基因組學的特點精選(九篇)
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第1篇：基因組學的特點范文
關鍵詞：藥物基因組學；中藥；基因組技術
中圖分類號：[R932] 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）44-0160-02
中藥是中華民族的瑰寶，隨著生物科技的發展，我們也越來越關注運用現代科學技術對中藥進行全面研究。基因組學是20世紀末發展起來的一門科學，隨著人類基因組計劃的完成及后基因組時代的到來，藥物基因組（Pharmacogenomics），即研究遺傳變異與藥物反應相互關系的一門學科，是以提高藥物的療效和安全為目標，已成為新的研究重點。藥物基因組學的發展為中藥現代化提供了良好契機。
一、基因組學概述
1.基因組學定義。基因組學（Genomics）是研究基因組的科學，它以分子生物學、電子計算機和信息網絡技術為研究手段，以生物體內全部基因為研究對象，在全基因組背景下和整體水平上探索生命活動內在規律及內在環境對機體影響機制的科學。它從全基因組的整體水平，而不是單個水平，來研究生命這一具有自組織和自裝配特性的復雜系統，認識生命活動的規律，從而將更加接近生命的本質和面貌。
2.基因組研究內容。基因組學作為一門新興學科，根據其研究對象，研究的重點及研究的目的不同，又分成多分支學科。根據研究的重點不同，基因組學可以分為結構基因組學和功能基因組學，結構基因組學以全基因組測序為目標，而功能基因組學以基因功能鑒定為目標。根據研究的對象不同還可將基因組學分為疾病基因組學、比較基因組學、藥物基因組學和環境基因組學等。基因組研究可以理解為：①基因表達概況研究，即比較不同組織和不同發育階段、正常狀態與疾病狀態，以及體外培養的細胞中基因表達模式的差異，技術包括傳統的RTPCR，RNase保護試驗，RNA印跡雜交等。②基因產物-蛋白質功能研究，包括單個基因的蛋白質體外表達方法，以及蛋白質組研究。③蛋白質與蛋白質相互作用的研究，利用酵母雙雜交系統，單雜交系統（one-hybrid system），三雜交系統（thrdee-hybrid system）以及反向雜交系統（reverse hybrid system）等。
二、中藥研究中常用的基因組技術
1.基因芯片技術。基因芯片又稱DNA芯片（DNA chip）、DNA微陣列，是基于核酸、探針互補雜交技術原理，將大量的寡核酸片段按預先設定的排列順序固化在載體表面如硅片或玻片上，并以此為探針，在一定的條件下與樣品中的待測的靶基因片段或DNA序列雜交，通過檢測雜交信號的強度及分布來實現對靶序列信息的快速檢測和分析。目前已成為基因表達分析的最常用工具。基因芯片技術具有高通量、并行、高內涵的特點，這就為探索中藥作用機理開辟了新領域。現代藥理學分子水平研究表明藥物作用都有其靶點，基因芯片可以確定靶組織的基因表達模式，從而將中藥作用的靶基因全部顯示出來。如陳明偉利用基因芯片技術檢測中藥單體人參皂苷20（R）Rg3對腫瘤血管生長調控因子（VEGF）蛋白表達的抑制作用。基因芯片技術還有助于確定中藥有效部位，通過基因芯片技術迅速篩選起作用的中藥有效成分。此外，基因芯片技術在中藥材鑒定，道地藥材篩選，中藥新藥研發等方面都有重要的應用。
2.DNA分子標記技術。①RAPD技術。RAPD即隨機擴增多態性DNA，在1990年由Welsh與Williams等人發展起來，是建立在PCR（Polymerase Chain Reaction）基礎之上的一種可對整個未知序列的基因組進行多態性分析的分子技術。其以基因組DNA為模板，以單個人工合成的隨機多態核苷酸序列（通常為10個堿基對）為引物，在熱穩定的DNA聚合酶作用下，進行PCR擴增。RAPD技術能快捷地辨別出不同遺傳物質之間最微小的DNA偏差，而且耗材較少，不必提前獲知其基因堿基順序，通過對遺傳資源的分析，從遺傳多樣性中得到詳盡的遺傳信息。現在，RAPD技術已成功鑒定細辛、蒲公英、龍膽草、人參及西洋參等藥材。②RELP技術。RELP技術即限制性長度多態性分析技術，就是將DN段用限制性內切酶消化后，進行限制性片段長度多態性分析。RELP技術可以確定基因種屬的特異性和藥材的鑒定。陳美蘭采用PCR-RFLP方法從分子水平鑒定人參中有效成分人參皂苷的含量，克服了因人參分布易受生長環境、儲存條件和加工等諸因素影響，采用傳統的形態學和組織學方法難以鑒別的缺點。
3.PCR技術。PCR技術即聚合酶鏈式反應技術，是體外擴增DNA序列的技術，廣泛應用于目的基因的制備等幾乎所有的分子生物學領域。DNA的保存需要嚴格的條件，在正常的中藥材加工和儲存過程中是很難做到的。王嚴明等通過PCR技術從保存了9年的藥材龜板中提取DNA，成功進行了DNA指紋鑒定。
4.DNA測序技術。DNA測序技術，即測定DNA序列的技術。在分子生物學研究中，DNA的序列分析是進一步研究和改造目的基因的基礎。該技術包括單向測序（Single-Read Sequencing），雙向測序（Paied-End Sequencing）混合樣品測序（Indexed Sequencing）。DNA測序技術在中藥品質研究中有重要的應用，劉玉萍等采用PCR直接測序技術測定半夏及其偽品的18SrRNA基因核苷酸序列并作序列變異和選擇性內切酶譜（PCR-SR）分析，為半夏正品鑒別提供分子依據。此外，該技術還可以用于中藥的品質鑒定，仇萍等通過DNA指紋圖譜從分子水平對中藥材種質進行準確分析，從而為鑒定藥材的真偽優劣提供依據。
三、展望
基因組學研究已把揭示生命本質提高到了一個全新水平，同樣它在中藥各個領域的滲透也使中藥發展有了更廣闊的前景，將推動中藥在種材培育、藥材鑒定、機理闡述和新藥研發的進步，促進中藥走出中國，走向世界。
參考文獻：
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第2篇：基因組學的特點范文
藥物基因組學是伴隨人類基因組學研究的迅猛發展而開辟的藥物遺傳學研究的新領域，主要闡明藥物代謝、藥物轉運和藥物靶分子的基因多態性及藥物作用包括療效和毒副作用之間關系的學科。
基因多態性是藥物基因組學的研究基礎。藥物效應基因所編碼的酶、受體、離子通道作為藥物作用的靶，是藥物基因組學研究的關鍵所在。基因多態性可通過藥物代謝動力學和藥物效應動力學改變來影響物的作用。
基因多態性對藥代動力學的影響主要是通過相應編碼的藥物代謝酶及藥物轉運蛋白等的改變而影響藥物的吸收、分布、轉運、代謝和生物轉化等方面。與物代謝有關的酶有很多，其中對細胞色素-P450家族與丁酰膽堿酯酶的研究較多。基因多態性對藥效動力學的影響主要是受體蛋白編碼基因的多態性使個體對藥物敏感性發生差異。
苯二氮卓類藥與基因多態性：咪唑安定由CYP3A代謝，不同個體對咪唑安定的清除率可有五倍的差異。地西泮是由CYP2C19和CYP2D6代謝，基因的差異在臨床上可表現為用藥后鎮靜時間的延長。
吸入與基因多態性：RYR1基因變異與MH密切相關，現在已知至少有23種不同的RYR1基因多態性與MH有關。氟烷性肝炎可能源于機體對在CYP2E1作用下產生的氟烷代謝產物的一種免疫反應。
神經肌肉阻滯藥與基因多態性：丁酰膽堿酯酶是水解琥珀酰膽堿和美維庫銨的酶，已發現該酶超過40種的基因多態性，其中最常見的是被稱為非典型的（A）變異體，與用藥后長時間窒息有關。
鎮痛藥物與基因多態性：μ-阿片受體是阿片類藥的主要作用部位，常見的基因多態性是A118G和G2172T。可待因和曲馬多通過CYP2D6代謝。此外，美沙酮的代謝還受CYP3A4的作用。兒茶酚O-甲基轉移酶(COMT)基因與痛覺的產生有關。
局部與基因多態性：羅哌卡因主要由CYP1A2和CYP3A4代謝。CYP1A2的基因多態性主要是C734T和G2964A，可能影響藥物代謝速度。
一直以來麻醉科醫生較其它專業的醫療人員更能意識到不同個體對藥物的反應存在差異。的藥物基因組學研究將不僅更加合理的解釋藥效與不良反應的個體差異，更重要的是在用藥前就可以根據病人的遺傳特征選擇最有效而副作用最小的藥物種類和劑型，達到真正的個體化用藥。
能夠準確預測病人對麻醉及鎮痛藥物的反應，一直是廣大麻醉科醫生追求的目標之一。若能了解藥物基因組學的基本原理，掌握用藥的個體化原則，就有可能根據病人的不同基因組學特性合理用藥，達到提高藥效，降低毒性，防止不良反應的目的。本文對藥物基因組學的基本概念和常用的藥物基因組學研究進展進行綜述。
一、概述
二十世紀60年代對臨床麻醉過程中應用琥珀酰膽堿后長時間窒息、硫噴妥鈉誘發卟啉癥及惡性高熱等的研究促進了藥物遺傳學（Pharmacogenetics）的形成和發展,可以說這門學科最早的研究就是從麻醉學開始的。
藥物基因組學(Phamacogenomics)是伴隨人類基因組學研究的迅猛發展而開辟的藥物遺傳學研究的新領域，主要闡明藥物代謝、藥物轉運和藥物靶分子的基因多態性及藥物作用包括療效和毒副作用之間的關系。它是以提高藥物的療效及安全性為目標，研究影響藥物吸收、轉運、代謝、消除等個體差異的基因特性，以及基因變異所致的不同病人對藥物的不同反應，并由此開發新的藥物和用藥方法的科學。
1959年Vogel提出了“藥物遺傳學”,1997年Marshall提出“藥物基因組學”。藥物基因組學是藥物遺傳學的延伸和發展，兩者的研究方法和范疇有頗多相似之處，都是研究基因的遺傳變異與藥物反應關系的學科。但藥物遺傳學主要集中于研究單基因變異，特別是藥物代謝酶基因變異對藥物作用的影響；而藥物基因組學除覆蓋藥物遺傳學研究范疇外，還包括與藥物反應有關的所有遺傳學標志，藥物代謝靶受體或疾病發生鏈上諸多環節，所以研究領域更為廣泛[1,2,3]。
二、基本概念
1．分子生物學基本概念
基因是一個遺傳密碼單位，由位于一條染色體(即一條長DNA分子和與其相關的蛋白)上特定位置的一段DNA序列組成。等位基因是位于染色體單一基因座位上的、兩種或兩種以上不同形式基因中的一種。人類基因或等位基因變異最常見的類型是單核苷酸多態性(single-nucleotidepolymorphism,SNP)。目前為止，已經鑒定出13000000多種SNPs。突變和多態性常可互換使用，但一般來說，突變是指低于1%的群體發生的變異，而多態性是高于1%的群體發生的變異。
2．基因多態性的命名法：
