美國和英國科學家2006年5月18日在英國《自然》雜誌網路版上發表了人類最後一個染色體——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量最多，達3141個，是平均水平的兩倍，共有超過2.23億個鹼基對，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後一個章節。　　

專利問題

　　從1981年到1995年間，全世界共有1175件DNA序列的專利許可。早期的申請對象主要是機能已知的基因，後來原屬於美國國家衛生研究院的克萊格·凡特，將2716件尚未了解功能的基因，反轉錄成cDNA型式，並且提交專利申請。這些申請受到了當時掌管NIH基因組部門的詹姆士·華生等許多科學家的反對，並且被專利局駁回。

　　人們對於基因資訊是否應該登記專利仍有爭議。由於學術研究並非營利性，因此通常不受這些專利所拘束。此外由於美國政府近年來將專利申請條件提高，因此與DNA有關的專利許可，在2001年之後已逐漸減少。到2005年4月為止，美國國家生計資訊中心所記載的基因資料中，有82%沒有專利標示，另外有14%屬於私人機構，3%屬於公家單位。　　

大事記 1990年10月，國際人類基因組計劃啟動。

　　1999年9月，中國獲准加入人類基因組計劃。

　　1999年12月1日，人類首次成功地完成人體染色體基因完整序列的測定。

　　2000年4月底，中國科學家完成1％人類基因組的工作框架圖。

　　2000年5月8日，由德國和日本等國科學家組成的國際科研小組宣布，他們已基本完成了人體第21對染色體的測序工作。

　　2000年6月26日，六國科學家公布人類基因組工作框架圖。

　　2001年2月12日，人類基因組圖譜及初步分析結果首次公布。

　　2001年8月26日，中國提前兩年完成1％人類基因組測序任務。

　　2003年4月15日，六個國家共同宣布人類基因組序列圖完成。

中國參與

　　1999年7月7日，中國科學院遺傳研究所人類基因組中心註冊參與國際人類基因組計劃；同年9月，國際協作組接受了申請，並為中國劃定了所承擔的工作區域——位於人類第3號染色體短臂上。人類基因組計劃的核心內容是構建DNA序列圖，即分析人類基因組DNA分子的基本成分——鹼基的排列順序，並繪製成序列圖。中國所負責區域的測序任務由中國科學院基因組信息學中心、國家人類基因組南方中心、國家人類基因組北方中心共同承擔，測定了3.84億個鹼基，所有指標均達到國際人類基因組計劃協作組對「完成圖」的要求。2003年4月15日，美、英、日、法、德、中6國領導人聯名發表《六國政府首腦關於完成人類基因組序列圖的聯合聲明》，宣告人類基因組計劃圓滿完成。中國高質量完成人類基因組計劃中所承擔的測序任務，表明中國在基因組學研究領域已達到國際先進水平。