基因組學(xué)的特點(diǎn)精選(九篇)
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第1篇：基因組學(xué)的特點(diǎn)范文
關(guān)鍵詞：藥物基因組學(xué)；中藥；基因組技術(shù)
中圖分類號：[R932] 文獻(xiàn)標(biāo)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(fā)展，我們也越來越關(guān)注運(yùn)用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)對中藥進(jìn)行全面研究。基因組學(xué)是20世紀(jì)末發(fā)展起來的一門科學(xué)，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(yīng)相互關(guān)系的一門學(xué)科，是以提高藥物的療效和安全為目標(biāo)，已成為新的研究重點(diǎn)。藥物基因組學(xué)的發(fā)展為中藥現(xiàn)代化提供了良好契機(jī)。
一、基因組學(xué)概述
1.基因組學(xué)定義。基因組學(xué)（Genomics）是研究基因組的科學(xué)，它以分子生物學(xué)、電子計算機(jī)和信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為研究手段，以生物體內(nèi)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(nèi)在規(guī)律及內(nèi)在環(huán)境對機(jī)體影響機(jī)制的科學(xué)。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(fù)雜系統(tǒng)，認(rèn)識生命活動的規(guī)律，從而將更加接近生命的本質(zhì)和面貌。
2.基因組研究內(nèi)容。基因組學(xué)作為一門新興學(xué)科，根據(jù)其研究對象，研究的重點(diǎn)及研究的目的不同，又分成多分支學(xué)科。根據(jù)研究的重點(diǎn)不同，基因組學(xué)可以分為結(jié)構(gòu)基因組學(xué)和功能基因組學(xué)，結(jié)構(gòu)基因組學(xué)以全基因組測序為目標(biāo)，而功能基因組學(xué)以基因功能鑒定為目標(biāo)。根據(jù)研究的對象不同還可將基因組學(xué)分為疾病基因組學(xué)、比較基因組學(xué)、藥物基因組學(xué)和環(huán)境基因組學(xué)等。基因組研究可以理解為：①基因表達(dá)概況研究，即比較不同組織和不同發(fā)育階段、正常狀態(tài)與疾病狀態(tài)，以及體外培養(yǎng)的細(xì)胞中基因表達(dá)模式的差異，技術(shù)包括傳統(tǒng)的RTPCR，RNase保護(hù)試驗，RNA印跡雜交等。②基因產(chǎn)物-蛋白質(zhì)功能研究，包括單個基因的蛋白質(zhì)體外表達(dá)方法，以及蛋白質(zhì)組研究。③蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)相互作用的研究，利用酵母雙雜交系統(tǒng)，單雜交系統(tǒng)（one-hybrid system），三雜交系統(tǒng)（thrdee-hybrid system）以及反向雜交系統(tǒng)（reverse hybrid system）等。
二、中藥研究中常用的基因組技術(shù)
1.基因芯片技術(shù)?；蛐酒址QDNA芯片（DNA chip）、DNA微陣列，是基于核酸、探針互補(bǔ)雜交技術(shù)原理，將大量的寡核酸片段按預(yù)先設(shè)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(qiáng)度及分布來實(shí)現(xiàn)對靶序列信息的快速檢測和分析。目前已成為基因表達(dá)分析的最常用工具。基因芯片技術(shù)具有高通量、并行、高內(nèi)涵的特點(diǎn)，這就為探索中藥作用機(jī)理開辟了新領(lǐng)域?，F(xiàn)代藥理學(xué)分子水平研究表明藥物作用都有其靶點(diǎn)，基因芯片可以確定靶組織的基因表達(dá)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(shù)檢測中藥單體人參皂苷20（R）Rg3對腫瘤血管生長調(diào)控因子（VEGF）蛋白表達(dá)的抑制作用?；蛐酒夹g(shù)還有助于確定中藥有效部位，通過基因芯片技術(shù)迅速篩選起作用的中藥有效成分。此外，基因芯片技術(shù)在中藥材鑒定，道地藥材篩選，中藥新藥研發(fā)等方面都有重要的應(yīng)用。
2.DNA分子標(biāo)記技術(shù)。①RAPD技術(shù)。RAPD即隨機(jī)擴(kuò)增多態(tài)性DNA，在1990年由Welsh與Williams等人發(fā)展起來，是建立在PCR（Polymerase Chain Reaction）基礎(chǔ)之上的一種可對整個未知序列的基因組進(jìn)行多態(tài)性分析的分子技術(shù)。其以基因組DNA為模板，以單個人工合成的隨機(jī)多態(tài)核苷酸序列（通常為10個堿基對）為引物，在熱穩(wěn)定的DNA聚合酶作用下，進(jìn)行PCR擴(kuò)增。RAPD技術(shù)能快捷地辨別出不同遺傳物質(zhì)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(xiàn)在，RAPD技術(shù)已成功鑒定細(xì)辛、蒲公英、龍膽草、人參及西洋參等藥材。②RELP技術(shù)。RELP技術(shù)即限制性長度多態(tài)性分析技術(shù)，就是將DN段用限制性內(nèi)切酶消化后，進(jìn)行限制性片段長度多態(tài)性分析。RELP技術(shù)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(huán)境、儲存條件和加工等諸因素影響，采用傳統(tǒng)的形態(tài)學(xué)和組織學(xué)方法難以鑒別的缺點(diǎn)。
3.PCR技術(shù)。PCR技術(shù)即聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)技術(shù)，是體外擴(kuò)增DNA序列的技術(shù)，廣泛應(yīng)用于目的基因的制備等幾乎所有的分子生物學(xué)領(lǐng)域。DNA的保存需要嚴(yán)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(yán)明等通過PCR技術(shù)從保存了9年的藥材龜板中提取DNA，成功進(jìn)行了DNA指紋鑒定。
4.DNA測序技術(shù)。DNA測序技術(shù)，即測定DNA序列的技術(shù)。在分子生物學(xué)研究中，DNA的序列分析是進(jìn)一步研究和改造目的基因的基礎(chǔ)。該技術(shù)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(shù)在中藥品質(zhì)研究中有重要的應(yīng)用，劉玉萍等采用PCR直接測序技術(shù)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(nèi)切酶譜（PCR-SR）分析，為半夏正品鑒別提供分子依據(jù)。此外，該技術(shù)還可以用于中藥的品質(zhì)鑒定，仇萍等通過DNA指紋圖譜從分子水平對中藥材種質(zhì)進(jìn)行準(zhǔn)確分析，從而為鑒定藥材的真?zhèn)蝺?yōu)劣提供依據(jù)。
三、展望
基因組學(xué)研究已把揭示生命本質(zhì)提高到了一個全新水平，同樣它在中藥各個領(lǐng)域的滲透也使中藥發(fā)展有了更廣闊的前景，將推動中藥在種材培育、藥材鑒定、機(jī)理闡述和新藥研發(fā)的進(jìn)步，促進(jìn)中藥走出中國，走向世界。
參考文獻(xiàn)：
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第2篇：基因組學(xué)的特點(diǎn)范文
藥物基因組學(xué)是伴隨人類基因組學(xué)研究的迅猛發(fā)展而開辟的藥物遺傳學(xué)研究的新領(lǐng)域，主要闡明藥物代謝、藥物轉(zhuǎn)運(yùn)和藥物靶分子的基因多態(tài)性及藥物作用包括療效和毒副作用之間關(guān)系的學(xué)科。
基因多態(tài)性是藥物基因組學(xué)的研究基礎(chǔ)。藥物效應(yīng)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(xué)研究的關(guān)鍵所在?；蚨鄳B(tài)性可通過藥物代謝動力學(xué)和藥物效應(yīng)動力學(xué)改變來影響物的作用。
基因多態(tài)性對藥代動力學(xué)的影響主要是通過相應(yīng)編碼的藥物代謝酶及藥物轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白等的改變而影響藥物的吸收、分布、轉(zhuǎn)運(yùn)、代謝和生物轉(zhuǎn)化等方面。與物代謝有關(guān)的酶有很多，其中對細(xì)胞色素-P450家族與丁酰膽堿酯酶的研究較多?；蚨鄳B(tài)性對藥效動力學(xué)的影響主要是受體蛋白編碼基因的多態(tài)性使個體對藥物敏感性發(fā)生差異。
苯二氮卓類藥與基因多態(tài)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(xiàn)為用藥后鎮(zhèn)靜時間的延長。
吸入與基因多態(tài)性：RYR1基因變異與MH密切相關(guān)，現(xiàn)在已知至少有23種不同的RYR1基因多態(tài)性與MH有關(guān)。氟烷性肝炎可能源于機(jī)體對在CYP2E1作用下產(chǎn)生的氟烷代謝產(chǎn)物的一種免疫反應(yīng)。
神經(jīng)肌肉阻滯藥與基因多態(tài)性：丁酰膽堿酯酶是水解琥珀酰膽堿和美維庫銨的酶，已發(fā)現(xiàn)該酶超過40種的基因多態(tài)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(guān)。
鎮(zhèn)痛藥物與基因多態(tài)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(tài)性是A118G和G2172T?？纱蚝颓R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(zhuǎn)移酶(COMT)基因與痛覺的產(chǎn)生有關(guān)。
局部與基因多態(tài)性：羅哌卡因主要由CYP1A2和CYP3A4代謝。CYP1A2的基因多態(tài)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(yī)生較其它專業(yè)的醫(yī)療人員更能意識到不同個體對藥物的反應(yīng)存在差異。的藥物基因組學(xué)研究將不僅更加合理的解釋藥效與不良反應(yīng)的個體差異，更重要的是在用藥前就可以根據(jù)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(dá)到真正的個體化用藥。
能夠準(zhǔn)確預(yù)測病人對麻醉及鎮(zhèn)痛藥物的反應(yīng)，一直是廣大麻醉科醫(yī)生追求的目標(biāo)之一。若能了解藥物基因組學(xué)的基本原理，掌握用藥的個體化原則，就有可能根據(jù)病人的不同基因組學(xué)特性合理用藥，達(dá)到提高藥效，降低毒性，防止不良反應(yīng)的目的。本文對藥物基因組學(xué)的基本概念和常用的藥物基因組學(xué)研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。
一、概述
二十世紀(jì)60年代對臨床麻醉過程中應(yīng)用琥珀酰膽堿后長時間窒息、硫噴妥鈉誘發(fā)卟啉癥及惡性高熱等的研究促進(jìn)了藥物遺傳學(xué)（Pharmacogenetics）的形成和發(fā)展,可以說這門學(xué)科最早的研究就是從麻醉學(xué)開始的。
藥物基因組學(xué)(Phamacogenomics)是伴隨人類基因組學(xué)研究的迅猛發(fā)展而開辟的藥物遺傳學(xué)研究的新領(lǐng)域，主要闡明藥物代謝、藥物轉(zhuǎn)運(yùn)和藥物靶分子的基因多態(tài)性及藥物作用包括療效和毒副作用之間的關(guān)系。它是以提高藥物的療效及安全性為目標(biāo)，研究影響藥物吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)、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(yīng)，并由此開發(fā)新的藥物和用藥方法的科學(xué)。
1959年Vogel提出了“藥物遺傳學(xué)”,1997年Marshall提出“藥物基因組學(xué)”。藥物基因組學(xué)是藥物遺傳學(xué)的延伸和發(fā)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(yīng)關(guān)系的學(xué)科。但藥物遺傳學(xué)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(xué)除覆蓋藥物遺傳學(xué)研究范疇外，還包括與藥物反應(yīng)有關(guān)的所有遺傳學(xué)標(biāo)志，藥物代謝靶受體或疾病發(fā)生鏈上諸多環(huán)節(jié)，所以研究領(lǐng)域更為廣泛[1,2,3]。
二、基本概念
1．分子生物學(xué)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(guān)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(tài)性(single-nucleotidepolymorphism,SNP)。目前為止，已經(jīng)鑒定出13000000多種SNPs。突變和多態(tài)性?？苫Q使用，但一般來說，突變是指低于1%的群體發(fā)生的變異，而多態(tài)性是高于1%的群體發(fā)生的變異。