(1)數字前面的字母代表該基因座上最常見的核苷酸(即野生型)，而數字后的字母則代表突變的核苷酸。例如：μ阿片受體基因A118G指的是在118堿基對上的腺嘌呤核苷酸(A)被鳥嘌呤核苷酸(G)取代，也可寫成118A/G或118A>G。
(2)對于單個基因密碼子導致氨基酸轉換的多態性編碼也可以用相互轉換的氨基酸的來標記。例如：丁酰膽堿酯酶基因多態性Asp70Gly是指此蛋白質中第70個氨基酸－甘氨酸被天冬氨酸取代。
三、藥物基因組學的研究內容
基因多態性是藥物基因組學的研究基礎。藥物效應基因所編碼的酶、受體、離子通道及基因本身作為藥物作用的靶，是藥物基因組學研究的關鍵所在。這些基因編碼蛋白大致可分為三大類:藥物代謝酶、藥物作用靶點、藥物轉運蛋白等。其中研究最為深入的是物與藥物代謝酶CYP45O酶系基因多態性的相關性[1,2,3]。
基因多態性可通過藥物代謝動力學和藥物效應動力學改變來影響藥物作用，對于臨床較常用的、治療劑量范圍較窄的、替代藥物較少的物尤其需引起臨床重視。
（一）基因多態性對藥物代謝動力學的影響
基因多態性對藥物代謝動力學的影響主要是通過相應編碼的藥物代謝酶及藥物轉運蛋白等的改變而影響藥物的吸收、分布、轉運、代謝和生物轉化等方面[3,4,5,6]。
1、藥物代謝酶
與物代謝有關的酶有很多，其中對細胞色素-P450家族與丁酰膽堿酯酶的研究較多。
（1）細胞色素P-450（CYP45O）
物絕大部分在肝臟進行生物轉化，參與反應的主要酶類是由一個龐大基因家族編碼控制的細胞色素P450的氧化酶系統，其主要成分是細胞色素P-450（CYP45O）。CYP45O組成復雜，受基因多態性影響，稱為CYP45O基因超家族。1993年Nelson等制定出能反應CYP45O基因超家族內的進化關系的統一命名法：凡CYP45O基因表達的P450酶系的氨基酸同源性大于40%的視為同一家族（Family），以CYP后標阿拉伯數字表示，如CYP2；氨基酸同源性大于55%為同一亞族（Subfamily），在家族表達后面加一大寫字母，如CYP2D；每一亞族中的單個變化則在表達式后加上一個阿拉伯數字，如CYP
2D6。
（2）丁酰膽堿酯酶
麻醉過程中常用短效肌松劑美維庫銨和琥珀酰膽堿，其作用時限依賴于水解速度。血漿中丁酰膽堿酯酶(假性膽堿酯酶)是水解這兩種藥物的酶，它的基因變異會使肌肉麻痹持續時間在個體間出現顯著差異。
2、藥物轉運蛋白的多態性
轉運蛋白控制藥物的攝取、分布和排除。P-糖蛋白參與很多藥物的能量依賴性跨膜轉運，包括一些止吐藥、鎮痛藥和抗心律失常藥等。P-糖蛋白由多藥耐藥基因（MDR1）編碼。不同個體間P-糖蛋白的表達差別明顯，MDR1基因的數種SNPs已經被證實，但其對臨床麻醉的意義還不清楚。
（二）基因多態性對藥物效應動力學的影響
物的受體（藥物靶點）蛋白編碼基因的多態性有可能引起個體對許多藥物敏感性的差異，產生不同的藥物效應和毒性反應[7,8]。
1、藍尼定受體-1（Ryanodinereceptor-1，RYR1）
藍尼定受體-1是一種骨骼肌的鈣離子通道蛋白，參與骨骼肌的收縮過程。惡性高熱（malignanthyperthermia,MH）是一種具有家族遺傳性的、由于RYR1基因異常而導致RYR1存在缺陷的亞臨床肌肉病，在揮發性吸入和琥珀酰膽堿的觸發下可以出現骨骼肌異常高代謝狀態，以至導致患者死亡。
2、阿片受體
μ-阿片受體由OPRM1基因編碼，是臨床使用的大部分阿片類藥物的主要作用位點。OPRM1基因的多態性在啟動子、內含子和編碼區均有發生，可引起受體蛋白的改變。嗎啡和其它阿片類藥物與μ-受體結合而產生鎮痛、鎮靜及呼吸抑制。不同個體之間μ-阿片受體基因的表達水平有差異，對疼痛刺激的反應也有差異，對阿片藥物的反應也不同。
3、GABAA和NMDA受體
γ-氨基丁酸A型（GABAA）受體是遞質門控離子通道，能夠調節多種物的效應。GABAA受體的亞單位（α、β、γ、δ、ε和θ）的編碼基因存在多態性（尤其α和β），可能與孤獨癥、酒精依賴、癲癇及精神分裂癥有關，但尚未見與物敏感性有關的報道。N-甲基-D-天門冬氨酸（NMDA）受體的多態性也有報道，但尚未發現與之相關的疾病。
（三）基因多態性對其它調節因子的影響
有些蛋白既不是藥物作用的直接靶點，也不影響藥代和藥效動力學，但其編碼基因的多態性在某些特定情況下會改變個體對藥物的反應。例如，載脂蛋白E基因的遺傳多態性可以影響羥甲基戊二酸單酰輔酶A（HMG-CoA）還原酶抑制劑（他汀類藥物）的治療反應。鮮紅色頭發的出現幾乎都是黑皮質素-1受體（MC1R）基因突變的結果。MC1R基因敲除的老鼠對的需求量增加。先天紅發婦女對地氟醚的需要量增加，熱痛敏上升而局麻效力減弱。
四、苯二氮卓類藥與基因多態性
大多數苯二氮卓類藥經肝臟CYP45O代謝形成極性代謝物，由膽汁或尿液排出。常用的苯二氮卓類藥物咪唑安定就是由CYP3A代謝，其代謝產物主要是1-羥基咪唑安定，其次是4-羥基咪唑安定。在體實驗顯示不同個體咪唑安定的清除率可有五倍的差異。
地西泮是另一種常用的苯二氮卓類鎮靜藥，由CYP2C19和CYP2D6代謝。細胞色素CYP2C19的G681A多態性中A等位基因純合子個體與正常等位基因G純合子個體相比，地西泮的半衰期延長4倍，可能是CYP2C19的代謝活性明顯降低的原因。A等位基因雜合子個體對地西泮代謝的半衰期介于兩者之間。這些基因的差異在臨床上表現為地西泮用藥后鎮靜或意識消失的時間延長[9,10]。
五、吸入與基因多態性
到目前為止，吸入的藥物基因組學研究主要集中于尋找引起藥物副反應的遺傳方面的原因，其中研究最多的是MH。藥物基因組學研究發現RYR1基因變異與MH密切相關，現在已知至少有23種不同的RYR1基因多態性與MH有關。
與MH不同，氟烷性肝炎可能源于機體對在CYP2E1作用下產生的氟烷代謝產物的一種免疫反應，但其發生機制還不十分清楚[7,11]。
六、神經肌肉阻滯藥與基因多態性
神經肌肉阻滯藥如琥珀酰膽堿和美維庫銨的作用與遺傳因素密切相關。血漿中丁酰膽堿酯酶(假性膽堿酯酶)是一種水解這兩種藥物的酶，已發現該酶超過40種的基因多態性，其中最常見的是被稱為非典型的（A）變異體，其第70位發生點突變而導致一個氨基酸的改變，與應用肌松劑后長時間窒息有關。如果丁酰膽堿酯酶Asp70Gly多態性雜合子(單個等位基因)表達，會導致膽堿酯酶活性降低，藥物作用時間通常會延長3～8倍；而丁酰膽堿酯酶Asp70Gly多態性的純合子(2個等位基因)表達則更加延長其恢復時間，比正常人增加60倍。法國的一項研究表明，應用多聚酶鏈反應（PCR）方法，16例發生過窒息延長的病人中13例被檢測為A變異體陽性。預先了解丁酰膽堿酯酶基因型的改變，避免這些藥物的應用可以縮短術后恢復時間和降低醫療費用[6,12]。
七、鎮痛藥物與基因多態性
μ-阿片受體是臨床應用的阿片類藥的主要作用部位。5%～10%的高加索人存在兩種常見μ-阿片受體基因變異，即A118G和G2172T。A118G變異型使阿片藥物的鎮痛效力減弱。另一種阿片相關效應—瞳孔縮小，在118G攜帶者明顯減弱。多態性還可影響阿片類藥物的代謝。
阿片類藥物的重要的代謝酶是CYP2D6。可待因通過CYP2D6轉化為它的活性代謝產物－嗎啡，從而發揮鎮痛作用。對33名曾使用過曲馬多的死者進行尸檢發現，CYP2D6等位基因表達的數量與曲馬多和O－和N－去甲基曲馬多的血漿濃度比值密切相關，說明其代謝速度受CYP2D6多態性的影響。除CYP2D6外，美沙酮的代謝還受CYP3A4的作用。已證實CYP3A4在其它阿片類藥如芬太尼、阿芬太尼和蘇芬太尼的代謝方面也發揮重要作用。
有報道顯示兒茶酚O-甲基轉移酶(COMT)基因與痛覺的產生有關。COMT是兒茶酚胺代謝的重要介質，也是痛覺傳導通路上腎上腺素能和多巴胺能神經的調控因子。研究證實Val158MetCOMT基因多態性可以使該酶的活性下降3～4倍。Zubieta等報道，G1947A多態性個體對實驗性疼痛的耐受性較差，μ-阿片受體密度增加，內源性腦啡肽水平降低[13～16]。
八、局部與基因多態性
羅哌卡因是一種新型的酰胺類局麻藥，有特有的S-(-)-S對應體，主要經肝臟代謝消除。羅哌卡因代謝產物3-OH-羅哌卡因由CYP1A2代謝生成，而4-OH-羅哌卡因、2-OH-羅哌卡因和2-6-pipecoloxylidide(PPX)則主要由CYP3A4代謝生成。CYP1A2的基因多態性主要是C734T和G2964A。Mendoza等對159例墨西哥人的DNA進行檢測，發現CYP1A2基因的突變率為43%。Murayama等發現日本人中CYP1A2基因存在6種導致氨基酸替換的SNPs。這些發現可能對藥物代謝動力學的研究、個體化用藥具有重要意義[17,18,19]。
九、總結與
展望
第3篇：基因組學的特點范文
【關鍵詞】整體醫學；基因組；中醫心理學；中醫基因組學
1整體醫學
整體醫學是現代社會正在興起的一種醫學體系，將醫學看成一個有機整體，從整體上來認識醫學的性質、對象和目的。整體醫學與傳統中醫藥學在外表近似，但是本質有所不同。整體醫學從本質上說，是一種系統論。整體醫學就是用整體觀認識醫學的各個要素。而整體醫學的整體觀是建立在現代科學技術所認識的所有聯系的基礎上，從科學的長遠發展上來說，這是一種弱整體觀，一種綜合論，理論基礎是還原科學觀。
醫學的發展大致經歷了三個時代，即經驗醫學時代、實驗醫學時代和當前的整體醫學時代。經驗醫學時代為自然哲學醫學模式，實驗醫學時代為生物醫學模式，而整體醫學時代為生物-心理-社會醫學模式。當今醫學的特點是處在實驗醫學時代向整體醫學時代的過渡時期，整體醫學的理論體系尚未正式形成，但已具雛形。現代的整體醫學是現代科學技術尤其是生命科學發展的結果，但是生命科學——基因組學正在走向完善的基因組聯系，將來的發展必然在基因組的普遍聯系上證明中醫的基本理論，所以隨著基因組學的整體化發展，以及中醫學的跨越式發展，現代整體醫學必然走向更完備的、以中醫學為核心的整體醫學。
2中醫學現代化
整體醫學的崛起給中醫藥學國際化帶來了機遇，整體醫學與中醫藥學的關系是十分密切的。從理論體系看，整體醫學的理論與中醫藥學的學說實際上是相通的。如《黃帝內經》中就提出“人與天地相參”的觀點。
