人类基因组计划的成果与后基因组时代

2023-11-03 理论教育版权反馈

【摘要】：21世纪初，“人类基因组计划”完成了第一阶段的任务——成功绘制了人类基因组图谱。自此，分子生物学进入“后基因组时代”。人类基因组包含大约2.5万个基因，基因表达所产生的蛋白质分子和其他生物分子的种类和数量则更为庞大。其中，“蛋白质组学”和“药物基因组学”就是这样的新学科，具有典型的后基因组时代特征。这门学问研究人类基因组信息与药物反应的关系，解答药物反应个体差异的原因。

21世纪初，“人类基因组计划”完成了第一阶段的任务——成功绘制了人类基因组图谱。自此，分子生物学进入“后基因组时代”。

人类基因组计划第一阶段任务，好比万里长征迈出了第一步。我们搞清楚了人类基因组大约30亿个核苷酸对的排列顺序、它们的空间结构、它们所在的位置，这就是人类基因组图谱。但是我们还不清楚，在这个基因组图谱中，每一个基因密码是怎样构成的？每一个基因具有哪些功能？每一个基因在哪种情况下表达？基因表达怎样调节和控制？基因表达的产物是什么？每一种基因产物有什么功能？这些问题都有待进一步研究，这就是后基因组时代的任务。

在后基因组时代，分子生物学要挑战更加庞大、更加艰巨的任务：阐明基因组内全部基因密码，揭示基因组核苷酸序列所蕴含的生物学功能和意义，揭示基因密码所对应的全部蛋白质分子及其他基因产物的结构和功能。也就是说，在后基因组时代，要对基因和基因产物进行详细的研究，逐一阐明其结构和功能，并加以开发利用。

人类基因组包含大约2.5万个基因，基因表达所产生的蛋白质分子和其他生物分子的种类和数量则更为庞大。这些蛋白质分子及其他生物分子，与人体组织器官的结构和功能相关联，与人体各种生命活动相关联。因此，在后基因组时代，分子生物学面对的研究内容浩如烟海，涉及医学的各个领域，由此必将派生出许多新的学科。其中，“蛋白质组学”和“药物基因组学”就是这样的新学科，具有典型的后基因组时代特征。

前文“基因：生命密码与生命信息”一章介绍过基因表达概念。一个基因要想履行其功能，必须进行基因表达。基因表达包括转录和翻译两个阶段。进行表达的这一段基因，首先要转录为信息核糖核酸（mRNA），后者携带着全部密码信息，到达目的地去翻译为相应的蛋白质，蛋白质是基因功能的实施者。所谓“蛋白质组”，是指基因表达的所有相应的蛋白质；所谓“蛋白质组学”，是研究细胞、组织器官或机体全部蛋白质的结构、功能及其活动方式的科学。

研究蛋白质组，比研究基因组更为复杂、难度更大。这是因为，基因组是静态的，而蛋白质组是动态的。我们知道，人体每一个有核细胞中都有一套基因，它们都是相同的。然而，蛋白质组则具有多样性和可变性。在同一个人，其不同的组织器官、不同的细胞，蛋白质的种类和数量各不相同；即使是同一种细胞，在不同生长发育阶段、不同生理病理条件、不同药理作用条件下，其蛋白质组都在不断变化。正是这些千变万化的蛋白质，具体实施基因密码所要表达的“意志”，将基因功能转化为生命活动。因此，只有对蛋白质的种类、结构、活动方式、相互作用，及其与生命现象的关联进行详细研究，才能从分子水平上阐明生命的本质。这就是“蛋白质组学”的任务。

那么，“药物基因组学”又是干什么的？(www.chuimin.cn)

人们早就注意到，同一种药物用于不同的人，治疗效果和不良反应存在差异。显然，药物反应的个体差异与基因有关。我们使用药物治病，理想的目标是为每一个病人选择最适宜的药物、最适宜的剂量，但是我们目前还办不到。一方面，对于每一种药物，我们虽然知道它的药理作用、毒性、体内代谢过程等，但是我们并不了解药物反应与基因多态性之间的联系。比如说，哪些基因类型会引起药物作用增强？哪些基因类型会引起药物作用减弱？哪些基因类型会引起严重不良反应等。另一方面，即便我们已经知道某种药物与基因信息之间的关系，但是还不能对每一个应用者首先进行基因检测，然后再选择药物。

按照传统的医学方法，医生为病人选择药物主要参考循证医学证据。任何一种药物，即便有充分的循证医学证据，医生在应用时仍然会很纠结。循证医学证据只能给出“平均的”结论，比如这种药物的有效率、不良反应发生率、剂量范围等。一种药物应用于具体病人，多大剂量合适？实际效果如何？会不会发生严重不良反应？只能在密切观察之下试试看。临床实践中，由于不适当的药物选择、不适当的剂量、严重的不良反应而导致治疗失败，甚至危及生命，这样的例子不胜枚举。

“把正确的药物以正确的剂量给予正确的病人”，这是药物应用的理想目标。为了实现这个目标，就出现了“药物基因组学”。这门学问研究人类基因组信息与药物反应的关系，解答药物反应个体差异的原因。随着药物基因组学的进展，我们将真正实现药物应用的个体化。

不久的将来，药物治疗将从“对症下药”转变为“对人下药”。医生会充分利用病人的基因组信息，根据其独特的遗传多态性，选择最适宜的药物和最适宜的剂量。到那时，每一个人都将有一张“基因身份证”，其中存储着他的基因组信息。与此同时，临床医学将开发出各种应用软件，用于疾病的诊断和治疗。这些应用软件将充分利用后基因组时代的研究成果，能够针对具体的病人，分析基因组多态性、疾病表现多样性以及药物效应多样性的相互关系，给出精确的诊断和治疗决策。

总之，核酸与蛋白质这两种生物大分子是一切生命活动的基础，也是疾病的基础。任何疾病，都有其特定的基因异常和生物分子异常。医学研究包括宏观和微观两大领域。过去，我们在微观领域的研究已经达到细胞水平，但这远远不够。是时候了，我们必须在分子水平上揭示生命活动的全部细节。“精准医学”的概念，正是在这个背景下产生的。

人类基因组计划的成果与后基因组时代

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