2．基因多態(tài)性的命名法：
(1)數(shù)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(shù)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(dǎo)致氨基酸轉(zhuǎn)換的多態(tài)性編碼也可以用相互轉(zhuǎn)換的氨基酸的來標(biāo)記。例如：丁酰膽堿酯酶基因多態(tài)性Asp70Gly是指此蛋白質(zhì)中第70個氨基酸－甘氨酸被天冬氨酸取代。
三、藥物基因組學(xué)的研究內(nèi)容
基因多態(tài)性是藥物基因組學(xué)的研究基礎(chǔ)。藥物效應(yīng)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(xué)研究的關(guān)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(diǎn)、藥物轉(zhuǎn)運(yùn)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(tài)性的相關(guān)性[1,2,3]。
基因多態(tài)性可通過藥物代謝動力學(xué)和藥物效應(yīng)動力學(xué)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(tài)性對藥物代謝動力學(xué)的影響
基因多態(tài)性對藥物代謝動力學(xué)的影響主要是通過相應(yīng)編碼的藥物代謝酶及藥物轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白等的改變而影響藥物的吸收、分布、轉(zhuǎn)運(yùn)、代謝和生物轉(zhuǎn)化等方面[3,4,5,6]。
1、藥物代謝酶
與物代謝有關(guān)的酶有很多，其中對細(xì)胞色素-P450家族與丁酰膽堿酯酶的研究較多。
（1）細(xì)胞色素P-450（CYP45O）
物絕大部分在肝臟進(jìn)行生物轉(zhuǎn)化，參與反應(yīng)的主要酶類是由一個龐大基因家族編碼控制的細(xì)胞色素P450的氧化酶系統(tǒng)，其主要成分是細(xì)胞色素P-450（CYP45O）。CYP45O組成復(fù)雜，受基因多態(tài)性影響，稱為CYP45O基因超家族。1993年Nelson等制定出能反應(yīng)CYP45O基因超家族內(nèi)的進(jìn)化關(guān)系的統(tǒng)一命名法：凡CYP45O基因表達(dá)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(biāo)阿拉伯?dāng)?shù)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(dá)后面加一大寫字母，如CYP2D；每一亞族中的單個變化則在表達(dá)式后加上一個阿拉伯?dāng)?shù)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(xù)時間在個體間出現(xiàn)顯著差異。
2、藥物轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的多態(tài)性
轉(zhuǎn)運(yùn)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(zhuǎn)運(yùn)，包括一些止吐藥、鎮(zhèn)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(dá)差別明顯，MDR1基因的數(shù)種SNPs已經(jīng)被證實(shí)，但其對臨床麻醉的意義還不清楚。
（二）基因多態(tài)性對藥物效應(yīng)動力學(xué)的影響
物的受體（藥物靶點(diǎn)）蛋白編碼基因的多態(tài)性有可能引起個體對許多藥物敏感性的差異，產(chǎn)生不同的藥物效應(yīng)和毒性反應(yīng)[7,8]。
1、藍(lán)尼定受體-1（Ryanodinereceptor-1，RYR1）
藍(lán)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(dǎo)致RYR1存在缺陷的亞臨床肌肉病，在揮發(fā)性吸入和琥珀酰膽堿的觸發(fā)下可以出現(xiàn)骨骼肌異常高代謝狀態(tài)，以至導(dǎo)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(diǎn)。OPRM1基因的多態(tài)性在啟動子、內(nèi)含子和編碼區(qū)均有發(fā)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(jié)合而產(chǎn)生鎮(zhèn)痛、鎮(zhèn)靜及呼吸抑制。不同個體之間μ-阿片受體基因的表達(dá)水平有差異，對疼痛刺激的反應(yīng)也有差異，對阿片藥物的反應(yīng)也不同。
3、GABAA和NMDA受體
γ-氨基丁酸A型（GABAA）受體是遞質(zhì)門控離子通道，能夠調(diào)節(jié)多種物的效應(yīng)。GABAA受體的亞單位（α、β、γ、δ、ε和θ）的編碼基因存在多態(tài)性（尤其α和β），可能與孤獨(dú)癥、酒精依賴、癲癇及精神分裂癥有關(guān)，但尚未見與物敏感性有關(guān)的報道。N-甲基-D-天門冬氨酸（NMDA）受體的多態(tài)性也有報道，但尚未發(fā)現(xiàn)與之相關(guān)的疾病。
（三）基因多態(tài)性對其它調(diào)節(jié)因子的影響
有些蛋白既不是藥物作用的直接靶點(diǎn)，也不影響藥代和藥效動力學(xué)，但其編碼基因的多態(tài)性在某些特定情況下會改變個體對藥物的反應(yīng)。例如，載脂蛋白E基因的遺傳多態(tài)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(yīng)。鮮紅色頭發(fā)的出現(xiàn)幾乎都是黑皮質(zhì)素-1受體（MC1R）基因突變的結(jié)果。MC1R基因敲除的老鼠對的需求量增加。先天紅發(fā)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(tài)性
大多數(shù)苯二氮卓類藥經(jīng)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(chǎn)物主要是1-羥基咪唑安定，其次是4-羥基咪唑安定。在體實(shí)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(zhèn)靜藥，由CYP2C19和CYP2D6代謝。細(xì)胞色素CYP2C19的G681A多態(tài)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(xiàn)為地西泮用藥后鎮(zhèn)靜或意識消失的時間延長[9,10]。
五、吸入與基因多態(tài)性
到目前為止，吸入的藥物基因組學(xué)研究主要集中于尋找引起藥物副反應(yīng)的遺傳方面的原因，其中研究最多的是MH。藥物基因組學(xué)研究發(fā)現(xiàn)RYR1基因變異與MH密切相關(guān)，現(xiàn)在已知至少有23種不同的RYR1基因多態(tài)性與MH有關(guān)。
與MH不同，氟烷性肝炎可能源于機(jī)體對在CYP2E1作用下產(chǎn)生的氟烷代謝產(chǎn)物的一種免疫反應(yīng)，但其發(fā)生機(jī)制還不十分清楚[7,11]。
六、神經(jīng)肌肉阻滯藥與基因多態(tài)性
神經(jīng)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(guān)。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(fā)現(xiàn)該酶超過40種的基因多態(tài)性，其中最常見的是被稱為非典型的（A）變異體，其第70位發(fā)生點(diǎn)突變而導(dǎo)致一個氨基酸的改變，與應(yīng)用肌松劑后長時間窒息有關(guān)。如果丁酰膽堿酯酶Asp70Gly多態(tài)性雜合子(單個等位基因)表達(dá)，會導(dǎo)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(tài)性的純合子(2個等位基因)表達(dá)則更加延長其恢復(fù)時間，比正常人增加60倍。法國的一項研究表明，應(yīng)用多聚酶鏈反應(yīng)（PCR）方法，16例發(fā)生過窒息延長的病人中13例被檢測為A變異體陽性。預(yù)先了解丁酰膽堿酯酶基因型的改變，避免這些藥物的應(yīng)用可以縮短術(shù)后恢復(fù)時間和降低醫(yī)療費(fèi)用[6,12]。
七、鎮(zhèn)痛藥物與基因多態(tài)性
μ-阿片受體是臨床應(yīng)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(zhèn)痛效力減弱。另一種阿片相關(guān)效應(yīng)—瞳孔縮小，在118G攜帶者明顯減弱。多態(tài)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?？纱蛲ㄟ^CYP2D6轉(zhuǎn)化為它的活性代謝產(chǎn)物－嗎啡，從而發(fā)揮鎮(zhèn)痛作用。對33名曾使用過曲馬多的死者進(jìn)行尸檢發(fā)現(xiàn)，CYP2D6等位基因表達(dá)的數(shù)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(guān)，說明其代謝速度受CYP2D6多態(tài)性的影響。除CYP2D6外，美沙酮的代謝還受CYP3A4的作用。已證實(shí)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(fā)揮重要作用。
有報道顯示兒茶酚O-甲基轉(zhuǎn)移酶(COMT)基因與痛覺的產(chǎn)生有關(guān)。COMT是兒茶酚胺代謝的重要介質(zhì)，也是痛覺傳導(dǎo)通路上腎上腺素能和多巴胺能神經(jīng)的調(diào)控因子。研究證實(shí)Val158MetCOMT基因多態(tài)性可以使該酶的活性下降3～4倍。Zubieta等報道，G1947A多態(tài)性個體對實(shí)驗性疼痛的耐受性較差，μ-阿片受體密度增加，內(nèi)源性腦啡肽水平降低[13～16]。
八、局部與基因多態(tài)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(yīng)體，主要經(jīng)肝臟代謝消除。羅哌卡因代謝產(chǎn)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(tài)性主要是C734T和G2964A。Mendoza等對159例墨西哥人的DNA進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)CYP1A2基因的突變率為43%。Murayama等發(fā)現(xiàn)日本人中CYP1A2基因存在6種導(dǎo)致氨基酸替換的SNPs。這些發(fā)現(xiàn)可能對藥物代謝動力學(xué)的研究、個體化用藥具有重要意義[17,18,19]。
九、總結(jié)與
展望
第3篇：基因組學(xué)的特點(diǎn)范文
【關(guān)鍵詞】整體醫(yī)學(xué)；基因組；中醫(yī)心理學(xué)；中醫(yī)基因組學(xué)
1整體醫(yī)學(xué)
整體醫(yī)學(xué)是現(xiàn)代社會正在興起的一種醫(yī)學(xué)體系，將醫(yī)學(xué)看成一個有機(jī)整體，從整體上來認(rèn)識醫(yī)學(xué)的性質(zhì)、對象和目的。整體醫(yī)學(xué)與傳統(tǒng)中醫(yī)藥學(xué)在外表近似，但是本質(zhì)有所不同。整體醫(yī)學(xué)從本質(zhì)上說，是一種系統(tǒng)論。整體醫(yī)學(xué)就是用整體觀認(rèn)識醫(yī)學(xué)的各個要素。而整體醫(yī)學(xué)的整體觀是建立在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)所認(rèn)識的所有聯(lián)系的基礎(chǔ)上，從科學(xué)的長遠(yuǎn)發(fā)展上來說，這是一種弱整體觀，一種綜合論，理論基礎(chǔ)是還原科學(xué)觀。
醫(yī)學(xué)的發(fā)展大致經(jīng)歷了三個時代，即經(jīng)驗醫(yī)學(xué)時代、實(shí)驗醫(yī)學(xué)時代和當(dāng)前的整體醫(yī)學(xué)時代。經(jīng)驗醫(yī)學(xué)時代為自然哲學(xué)醫(yī)學(xué)模式，實(shí)驗醫(yī)學(xué)時代為生物醫(yī)學(xué)模式，而整體醫(yī)學(xué)時代為生物-心理-社會醫(yī)學(xué)模式。當(dāng)今醫(yī)學(xué)的特點(diǎn)是處在實(shí)驗醫(yī)學(xué)時代向整體醫(yī)學(xué)時代的過渡時期，整體醫(yī)學(xué)的理論體系尚未正式形成，但已具雛形。現(xiàn)代的整體醫(yī)學(xué)是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)尤其是生命科學(xué)發(fā)展的結(jié)果，但是生命科學(xué)——基因組學(xué)正在走向完善的基因組聯(lián)系，將來的發(fā)展必然在基因組的普遍聯(lián)系上證明中醫(yī)的基本理論，所以隨著基因組學(xué)的整體化發(fā)展，以及中醫(yī)學(xué)的跨越式發(fā)展，現(xiàn)代整體醫(yī)學(xué)必然走向更完備的、以中醫(yī)學(xué)為核心的整體醫(yī)學(xué)。