中醫藥學其實就是一門完整的整體醫學。中醫學有著對人體自身整體性及人與自然、社會環境相統一的認識。但是中醫學又是一門模糊的整體科學。《黃帝內經》建立于二千多年前，是古人觀察人體與自然所建立的整體醫學，其本質就是結構與功能相統一的整體觀，但是由于社會發展水平和極端落后的科學技術條件的限制，這個時候形成的整體只能是粗略與模糊的。隨著時代的發展，由于封建禮教的限制，加之受中國哲學觀重用輕體、重道輕器價值取向的影響，人們開始疏于人體具體的形態和結構，歧視人體解剖，對人體的細節和局部方面未做較深入的剖析研究，隨之《內經》的結構功能統一的整體觀逐漸演變為單純的功能性的整體觀。由于缺乏了結構和形態的支持，不能得到有效的可見的物質證據來說明自己的科學性，本身也缺乏創新發展，所以隨著以結構為主的現代醫學的發展，中醫學屢次受到打擊和排斥。
中醫藥學的發展必須從《黃帝內經》的整體思想開始做起，真正認識整體的本質，結合現達的科學技術尤其是分子生物學技術，發展新時代的完整的結構與功能統一的整體觀。所謂中醫現代化就是用現代語言和科學技術重新描述人與自然、人與社會平衡條件下的人整體的運動規律。
當代分子生物學在迅猛發展，借助電子計算機技術處理大量數據，基因組學得到了極大的發展。在足夠的時間內，基因組學很可能走向整體，最后可能在基因的相互聯系中發現了中醫的陰陽五行所存在的基因證據，這時候中醫就會被分子生物學所吸收，現代的整體醫學就可能吸收了中醫藥學的優勢發展成為完善的結構與功能統一的整體醫學，中醫不再是中國的中醫了。這是好事，但是對于國家和民族，對于中醫學的發源地，我們將失去一次崛起的機會。
3整體的含義
中醫學是整體科學，西醫學是還原科學。中醫現代化首先必須是基礎理論的現代化，而基礎理論的現代化又以整體為前提，整體觀的現代化為首要。以前中醫現代化的失敗在于從傳統的功能整體觀方法論上而不是從整體的根本意義上看待現代化。而西醫也是從自身的方法論上看待中醫，所以在這種前提下根本的中西醫結合是不可能的。
整體是物質的結構與功能的統一，兩者互相依存、不能分離，結構是功能的基礎，功能是結構的展現。整體是局部的整體，局部是整體的局部。整體是物質形、氣、能的統一，是結構與功能的統一，是一種客觀實在。
任何個體都是由兩種以上的物質要素混化而成的。這一混化物可以呈質地均勻無別的氣態，也可以呈實體存在的實體態。前者固然是一體，后者，盡管它的實體組成部分可以形形，各部分的功能也可千差萬別，但該實體物的氣卻遍布全體、貫穿內外，使組元形成有機聯系的和諧整體。這里所說的整體，指形成氣的時空結構而言，它是維系氣獨立性、特殊性的根本，也可把整體理解為氣的結構模式。譬如，設某模式為特殊的比附，這種特定的形狀結構的性質是不受其所占位置的大小影響的。因而時空結構模式一旦形成，不僅可以使全部事物的各個部分都處在同一結構上，而且這一整體特以滲透到所屬各個局部中去，使在這一整體中的局部組元可以體現整體，這是與組元作為獨立存在物的根本區別：①整體的實在性。②整體的聯系性：任何整體都在和其他整體處在密切的聯系當中，聯系是這個整體存在的必然條件，沒有聯系便沒有這個整體存在的必然性了。③整體的層次性：任何整體都是大的整體的一個組成部分，而這個整體有包含了小的層次的整體，小的局部組成。④整體規律的類似性：一物生來有一身，一物自有一乾坤。每個整體都是從類似規律演化而來，從無極演化，有太極，從這太極演化陰陽，以至這一整體全部。⑤整體的進化性：宇宙從無極逐漸演化太極，以至現在的萬物，在發展至人這個宇宙最高級的生命個體，便是整體演化的最好的證明。
氣是中醫學的核心。現代醫學是從有形的結構上研究，形是氣所聚，形散為氣，氣是形的場，形氣是統一的。氣是整體的體現。那么從形氣理論的兩種醫學也是可以統一的。
整體性是貫穿人體宏觀和微觀的根本。從宏觀逐漸微觀，每一層次都是結構和功能的統一，每一層次都服從統一的整體性，而整體性是每一層次運動聯系的根本。這個的整體規律就是中醫基礎理論，這個規律指導著每一層次的運動和相互作用。
4建立中醫基因組學
基因組是現代生物學還原到分子的體現，由此生命科學開始轉向整體科學。現在的功能基因組學就是這一轉向的體現。基因組是整體科學與還原科學的交匯點。
基因組是人體的微觀信息調控中心，更體現了人體的整體性。它是人的精氣的凝聚態，含有生命的全部信息。宏觀人體整體和微觀的人體基因組整體性是統一的和同源的，基因組整體是由五臟功能模塊組成，這五臟又有亞細的模塊組成，這亞細的模塊又有更微小的基因模塊組成，各個大模塊亞細模塊之間存在協調的相互關系，這個關系就是微觀經絡系統。基因功能模塊由相應的基因組成，基因組整體是結構和功能統一的整體。建立中醫特色的基因組學是為了完善中醫藥學理論，發展整體醫學。建立微觀基因組整體辨證論治，并沒有否定傳統意義上的辨證論治觀，而是將其發展一步，深入到基因組整體內部，將整體觀深入到基因組整體中，將宏觀整體辨證和微觀基因組整體辨證結合起來，建立了一個從外至里、從里至外的整體的辨證論治觀，建立宏觀和微觀統一的整體的辨證體系。這才是科學的完整的辨證論治觀。
建立中醫基因組學是為了在基因研究的基礎上，結合證候研究，證明中醫證候理論的正確性；進而在分子基礎上證明中醫臟腑經絡理論的正確性，最后深入基因組研究，深入了解基因組所蘊含的生命本質以及生命的發展。
中醫基因組學的建立是中醫現代化走向未來的一個關鍵點，整體科學與還原科學都在這一尖端領域進行著研究，而中醫學進入這一領域，一可以完善自己的理論體系，解譯基因組所包含的全部生命信息，促進人類的健康事業；二則可以引導還原科學的整體化演變。
5中醫心理學的發展
這是中醫心理學與現代心理學結合的關鍵點。也是中醫現代化的另一個關鍵點。
中醫心理學原來是中醫學的一個分支，以心理的整體功能為本體論述人的心理的，講的是人的先天功能。傳統中醫學建立在遠古極端落后的社會經濟條件下，人們看不出人的社會本質和社會發展，而現代社會條件下，人的心理與健康都受到了社會的極大影響，發生了很大改變，中醫心理學也必須隨時代的發展而發展。
現代心理學是以人的大腦的具體結構為生理基礎，論述人在社會中的各種行為性格等，這是人的后天功能，對人們的各種行為意識均有科學的描述。但是現代心理學沒有與人的整體功能結合在一起，沒有指出人的根本的社會本質，所以其發展也是有局限的。現代心理學是建立在還原論基礎上的，而人的心理是整體的，所以它本身具有很大的缺陷。
人的各種語言、行為以及意識思維等都是在人的元神的支配下進行的，元神是最根本的自我。而心理的進行是在社會背景條件下的，一切心理行為都有社會背景的，社會背景形成了人的心理模塊、人格模式，人格模式下的元神系統構成了人的社會自我，心理的行為是在元神的支配下通過心理模塊進行的，以此結合這兩個心理學，可以從根本上解決人的心理問題。佛學對人的心性理論有深刻認識，但是借鑒之前必須徹底拋棄佛學所具有的唯心思想，心性理論中性與元神相關，而心與元神、元神支配下形成的人格模式有關。
元神可以接受信息，加工、儲存、提取信息，發放信息三個方面。人出生時意識是白凈的，但是在人從出生開始，人就在不斷接受信息，在一定社會文化背景下不斷學習，不斷加深信息，積累信息，使元神中的信息不斷強化與激活而得到強化，最終形成了比較固定的人格參照模式。這個模式一旦形成，就形成了新進入信息的文化背景，形成了人各種意識、行為的模板，形成了特定的性格模式。人的性格模式是在元神支配下形成的，但是性格模式一旦形成就對人的元神人的生理發生作用，形成了人的后天行為的文化背景和模式。人的性格模式與人的后天社會文化環境有很大關系，它也不是固定不變的。
中醫心理學和現代心理學是功能與應用的結合。元神是人的整體功能，人的五臟情志、七情等都是人的元神功能的一個方面，但是這些情志的發生必然受到人的性格模式的影響，性格模式又決定了情志的發生模式。中醫心理學和現代心理學都是不完整的，各講述了人心理的一個方面，結合起來才是真正的人的心理整體過程。
人的心理在當今社會是一個比較陌生的領域，佛學、現代心理學、中醫心理學都有各自的認識，但是它們又不是完全的，正確的認識是將它們結合起來，建立科學的辨證唯物主義的整體的心理學體系。現代中醫心理學的建立不但解決了人的意識的根本問題，促進人類的心理健康發展，而是還對社會的發展有很大的潛在的作用。
6結論
第4篇：基因組學的特點范文
關鍵詞：生物信息學；生物技術；教學改革
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）36-0197-03
一、生物信息學課程的教學背景
生物信息學（Bioinformafics）是一門集數學、計算機科學以及生物學等多學科交叉而形成的新興熱點學科，實質就是利用信息科學與技術解決生物學問題。它的內涵目前包含了分子生物大數據的獲取、加工、存儲、分配、分析、解釋等在內的所有方面。依據分子生物大數據的類型不同，生物信息學的數據對象分布在基因組、轉錄組、蛋白質組等不同水平層次的數據以及跨層次的轉錄調控、轉錄后調控和表觀遺傳修飾等縱向連接。依據學科任務的不同，生物信息學一方面要組織好生物大數據的儲存和獲取，一方面要開發優良的算法和工具軟件對生物大數據教學分析，同時還要利用這些生物大數據和工具來產生新的生物學認識，為下游的濕實驗生物學家提供理論依據和指導。近年來，隨著高通量生物大數據檢測技術，如基因芯片技術、高通量測序技術等的發展，生物信息學已經在生物、醫學、藥物開發、環境保護以及農業應用等眾多領域普及推廣了起來。大量的生物數據急迫地需要處理，相應地產生了對生物信息專門人才的廣泛需求。
因此，《生物信息學》課程也快速地在各院校大學生教學中開展了起來，甚至在局部高校產生了生物信息學本科專業。然而在實際的教學中也伴隨著種種問題，影響了該課程的教學效果。本文現就近年來在生物背景的學生中所開展的生物信息學的教學實踐淺談一點體會，對其存在的問題和對策作一論述。
二、生物信息學課程教學改革
（一）教學內容特點
生物信息學屬于多學科交叉學科，需要在分子生物學、遺傳學、高等數學以及計算機編程等的課程基礎上進行講授。不同學科基礎以及不同來源的生物數據反映在教學內容上，生物信息學的一個特點就是信息量大。它囊括了概率統計、計算機語言、人工智能和機器學習、生物數據庫介紹、序列比對、分子進化分析、基因組序列分析、基因注釋與功能分類、基因表達譜分析、蛋白質表達與結構分析、生物分子網絡以及計算表觀遺傳學等眾多的內容模塊。
從歷史發展角度看，這些內容以基因組測序為主體，生物信息學的發展可以劃分為3個階段：前基因組時代、基因組時代以及后基因組時代（又稱為功能基因組時代）。以人類基因組計劃的完成為時間節點標記，目前的生物信息學已經進入到了功能基因組學時代。因此，體現在當前的生物信息學教學內容上的另外一個特點就是“新”。
（二）教材的選擇