2中醫(yī)學(xué)現(xiàn)代化
整體醫(yī)學(xué)的崛起給中醫(yī)藥學(xué)國際化帶來了機(jī)遇，整體醫(yī)學(xué)與中醫(yī)藥學(xué)的關(guān)系是十分密切的。從理論體系看，整體醫(yī)學(xué)的理論與中醫(yī)藥學(xué)的學(xué)說實(shí)際上是相通的。如《黃帝內(nèi)經(jīng)》中就提出“人與天地相參”的觀點(diǎn)。
中醫(yī)藥學(xué)其實(shí)就是一門完整的整體醫(yī)學(xué)。中醫(yī)學(xué)有著對人體自身整體性及人與自然、社會環(huán)境相統(tǒng)一的認(rèn)識。但是中醫(yī)學(xué)又是一門模糊的整體科學(xué)。《黃帝內(nèi)經(jīng)》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(yī)學(xué)，其本質(zhì)就是結(jié)構(gòu)與功能相統(tǒng)一的整體觀，但是由于社會發(fā)展水平和極端落后的科學(xué)技術(shù)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(fā)展，由于封建禮教的限制，加之受中國哲學(xué)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(tài)和結(jié)構(gòu)，歧視人體解剖，對人體的細(xì)節(jié)和局部方面未做較深入的剖析研究，隨之《內(nèi)經(jīng)》的結(jié)構(gòu)功能統(tǒng)一的整體觀逐漸演變?yōu)閱渭兊墓δ苄缘恼w觀。由于缺乏了結(jié)構(gòu)和形態(tài)的支持，不能得到有效的可見的物質(zhì)證據(jù)來說明自己的科學(xué)性，本身也缺乏創(chuàng)新發(fā)展，所以隨著以結(jié)構(gòu)為主的現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的發(fā)展，中醫(yī)學(xué)屢次受到打擊和排斥。
中醫(yī)藥學(xué)的發(fā)展必須從《黃帝內(nèi)經(jīng)》的整體思想開始做起，真正認(rèn)識整體的本質(zhì)，結(jié)合現(xiàn)達(dá)的科學(xué)技術(shù)尤其是分子生物學(xué)技術(shù)，發(fā)展新時代的完整的結(jié)構(gòu)與功能統(tǒng)一的整體觀。所謂中醫(yī)現(xiàn)代化就是用現(xiàn)代語言和科學(xué)技術(shù)重新描述人與自然、人與社會平衡條件下的人整體的運(yùn)動規(guī)律。
當(dāng)代分子生物學(xué)在迅猛發(fā)展，借助電子計算機(jī)技術(shù)處理大量數(shù)據(jù)，基因組學(xué)得到了極大的發(fā)展。在足夠的時間內(nèi)，基因組學(xué)很可能走向整體，最后可能在基因的相互聯(lián)系中發(fā)現(xiàn)了中醫(yī)的陰陽五行所存在的基因證據(jù)，這時候中醫(yī)就會被分子生物學(xué)所吸收，現(xiàn)代的整體醫(yī)學(xué)就可能吸收了中醫(yī)藥學(xué)的優(yōu)勢發(fā)展成為完善的結(jié)構(gòu)與功能統(tǒng)一的整體醫(yī)學(xué)，中醫(yī)不再是中國的中醫(yī)了。這是好事，但是對于國家和民族，對于中醫(yī)學(xué)的發(fā)源地，我們將失去一次崛起的機(jī)會。
3整體的含義
中醫(yī)學(xué)是整體科學(xué)，西醫(yī)學(xué)是還原科學(xué)。中醫(yī)現(xiàn)代化首先必須是基礎(chǔ)理論的現(xiàn)代化，而基礎(chǔ)理論的現(xiàn)代化又以整體為前提，整體觀的現(xiàn)代化為首要。以前中醫(yī)現(xiàn)代化的失敗在于從傳統(tǒng)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(xiàn)代化。而西醫(yī)也是從自身的方法論上看待中醫(yī)，所以在這種前提下根本的中西醫(yī)結(jié)合是不可能的。
整體是物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能的統(tǒng)一，兩者互相依存、不能分離，結(jié)構(gòu)是功能的基礎(chǔ)，功能是結(jié)構(gòu)的展現(xiàn)。整體是局部的整體，局部是整體的局部。整體是物質(zhì)形、氣、能的統(tǒng)一，是結(jié)構(gòu)與功能的統(tǒng)一，是一種客觀實(shí)在。
任何個體都是由兩種以上的物質(zhì)要素混化而成的。這一混化物可以呈質(zhì)地均勻無別的氣態(tài)，也可以呈實(shí)體存在的實(shí)體態(tài)。前者固然是一體，后者，盡管它的實(shí)體組成部分可以形形，各部分的功能也可千差萬別，但該實(shí)體物的氣卻遍布全體、貫穿內(nèi)外，使組元形成有機(jī)聯(lián)系的和諧整體。這里所說的整體，指形成氣的時空結(jié)構(gòu)而言，它是維系氣獨(dú)立性、特殊性的根本，也可把整體理解為氣的結(jié)構(gòu)模式。譬如，設(shè)某模式為特殊的比附，這種特定的形狀結(jié)構(gòu)的性質(zhì)是不受其所占位置的大小影響的。因而時空結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(xiàn)整體，這是與組元作為獨(dú)立存在物的根本區(qū)別：①整體的實(shí)在性。②整體的聯(lián)系性：任何整體都在和其他整體處在密切的聯(lián)系當(dāng)中，聯(lián)系是這個整體存在的必然條件，沒有聯(lián)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(guī)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(guī)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(jìn)化性：宇宙從無極逐漸演化太極，以至現(xiàn)在的萬物，在發(fā)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(yī)學(xué)的核心?，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)是從有形的結(jié)構(gòu)上研究，形是氣所聚，形散為氣，氣是形的場，形氣是統(tǒng)一的。氣是整體的體現(xiàn)。那么從形氣理論的兩種醫(yī)學(xué)也是可以統(tǒng)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(jié)構(gòu)和功能的統(tǒng)一，每一層次都服從統(tǒng)一的整體性，而整體性是每一層次運(yùn)動聯(lián)系的根本。這個的整體規(guī)律就是中醫(yī)基礎(chǔ)理論，這個規(guī)律指導(dǎo)著每一層次的運(yùn)動和相互作用。
4建立中醫(yī)基因組學(xué)
基因組是現(xiàn)代生物學(xué)還原到分子的體現(xiàn)，由此生命科學(xué)開始轉(zhuǎn)向整體科學(xué)?，F(xiàn)在的功能基因組學(xué)就是這一轉(zhuǎn)向的體現(xiàn)?；蚪M是整體科學(xué)與還原科學(xué)的交匯點(diǎn)。
基因組是人體的微觀信息調(diào)控中心，更體現(xiàn)了人體的整體性。它是人的精氣的凝聚態(tài)，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(tǒng)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(xì)的模塊組成，這亞細(xì)的模塊又有更微小的基因模塊組成，各個大模塊亞細(xì)模塊之間存在協(xié)調(diào)的相互關(guān)系，這個關(guān)系就是微觀經(jīng)絡(luò)系統(tǒng)?；蚬δ苣K由相應(yīng)的基因組成，基因組整體是結(jié)構(gòu)和功能統(tǒng)一的整體。建立中醫(yī)特色的基因組學(xué)是為了完善中醫(yī)藥學(xué)理論，發(fā)展整體醫(yī)學(xué)。建立微觀基因組整體辨證論治，并沒有否定傳統(tǒng)意義上的辨證論治觀，而是將其發(fā)展一步，深入到基因組整體內(nèi)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(jié)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(tǒng)一的整體的辨證體系。這才是科學(xué)的完整的辨證論治觀。
建立中醫(yī)基因組學(xué)是為了在基因研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合證候研究，證明中醫(yī)證候理論的正確性；進(jìn)而在分子基礎(chǔ)上證明中醫(yī)臟腑經(jīng)絡(luò)理論的正確性，最后深入基因組研究，深入了解基因組所蘊(yùn)含的生命本質(zhì)以及生命的發(fā)展。
中醫(yī)基因組學(xué)的建立是中醫(yī)現(xiàn)代化走向未來的一個關(guān)鍵點(diǎn)，整體科學(xué)與還原科學(xué)都在這一尖端領(lǐng)域進(jìn)行著研究，而中醫(yī)學(xué)進(jìn)入這一領(lǐng)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(jìn)人類的健康事業(yè)；二則可以引導(dǎo)還原科學(xué)的整體化演變。
5中醫(yī)心理學(xué)的發(fā)展
這是中醫(yī)心理學(xué)與現(xiàn)代心理學(xué)結(jié)合的關(guān)鍵點(diǎn)。也是中醫(yī)現(xiàn)代化的另一個關(guān)鍵點(diǎn)。
中醫(yī)心理學(xué)原來是中醫(yī)學(xué)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(tǒng)中醫(yī)學(xué)建立在遠(yuǎn)古極端落后的社會經(jīng)濟(jì)條件下，人們看不出人的社會本質(zhì)和社會發(fā)展，而現(xiàn)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(fā)生了很大改變，中醫(yī)心理學(xué)也必須隨時代的發(fā)展而發(fā)展。
現(xiàn)代心理學(xué)是以人的大腦的具體結(jié)構(gòu)為生理基礎(chǔ)，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(xué)的描述。但是現(xiàn)代心理學(xué)沒有與人的整體功能結(jié)合在一起，沒有指出人的根本的社會本質(zhì)，所以其發(fā)展也是有局限的?，F(xiàn)代心理學(xué)是建立在還原論基礎(chǔ)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(jìn)行的，元神是最根本的自我。而心理的進(jìn)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(tǒng)構(gòu)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(jìn)行的，以此結(jié)合這兩個心理學(xué)，可以從根本上解決人的心理問題。佛學(xué)對人的心性理論有深刻認(rèn)識，但是借鑒之前必須徹底拋棄佛學(xué)所具有的唯心思想，心性理論中性與元神相關(guān)，而心與元神、元神支配下形成的人格模式有關(guān)。
元神可以接受信息，加工、儲存、提取信息，發(fā)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(xué)習(xí)，不斷加深信息，積累信息，使元神中的信息不斷強(qiáng)化與激活而得到強(qiáng)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(jìn)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(fā)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(huán)境有很大關(guān)系，它也不是固定不變的。
中醫(yī)心理學(xué)和現(xiàn)代心理學(xué)是功能與應(yīng)用的結(jié)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(fā)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(fā)生模式。中醫(yī)心理學(xué)和現(xiàn)代心理學(xué)都是不完整的，各講述了人心理的一個方面，結(jié)合起來才是真正的人的心理整體過程。
人的心理在當(dāng)今社會是一個比較陌生的領(lǐng)域，佛學(xué)、現(xiàn)代心理學(xué)、中醫(yī)心理學(xué)都有各自的認(rèn)識，但是它們又不是完全的，正確的認(rèn)識是將它們結(jié)合起來，建立科學(xué)的辨證唯物主義的整體的心理學(xué)體系。現(xiàn)代中醫(yī)心理學(xué)的建立不但解決了人的意識的根本問題，促進(jìn)人類的心理健康發(fā)展，而是還對社會的發(fā)展有很大的潛在的作用。
6結(jié)論
第4篇：基因組學(xué)的特點(diǎn)范文
關(guān)鍵詞：生物信息學(xué)；生物技術(shù)；教學(xué)改革
中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）36-0197-03
一、生物信息學(xué)課程的教學(xué)背景
生物信息學(xué)（Bioinformafics）是一門集數(shù)學(xué)、計算機(jī)科學(xué)以及生物學(xué)等多學(xué)科交叉而形成的新興熱點(diǎn)學(xué)科，實(shí)質(zhì)就是利用信息科學(xué)與技術(shù)解決生物學(xué)問題。它的內(nèi)涵目前包含了分子生物大數(shù)據(jù)的獲取、加工、存儲、分配、分析、解釋等在內(nèi)的所有方面。依據(jù)分子生物大數(shù)據(jù)的類型不同，生物信息學(xué)的數(shù)據(jù)對象分布在基因組、轉(zhuǎn)錄組、蛋白質(zhì)組等不同水平層次的數(shù)據(jù)以及跨層次的轉(zhuǎn)錄調(diào)控、轉(zhuǎn)錄后調(diào)控和表觀遺傳修飾等縱向連接。依據(jù)學(xué)科任務(wù)的不同，生物信息學(xué)一方面要組織好生物大數(shù)據(jù)的儲存和獲取，一方面要開發(fā)優(yōu)良的算法和工具軟件對生物大數(shù)據(jù)教學(xué)分析，同時還要利用這些生物大數(shù)據(jù)和工具來產(chǎn)生新的生物學(xué)認(rèn)識，為下游的濕實(shí)驗生物學(xué)家提供理論依據(jù)和指導(dǎo)。近年來，隨著高通量生物大數(shù)據(jù)檢測技術(shù)，如基因芯片技術(shù)、高通量測序技術(shù)等的發(fā)展，生物信息學(xué)已經(jīng)在生物、醫(yī)學(xué)、藥物開發(fā)、環(huán)境保護(hù)以及農(nóng)業(yè)應(yīng)用等眾多領(lǐng)域普及推廣了起來。大量的生物數(shù)據(jù)急迫地需要處理，相應(yīng)地產(chǎn)生了對生物信息專門人才的廣泛需求。
因此，《生物信息學(xué)》課程也快速地在各院校大學(xué)生教學(xué)中開展了起來，甚至在局部高校產(chǎn)生了生物信息學(xué)本科專業(yè)。然而在實(shí)際的教學(xué)中也伴隨著種種問題，影響了該課程的教學(xué)效果。本文現(xiàn)就近年來在生物背景的學(xué)生中所開展的生物信息學(xué)的教學(xué)實(shí)踐淺談一點(diǎn)體會，對其存在的問題和對策作一論述。
二、生物信息學(xué)課程教學(xué)改革
（一）教學(xué)內(nèi)容特點(diǎn)
生物信息學(xué)屬于多學(xué)科交叉學(xué)科，需要在分子生物學(xué)、遺傳學(xué)、高等數(shù)學(xué)以及計算機(jī)編程等的課程基礎(chǔ)上進(jìn)行講授。不同學(xué)科基礎(chǔ)以及不同來源的生物數(shù)據(jù)反映在教學(xué)內(nèi)容上，生物信息學(xué)的一個特點(diǎn)就是信息量大。它囊括了概率統(tǒng)計、計算機(jī)語言、人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)、生物數(shù)據(jù)庫介紹、序列比對、分子進(jìn)化分析、基因組序列分析、基因注釋與功能分類、基因表達(dá)譜分析、蛋白質(zhì)表達(dá)與結(jié)構(gòu)分析、生物分子網(wǎng)絡(luò)以及計算表觀遺傳學(xué)等眾多的內(nèi)容模塊。
從歷史發(fā)展角度看，這些內(nèi)容以基因組測序為主體，生物信息學(xué)的發(fā)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(jié)點(diǎn)標(biāo)記，目前的生物信息學(xué)已經(jīng)進(jìn)入到了功能基因組學(xué)時代。因此，體現(xiàn)在當(dāng)前的生物信息學(xué)教學(xué)內(nèi)容上的另外一個特點(diǎn)就是“新”。
（二）教材的選擇
生物信息學(xué)教學(xué)內(nèi)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(xué)知識的大量需求，目前教材市場上的相關(guān)書籍也琳瑯滿目，選擇余地較大。我們推薦的教材是科學(xué)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(xué)內(nèi)容以基因組的生物信息學(xué)分析為主體，兼顧概率統(tǒng)計、機(jī)器學(xué)習(xí)、代謝組學(xué)等數(shù)理基礎(chǔ)知識和后續(xù)功能基因組分析。其中尤以序列比對、打分矩陣、系統(tǒng)發(fā)育樹的構(gòu)建分析為核心內(nèi)容。這種課程設(shè)置把龐大的生物信息學(xué)體系縮小集中在了序列分析部分，這樣既便于學(xué)生系統(tǒng)充分地掌握生物信息學(xué)知識，又兼顧了學(xué)科的發(fā)展基礎(chǔ)和趨勢。
另外，本教材為英文教材，這適應(yīng)了生物信息學(xué)快速發(fā)展的要求，讓學(xué)生近距離地體驗到學(xué)科前沿氣息。為了擴(kuò)大學(xué)生的知識渠道來源，我在教學(xué)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(xué)》，在教學(xué)內(nèi)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(xué)與功能基因組學(xué)》則更側(cè)重功能基因組學(xué)的內(nèi)容[4]。李霞主編的《生物信息學(xué)》在內(nèi)容全面、豐富的同時，也較為側(cè)重功能基因組學(xué)的內(nèi)容，同時還強(qiáng)調(diào)在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用和研究熱點(diǎn)[5]。
該書使用了彩印版，同時伴有光盤、習(xí)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(xué)背景的學(xué)生在計算機(jī)實(shí)際動手能力方面相對較為弱勢，我在教學(xué)中還特別推薦了幾本結(jié)合生物信息學(xué)與編程語言的書籍供同學(xué)們課后學(xué)習(xí)。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(xué)時和考核方式的設(shè)定
生物信息學(xué)課程盡管面臨學(xué)科發(fā)展的迫切需要，教學(xué)內(nèi)容廣泛而眾多，但由于大學(xué)本科生的學(xué)時學(xué)分限制，目前我們的相關(guān)教學(xué)僅包括32學(xué)時的理論學(xué)時以及兩周的生物信息學(xué)實(shí)習(xí)。為了彌補(bǔ)學(xué)時不足的限制，我們更突出強(qiáng)調(diào)了實(shí)際表現(xiàn)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(xiàn)、隨堂測驗以及課后作業(yè)等。
（四）存在的主要問題與解決辦法
1.激發(fā)興趣。由于所教授的學(xué)生為生物學(xué)背景，不少學(xué)生均對數(shù)學(xué)、計算機(jī)等數(shù)理課程較為恐懼，缺乏學(xué)習(xí)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(xué)辦法進(jìn)行解決，取得了一定的效果。
（1）去除學(xué)生的恐懼心理。從心理學(xué)上講，恐懼的形成源于過去失敗經(jīng)歷的陰影以及對于未知事物的不確定性。因此，我在教學(xué)中注意突出生物學(xué)在生物信息學(xué)中的重要地位，以生物信息學(xué)領(lǐng)域的成功科學(xué)家為例，破除以往失敗經(jīng)歷的陰影。同時，適當(dāng)?shù)貪饪s教學(xué)內(nèi)容，降低學(xué)生對未知事物不確定性的恐懼。
（2）激發(fā)學(xué)習(xí)生物信息學(xué)的熱情。通過教學(xué)的互動，讓學(xué)生在互動中消除對生物信息學(xué)的陌生感，熟悉生物信息學(xué)，激起學(xué)習(xí)的欲望。
（3）在學(xué)習(xí)中感受生物信息學(xué)發(fā)展的脈搏。通過介紹生物信息學(xué)的發(fā)展史，對比歷史上類似的科學(xué)發(fā)展歷程，讓學(xué)生深刻地領(lǐng)悟到當(dāng)前的生物信息學(xué)在學(xué)科史中的定位。
（4）在實(shí)踐中感受生物信息學(xué)的魅力。比如，在進(jìn)行系統(tǒng)發(fā)育樹構(gòu)建的講授中，同學(xué)們可以看到由于數(shù)學(xué)算法的使用，原本枯燥無味的序列數(shù)據(jù)居然能夠反映物種和基因的進(jìn)化歷程。通過教學(xué)中的改革實(shí)踐，同學(xué)們的學(xué)習(xí)興趣有了較大的提升。
2.夯實(shí)基礎(chǔ)。生物學(xué)背景的學(xué)生另外一個特點(diǎn)是數(shù)理基礎(chǔ)和計算機(jī)語言編程能力相對較為薄弱。在教學(xué)過程中，我首先注意引導(dǎo)學(xué)生揚(yáng)長避短，充分發(fā)揮學(xué)生在生物學(xué)理解能力上的優(yōu)勢，避免進(jìn)入基礎(chǔ)性的數(shù)學(xué)算法糾纏中。同時，讓學(xué)生認(rèn)識到，作為一個交叉性的學(xué)科，生物信息學(xué)的上下游學(xué)科鏈較長，同學(xué)們可以根據(jù)自身條件選擇進(jìn)入不同的環(huán)節(jié)。比如，擅長基礎(chǔ)性的算法工具軟件開發(fā)的同學(xué)可以進(jìn)入上游的理論環(huán)節(jié)，擅長生物學(xué)理解的同學(xué)可以使用這些工具進(jìn)入下游的生物信息應(yīng)用領(lǐng)域。第三，在課程設(shè)置上，著重加強(qiáng)生物信息學(xué)方向的數(shù)理基礎(chǔ)課程，比如生物統(tǒng)計、Linux以及Perl語言等，改善生物技術(shù)專業(yè)的學(xué)生在生物信息學(xué)方向的薄弱環(huán)節(jié)。最后，向同學(xué)們強(qiáng)調(diào)，注意在學(xué)習(xí)的過程中提高學(xué)習(xí)能力才是根本。讓同學(xué)們意識到，基礎(chǔ)不是問題，只要提高了學(xué)習(xí)能力，持之以恒地去實(shí)踐，均能學(xué)好本門課程。
3.緊跟前沿。生物信息學(xué)是一門前沿性很強(qiáng)的學(xué)科。為了既能提高學(xué)生的知識水平，又提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，這就要求在教學(xué)中既要恰當(dāng)?shù)丶舨弥R結(jié)構(gòu)和體系，又要有提供充分的學(xué)習(xí)鍛煉空間。為此，我們將課程設(shè)置為雙語課程，這樣做的好處是既不耽誤知識的學(xué)習(xí)，又能適當(dāng)?shù)靥岣邔W(xué)生的適應(yīng)能力，為學(xué)生在將來英文環(huán)境較普遍的生物信息學(xué)領(lǐng)域中的學(xué)習(xí)研究應(yīng)用打下扎實(shí)基礎(chǔ)。同時，為了更適應(yīng)將來學(xué)生對生物信息的使用環(huán)境，同時也為了降低難度，我們的雙語課程更側(cè)重閱讀、理解能力的提高，以避免簡化為英語學(xué)習(xí)課，和普通的英文課程內(nèi)容的重疊。另外，前沿性很強(qiáng)的生物信息學(xué)處處蘊(yùn)藏著創(chuàng)新的機(jī)會，在教學(xué)過程中，我注意鼓勵學(xué)生的創(chuàng)新意識。比如，學(xué)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(shí)踐性。生物信息學(xué)在教學(xué)中既要注重對學(xué)生思維方式的轉(zhuǎn)變的教育，形成用生物信息學(xué)去看待生物大數(shù)據(jù)的思想，而不僅僅是解決某個具體生物學(xué)問題的“小工具”，又要求學(xué)生在課程學(xué)習(xí)中具備一定的實(shí)踐能力。由于長久以來的教育體制和學(xué)習(xí)習(xí)慣的制約，同學(xué)們的學(xué)習(xí)重點(diǎn)仍然集中在知識的記憶、考試的應(yīng)付上面，缺乏對實(shí)際動手能力的正確認(rèn)識。這給生物信息學(xué)這門課程的教學(xué)，特別是實(shí)踐教學(xué)帶來了較大的壓力。為此，我在教學(xué)中著重采用身邊的典型案例教學(xué)法進(jìn)行教學(xué)。比如，以往屆學(xué)生由于其突出的實(shí)踐能力最后促成了他畢業(yè)就業(yè)的成功為例，說明動手能力的重要性。貫穿在課程教學(xué)中，我對學(xué)生實(shí)驗課程的理念是鼓勵其獨(dú)立自主地完成實(shí)驗，盡量少干涉，允許其在實(shí)踐中犯錯誤，在犯錯中學(xué)習(xí)提高。經(jīng)過思想觀念的轉(zhuǎn)變、實(shí)踐中的反復(fù)雕琢提高，學(xué)生們的實(shí)踐動手能力都得到了較好的提升。
三、結(jié)語
生物信息學(xué)是一門快速發(fā)展的新型熱門學(xué)科，其發(fā)展與生命科學(xué)發(fā)展是相輔相成的。本文針對《生物信息學(xué)》的教學(xué)進(jìn)行了一些探討，特別是針對生物背景學(xué)生的教學(xué)進(jìn)行了深入集中的研究。
本文認(rèn)為，只有激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，夯實(shí)基礎(chǔ)，注重實(shí)踐動手能力，緊跟學(xué)科發(fā)展前沿趨勢，這樣才能切實(shí)做好生物信息學(xué)的課程教學(xué)工作，提高該課程的教學(xué)質(zhì)量，以此滿足我國目前該領(lǐng)域?qū)θ瞬诺慕逃枰?，培養(yǎng)出具有一定的實(shí)踐操作能力和很強(qiáng)的創(chuàng)新能力的大學(xué)生。
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[9]Model ML （2009） Bioinformatics Programming Using Python：O'Reilly.