生物信息學教學內容的以上特征要求在教材的選擇上更需要全面衡量考慮。由于對生物信息學知識的大量需求，目前教材市場上的相關書籍也琳瑯滿目，選擇余地較大。我們推薦的教材是科學出版社2010年第二版的Instant Notes Bioinformatics，由T. Charlie Hodgman等人編寫[1]。這本書的教學內容以基因組的生物信息學分析為主體，兼顧概率統計、機器學習、代謝組學等數理基礎知識和后續功能基因組分析。其中尤以序列比對、打分矩陣、系統發育樹的構建分析為核心內容。這種課程設置把龐大的生物信息學體系縮小集中在了序列分析部分，這樣既便于學生系統充分地掌握生物信息學知識，又兼顧了學科的發展基礎和趨勢。
另外，本教材為英文教材，這適應了生物信息學快速發展的要求，讓學生近距離地體驗到學科前沿氣息。為了擴大學生的知識渠道來源，我在教學中推薦了幾種不同類型的參考書籍。其中，David W. Mount編寫的《Bioinformatics Sequence and Genome Analysis》和本校陶士珩教授主編的《生物信息學》，在教學內容以及體系上均和本教材較為相近[2，3]。喬納森.佩夫斯納著，孫之榮主譯的《生物信息學與功能基因組學》則更側重功能基因組學的內容[4]。李霞主編的《生物信息學》在內容全面、豐富的同時，也較為側重功能基因組學的內容，同時還強調在醫藥衛生領域的應用和研究熱點[5]。
該書使用了彩印版，同時伴有光盤、習題集以及參考答案，目前在教材市場上較為受歡迎。最后，考慮到生物學背景的學生在計算機實際動手能力方面相對較為弱勢，我在教學中還特別推薦了幾本結合生物信息學與編程語言的書籍供同學們課后學習。這些教材包括：A.基于Perl語言的《Beginning Perl for Bioinformatics》、《Mastering Perl for Bioinformatics》；B.基于R語言的《R Programming for Bioinformatics》；C.基于Python語言的《Bioinformatics Programming Using Python》[6-9]。
（三）學時和考核方式的設定
生物信息學課程盡管面臨學科發展的迫切需要，教學內容廣泛而眾多，但由于大學本科生的學時學分限制，目前我們的相關教學僅包括32學時的理論學時以及兩周的生物信息學實習。為了彌補學時不足的限制，我們更突出強調了實際表現的考核方式。考核成績中的平時成績由30%上升到40%，包括平時表現、隨堂測驗以及課后作業等。
（四）存在的主要問題與解決辦法
1.激發興趣。由于所教授的學生為生物學背景，不少學生均對數學、計算機等數理課程較為恐懼，缺乏學習興趣和韌性。這是本課程講授過程中所面臨的第一大問題。為此，我嘗試了多種教學辦法進行解決，取得了一定的效果。
（1）去除學生的恐懼心理。從心理學上講，恐懼的形成源于過去失敗經歷的陰影以及對于未知事物的不確定性。因此，我在教學中注意突出生物學在生物信息學中的重要地位，以生物信息學領域的成功科學家為例，破除以往失敗經歷的陰影。同時，適當地濃縮教學內容，降低學生對未知事物不確定性的恐懼。
（2）激發學習生物信息學的熱情。通過教學的互動，讓學生在互動中消除對生物信息學的陌生感，熟悉生物信息學，激起學習的欲望。
（3）在學習中感受生物信息學發展的脈搏。通過介紹生物信息學的發展史，對比歷史上類似的科學發展歷程，讓學生深刻地領悟到當前的生物信息學在學科史中的定位。
（4）在實踐中感受生物信息學的魅力。比如，在進行系統發育樹構建的講授中，同學們可以看到由于數學算法的使用，原本枯燥無味的序列數據居然能夠反映物種和基因的進化歷程。通過教學中的改革實踐，同學們的學習興趣有了較大的提升。
2.夯實基礎。生物學背景的學生另外一個特點是數理基礎和計算機語言編程能力相對較為薄弱。在教學過程中，我首先注意引導學生揚長避短，充分發揮學生在生物學理解能力上的優勢，避免進入基礎性的數學算法糾纏中。同時，讓學生認識到，作為一個交叉性的學科，生物信息學的上下游學科鏈較長，同學們可以根據自身條件選擇進入不同的環節。比如，擅長基礎性的算法工具軟件開發的同學可以進入上游的理論環節，擅長生物學理解的同學可以使用這些工具進入下游的生物信息應用領域。第三，在課程設置上，著重加強生物信息學方向的數理基礎課程，比如生物統計、Linux以及Perl語言等，改善生物技術專業的學生在生物信息學方向的薄弱環節。最后，向同學們強調，注意在學習的過程中提高學習能力才是根本。讓同學們意識到，基礎不是問題，只要提高了學習能力，持之以恒地去實踐，均能學好本門課程。
3.緊跟前沿。生物信息學是一門前沿性很強的學科。為了既能提高學生的知識水平，又提高學生的學習能力，這就要求在教學中既要恰當地剪裁知識結構和體系，又要有提供充分的學習鍛煉空間。為此，我們將課程設置為雙語課程，這樣做的好處是既不耽誤知識的學習，又能適當地提高學生的適應能力，為學生在將來英文環境較普遍的生物信息學領域中的學習研究應用打下扎實基礎。同時，為了更適應將來學生對生物信息的使用環境，同時也為了降低難度，我們的雙語課程更側重閱讀、理解能力的提高，以避免簡化為英語學習課，和普通的英文課程內容的重疊。另外，前沿性很強的生物信息學處處蘊藏著創新的機會，在教學過程中，我注意鼓勵學生的創新意識。比如，學生在上課過程中的一些小想法，我鼓勵其大膽投入，形成研究性論文。
4.注重實踐性。生物信息學在教學中既要注重對學生思維方式的轉變的教育，形成用生物信息學去看待生物大數據的思想，而不僅僅是解決某個具體生物學問題的“小工具”，又要求學生在課程學習中具備一定的實踐能力。由于長久以來的教育體制和學習習慣的制約，同學們的學習重點仍然集中在知識的記憶、考試的應付上面，缺乏對實際動手能力的正確認識。這給生物信息學這門課程的教學，特別是實踐教學帶來了較大的壓力。為此，我在教學中著重采用身邊的典型案例教學法進行教學。比如，以往屆學生由于其突出的實踐能力最后促成了他畢業就業的成功為例，說明動手能力的重要性。貫穿在課程教學中，我對學生實驗課程的理念是鼓勵其獨立自主地完成實驗，盡量少干涉，允許其在實踐中犯錯誤，在犯錯中學習提高。經過思想觀念的轉變、實踐中的反復雕琢提高，學生們的實踐動手能力都得到了較好的提升。
三、結語
生物信息學是一門快速發展的新型熱門學科，其發展與生命科學發展是相輔相成的。本文針對《生物信息學》的教學進行了一些探討，特別是針對生物背景學生的教學進行了深入集中的研究。
本文認為，只有激發學生的學習興趣，夯實基礎，注重實踐動手能力，緊跟學科發展前沿趨勢，這樣才能切實做好生物信息學的課程教學工作，提高該課程的教學質量，以此滿足我國目前該領域對人才的教育需要，培養出具有一定的實踐操作能力和很強的創新能力的大學生。
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[9]Model ML （2009） Bioinformatics Programming Using Python：O'Reilly.
第5篇：基因組學的特點范文
【關鍵詞】 藥物靶標 藥物設計 靶向治療
所謂藥物靶標（drug target）是指細胞內與藥物相互作用，并賦予藥物效應的特定分子。98%以上的藥物靶標屬于蛋白質。其中幾乎50%以上屬于G蛋白耦聯受體（GPCRs）、絲氨酸、蘇氨酸和酪氨酸蛋白激酶、鋅金屬肽酶、絲氨酸蛋白酶、核激素受體以及磷酸二酯酶等6個家族。從理論上說，作為藥物靶標的蛋白質必須能以適當的化學特性和親和力結合小分子化合物，并與疾病相關。具體來說，作為藥物靶標的蛋白質必須在病變細胞或組織中表達，并且在細胞培養體系中可以通過調節靶標活性產生特定的效應，最后這些效應必須在動物模型中再現。最終，證明藥物在人體內有效之后，才能真正確證藥物靶標的價值［1］。只要找到了藥物作用的靶標分子就能根據其特點開發和設計藥物，以及進行靶向治療。近年來大量分子生物學技術的出現，尤其是基因組學、生物信息學、蛋白質組學、質譜聯用技術及生物大分子相互作用分析技術（BIA）等推動了從紛繁復雜的細胞內生物大分子中發現特異性的藥物作用靶標分子的進程。
1 藥物靶標的發現
1.1 以基因組學、生物信息學為基礎發現藥物靶標基因組學技術在藥物靶標發現中的應用主要體現在以下兩個方面：確認致病蛋白質的綜合策略 (global strategy) 和致病蛋白質部分表征的靶標專一策略 (target – specific strategy) ［2］。前者注重于對致病相關基因序列、蛋白質序列等分子信息的分析，包括計算機同源校準（在宿主和病原基因組之間進行同源性比較分析，進而找出致病基因序列）、差別基因表達分析及整體蛋白組分析；后者側重于對疾病相關基因（靶基因）功能的分析，包括基因敲除(gene knockout)，反義mRNA 和核酶抑制以及計算機模擬對基因產物結構和功能的預示［3］。
另外，基因組學技術在靶標的驗證方面也有重要作用。人類遺傳學(human genetics)、生物信息學( bioinformatics )、表達圖譜( expression profiling )、代謝途徑分析(pathway analysis)、基因敲除(gene knockout)、過量表達(overexpression)、基因篩選(gene-to -screen) 等技術可以在基因組水平上高通量大規模篩選和確證靶基因及疾病相關遺傳標記［4］。
在生物信息學方面，應用INVDOCK軟件進行計算機搜尋藥物靶標是一個很便捷的途徑，此軟件可同時尋找數個中草藥有效成分的治療靶標，并同已知實驗結果進行比較。研究結果顯示該軟件具有實際應用潛力及在普及型計算機上可進行運算的可行性。此方法除用于研究藥物或先導化合物的未知靶標外，亦可用來研究中草藥的作用機理［5］。
1.2 以蛋白質組學為基礎發現藥物靶標研究表明，人體內可能存在的藥物作用靶標約有3 000～15 000個，而統計結果顯示，目前發現的藥物靶標不到500個，這說明還有大量的藥物作用靶標未被發現［6］。大多數藥物靶標都是在生命活動中扮演重要角色的蛋白質，如酶、受體、激素等。通過蛋白質組學的方法比較疾病狀態和正常生理狀態下蛋白質表達的差異，就有可能找到有效的藥物作用靶標，其中應用較多的是二維凝膠電泳（2-DE）和質譜分析（MS）技術。在2-DE中，蛋白質樣品根據其等電點和相對分子質量的不同而分離，在得到的電泳圖譜中，疾病狀態和正常生理狀態的蛋白質染色斑點的分布會出現差異，以此為線索，可以發現新的藥物靶標［7］。例如Hanash 等［8］用2-DE分析急性淋巴細胞性白血病(ALL) ， 發現一個高表達的多肽Op18 有磷酸化和非磷酸化兩種形式。研究證明，抑制Op18 的表達和磷酸化能有效地抑制腫瘤細胞的增殖［9］。因而，有希望以Op18 為靶標構建合適的藥物治療ALL。