第5篇：基因組學(xué)的特點(diǎn)范文
【關(guān)鍵詞】 藥物靶標(biāo) 藥物設(shè)計 靶向治療
所謂藥物靶標(biāo)（drug target）是指細(xì)胞內(nèi)與藥物相互作用，并賦予藥物效應(yīng)的特定分子。98%以上的藥物靶標(biāo)屬于蛋白質(zhì)。其中幾乎50%以上屬于G蛋白耦聯(lián)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(biāo)的蛋白質(zhì)必須能以適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)特性和親和力結(jié)合小分子化合物，并與疾病相關(guān)。具體來說，作為藥物靶標(biāo)的蛋白質(zhì)必須在病變細(xì)胞或組織中表達(dá)，并且在細(xì)胞培養(yǎng)體系中可以通過調(diào)節(jié)靶標(biāo)活性產(chǎn)生特定的效應(yīng)，最后這些效應(yīng)必須在動物模型中再現(xiàn)。最終，證明藥物在人體內(nèi)有效之后，才能真正確證藥物靶標(biāo)的價值［1］。只要找到了藥物作用的靶標(biāo)分子就能根據(jù)其特點(diǎn)開發(fā)和設(shè)計藥物，以及進(jìn)行靶向治療。近年來大量分子生物學(xué)技術(shù)的出現(xiàn)，尤其是基因組學(xué)、生物信息學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)及生物大分子相互作用分析技術(shù)（BIA）等推動了從紛繁復(fù)雜的細(xì)胞內(nèi)生物大分子中發(fā)現(xiàn)特異性的藥物作用靶標(biāo)分子的進(jìn)程。
1 藥物靶標(biāo)的發(fā)現(xiàn)
1.1 以基因組學(xué)、生物信息學(xué)為基礎(chǔ)發(fā)現(xiàn)藥物靶標(biāo)基因組學(xué)技術(shù)在藥物靶標(biāo)發(fā)現(xiàn)中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下兩個方面：確認(rèn)致病蛋白質(zhì)的綜合策略 (global strategy) 和致病蛋白質(zhì)部分表征的靶標(biāo)專一策略 (target – specific strategy) ［2］。前者注重于對致病相關(guān)基因序列、蛋白質(zhì)序列等分子信息的分析，包括計算機(jī)同源校準(zhǔn)（在宿主和病原基因組之間進(jìn)行同源性比較分析，進(jìn)而找出致病基因序列）、差別基因表達(dá)分析及整體蛋白組分析；后者側(cè)重于對疾病相關(guān)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(jī)模擬對基因產(chǎn)物結(jié)構(gòu)和功能的預(yù)示［3］。
另外，基因組學(xué)技術(shù)在靶標(biāo)的驗證方面也有重要作用。人類遺傳學(xué)(human genetics)、生物信息學(xué)( bioinformatics )、表達(dá)圖譜( expression profiling )、代謝途徑分析(pathway analysis)、基因敲除(gene knockout)、過量表達(dá)(overexpression)、基因篩選(gene-to -screen) 等技術(shù)可以在基因組水平上高通量大規(guī)模篩選和確證靶基因及疾病相關(guān)遺傳標(biāo)記［4］。
在生物信息學(xué)方面，應(yīng)用INVDOCK軟件進(jìn)行計算機(jī)搜尋藥物靶標(biāo)是一個很便捷的途徑，此軟件可同時尋找數(shù)個中草藥有效成分的治療靶標(biāo)，并同已知實(shí)驗結(jié)果進(jìn)行比較。研究結(jié)果顯示該軟件具有實(shí)際應(yīng)用潛力及在普及型計算機(jī)上可進(jìn)行運(yùn)算的可行性。此方法除用于研究藥物或先導(dǎo)化合物的未知靶標(biāo)外，亦可用來研究中草藥的作用機(jī)理［5］。
1.2 以蛋白質(zhì)組學(xué)為基礎(chǔ)發(fā)現(xiàn)藥物靶標(biāo)研究表明，人體內(nèi)可能存在的藥物作用靶標(biāo)約有3 000～15 000個，而統(tǒng)計結(jié)果顯示，目前發(fā)現(xiàn)的藥物靶標(biāo)不到500個，這說明還有大量的藥物作用靶標(biāo)未被發(fā)現(xiàn)［6］。大多數(shù)藥物靶標(biāo)都是在生命活動中扮演重要角色的蛋白質(zhì)，如酶、受體、激素等。通過蛋白質(zhì)組學(xué)的方法比較疾病狀態(tài)和正常生理狀態(tài)下蛋白質(zhì)表達(dá)的差異，就有可能找到有效的藥物作用靶標(biāo)，其中應(yīng)用較多的是二維凝膠電泳（2-DE）和質(zhì)譜分析（MS）技術(shù)。在2-DE中，蛋白質(zhì)樣品根據(jù)其等電點(diǎn)和相對分子質(zhì)量的不同而分離，在得到的電泳圖譜中，疾病狀態(tài)和正常生理狀態(tài)的蛋白質(zhì)染色斑點(diǎn)的分布會出現(xiàn)差異，以此為線索，可以發(fā)現(xiàn)新的藥物靶標(biāo)［7］。例如Hanash 等［8］用2-DE分析急性淋巴細(xì)胞性白血病(ALL) ， 發(fā)現(xiàn)一個高表達(dá)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(dá)和磷酸化能有效地抑制腫瘤細(xì)胞的增殖［9］。因而，有希望以O(shè)p18 為靶標(biāo)構(gòu)建合適的藥物治療ALL。
質(zhì)譜分析（MS）技術(shù)具有高通量、敏感性強(qiáng)的特點(diǎn)，能根據(jù)相關(guān)序列識別蛋白質(zhì)。其主要作用是識別不同樣品中大量相關(guān)蛋白質(zhì)的差異，根據(jù)這些差異來篩選可能的疾病相關(guān)蛋白，然后與臨床實(shí)驗作比較，以確定真正的靶標(biāo)蛋白［7］。
在蛋白質(zhì)組學(xué)研究中，進(jìn)行2-DE和MS研究還需要使用許多其他相關(guān)技術(shù)。如樣品的制備和分離技術(shù)、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的分析技術(shù)、生物信息學(xué)技術(shù)等。利用蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)發(fā)現(xiàn)藥物靶標(biāo)的一般流程是：樣品制備（sample preparation）分離（fractionation）質(zhì)譜分析（mass spectrometry）蛋白質(zhì)陣列（protein arrays）計算生物學(xué)（computational biology）結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)組學(xué)（structural proteomics）結(jié)合特征分析（binding characteristics）［8］。
另外，酵母雙雜交技術(shù)也是發(fā)現(xiàn)藥物靶標(biāo)的重要途徑。該技術(shù)能夠通過報告基因的表達(dá)產(chǎn)物敏感地檢測到蛋白質(zhì)之間相互作用的路徑。對于能夠引發(fā)疾病反應(yīng)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(dá)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(fā)現(xiàn)它的病毒RNA復(fù)制與依賴于RNA的RNA聚合酶（NS5）、拓?fù)洚悩?gòu)酶NS3、以及細(xì)胞核轉(zhuǎn)運(yùn)受體β-importin的相互作用有關(guān)。如果能找到相應(yīng)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(fù)制，從而達(dá)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(fā)現(xiàn)藥物靶標(biāo) 近年來興起的生物分子相互作用分析技術(shù)（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(jiān)測它與蛋白質(zhì)分子之間的相互作用來發(fā)現(xiàn)藥物靶標(biāo)。BIA 是基于表面等離子共振(surface plasmon resonance，SPR)技術(shù)來實(shí)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(zhì)）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(jié)合和解離的整個過程。該技術(shù)系統(tǒng)主要由傳感器芯片、SPR 光學(xué)檢測系統(tǒng)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(fā)現(xiàn)藥物作用的靶標(biāo)分子，也可以將靶標(biāo)分子作為固定相用來發(fā)現(xiàn)中草藥中的活性成分。
2 基于靶標(biāo)的藥物設(shè)計
基于靶標(biāo)分子結(jié)構(gòu)的藥物設(shè)計指的是利用生物大分子靶標(biāo)及相應(yīng)的配體-靶標(biāo)復(fù)合物三維結(jié)構(gòu)的信息設(shè)計新藥。其基本過程是：①確定藥物作用的靶標(biāo)分子（如蛋白質(zhì)、核酸等）；②對靶標(biāo)分子進(jìn)行分離純化；③確定靶標(biāo)分子的三維結(jié)構(gòu)，提出一系列假定的配體與靶分子復(fù)合物的三維結(jié)構(gòu)；④依據(jù)這些結(jié)構(gòu)信息，利用相關(guān)的計算機(jī)程序和法則如DOCK 進(jìn)行配體分子設(shè)計， 模擬出最佳的配體結(jié)構(gòu)模型；⑤合成這些模擬出來的結(jié)構(gòu)，進(jìn)行活性測試。若對測試結(jié)果感到滿意，可進(jìn)入前臨床實(shí)驗研究階段，反復(fù)重復(fù)以上過程，直至滿意為止［12］。
基于靶標(biāo)分子結(jié)構(gòu)的藥物設(shè)計需要采用X射線衍射分析和核磁共振波譜（NMR）等結(jié)構(gòu)生物學(xué)的研究手段，對靶標(biāo)蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入研究，獲得相關(guān)信息，借助計算機(jī)技術(shù)建立靶標(biāo)的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)開發(fā)的藥物［13］。
3 藥物靶標(biāo)在藥物開發(fā)及疾病治療中的應(yīng)用
在疾病相關(guān)的靶標(biāo)分子被發(fā)現(xiàn)和確認(rèn)以后，即可根據(jù)這些靶標(biāo)分子的特點(diǎn)設(shè)計出相關(guān)的藥物進(jìn)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(jīng)退行性病變，發(fā)病率較高，已成為現(xiàn)代社會嚴(yán)重威脅老年人健康的疾病之一。 AD的病因復(fù)雜，發(fā)病涉及許多環(huán)節(jié)，包括神經(jīng)遞質(zhì)與受體、淀粉樣蛋白沉積、tau蛋白磷酸化、炎癥反應(yīng)及其他環(huán)節(jié)，這些環(huán)節(jié)為藥物靶標(biāo)的發(fā)現(xiàn)和選擇提供了多種靶點(diǎn)，據(jù)此人們找到了針對這些靶點(diǎn)的相關(guān)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(biāo)進(jìn)行疾病的靶向治療方面，應(yīng)用最多的是對腫瘤的治療?？拱┧幋蠖鄶?shù)為直接攻擊DNA或抑制其合成的化合物，對腫瘤細(xì)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?qū)W和病理過程中起作用的特異的靶標(biāo)分子，其中包括細(xì)胞周期相關(guān)成分、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路元件、細(xì)胞凋亡因子、端粒酶、細(xì)胞的黏附和運(yùn)動因子等。設(shè)計出針對這些靶標(biāo)分子的特異性藥物，并結(jié)合納米生物學(xué)技術(shù)給藥物分子裝配“制導(dǎo)”裝置，進(jìn)行針對癌細(xì)胞的靶向治療。這樣就大大降低了抗癌藥物對正常細(xì)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(qiáng)，臨床效果顯著且副作用小，多藥聯(lián)合使用時常能增強(qiáng)傳統(tǒng)化療藥物的作用。可以預(yù)計在未來的腫瘤化療發(fā)展中，針對分子靶標(biāo)的新一代抗腫瘤藥物將成為主要的發(fā)展方向。
4 結(jié)語
通過發(fā)現(xiàn)藥物靶標(biāo)來開發(fā)和設(shè)計特異性藥物是創(chuàng)新性藥物研發(fā)的重要途徑。靶標(biāo)的篩選和識別需要基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、生物信息學(xué)等研究領(lǐng)域的深入發(fā)展和現(xiàn)代生物技術(shù)手段如質(zhì)譜、生物大分子相互作用分析（BIA）及生物芯片等技術(shù)的綜合應(yīng)用。藥物靶標(biāo)的確證及其在藥物開發(fā)和疾病治療中的應(yīng)用，需要進(jìn)行反復(fù)的藥理實(shí)驗及臨床研究。欲進(jìn)一步普及基于靶標(biāo)的藥物研發(fā)及靶向治療，需要多個領(lǐng)域的進(jìn)一步深入研究和相互配合。
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第6篇：基因組學(xué)的特點(diǎn)范文
【關(guān)鍵詞】 基因組學(xué);教學(xué)改革;CAI課件;蛋白質(zhì)組學(xué)
生命科學(xué)是21世紀(jì)學(xué)科發(fā)展的主流，人類的醫(yī)學(xué)史證明了僅依靠單一學(xué)科，如：細(xì)胞學(xué)、發(fā)育學(xué)、腫瘤學(xué)、人類遺傳學(xué)或分子生物學(xué)難以完成人類對自身的認(rèn)識和保護(hù)。人類基因組學(xué)的產(chǎn)生和人類基因組計劃（human genome project， HGP）的完成，使得人類能夠?qū)ιF(xiàn)象進(jìn)行系統(tǒng)和科學(xué)地認(rèn)識，揭示疾病產(chǎn)生的機(jī)制以及長壽與衰老等生命現(xiàn)象。本科生通過對基因組科學(xué)與人類疾病課程的學(xué)習(xí)，能夠了解什么是基因組科學(xué)，其主要研究方法和手段，如何從基因水平認(rèn)識疾病、診斷疾病和治療疾病，為今后更深入地在臨床上應(yīng)用這些知識為患者服務(wù)或是繼續(xù)更深入地進(jìn)行理論研究奠定基礎(chǔ)。
1 課程改革的特點(diǎn)
彌補(bǔ)本科生對于生命科學(xué)，特別是基因組科學(xué)與人類疾病關(guān)系的認(rèn)識，提高學(xué)生的科研能力，為將來的研究生階段的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)，或是對于走上臨床認(rèn)識疾病、治療疾病有促進(jìn)作用。本課程是我校在本科生中新開設(shè)的一門選修課，本課程的開設(shè)得到了學(xué)校有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)的高度重視，經(jīng)多次論證和在學(xué)生中征求意見，學(xué)生的反響強(qiáng)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(rèn)識，對自己 的科研能力有一定的提高。
2 教學(xué)研究探索的幾個方面
2．1 更新教學(xué)內(nèi)容 課程講授是當(dāng)前生命科學(xué)中前沿領(lǐng)域的熱點(diǎn)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(fā)展、方法、DNA測序的規(guī)模化與工業(yè)化）；cDNA測序和基因表達(dá)譜的研究（包括cDNA文庫的構(gòu)建、全長cDNA的克隆、基因表達(dá)譜的概念及其在醫(yī)學(xué)應(yīng)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(guān)基因中的應(yīng)用）；基因治療（包括基因轉(zhuǎn)移和基因治療的早期歷史、基因治療的現(xiàn)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(shù)（包括理論依據(jù)、基因工程技術(shù)的內(nèi)容—目的基因獲取、克隆、表達(dá)、基因工程技術(shù)在臨床醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用現(xiàn)狀）；生物信息學(xué)（包括生物信息學(xué)的概念、產(chǎn)生的背景、生物信息學(xué)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢、生物信息學(xué)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用）；蛋白質(zhì)組學(xué)（包括蛋白質(zhì)組學(xué)的概念及其在生命科學(xué)研究中 的意義、國內(nèi)外相關(guān)研究動態(tài)、蛋白質(zhì)組學(xué)研究發(fā)展展望）；生物芯片（生物芯片的原理、種類及在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用）；生物安全（包括生物安全的概念及含義、轉(zhuǎn)基因生物的安全性、轉(zhuǎn)基因動物及其產(chǎn)品的安全性、轉(zhuǎn)基因食品安全性、醫(yī)藥生物技術(shù)及其產(chǎn)品的生物安全、國內(nèi)外生物安全法規(guī)及管理）等內(nèi)容。
2．2 本課程將采取理論與實(shí)驗相結(jié)合的教學(xué)方法 鼓勵學(xué)生敢于提出問題，獨(dú)立思考問題，老師與學(xué)生共同參與教學(xué)內(nèi)容。根據(jù)學(xué)生人數(shù)安排一定的動手操作實(shí)驗的課程［1，2］。
2．3 采用多媒體教學(xué)形式，加深學(xué)生的理解 一方面，可以加深同學(xué)的理解能力；另一方面，對于條件不允許的實(shí)驗，學(xué)生可以通過多媒體的形式了解實(shí)驗過程［3］。
2．4 將科研的思路、科研的方法融入教學(xué)之中，提高學(xué)生的科研能力 課堂教學(xué)中和課下作業(yè)安排一定量的文獻(xiàn)檢索、文獻(xiàn)翻譯閱讀、科研方法設(shè)計、預(yù)測實(shí)驗結(jié)果等內(nèi)容。
2．5 改革考試形式 采取閉卷筆試與課下查文獻(xiàn)、答題相結(jié)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(dāng)前基因組科學(xué)最近發(fā)展的教材，并計劃出版發(fā)行。
3 教學(xué)效果的學(xué)生評價
聽取學(xué)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(xué)生意見 問卷內(nèi)容包括實(shí)驗內(nèi)容的安排、教師授課質(zhì)量、希望的授課內(nèi)容方式、感興趣的實(shí)驗內(nèi)容等等。
3.2 建立學(xué)生公共信箱 一方面可以將某些授課內(nèi)容、習(xí)題、思考題等通過公共信箱讓同學(xué)下載，另一方面學(xué)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(diào)整課程安排。
3.3 整學(xué)期課程進(jìn)行中期和結(jié)課前安排兩次學(xué)生課堂討論 討論時間20min左右，及時反饋信息，提高理論與實(shí)驗教學(xué)質(zhì)量。
總之，本科生的基因組科學(xué)與人類疾病課程是一門較新的課程，在諸多方面需要進(jìn)行改革探索，以適應(yīng)當(dāng)前生命科學(xué)發(fā)展的需要并滿足學(xué)生汲取新知識的需要。
【參考文獻(xiàn)】
1 常冰梅，王惠珍，張悅紅.醫(yī)學(xué)七年制生物化學(xué)教學(xué)方法探索.山西醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)教育版)，2005，(6):37.
第7篇：基因組學(xué)的特點(diǎn)范文
[關(guān)鍵詞]現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)；醫(yī)學(xué)檢驗
隨著基因克隆技術(shù)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(jì)末數(shù)理科學(xué)在生物學(xué)領(lǐng)域廣泛滲透，在結(jié)構(gòu)基因組學(xué)，功能基因組學(xué)和環(huán)境基因組學(xué)逢勃發(fā)展形勢下，分子診斷學(xué)技術(shù)將會取得突破性進(jìn)展，也給檢驗醫(yī)學(xué)帶來了嶄新的領(lǐng)域，為學(xué)科發(fā)展提供了新的機(jī)遇。
1 分子生物傳感器在醫(yī)學(xué)檢驗中的應(yīng)用
分子生物傳感器是利用一定的生物或化學(xué)的固定技術(shù)，將生物識別元件（酶、抗體、抗原、蛋白、核酸、受體、細(xì)胞、微生物、動植物組織等）固定在換能器上，當(dāng)待測物與生物識別元件發(fā)生特異性反應(yīng)后，通過換能器將所產(chǎn)生的反應(yīng)結(jié)果轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢暂敵?、檢測的電信號和光信號等，以此對待測物質(zhì)進(jìn)行定性和定量分析，從而達(dá)到檢測分析的目的。
分子生物傳感器可以廣泛地應(yīng)用于對體液中的微量蛋白、小分子有機(jī)物、核酸等多種物質(zhì)的檢測。在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)檢驗中，這些項目是臨床診斷和病情分析的重要依據(jù)。能夠在體內(nèi)實(shí)時監(jiān)控的生物傳感器對于手術(shù)中和重癥監(jiān)護(hù)的病人很有幫助。
Skladal等用經(jīng)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(shí)時監(jiān)測其DNA的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)錄和聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（PCR）擴(kuò)增過程，完成整個監(jiān)測過程僅需10 min且裝置可重復(fù)使用。
Petricoin等用壓電傳感器研究了破骨細(xì)胞生成抑制因子（OPG）和幾種相應(yīng)抗體的相互作用，研發(fā)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(jīng)遞質(zhì)的酶電報，將電極放置在神經(jīng)肌肉接點(diǎn)附近可實(shí)時測定并記錄鄰近的神經(jīng)元去極化后所釋放的遞質(zhì)谷氨酸。
2 分子生物芯片技術(shù)在醫(yī)學(xué)檢驗中的應(yīng)用
隨著分子生物學(xué)的發(fā)展及人們對疾病過程的認(rèn)識加深，傳統(tǒng)的醫(yī)學(xué)檢驗技術(shù)已不能完全適應(yīng)微量、快速、準(zhǔn)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(diǎn)代表一種分子探針），并與標(biāo)記的樣品雜交或反應(yīng)，通過自動化儀器檢測雜交或反應(yīng)信號的強(qiáng)度而判斷樣品中靶分子的數(shù)量。
在檢測病原菌方面，由于大部分細(xì)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(zhuǎn)錄可檢測標(biāo)本中的有無病原體基因的表達(dá)及表達(dá)的情況，以判斷病人感染病原及感染的進(jìn)程、宿主的反應(yīng)。由于P53抑癌基因在多數(shù)腫瘤中均發(fā)生突變，因此其是重要的腫瘤診斷靶基因。
Nam等人將硅基質(zhì)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(shù)在醫(yī)學(xué)檢驗中的應(yīng)用生物活性物質(zhì)的檢測有很多種方法，其中，以抗體為基礎(chǔ)的技術(shù)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(zhì)和異生質(zhì)（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(xué)發(fā)光物質(zhì)為基礎(chǔ)所產(chǎn)生的檢測與傳統(tǒng)微量滴定板技術(shù)相比具有簡單、快速和靈敏的特點(diǎn)。
Van Helden等將抗體連接的納米磁性微球與高效率、快速的化學(xué)發(fā)光免疫測定技術(shù)相結(jié)合的自動檢測系統(tǒng)，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(shù)也已建立，其中亦用到抗體、蛋白納米磁性微粒復(fù)合物和堿性磷酸酶標(biāo)記二抗。
4 分子蛋白組學(xué)在醫(yī)學(xué)檢驗中的應(yīng)用