質譜分析（MS）技術具有高通量、敏感性強的特點，能根據相關序列識別蛋白質。其主要作用是識別不同樣品中大量相關蛋白質的差異，根據這些差異來篩選可能的疾病相關蛋白，然后與臨床實驗作比較，以確定真正的靶標蛋白［7］。
在蛋白質組學研究中，進行2-DE和MS研究還需要使用許多其他相關技術。如樣品的制備和分離技術、蛋白質結構的分析技術、生物信息學技術等。利用蛋白質組學技術發現藥物靶標的一般流程是：樣品制備（sample preparation）分離（fractionation）質譜分析（mass spectrometry）蛋白質陣列（protein arrays）計算生物學（computational biology）結構蛋白質組學（structural proteomics）結合特征分析（binding characteristics）［8］。
另外，酵母雙雜交技術也是發現藥物靶標的重要途徑。該技術能夠通過報告基因的表達產物敏感地檢測到蛋白質之間相互作用的路徑。對于能夠引發疾病反應的蛋白互作，可以采取藥物干擾的方法，阻止它們的相互作用以達到治療疾病的目的。例如Dengue病毒能引起黃熱病、肝炎等疾病，研究發現它的病毒RNA復制與依賴于RNA的RNA聚合酶（NS5）、拓撲異構酶NS3、以及細胞核轉運受體β-importin的相互作用有關。如果能找到相應的藥物阻斷這些蛋白之間的相互作用，就可以阻止RNA病毒的復制，從而達到治療這種疾病的目的［10］。
1.3 以中草藥單分子化合物為探針發現藥物靶標 近年來興起的生物分子相互作用分析技術（biomolecular interaction analysis，BIA）可以將中草藥單分子化合物作為探針，通過跟蹤監測它與蛋白質分子之間的相互作用來發現藥物靶標。BIA 是基于表面等離子共振(surface plasmon resonance，SPR)技術來實時跟蹤生物分子間的相互作用。操作時先將一種生物分子（如藥物分子）作為探針固定在傳感器芯片表面，將與之相互作用的分子（如配體蛋白質）溶于溶液流過芯片表面，檢測器能跟蹤檢測溶液中的分子與芯片表面的分子結合和解離的整個過程。該技術系統主要由傳感器芯片、SPR 光學檢測系統和微射流卡盤3 個核心部分組成［11］。這種方法也被稱作“配體垂釣”，通過配體垂釣不僅可以發現藥物作用的靶標分子，也可以將靶標分子作為固定相用來發現中草藥中的活性成分。
2 基于靶標的藥物設計
基于靶標分子結構的藥物設計指的是利用生物大分子靶標及相應的配體-靶標復合物三維結構的信息設計新藥。其基本過程是：①確定藥物作用的靶標分子（如蛋白質、核酸等）；②對靶標分子進行分離純化；③確定靶標分子的三維結構，提出一系列假定的配體與靶分子復合物的三維結構；④依據這些結構信息，利用相關的計算機程序和法則如DOCK 進行配體分子設計， 模擬出最佳的配體結構模型；⑤合成這些模擬出來的結構，進行活性測試。若對測試結果感到滿意，可進入前臨床實驗研究階段，反復重復以上過程，直至滿意為止［12］。
基于靶標分子結構的藥物設計需要采用X射線衍射分析和核磁共振波譜（NMR）等結構生物學的研究手段，對靶標蛋白質的分子結構進行深入研究，獲得相關信息，借助計算機技術建立靶標的蛋白質結構模型。如治療艾滋病的安瑞那韋(amprenavir ， Agenerase) 和奈非那韋( nelfinavir ，Viracept) 就是利用人類免疫缺陷病毒（HIV） 蛋白酶的晶體結構開發的藥物［13］。
3 藥物靶標在藥物開發及疾病治療中的應用
在疾病相關的靶標分子被發現和確認以后，即可根據這些靶標分子的特點設計出相關的藥物進行靶向治療。例如，世界性的疑難病癥阿爾茨海默病(Alzheimerps disease，AD) 是一種常見的神經退行性病變，發病率較高，已成為現代社會嚴重威脅老年人健康的疾病之一。 AD的病因復雜，發病涉及許多環節，包括神經遞質與受體、淀粉樣蛋白沉積、tau蛋白磷酸化、炎癥反應及其他環節，這些環節為藥物靶標的發現和選擇提供了多種靶點，據此人們找到了針對這些靶點的相關藥物，如膽堿酯酶抑制劑類主要有多奈哌齊( donepezil) 、加蘭他敏( galantamine) 、石杉堿甲( huperzine A)等；N -甲基-D -天冬氨酸( NMDA)受體阻滯劑如美金剛(memantine) ［14］。
在利用藥物靶標進行疾病的靶向治療方面，應用最多的是對腫瘤的治療。抗癌藥大多數為直接攻擊DNA或抑制其合成的化合物，對腫瘤細胞缺乏特異性。為了研制出具有特異性的藥物，需要找到在癌的病因學和病理過程中起作用的特異的靶標分子，其中包括細胞周期相關成分、信號轉導通路元件、細胞凋亡因子、端粒酶、細胞的黏附和運動因子等。設計出針對這些靶標分子的特異性藥物，并結合納米生物學技術給藥物分子裝配“制導”裝置，進行針對癌細胞的靶向治療。這樣就大大降低了抗癌藥物對正常細胞的毒性作用，提高了病灶部位的藥物濃度，從而極大地提高了治療效果。如小分子STI571和單抗Herceptin 等［15］藥物直接攻擊致癌病因，選擇性強，臨床效果顯著且副作用小，多藥聯合使用時常能增強傳統化療藥物的作用。可以預計在未來的腫瘤化療發展中，針對分子靶標的新一代抗腫瘤藥物將成為主要的發展方向。
4 結語
通過發現藥物靶標來開發和設計特異性藥物是創新性藥物研發的重要途徑。靶標的篩選和識別需要基因組學、蛋白質組學、生物信息學等研究領域的深入發展和現代生物技術手段如質譜、生物大分子相互作用分析（BIA）及生物芯片等技術的綜合應用。藥物靶標的確證及其在藥物開發和疾病治療中的應用，需要進行反復的藥理實驗及臨床研究。欲進一步普及基于靶標的藥物研發及靶向治療，需要多個領域的進一步深入研究和相互配合。
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第6篇：基因組學的特點范文
【關鍵詞】 基因組學;教學改革;CAI課件;蛋白質組學
生命科學是21世紀學科發展的主流，人類的醫學史證明了僅依靠單一學科，如：細胞學、發育學、腫瘤學、人類遺傳學或分子生物學難以完成人類對自身的認識和保護。人類基因組學的產生和人類基因組計劃（human genome project， HGP）的完成，使得人類能夠對生命現象進行系統和科學地認識，揭示疾病產生的機制以及長壽與衰老等生命現象。本科生通過對基因組科學與人類疾病課程的學習，能夠了解什么是基因組科學，其主要研究方法和手段，如何從基因水平認識疾病、診斷疾病和治療疾病，為今后更深入地在臨床上應用這些知識為患者服務或是繼續更深入地進行理論研究奠定基礎。
1 課程改革的特點
彌補本科生對于生命科學，特別是基因組科學與人類疾病關系的認識，提高學生的科研能力，為將來的研究生階段的學習打下基礎，或是對于走上臨床認識疾病、治療疾病有促進作用。本課程是我校在本科生中新開設的一門選修課，本課程的開設得到了學校有關領導的高度重視，經多次論證和在學生中征求意見，學生的反響強烈，因此可以看出本科生對于本課程有極大的興趣，期望通過老師的講授能對于人類疾病從基因水平有全新的認識，對自己 的科研能力有一定的提高。
2 教學研究探索的幾個方面
2．1 更新教學內容 課程講授是當前生命科學中前沿領域的熱點問題。主要課程安排如下：前言；人類基因組計劃與DNA測序（包括基因組測序的發展、方法、DNA測序的規模化與工業化）；cDNA測序和基因表達譜的研究（包括cDNA文庫的構建、全長cDNA的克隆、基因表達譜的概念及其在醫學應用中的意義）；人類基因組DNA序列變異及其分析方法（包括人類基因組序列及其變異、基因組序列變異檢測的常用方法及基本原理、突變檢測在識別疾病相關基因中的應用）；基因治療（包括基因轉移和基因治療的早期歷史、基因治療的現狀、遺傳型基因治療、表遺傳型基因治療、基因治療的問題與展望）；基因工程技術（包括理論依據、基因工程技術的內容—目的基因獲取、克隆、表達、基因工程技術在臨床醫學中的應用現狀）；生物信息學（包括生物信息學的概念、產生的背景、生物信息學的研究現狀與發展趨勢、生物信息學在醫學領域中的應用）；蛋白質組學（包括蛋白質組學的概念及其在生命科學研究中 的意義、國內外相關研究動態、蛋白質組學研究發展展望）；生物芯片（生物芯片的原理、種類及在醫學領域中的應用）；生物安全（包括生物安全的概念及含義、轉基因生物的安全性、轉基因動物及其產品的安全性、轉基因食品安全性、醫藥生物技術及其產品的生物安全、國內外生物安全法規及管理）等內容。
2．2 本課程將采取理論與實驗相結合的教學方法 鼓勵學生敢于提出問題，獨立思考問題，老師與學生共同參與教學內容。根據學生人數安排一定的動手操作實驗的課程［1，2］。
2．3 采用多媒體教學形式，加深學生的理解 一方面，可以加深同學的理解能力；另一方面，對于條件不允許的實驗，學生可以通過多媒體的形式了解實驗過程［3］。
2．4 將科研的思路、科研的方法融入教學之中，提高學生的科研能力 課堂教學中和課下作業安排一定量的文獻檢索、文獻翻譯閱讀、科研方法設計、預測實驗結果等內容。
2．5 改革考試形式 采取閉卷筆試與課下查文獻、答題相結合的形式。
2．6 改革課程用教材 重新更新編寫適合本科生參閱并適合當前基因組科學最近發展的教材，并計劃出版發行。
3 教學效果的學生評價
聽取學生反饋意見分為3種形式。
3.1 采用不記名問卷的形式反饋學生意見 問卷內容包括實驗內容的安排、教師授課質量、希望的授課內容方式、感興趣的實驗內容等等。
3.2 建立學生公共信箱 一方面可以將某些授課內容、習題、思考題等通過公共信箱讓同學下載，另一方面學生可以將公共信箱作為與老師的互動平臺，及時反饋對課程提出的建議和意見，老師定期瀏覽信箱，及時調整課程安排。
3.3 整學期課程進行中期和結課前安排兩次學生課堂討論 討論時間20min左右，及時反饋信息，提高理論與實驗教學質量。
總之，本科生的基因組科學與人類疾病課程是一門較新的課程，在諸多方面需要進行改革探索，以適應當前生命科學發展的需要并滿足學生汲取新知識的需要。
【參考文獻】
1 常冰梅，王惠珍，張悅紅.醫學七年制生物化學教學方法探索.山西醫科大學學報(基礎醫學教育版)，2005，(6):37.
第7篇：基因組學的特點范文
[關鍵詞]現代分子生物學技術；醫學檢驗
隨著基因克隆技術趨向成熟和基因測序工作逐步完善，后基因時代逐步到來。20世紀末數理科學在生物學領域廣泛滲透，在結構基因組學，功能基因組學和環境基因組學逢勃發展形勢下，分子診斷學技術將會取得突破性進展，也給檢驗醫學帶來了嶄新的領域，為學科發展提供了新的機遇。
1 分子生物傳感器在醫學檢驗中的應用
分子生物傳感器是利用一定的生物或化學的固定技術，將生物識別元件（酶、抗體、抗原、蛋白、核酸、受體、細胞、微生物、動植物組織等）固定在換能器上，當待測物與生物識別元件發生特異性反應后，通過換能器將所產生的反應結果轉變為可以輸出、檢測的電信號和光信號等，以此對待測物質進行定性和定量分析，從而達到檢測分析的目的。
分子生物傳感器可以廣泛地應用于對體液中的微量蛋白、小分子有機物、核酸等多種物質的檢測。在現代醫學檢驗中，這些項目是臨床診斷和病情分析的重要依據。能夠在體內實時監控的生物傳感器對于手術中和重癥監護的病人很有幫助。
Skladal等用經過寡核苷酸探針修飾的壓電傳感器檢測血清中的丙型肝炎病毒（HCV）并實時監測其DNA的結構轉錄和聚合酶鏈式反應（PCR）擴增過程，完成整個監測過程僅需10 min且裝置可重復使用。
Petricoin等用壓電傳感器研究了破骨細胞生成抑制因子（OPG）和幾種相應抗體的相互作用，研發出可快速檢驗血清中OPG的壓電免疫傳感器。
Dro-sten等報道了檢測神經遞質的酶電報，將電極放置在神經肌肉接點附近可實時測定并記錄鄰近的神經元去極化后所釋放的遞質谷氨酸。
2 分子生物芯片技術在醫學檢驗中的應用
隨著分子生物學的發展及人們對疾病過程的認識加深，傳統的醫學檢驗技術已不能完全適應微量、快速、準確、全面的要求。
所謂的生物芯片是指將大量探針分子固定于支持物上（通常支持物上的一個點代表一種分子探針），并與標記的樣品雜交或反應，通過自動化儀器檢測雜交或反應信號的強度而判斷樣品中靶分子的數量。
在檢測病原菌方面，由于大部分細菌、病毒的基因組測序已完成，將許多代表每種微生物的特殊基因制成1張芯片。通過反轉錄可檢測標本中的有無病原體基因的表達及表達的情況，以判斷病人感染病原及感染的進程、宿主的反應。由于P53抑癌基因在多數腫瘤中均發生突變，因此其是重要的腫瘤診斷靶基因。
Nam等人將硅基質上合成的寡核苷酸芯片用于血清樣品中的丙型肝炎病毒分型。3 分子生物納米技術在醫學檢驗中的應用生物活性物質的檢測有很多種方法，其中，以抗體為基礎的技術尤其重要。免疫分析加上磁性修飾已成功地用于各種生物活性物質和異生質（如藥物、致癌物等）的檢測。將特異性抗體或抗原固定到納米磁球表面，并以酶、放射性同位素、熒光染料或化學發光物質為基礎所產生的檢測與傳統微量滴定板技術相比具有簡單、快速和靈敏的特點。
Van Helden等將抗體連接的納米磁性微球與高效率、快速的化學發光免疫測定技術相結合的自動檢測系統，則成功地用于血清中人免疫缺陷病毒1型和2型（HIV-1和HIV-2）抗體的檢測。另外，用于人胰島素檢測的全自動夾心法免疫測定技術也已建立，其中亦用到抗體、蛋白納米磁性微粒復合物和堿性磷酸酶標記二抗。
4 分子蛋白組學在醫學檢驗中的應用
當前有關分子蛋白質組學的大量研究成果喜人，但一大部分結論是眾說紛紜、甚至是互相矛盾。一些經典的腫瘤標志物卻無法在當前以表面增強激光解析離子化-飛行時間質譜（SELDI-TOF-MS）技術為代表的蛋白質組學技術中體現出來。可能存在以下幾方面的問題。一方面是SELDI-TOF-MS技術自身的限制性，包括敏感性、重復性以及使用當前設備對每個峰值蛋白確認的局限性；另一方面是實驗設計及對照組選擇是否恰當，某個蛋白組模式反映的是腫瘤的特異性，還是炎癥反應，或是代謝紊亂等無法定論；另一方面是不同實驗室結果可比性、標本處理過程的差異無法探究。只有這些問題得到解決， SELDI-TOF-MS技術在檢驗醫學中才能發揮革命性作用。
5 分子生物學技術在醫學檢驗發展中的趨勢
檢驗醫學中的分子生物學技術發展趨勢有二：一是定量PCR；二是PCR的全自動化，如應用擴增與檢測于一體的一次性試驗卡，可較好地解決PCR污染問題。除PCR以外的體外基因擴增技術如連接酶反應（LCR），鏈置換擴增系統（SDA），轉錄擴增系統（TAS），自限序列擴增系統（3SR），QB復制酶擴增系統等技術也將由科研進入臨床。分子生物學技術的標準化和質量控制引起了廣泛關注，特別是衛生部頒發的PCR實驗室管理辦法對PCR技術應用的健康發展起到了關鍵作用。為解決PCR交叉污染問題，從標本制備到檢測的全封閉系統及相應的自動化儀器已在國內逐步普及。
結語：通過對現代分子生物學技術在醫學檢驗中的作用的研究，可以證明，不管是從什么角度看待這兩門看似毫不相關的學科，其實有著莫大的聯系。二者如果能很好的結合運用，將會為醫學與生物學帶來許多好處，并且可以相互發展，相互進步。
參考文獻：
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[2] 張學艷，王軍. 分子生物學技術在檢驗醫學中的應用[J]. 中國醫學裝備. 2008（07）
[3] 王海英. 分子生物學技術在醫學檢驗中的應用進展[J]. 當代醫學. 2011（06）
[4] 宮春勇. 淺談醫學檢驗向檢驗醫學的轉變[J]. 華北國防醫藥. 2010（S1）
第8篇：基因組學的特點范文
人類基因組計劃自20世紀90年代初開展以來，取得了許多重要的研究進展，獲得了包括人類、水稻、擬南芥等多種模式生物在內的基因組DNA的全序列［1－4］，這對生命科學的發展具有劃時代的意義，生命科學從此進入了后基因組時代。
然而，這些令人振奮的進展也隨之產生了新問題，由基因編碼的蛋白質與基因本身不同，其在生物體內的表達和功能具有復雜的動態性、時空性，以及1個基因對應多個蛋白質，即mRNA與蛋白質之間并非簡單的一一對應關系，蛋白質的結構也不可能依靠DNA序列來解析。大量的新基因及蛋白質數據不斷涌現，就需要重新認識這些基因與其所編碼的蛋白質的結構及它們所執行的功能等，從而將各個蛋白質之間的上、下游關系和相互作用解釋清楚。此外，蛋白質在生物體合成之后，對于蛋白質翻譯后加工、修飾、蛋白質之間的相互作用、功能以及其運輸、在生物體的組織和細胞定位、蛋白質結構的形成、代謝途徑等都無法從基因組水平的研究上進行解釋。所以，直接在蛋白質水平上的研究對于深入剖析生物體的運行機制具有重要的意義［5］。
在這個研究背景下，1994年MarcWilkins在意大利的二維凝膠電泳（Two－dimensionalgelelectrophoresis，2－DE）會議上首次提出了蛋白質組（Proteome）的概念［6］。它是指生物體的全部蛋白質組成及其表達方式。蛋白質組研究目前雖然尚處于起始階段，但已經獲得了很多重要的研究成果。當今蛋白質組學的主要任務是不斷完善和更新蛋白質組研究技術和手段，大量進行蛋白質分析。在植物病理學的應用研究中，可以通過比較正常組織和疾病組織的蛋白質表達情況，鑒定出特異的病程相關蛋白質，而這些特異蛋白質也可以作標記來輔助選育抗病品種，從而將其應用于農業生產實踐［7］。
1蛋白質組學研究手段
目前，蛋白質組的研究內容主要分2個方面。
一方面，通過雙向電泳技術獲得正常（健康）生理條件下的生物體、組織或某些特定細胞的蛋白質組電泳圖譜，并將這些圖譜數據作為待檢測生物體、組織或某些特定細胞的參考電泳圖譜。另一方面則是比較在非正常（疾病）生理條件下生物體蛋白質組所發生的變化。如蛋白質表達量的變化、組織表達特異性的變化、蛋白質翻譯后修飾的變化以及在細胞或亞細胞水平上的定位變化等。通過對雙向電泳圖譜上具有顯著差異表達的蛋白質的分析鑒定，可以對編碼該蛋白質的基因進行研究，延伸對該基因功能及結構的了解，也可以為功能蛋白質組學的研究提供參考，甚至發現新的基因和蛋白質，完善已有基因組和蛋白質組數據庫等［8］。目前，蛋白質組學的主要研究技術包括3個方面，即包括蛋白質的分離、鑒定技術和生物信息學技術。
1．1蛋白質分離技術
雙向電泳技術作為目前蛋白質組學中應用最為廣泛的實驗技術，它具有實驗流程成熟、分辨率高、重復性好的特點，是一種成熟的蛋白質組學研究技術［9］。雙向電泳的基本原理是，根據所有蛋白質的等電點和分子量大小，進行2次電泳將其分離。雙向電泳的第一向是等電聚焦（Isoelectricfocusing，IEF），即按照蛋白質的等電點進行分離，分為固相化pH梯度等電聚焦和載體兩性電解質pH梯度等電聚焦2種，目前廣泛采用預制膠條進行固相化pH梯度等電聚焦［10］。第二向是SDS－聚丙烯酰胺凝膠電泳（SDS－PAGE），即對蛋白質分子量的大小進行分離，一般采用垂直電泳或水平電泳。由于雙向電泳利用了蛋白質的兩個彼此不相關的而對蛋白質的性狀又極其重要性質對其進行有效分離，因此該方法具有較高的分辨率，一般能分辨出2000個左右蛋白質點，最高可以達到11000個蛋白質點的分辨率［11］。
近年來，隨著生命科學的不斷發展，越來越多的交叉學科和實驗技術也隨之出現，如一些新的蛋白質分離方法，親和色譜、多維色譜毛細管電泳等。這些新技術雖然不能完全代替雙向電泳技術，但可以在一定程度上彌補雙向電泳的一些不足。從目前的發展趨勢來看，液相色譜－質譜聯用已經成為發展較快的蛋白質組學分離技術之一，并越來越受到蛋白質組學研究者的關注。該技術最突出的優勢是對生物體蛋白質組進行分析時的歧視效應大大減小，該技術可以同時實現蛋白質的分離和鑒定的在線聯用，因此，液－質聯用技術的發展有利于蛋白質組研究向高通量化和自動化的方向發展［12］。
然而，雙向電泳技術作為最成熟的蛋白質組學研究方法，可以既快又全面地獲取生物體蛋白質組變化的宏觀信息，同時也可以較好地與后續的分析方法串聯，從而有效地進行微觀分析，并且該方法有很好的分離能力，分辨率較高，還具有一定的高通量優勢［13］，因此，目前雙向電泳技術仍然是蛋白質組學的核心技術之一。
1．2質譜技術
利用質譜技術對已通過雙向電泳等技術分離的蛋白質進行鑒定是蛋白質組學研究中的關鍵步驟。20世紀80年代末，日本科學家田中耕一和美國科學家JohnBFenn分別開發出基質輔助激光解吸電離技術（matrixassistedlaserdesorptionionization，MALDI）［14］和電噴霧電離（electrosprayionization，ESI）［15］2種軟電離技術，推動了生物質譜（Bio－MS）的發展，使傳統的主要應用于微觀物質研究的質譜技術的應用性發生了巨大的變革［13］。MALDI，ESI－MS等技術的出現促使雙向電泳向與質譜兼容的方向發展，也推動了質譜儀的核心裝置即質量分析器的改進，使生物質譜技術更有效地應用于蛋白質組的研究領域。用于蛋白質組研究的質譜分析儀有飛行時間、四極離子阱、傅立葉變換離子回旋共振、四極桿等幾種選擇［13］。生物質譜主要通過對蛋白質、多肽等的質量測定以及肽質量指紋圖譜測定和氨基酸序列測定，對雙向電泳技術分離的蛋白質點的定量蛋白質組進行分析、鑒定、蛋白質的翻譯后加工、修飾以及蛋白質相互作用等研究。
目前，生物質譜被認為是高通量、高效進行蛋白質鑒定的首選工具之一，它與很多分離方法進行了有機的結合，并得到了廣泛的應用，如與雙向電泳、CE、多維色譜的聯用或質譜本身的聯用等，是復雜蛋白質樣品分離分析時不可替代的方法。但在目前的應用中，該方法還存在一些技術上的瑕疵，如質譜的定量問題等。另外，近年來熒光雙向差異凝膠電泳技術、激光捕獲微切割技術（lasercapturemicrodissection，LCM）、表面增強激光解吸電離－飛行時間－質譜（surface－enhancedlaserdesorptionionizationtime－of－flightmassspectro－metry，SELDI－TOF－MS）和穩定同位素特征標簽生物質譜技術等也得到了較快的發展和廣泛的應用［16］。相信隨著生物質譜和相關技術的不斷完善和改進，這些方法必將會在蛋白質組學的研究中更好地發揮作用，不斷滿足高效、高通量和自動化鑒定、篩選蛋白質的需求。
1．3生物信息學
生物信息學是近幾年發展起來的一門新興的交叉學科，它由生物技術與計算機科學技術以及應用數學學科等有機組成。它通過對蛋白質組研究采用的試驗方法（如雙向電泳、質譜分析、色譜分析、酵母雙雜交、蛋白質微量測序等）所獲得的試驗圖譜、序列等數據進行統計、檢索、分析等，以揭示這些數據中所蘊含的生物學意義，從而解釋一些有規律的生命現象［17］。生物信息學在蛋白質組學中的的研究內容主要包括：大規模蛋白質組學試驗數據的獲得，將試驗數據經過軟件處理成具有生物學意義的試驗結果，以及對試驗結果分析、解釋，最后將獲得的信息進行以及對上述過程的管理等。
蛋白質數據庫不僅標志著蛋白質組學的研究水平，也是蛋白質組學研究的基礎。目前，蛋白質結構數據庫主要是美國國家實驗室的PDB（ProteinDataBank），蛋白質序列數據庫主要是瑞士日內瓦大學的SWISS－PROT［18］。生物信息學技術的快速發展已為蛋白質組學研究提供了許多高效、便利的分析軟件，尤其是蛋白質質譜鑒定軟件和算法發展迅速，最近發展了一種分析技術，可以直接搜尋基因組數據庫，對質譜數據進行基因注釋和判斷復雜的拼接方式，因此，生物信息學的進展為蛋白質組學、基因組學、生物芯片技術等生命科學的前沿領域的發展起了較大的推動作用［19］。可以預測，隨著生物質譜技術在蛋白質組學研究中的更大規模的應用，規模化質譜分析會產生海量的數據，這將會有效促使更多更完善的數據庫系統的建立［20］。
2蛋白質組學在植物病理學上的運用
植物蛋白質組學研究隨著擬南芥和水稻等模式植物的基因組序列公布后逐漸活躍起來。植物抗病機制及抗病性研究仍是當今植物病理學和植物抗病育種研究的重要領域之一［21］。自然界中生長的植物時刻處于各種微生物的包圍環境之中，其中絕大多數植物不被微生物所侵染，表現出抗病性，并在體內產生相應的病原物相關蛋白質（pathogenesis－relaedproteins，PR蛋白）來抵御微生物的入侵［22］。當病原菌侵染植物后，植物與病原物之間的相互作用是一個復雜動態過程，植物與病原物的識別、互作在特定的細胞、特定的時間、特定的組織或有機體中并非所有的蛋白質都表達，而是按照寄主植物防御反應的需要進行特異的表達和運轉。蛋白質是生物體最終功能的執行者，由于DNA序列信息與蛋白質序列之間不是一一對應的關系，也不能說明蛋白質的翻譯后加工、修飾。因此，植物與病原物之間互作的動態過程不能通過分析植物寄主或病原物的基因組信息來解釋。所以，只有將蛋白質組學研究與基因組學的研究結果有機結合，才能更好地從分子水平解析寄主與病原物互作的內在機制，同時為植物的抗病育種研究提供理論依據。
2．1蛋白質組學在植物與病原物互作系統中的應用
植物蛋白質組學的發展必將對植物學科及植物病理學科的研究與發展產生重要的推動作用。由于蛋白質組學研究技術在植物學科上取得了重要的研究進展，有許多成功的研究應用案例，再加上蛋白質組學研究技術具有高分辨率、高通量的優勢，很多學者已經將這門技術應用于植物病理學的研究，并已取得了較大的進展。
我國學者廖玉才等構建了大麥抗、感白粉病的近等基因系，并對1葉期的幼苗進行了白粉病的接種試驗，對接種48h后的幼苗葉片進行了蛋白質組學分析，研究結果表明，抗病系誘導表達了在未接種對照中未出現的蛋白質點；而感病品系在pH6．0附近誘導表達的蛋白質明顯增多，感病系在pH8．8處在蛋白質的表達量大幅提高，而且蛋白質種類也比抗病品系有所增加［23］，該研究也是蛋白質組學在植物病理學研究中早期的應用。陶全洲等在離體條件下，用雙向電泳技術研究稻瘟病菌Magnaportheoryzae與水稻在接觸反應初期階段的蛋白質表達變化情況，以尋找可能參與寄主與病原物相互識別的病程相關蛋白質，研究結果表明，病原菌與寄主發生接觸反應后，有2個組成型蛋白質被誘導表達，即該蛋白質在抗病品種和感病品種中都有表達，以此推測該蛋白可能參與寄主與病原物的接觸時的信號識別等，在該研究中，還有2個蛋白質與孢子或菌絲體混合后下調或消失［24］。鄭用璉等通過雙向電泳技術研究了小麥在受到褐斑病菌浸染后，其誘導表達了2個特異性病程相關蛋白質，進行其氨基酸序列分析后，合成簡并核酸探針，從蛋白質序列分析入手分析抗病相關基因，為從蛋白質水平到DNA水平的研究開創了新的研究思路，為該方向的研究提供了借鑒［25］。李躍建等用雙向電泳技術研究了條銹菌侵入后小麥體內蛋白質的表達情況，研究發現抗小麥條銹病品種川麥107和感條銹病品種80－8在小麥條銹菌侵入后，體內蛋白質表達變化差異非常顯著［7，26］。梁根云等運用雙向電泳技術分析了2個小麥品種（川麥107和80－8）的未接種對照和條銹菌侵染發病14d后的葉片差異表達蛋白質，從雙向電泳圖譜上找到9個顯著差異表達的蛋白質點，通過譜技術鑒定，獲得6個蛋白質點的肽質量指紋圖譜（PMF），通過網絡數據庫搜索、比對，有2個蛋白質點被鑒定，分別是與植物抗病性或代謝相關的蛋白質，即磷酸核酮糖激酶（Phosphoribulokinase，PRK）和脫氫抗壞血酸還原酶（Dehydroascorbatereductase，DHAR），表明這2個蛋白質在小麥與條銹病菌的互作過程中起到了重要的作用［27］。
國際上對于利用蛋白質組學研究植物病理相關問題的學者也較多。Marra利用蛋白質組學研究技術的高效率、高通量的優勢，研究植物、病原菌和拮抗型木霉菌三者之間相互作用前后的蛋白質表達變化情況，對植物的抗病機制和拮抗木霉菌的拮抗機理進行了系統的研究［28］。該研究結果也為從系統上解析植物與病原微生物相互作用的機制提供了很好的參考研究模式。
2004年，Kim等使用雙向電泳研究技術及其他的一些蛋白質組分離和鑒定手段，研究了水稻細胞和稻瘟病菌懸浮培養時，系統蛋白質的表達變化情況，并分別于懸浮培養后24、48h提取總蛋白質，通過雙向電泳分離，并對來自6個不同基因的12種蛋白質進行了質譜鑒定，其中由稻瘟病菌誘導產生了類黃酮還原酶類蛋白和水稻病原菌相關蛋白10（Ricepathogenrelatedproteinclass10，PR－10）［29］。此后，Kim等又對接種有毒力和無毒力稻瘟病菌的水稻葉片進行了蛋白質組學研究，結果表明，在接種后的水稻葉片中，有8個蛋白質因稻瘟病菌的侵染誘導表達或表達增強，隨后通過質譜技術分別鑒定了這8個誘導表達或表達量上升的蛋白質，分別是TLP、Glu1、PBZ1、PR－10、POX22．3、Glu3和2個RLK（receptor－likeproteinkinase）［30］。
與Kim等2004年的研究方法類似，Ndimba等和Chivasa等分別對擬南芥懸浮細胞在病原真菌（Fusarium）細胞壁分泌物誘導下的蛋白質表達變化情況，研究表明，在病原真菌細胞壁分泌物的誘導作用下，懸浮細胞外和細胞內的蛋白質表達變化差異顯著，該研究系統探討了擬南芥對病原菌侵染的抗病相關蛋白質的表達，以及與信號轉導途徑相關基因的表達變化［31－32］。Konishi等應用蛋白質組學研究方法，分別提取、分離和鑒定了受稻瘟病菌侵染后的水稻葉片中具有顯著差異表達的蛋白質，發現蛋白質PR－5在病原菌侵染12h后被誘導表達，分析表明該蛋白的表達可能與寄主非專化性抗性反應相關［33］。Oh等對擬南芥懸浮細胞病原真菌互作過程進行了系統研究，結果表明，脂肪酶類分泌蛋白GLIP1的誘導表達與擬南芥的抗病性密切相關，研究分析認為，GLIP1蛋白可能是通過抑制病原真菌的分生孢子的活力使得擬南芥獲得對病原真菌的抗病性［34］。Andrade等應用差異蛋白質組學方法，從花椰菜與黑腐病致病菌（Xanthomonascampestrispv．campestris）相互作用前后系統蛋白質表達模式的變化情況，對在拉丁美洲危害嚴重的黑腐病的發病機制進行了系統研究，結果表明分別有6個來自寄主植物和15個來自病原菌的差異表達蛋白質點被鑒定，這些與病程相關的蛋白質點的鑒定對于深入了解黑腐病發病分子機理及其在植物抗病育種上的應用奠定了基礎［35］。
Trudy等用TCA沉淀法提取了馬鈴薯晚疫病菌Phytophthorainfestans菌絲培養液中的總蛋白質，經雙向電泳分離后進行質譜鑒定，結果表明，有9個細胞外分泌蛋白的質譜鑒定結果與cDNAs所編碼蛋白質的推測質譜數據相吻合［36］。該研究將蛋白質組學與基因組學的研究有機結合、相互驗證，為后續相關的研究提供了新的思路。
很顯然，應用蛋白質組學從生物體與病原物互作的系統水平研究病原菌與寄主植物相互作用的蛋白質表達變化用于植物病理學的研究具有很強的優勢。這提供了一個直接研究植物病害系統的平臺，通過對抗病品種和感病品種在病原菌脅迫下的蛋白質組數據進行對比分析，就可以從這個研究平臺上直接的找出一些特異的病程相關蛋白質，并通過其他的分子生物學方法對其進行標記、鑒定和功能的預測分析，再將這些記與植物的抗病育種相結合，從而更好地為農業生產服務。
2．2蛋白質組學在植物病理學上應用的不足之處
隨著功能基因組學與現代分子生物學研究方法的不斷更新、完善和發展，蛋白質組研究技術的日益進步，以及大量的模式物種與病原物間相互作用研究體系的建立，許多與病原菌的致病性相關或與寄主的抗病反應相關的基因和蛋白質的功能和作用機理得到了很好的解釋，這些研究結果也為全面了解植物抗病的分子機制及其在生產實踐中的應用打下了基礎。然而，蛋白質組學作為后基因組時代新興交叉學科，當前還存在一些技術上的缺陷與不足尚待改進和完善。許多研究結果表明，在寄主植物－病原菌互作的過程中，一些小分子或者低豐度的蛋白質往往起到信號識別、傳導、傳遞以及激活下游信號發生級聯反應的關鍵作用。而在蛋白質組學分析過程中，受到蛋白質提取方法的限制，有較多低豐度蛋白質得不到相應的分離和鑒定。另一方面，有許多低豐度表達或低分子量蛋白點雖然具備顯著差異表達特征，但卻未得到成功鑒定，無法獲得該類蛋白質點的相關結構及功能信息，而這些蛋白質卻往往在互作過程中起到較為關鍵的作用。
除此之外，蛋白質的分離技術對于整個蛋白質組學的研究起到決定性的作用，在植物組織中，仍有許多的蛋白質如非水溶性蛋白質的提取成為是我們獲得整個系統的蛋白質組的制約因素。因此，由于生物質譜技術的高度靈敏性，在蛋白質的提取和分離過程中，蛋白質的純化與否嚴重影響了蛋白質組研究技術在植物病理學科尤其是植物與病原物互作的相關研究。此外，蛋白質的提取、分離技術還有待于進一步的提高和完善。蛋白質組學研究與功能基因組學密息息相關，目前，蛋白質組學的研究領域還相對狹窄，除人類醫學領域外，蛋白質組學分析技術僅在擬南芥、水稻等少數完成基因組序列分析的模式生物中得到了較為廣泛的應用，而對于其他生物尚處于起步階段。因此，基因組數據庫的不完整也成為限制蛋白質組學研究的瓶頸之一，迫切需要各類重要物種基因組數據庫的不斷補充和完善來擴充該學科的應用范圍。
對于蛋白質的分離技術而言，雖然雙向電泳具有不可替代的優勢，但是其規模化有待于進一步加強，二維凝膠電泳染色轉移等環節操作困難費時，又有操作中分離容量的先天限制，再加上極酸、極堿、低豐度、非水溶性等蛋白質均難以呈現，樣品中高鹽離子濃度、蛋白質的定量等以及高質量蛋白質的制備等方面都有待于進一步的提高和完善。蛋白質的生物信息學研究，雖然已有一定范圍的應用，也仍困難重重。因此，國際上開始重視研究以酵母雙雜交技術和色譜－電泳－質譜為主的技術平臺，用于研究蛋白質連鎖群和蛋白質功能網絡系統，但受限于其操作的復雜性，仍缺乏快速、高效、高通量的技術手段獲取復雜蛋白質相互作用的多維信息。
3結語與展望
越來越多的新技術、新方法將會隨著現代分子生物學實驗技術的不斷完善、發展而涌現，這些新技術應用于與植物病害相關的研究系統中將為植物病理學的發展提供更加優越的條件和研究渠道。目前借助于成熟的蛋白質組學分析方法和生物質譜鑒定技術，在寄主植物與病原菌包括病原真菌和病原細菌2類互作系統中，從植物寄主上獲得了大量的由病原物的誘導產生的差異表達蛋白質。在前人研究的各類互作系統中，已充分驗證了部分以病程相關蛋白家族為主的蛋白質的功能，也明確了這些蛋白在植物抗病機制中的具體功能，這些研究結果將為基因組學和轉錄組學的研究提供了理論依據，為更深入解析植物寄主響應病原菌侵染的復雜分子機制提供了有力證據。
第9篇：基因組學的特點范文
代謝組學(metabonomics)是繼基因組學、轉錄組學和蛋白質組學之后新近發展起來的一門學科，是系統生物學的重要組成部分。代謝組學主要研究生物對外源性物質所引起的病理生理反應，以及對遺傳變異的應答和內源性代謝物的動態變化，它通過對生物體液和組織中隨時間改變的代謝物進行檢測、確定、定量和分類，將這些代謝信息與病理生理過程中生物學事件關聯起來，以監測活細胞中化學變化。基因組學和蛋白質組學分別從基因和蛋白質層面探尋生命的活動，而實際上細胞內許多生命活動是與代謝物相關的，是受代謝物調控的。基因與蛋白質的表達緊密相連，而代謝物則更多地反映了細胞所處的環境，這又與細胞的營養狀態、藥物以及其它外界因素的影響密切相關。因此，有學者認為，基因組學和蛋白質組學能夠說明可能發生的事件，而代謝組學則反映確實已經發生了的事情[1]。 代謝組學強調把人體作為一個完整的系統來研究，通過測定人體各種體液內代謝物的組成變化來認識和反映人體代謝網絡在疾病和藥物作用下的變化規律。這對于揭示復雜性疾病的機理和藥物的代謝模式具有獨特的優勢，與中醫學的整體觀、系統觀和辨證論治思維非常吻合，也與中醫重視從人與自然、人與社會和人體內在的普遍聯系和動態變化去分析、認識把握疾病發生、發展、變化的客觀規律的認識一致。因此，專家認為，人類基因組計劃第一次使西方醫學擺脫了還原論的束縛，在繼續強調分析的同時，更加重視分析和綜合的統一。人類基因組計劃和隨后發展的各種“組學”技術把生物學研究帶入了系統科學的時代。組學的出現不是對個別基因或個別蛋白、代謝物的研究，而是對一個細胞或對整個生命體的基因以及它所編碼的蛋白質和代謝產物的研究。物理學、化學、計算機科學、信息科學、工程科學現在都已極大地融合到生命科學的研究之中，重視生命科學的復雜性和整體性研究已成為21世紀生命科學的發展趨勢；甚至有專家認為，中西醫藥學在各自的發展中逐步整合，形成創新醫藥學體系的歷史機遇正悄然來臨。
1 代謝組學技術
代謝組學主要研究的是作為各種代謝路徑的底物和產物的小分子代謝物(MW
1.1 核磁共振技術
在代謝組學的研究中最常見的分析工具是NMR，主要是氫譜(1H NMR)、碳譜(13C NMR)及磷譜(31P NMR)三種，特別是1H NMR。NMR是一種基于具有自旋性質的原子核在核外磁場作用下，吸收射頻輻射而產生能級躍遷的譜學技術。該技術于20世紀70年代初開始應用于生物醫學的研究并得到迅速發展。利用高分辨率NMR技術對完整器官或組織細胞內許多微量代謝組分進行檢測，可得到相應的生物體代謝物信息，研究這些組分的NMR圖譜，綜合分析這些信息所反映的生物學意義，可以了解生物體代謝的規律，得出科學的結論。NMR方法具有無損傷性，不會破壞樣品的結構和性質，可在接近生理條件下進行實驗，可在一定的溫度和緩沖液范圍內選擇實驗條件；可以進行實時和動態的檢測；可設計多種編輯手段，實驗方法靈活多樣，滿足了代謝組學對盡可能多的化合物進行檢測的目標。NMR還有一個重要的特點，就是沒有偏向性，對所有化合物的靈敏度是一樣的。1H NMR譜峰與樣品中各化合物的氫原子是一一對應的，所測樣品中的每一個氫原子在圖譜中都有其相關的譜峰，圖譜中信號的相對強弱反映樣品中各組分的相對含量。因此，NMR方法很適合研究代謝產物中的復雜成分。從一維高分辨1H NMR圖可得到代謝物成分圖譜，即代謝指紋圖譜。對這種特質性進行區分、鑒定，被稱為“代謝指紋分析(metabolic fingerprint analysis)”，幫助找出機體代謝的共性與個性。對某一代謝物或組合隨時間變化的情況鑒定描述稱之為“代謝輪廓分析(metabolic profiling analysis)”，觀察特定干預的動態系統中，找出機體代謝變化的規律。隨著NMR技術的發展，以前用于固體的魔角旋轉(MAS)技術被移植到液體領域，使得人們可以研究以前難以用液體NMR 研究的樣品，如器官組織樣品。利用MAS技術，人們可以得到完整的組織樣品高分辨譜圖，擴展了代謝組學研究的樣品范圍，同時可以更全面地對一個系統進行深入的研究[2]。
在得到1H NMR譜圖之后，通常以δ0.04為單位，將譜圖劃分成若干區域，并對所有區域進行積分，然后將積分值歸一化后輸出。在得到了這些數據之后，就可以利用模式識別(patten recognition，PR)方法來處理和分析這些數據，得出有價值的生物學信息。在代謝組學的研究中，最簡單常用也是比較有效的模式識別方法是主成分分析法(principal component analysis，PCA)。PCA的特點是將分散在一組變量上的信息集中到某幾個綜合指標即主成分(principal component，PC)上，利用這些主成分來描述數據集內部結構，實際上也起著數據降維的作用。主成分是由原始變量按一定的權重經線性組合而成的新變量，這些變量具有以下性質：①任意兩個主成分之間都是正交的；②第1個主成分包含了數據集的絕大部分方差，第2個主成分則次之，依次類推。這樣，由前2個或3個主成分作圖，就能夠很好地反映數據集所包含的生物化學變化。這樣的主成分圖能夠直觀地描述藥物作用到器官之后，或者基因改變之后生物體內的代謝模式的變化。每一個樣本在主成分圖上的位置純粹由它的代謝反應所決定。在這種比較簡單的方法中，將從受試動物得到的樣本與NMR產生的代謝組數據庫進行比較，就可以確定它在主成分圖上的位置，從而確定其機制，并有可能找到生物標志物。處于相似病理生理狀態的動物得到的樣本通常具有相似的組分，因此，在主成分圖中也處于相似的位置。另外，一些環境因素和性別、飲食等因素都會影響分析結果，故需要采用濾噪技術，如正交信號校正(orthogonal signal correction)，同時采用更為復雜的分析方法，如偏最小二乘法、判別分析(PLS-DA)和人工神經網絡。用這類方法可以建立復雜的數學模型，對未知樣本進行預測分析。NMR技術在代謝組學中的應用越來越廣泛，但儀器價格及維護費用昂貴限制了該技術的進一步普及。
1.2 質譜技術
質譜(MS)技術是將離子化的原子、分子或是分子碎片按質量或是質荷比(m/e)大小順序排列成圖譜，并在此基礎上，進行各種無機物、有機物的定性或定量分析。新的離子化技術則使質譜技術的靈敏度和準確度均有很大程度的提高。將預處理的體液或是組織，加至質譜儀，經歷汽化、離子化、加速分離及檢測分析后即可得出相應代謝產物或是代謝組的圖譜。圖譜中每個峰值對應著相應的分子量，結合進一步的檢測分析可以部分鑒定出化學成分以及半定量關系。不同組別的質譜圖存在差異，加以區別、鑒定，亦有助于研究代謝的變化規律及標志性代謝產物[3]。
NMR技術與MS技術相比，各有其優缺點，需要在研究中靈活選用。總體而言，NMR技術應用的更為廣泛。此外，根據代謝組學的研究需要，還常用于其他的一些分析技術，如GC、HPLC、高效毛細管電泳(HPCE)等，它們往往與NMR或MS技術聯用，進一步增加其靈敏性。
2 代謝組學技術與中醫證候的研究
辨證論治是中醫藥理論的核心。其實質是根據個體心身特點及其當時的疾病反應狀態而有針對性地進行個體化的治療和預防，從而達到最佳治療效果。中醫的“證”是論治的起點和核心。“證”是指在疾病的發生、發展過程中，一組具有內在聯系的、能夠反映疾病過程在某一階段的病理病機，是機體對體內外各種環境變化和致病因素作出反應的一種功能狀態，其外候表現為一組有相互關聯的癥狀和體征群。辨證施治既不同于對癥治療，也不同于西醫的辨病治療。由于每一個證候都有其外象(外候)與內涵，外候是望、聞、問、切四診所獲得的信息整理而得，很難量化，即使用流行病學方法加以演繹，依靠專家的經驗打分，最多亦只是半定量，很大程度上依賴于醫生的診療水平。由于辨證是由外揣內，在具體運用上受到醫患雙方主觀因素的影響，難以客觀化和量化，所以必須通過“證”的內涵研究。采用代謝組學技術，通過對某一病證相關特定組分的共性加以分析、判斷，能夠幫助人們更好地理解病變過程及機體內物質的代謝途徑和代謝狀況；同時，代謝組學還有助于疾病的生物標記物的發現而達到輔助臨床診斷的目的。它能夠通過檢測不同時間患者的尿液或血液，對這些由疾病引起的代謝產物的響應進行分析，即代謝物組的分析，其準確性依賴于儀器的性能，可以提高診治的科學化、定量化，避免了人為因素的誤診。
成都中醫藥大學王米渠教授用基因芯片的方法研究中醫寒證患者，發現寒證的基因表達譜有顯著差異，在59條差異表達基因中，絕大多數與代謝(能量代謝、蛋白質代謝等)有關，說明寒證患者的代謝網絡有別于常人。上海交通大學藥學院實驗室采用代謝組學研究發現腎陽虛模型動物的代謝網絡明顯偏離正常組動物，而用溫陽中藥干預后，模型動物的代謝譜回歸至正常范圍，呈現網絡修復的結果[4]。
本課題組以慢性束縛方法制作應激大鼠模型，運用動物行為學評定和以方測證等方法確定該模型為肝郁脾虛證候模型[5-10]。經NMR數據采集與分析發現：①正常組與模型組之間存在代謝產物譜的顯著差異，也就是說正常組與以慢性束縛方法制作應激大鼠肝郁脾虛證模型組之間有著代謝產物的不同。②模型組隨著造模時間長短的不同，其代謝產物有所變化。③中醫證候之間可能存在著非常明顯的代謝產物的不同，這種不同是基于不同證候存在著不同物質代謝或其代謝網路的改變。中醫證候的生物學基礎也可能從代謝組學研究中找出特異的標志性代謝產物，用生物信息學方法分析生物標志物的功能，來確定“證相關代謝譜群”。基于這些研究，我們提出中醫證候的定義：證是機體對體內外各種環境變化和致病因素作出反應的一種功能狀態，其外候表現為一組有相互關聯的癥狀和體征群，其本質是機體失衡而致的代謝或其網路的改變。
3 中醫證候代謝組學研究的方法
中醫證候代謝組學研究技術是通過采集證候樣本或模型動物的血漿、尿樣品并進行代謝產物譜分析，得到各自的代謝產物譜，找出特異的標志性代謝產物，用生物信息學方法分析生物標志物的功能，以確定“證相關代謝譜群”。也可以用方證反證的方式驗證方藥的作用機理和進行方證相關性的研究。值得注意的是，現已證明動物體的內源性代謝產物與生理條件下的各種變化有關，如性別、年齡、個體間的健康狀況、遺傳差異性、外源因素晝夜節律更替、飲食、溫度、覺醒等刺激，甚至周圍氣候不同、菌群的改變，代謝組也可發生種類及數量的差別。因此，建立生理條件下對代謝譜的正確認識，是研究各種病理條件或刺激干預的前提。
代謝組學正處于快速發展的階段，日益成為研究的熱點。高通量、高分辨率的分析技術與生物信息學相整合，從生物代謝層面進行研究，提供了了解生物體的獨特視角。代謝組學研究側重于尋找相關特定組分的共性并加以分析、判斷，使診斷、治療力求個體化，如何把握個體及小樣本群體的特質是今后努力的方向。代謝組學最終是要將研究的觸角涉及每一個代謝組分，研究其共性、特性及規律。在分析手段方面，各種技術都各有所長，怎樣進行優勢互補，使得各種分析技術的數據能統一、交叉驗證也是一個亟待解決的問題。而且代謝狀態變化之迅速，影響因素之多，都給個體化研究帶來很大的困難。如何將代謝組學技術和方法與傳統的中醫學理論結合起來，并遵循循證醫學的原則開展中醫藥的理論與臨床研究將是未來中醫方證研究的重點。
參考文獻
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