當(dāng)前有關(guān)分子蛋白質(zhì)組學(xué)的大量研究成果喜人，但一大部分結(jié)論是眾說紛紜、甚至是互相矛盾。一些經(jīng)典的腫瘤標(biāo)志物卻無法在當(dāng)前以表面增強(qiáng)激光解析離子化-飛行時間質(zhì)譜（SELDI-TOF-MS）技術(shù)為代表的蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)中體現(xiàn)出來?？赡艽嬖谝韵聨追矫娴膯栴}。一方面是SELDI-TOF-MS技術(shù)自身的限制性，包括敏感性、重復(fù)性以及使用當(dāng)前設(shè)備對每個峰值蛋白確認(rèn)的局限性；另一方面是實(shí)驗設(shè)計及對照組選擇是否恰當(dāng)，某個蛋白組模式反映的是腫瘤的特異性，還是炎癥反應(yīng)，或是代謝紊亂等無法定論；另一方面是不同實(shí)驗室結(jié)果可比性、標(biāo)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(shù)在檢驗醫(yī)學(xué)中才能發(fā)揮革命性作用。
5 分子生物學(xué)技術(shù)在醫(yī)學(xué)檢驗發(fā)展中的趨勢
檢驗醫(yī)學(xué)中的分子生物學(xué)技術(shù)發(fā)展趨勢有二：一是定量PCR；二是PCR的全自動化，如應(yīng)用擴(kuò)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(kuò)增技術(shù)如連接酶反應(yīng)（LCR），鏈置換擴(kuò)增系統(tǒng)（SDA），轉(zhuǎn)錄擴(kuò)增系統(tǒng)（TAS），自限序列擴(kuò)增系統(tǒng)（3SR），QB復(fù)制酶擴(kuò)增系統(tǒng)等技術(shù)也將由科研進(jìn)入臨床。分子生物學(xué)技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化和質(zhì)量控制引起了廣泛關(guān)注，特別是衛(wèi)生部頒發(fā)的PCR實(shí)驗室管理辦法對PCR技術(shù)應(yīng)用的健康發(fā)展起到了關(guān)鍵作用。為解決PCR交叉污染問題，從標(biāo)本制備到檢測的全封閉系統(tǒng)及相應(yīng)的自動化儀器已在國內(nèi)逐步普及。
結(jié)語：通過對現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)在醫(yī)學(xué)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(guān)的學(xué)科，其實(shí)有著莫大的聯(lián)系。二者如果能很好的結(jié)合運(yùn)用，將會為醫(yī)學(xué)與生物學(xué)帶來許多好處，并且可以相互發(fā)展，相互進(jìn)步。
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第8篇：基因組學(xué)的特點(diǎn)范文
人類基因組計劃自20世紀(jì)90年代初開展以來，取得了許多重要的研究進(jìn)展，獲得了包括人類、水稻、擬南芥等多種模式生物在內(nèi)的基因組DNA的全序列［1－4］，這對生命科學(xué)的發(fā)展具有劃時代的意義，生命科學(xué)從此進(jìn)入了后基因組時代。
然而，這些令人振奮的進(jìn)展也隨之產(chǎn)生了新問題，由基因編碼的蛋白質(zhì)與基因本身不同，其在生物體內(nèi)的表達(dá)和功能具有復(fù)雜的動態(tài)性、時空性，以及1個基因?qū)?yīng)多個蛋白質(zhì)，即mRNA與蛋白質(zhì)之間并非簡單的一一對應(yīng)關(guān)系，蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)也不可能依靠DNA序列來解析。大量的新基因及蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)不斷涌現(xiàn)，就需要重新認(rèn)識這些基因與其所編碼的蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)及它們所執(zhí)行的功能等，從而將各個蛋白質(zhì)之間的上、下游關(guān)系和相互作用解釋清楚。此外，蛋白質(zhì)在生物體合成之后，對于蛋白質(zhì)翻譯后加工、修飾、蛋白質(zhì)之間的相互作用、功能以及其運(yùn)輸、在生物體的組織和細(xì)胞定位、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的形成、代謝途徑等都無法從基因組水平的研究上進(jìn)行解釋。所以，直接在蛋白質(zhì)水平上的研究對于深入剖析生物體的運(yùn)行機(jī)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(zhì)組（Proteome）的概念［6］。它是指生物體的全部蛋白質(zhì)組成及其表達(dá)方式。蛋白質(zhì)組研究目前雖然尚處于起始階段，但已經(jīng)獲得了很多重要的研究成果。當(dāng)今蛋白質(zhì)組學(xué)的主要任務(wù)是不斷完善和更新蛋白質(zhì)組研究技術(shù)和手段，大量進(jìn)行蛋白質(zhì)分析。在植物病理學(xué)的應(yīng)用研究中，可以通過比較正常組織和疾病組織的蛋白質(zhì)表達(dá)情況，鑒定出特異的病程相關(guān)蛋白質(zhì)，而這些特異蛋白質(zhì)也可以作標(biāo)記來輔助選育抗病品種，從而將其應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐［7］。
1蛋白質(zhì)組學(xué)研究手段
目前，蛋白質(zhì)組的研究內(nèi)容主要分2個方面。
一方面，通過雙向電泳技術(shù)獲得正常（健康）生理條件下的生物體、組織或某些特定細(xì)胞的蛋白質(zhì)組電泳圖譜，并將這些圖譜數(shù)據(jù)作為待檢測生物體、組織或某些特定細(xì)胞的參考電泳圖譜。另一方面則是比較在非正常（疾?。┥項l件下生物體蛋白質(zhì)組所發(fā)生的變化。如蛋白質(zhì)表達(dá)量的變化、組織表達(dá)特異性的變化、蛋白質(zhì)翻譯后修飾的變化以及在細(xì)胞或亞細(xì)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(dá)的蛋白質(zhì)的分析鑒定，可以對編碼該蛋白質(zhì)的基因進(jìn)行研究，延伸對該基因功能及結(jié)構(gòu)的了解，也可以為功能蛋白質(zhì)組學(xué)的研究提供參考，甚至發(fā)現(xiàn)新的基因和蛋白質(zhì)，完善已有基因組和蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)庫等［8］。目前，蛋白質(zhì)組學(xué)的主要研究技術(shù)包括3個方面，即包括蛋白質(zhì)的分離、鑒定技術(shù)和生物信息學(xué)技術(shù)。
1．1蛋白質(zhì)分離技術(shù)
雙向電泳技術(shù)作為目前蛋白質(zhì)組學(xué)中應(yīng)用最為廣泛的實(shí)驗技術(shù)，它具有實(shí)驗流程成熟、分辨率高、重復(fù)性好的特點(diǎn)，是一種成熟的蛋白質(zhì)組學(xué)研究技術(shù)［9］。雙向電泳的基本原理是，根據(jù)所有蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)和分子量大小，進(jìn)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(zhì)的等電點(diǎn)進(jìn)行分離，分為固相化pH梯度等電聚焦和載體兩性電解質(zhì)pH梯度等電聚焦2種，目前廣泛采用預(yù)制膠條進(jìn)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(zhì)分子量的大小進(jìn)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(zhì)的兩個彼此不相關(guān)的而對蛋白質(zhì)的性狀又極其重要性質(zhì)對其進(jìn)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(zhì)點(diǎn)，最高可以達(dá)到11000個蛋白質(zhì)點(diǎn)的分辨率［11］。
近年來，隨著生命科學(xué)的不斷發(fā)展，越來越多的交叉學(xué)科和實(shí)驗技術(shù)也隨之出現(xiàn)，如一些新的蛋白質(zhì)分離方法，親和色譜、多維色譜毛細(xì)管電泳等。這些新技術(shù)雖然不能完全代替雙向電泳技術(shù)，但可以在一定程度上彌補(bǔ)雙向電泳的一些不足。從目前的發(fā)展趨勢來看，液相色譜－質(zhì)譜聯(lián)用已經(jīng)成為發(fā)展較快的蛋白質(zhì)組學(xué)分離技術(shù)之一，并越來越受到蛋白質(zhì)組學(xué)研究者的關(guān)注。該技術(shù)最突出的優(yōu)勢是對生物體蛋白質(zhì)組進(jìn)行分析時的歧視效應(yīng)大大減小，該技術(shù)可以同時實(shí)現(xiàn)蛋白質(zhì)的分離和鑒定的在線聯(lián)用，因此，液－質(zhì)聯(lián)用技術(shù)的發(fā)展有利于蛋白質(zhì)組研究向高通量化和自動化的方向發(fā)展［12］。
然而，雙向電泳技術(shù)作為最成熟的蛋白質(zhì)組學(xué)研究方法，可以既快又全面地獲取生物體蛋白質(zhì)組變化的宏觀信息，同時也可以較好地與后續(xù)的分析方法串聯(lián)，從而有效地進(jìn)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(yōu)勢［13］，因此，目前雙向電泳技術(shù)仍然是蛋白質(zhì)組學(xué)的核心技術(shù)之一。
1．2質(zhì)譜技術(shù)
利用質(zhì)譜技術(shù)對已通過雙向電泳等技術(shù)分離的蛋白質(zhì)進(jìn)行鑒定是蛋白質(zhì)組學(xué)研究中的關(guān)鍵步驟。20世紀(jì)80年代末，日本科學(xué)家田中耕一和美國科學(xué)家JohnBFenn分別開發(fā)出基質(zhì)輔助激光解吸電離技術(shù)（matrixassistedlaserdesorptionionization，MALDI）［14］和電噴霧電離（electrosprayionization，ESI）［15］2種軟電離技術(shù)，推動了生物質(zhì)譜（Bio－MS）的發(fā)展，使傳統(tǒng)的主要應(yīng)用于微觀物質(zhì)研究的質(zhì)譜技術(shù)的應(yīng)用性發(fā)生了巨大的變革［13］。MALDI，ESI－MS等技術(shù)的出現(xiàn)促使雙向電泳向與質(zhì)譜兼容的方向發(fā)展，也推動了質(zhì)譜儀的核心裝置即質(zhì)量分析器的改進(jìn)，使生物質(zhì)譜技術(shù)更有效地應(yīng)用于蛋白質(zhì)組的研究領(lǐng)域。用于蛋白質(zhì)組研究的質(zhì)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(zhì)譜主要通過對蛋白質(zhì)、多肽等的質(zhì)量測定以及肽質(zhì)量指紋圖譜測定和氨基酸序列測定，對雙向電泳技術(shù)分離的蛋白質(zhì)點(diǎn)的定量蛋白質(zhì)組進(jìn)行分析、鑒定、蛋白質(zhì)的翻譯后加工、修飾以及蛋白質(zhì)相互作用等研究。
目前，生物質(zhì)譜被認(rèn)為是高通量、高效進(jìn)行蛋白質(zhì)鑒定的首選工具之一，它與很多分離方法進(jìn)行了有機(jī)的結(jié)合，并得到了廣泛的應(yīng)用，如與雙向電泳、CE、多維色譜的聯(lián)用或質(zhì)譜本身的聯(lián)用等，是復(fù)雜蛋白質(zhì)樣品分離分析時不可替代的方法。但在目前的應(yīng)用中，該方法還存在一些技術(shù)上的瑕疵，如質(zhì)譜的定量問題等。另外，近年來熒光雙向差異凝膠電泳技術(shù)、激光捕獲微切割技術(shù)（lasercapturemicrodissection，LCM）、表面增強(qiáng)激光解吸電離－飛行時間－質(zhì)譜（surface－enhancedlaserdesorptionionizationtime－of－flightmassspectro－metry，SELDI－TOF－MS）和穩(wěn)定同位素特征標(biāo)簽生物質(zhì)譜技術(shù)等也得到了較快的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用［16］。相信隨著生物質(zhì)譜和相關(guān)技術(shù)的不斷完善和改進(jìn)，這些方法必將會在蛋白質(zhì)組學(xué)的研究中更好地發(fā)揮作用，不斷滿足高效、高通量和自動化鑒定、篩選蛋白質(zhì)的需求。
1．3生物信息學(xué)
生物信息學(xué)是近幾年發(fā)展起來的一門新興的交叉學(xué)科，它由生物技術(shù)與計算機(jī)科學(xué)技術(shù)以及應(yīng)用數(shù)學(xué)學(xué)科等有機(jī)組成。它通過對蛋白質(zhì)組研究采用的試驗方法（如雙向電泳、質(zhì)譜分析、色譜分析、酵母雙雜交、蛋白質(zhì)微量測序等）所獲得的試驗圖譜、序列等數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計、檢索、分析等，以揭示這些數(shù)據(jù)中所蘊(yùn)含的生物學(xué)意義，從而解釋一些有規(guī)律的生命現(xiàn)象［17］。生物信息學(xué)在蛋白質(zhì)組學(xué)中的的研究內(nèi)容主要包括：大規(guī)模蛋白質(zhì)組學(xué)試驗數(shù)據(jù)的獲得，將試驗數(shù)據(jù)經(jīng)過軟件處理成具有生物學(xué)意義的試驗結(jié)果，以及對試驗結(jié)果分析、解釋，最后將獲得的信息進(jìn)行以及對上述過程的管理等。
蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫不僅標(biāo)志著蛋白質(zhì)組學(xué)的研究水平，也是蛋白質(zhì)組學(xué)研究的基礎(chǔ)。目前，蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫主要是美國國家實(shí)驗室的PDB（ProteinDataBank），蛋白質(zhì)序列數(shù)據(jù)庫主要是瑞士日內(nèi)瓦大學(xué)的SWISS－PROT［18］。生物信息學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展已為蛋白質(zhì)組學(xué)研究提供了許多高效、便利的分析軟件，尤其是蛋白質(zhì)質(zhì)譜鑒定軟件和算法發(fā)展迅速，最近發(fā)展了一種分析技術(shù)，可以直接搜尋基因組數(shù)據(jù)庫，對質(zhì)譜數(shù)據(jù)進(jìn)行基因注釋和判斷復(fù)雜的拼接方式，因此，生物信息學(xué)的進(jìn)展為蛋白質(zhì)組學(xué)、基因組學(xué)、生物芯片技術(shù)等生命科學(xué)的前沿領(lǐng)域的發(fā)展起了較大的推動作用［19］。可以預(yù)測，隨著生物質(zhì)譜技術(shù)在蛋白質(zhì)組學(xué)研究中的更大規(guī)模的應(yīng)用，規(guī)?；|(zhì)譜分析會產(chǎn)生海量的數(shù)據(jù)，這將會有效促使更多更完善的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的建立［20］。
2蛋白質(zhì)組學(xué)在植物病理學(xué)上的運(yùn)用
植物蛋白質(zhì)組學(xué)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(jī)制及抗病性研究仍是當(dāng)今植物病理學(xué)和植物抗病育種研究的重要領(lǐng)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(huán)境之中，其中絕大多數(shù)植物不被微生物所侵染，表現(xiàn)出抗病性，并在體內(nèi)產(chǎn)生相應(yīng)的病原物相關(guān)蛋白質(zhì)（pathogenesis－relaedproteins，PR蛋白）來抵御微生物的入侵［22］。當(dāng)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(fù)雜動態(tài)過程，植物與病原物的識別、互作在特定的細(xì)胞、特定的時間、特定的組織或有機(jī)體中并非所有的蛋白質(zhì)都表達(dá)，而是按照寄主植物防御反應(yīng)的需要進(jìn)行特異的表達(dá)和運(yùn)轉(zhuǎn)。蛋白質(zhì)是生物體最終功能的執(zhí)行者，由于DNA序列信息與蛋白質(zhì)序列之間不是一一對應(yīng)的關(guān)系，也不能說明蛋白質(zhì)的翻譯后加工、修飾。因此，植物與病原物之間互作的動態(tài)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(zhì)組學(xué)研究與基因組學(xué)的研究結(jié)果有機(jī)結(jié)合，才能更好地從分子水平解析寄主與病原物互作的內(nèi)在機(jī)制，同時為植物的抗病育種研究提供理論依據(jù)。
2．1蛋白質(zhì)組學(xué)在植物與病原物互作系統(tǒng)中的應(yīng)用
植物蛋白質(zhì)組學(xué)的發(fā)展必將對植物學(xué)科及植物病理學(xué)科的研究與發(fā)展產(chǎn)生重要的推動作用。由于蛋白質(zhì)組學(xué)研究技術(shù)在植物學(xué)科上取得了重要的研究進(jìn)展，有許多成功的研究應(yīng)用案例，再加上蛋白質(zhì)組學(xué)研究技術(shù)具有高分辨率、高通量的優(yōu)勢，很多學(xué)者已經(jīng)將這門技術(shù)應(yīng)用于植物病理學(xué)的研究，并已取得了較大的進(jìn)展。
我國學(xué)者廖玉才等構(gòu)建了大麥抗、感白粉病的近等基因系，并對1葉期的幼苗進(jìn)行了白粉病的接種試驗，對接種48h后的幼苗葉片進(jìn)行了蛋白質(zhì)組學(xué)分析，研究結(jié)果表明，抗病系誘導(dǎo)表達(dá)了在未接種對照中未出現(xiàn)的蛋白質(zhì)點(diǎn)；而感病品系在pH6．0附近誘導(dǎo)表達(dá)的蛋白質(zhì)明顯增多，感病系在pH8．8處在蛋白質(zhì)的表達(dá)量大幅提高，而且蛋白質(zhì)種類也比抗病品系有所增加［23］，該研究也是蛋白質(zhì)組學(xué)在植物病理學(xué)研究中早期的應(yīng)用。陶全洲等在離體條件下，用雙向電泳技術(shù)研究稻瘟病菌Magnaportheoryzae與水稻在接觸反應(yīng)初期階段的蛋白質(zhì)表達(dá)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(guān)蛋白質(zhì)，研究結(jié)果表明，病原菌與寄主發(fā)生接觸反應(yīng)后，有2個組成型蛋白質(zhì)被誘導(dǎo)表達(dá)，即該蛋白質(zhì)在抗病品種和感病品種中都有表達(dá)，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(zhì)與孢子或菌絲體混合后下調(diào)或消失［24］。鄭用璉等通過雙向電泳技術(shù)研究了小麥在受到褐斑病菌浸染后，其誘導(dǎo)表達(dá)了2個特異性病程相關(guān)蛋白質(zhì)，進(jìn)行其氨基酸序列分析后，合成簡并核酸探針，從蛋白質(zhì)序列分析入手分析抗病相關(guān)基因，為從蛋白質(zhì)水平到DNA水平的研究開創(chuàng)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(shù)研究了條銹菌侵入后小麥體內(nèi)蛋白質(zhì)的表達(dá)情況，研究發(fā)現(xiàn)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(nèi)蛋白質(zhì)表達(dá)變化差異非常顯著［7，26］。梁根云等運(yùn)用雙向電泳技術(shù)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(fā)病14d后的葉片差異表達(dá)蛋白質(zhì)，從雙向電泳圖譜上找到9個顯著差異表達(dá)的蛋白質(zhì)點(diǎn)，通過譜技術(shù)鑒定，獲得6個蛋白質(zhì)點(diǎn)的肽質(zhì)量指紋圖譜（PMF），通過網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫搜索、比對，有2個蛋白質(zhì)點(diǎn)被鑒定，分別是與植物抗病性或代謝相關(guān)的蛋白質(zhì)，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(zhì)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(zhì)組學(xué)研究植物病理相關(guān)問題的學(xué)者也較多。Marra利用蛋白質(zhì)組學(xué)研究技術(shù)的高效率、高通量的優(yōu)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(zhì)表達(dá)變化情況，對植物的抗病機(jī)制和拮抗木霉菌的拮抗機(jī)理進(jìn)行了系統(tǒng)的研究［28］。該研究結(jié)果也為從系統(tǒng)上解析植物與病原微生物相互作用的機(jī)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(shù)及其他的一些蛋白質(zhì)組分離和鑒定手段，研究了水稻細(xì)胞和稻瘟病菌懸浮培養(yǎng)時，系統(tǒng)蛋白質(zhì)的表達(dá)變化情況，并分別于懸浮培養(yǎng)后24、48h提取總蛋白質(zhì)，通過雙向電泳分離，并對來自6個不同基因的12種蛋白質(zhì)進(jìn)行了質(zhì)譜鑒定，其中由稻瘟病菌誘導(dǎo)產(chǎn)生了類黃酮還原酶類蛋白和水稻病原菌相關(guān)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(jìn)行了蛋白質(zhì)組學(xué)研究，結(jié)果表明，在接種后的水稻葉片中，有8個蛋白質(zhì)因稻瘟病菌的侵染誘導(dǎo)表達(dá)或表達(dá)增強(qiáng)，隨后通過質(zhì)譜技術(shù)分別鑒定了這8個誘導(dǎo)表達(dá)或表達(dá)量上升的蛋白質(zhì)，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(xì)胞在病原真菌（Fusarium）細(xì)胞壁分泌物誘導(dǎo)下的蛋白質(zhì)表達(dá)變化情況，研究表明，在病原真菌細(xì)胞壁分泌物的誘導(dǎo)作用下，懸浮細(xì)胞外和細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì)表達(dá)變化差異顯著，該研究系統(tǒng)探討了擬南芥對病原菌侵染的抗病相關(guān)蛋白質(zhì)的表達(dá)，以及與信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑相關(guān)基因的表達(dá)變化［31－32］。Konishi等應(yīng)用蛋白質(zhì)組學(xué)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(dá)的蛋白質(zhì)，發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)PR－5在病原菌侵染12h后被誘導(dǎo)表達(dá)，分析表明該蛋白的表達(dá)可能與寄主非專化性抗性反應(yīng)相關(guān)［33］。Oh等對擬南芥懸浮細(xì)胞病原真菌互作過程進(jìn)行了系統(tǒng)研究，結(jié)果表明，脂肪酶類分泌蛋白GLIP1的誘導(dǎo)表達(dá)與擬南芥的抗病性密切相關(guān)，研究分析認(rèn)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(yīng)用差異蛋白質(zhì)組學(xué)方法，從花椰菜與黑腐病致病菌（Xanthomonascampestrispv．campestris）相互作用前后系統(tǒng)蛋白質(zhì)表達(dá)模式的變化情況，對在拉丁美洲危害嚴(yán)重的黑腐病的發(fā)病機(jī)制進(jìn)行了系統(tǒng)研究，結(jié)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(dá)蛋白質(zhì)點(diǎn)被鑒定，這些與病程相關(guān)的蛋白質(zhì)點(diǎn)的鑒定對于深入了解黑腐病發(fā)病分子機(jī)理及其在植物抗病育種上的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)［35］。
Trudy等用TCA沉淀法提取了馬鈴薯晚疫病菌Phytophthorainfestans菌絲培養(yǎng)液中的總蛋白質(zhì)，經(jīng)雙向電泳分離后進(jìn)行質(zhì)譜鑒定，結(jié)果表明，有9個細(xì)胞外分泌蛋白的質(zhì)譜鑒定結(jié)果與cDNAs所編碼蛋白質(zhì)的推測質(zhì)譜數(shù)據(jù)相吻合［36］。該研究將蛋白質(zhì)組學(xué)與基因組學(xué)的研究有機(jī)結(jié)合、相互驗證，為后續(xù)相關(guān)的研究提供了新的思路。
很顯然，應(yīng)用蛋白質(zhì)組學(xué)從生物體與病原物互作的系統(tǒng)水平研究病原菌與寄主植物相互作用的蛋白質(zhì)表達(dá)變化用于植物病理學(xué)的研究具有很強(qiáng)的優(yōu)勢。這提供了一個直接研究植物病害系統(tǒng)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(zhì)組數(shù)據(jù)進(jìn)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(guān)蛋白質(zhì)，并通過其他的分子生物學(xué)方法對其進(jìn)行標(biāo)記、鑒定和功能的預(yù)測分析，再將這些記與植物的抗病育種相結(jié)合，從而更好地為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)服務(wù)。
2．2蛋白質(zhì)組學(xué)在植物病理學(xué)上應(yīng)用的不足之處
隨著功能基因組學(xué)與現(xiàn)代分子生物學(xué)研究方法的不斷更新、完善和發(fā)展，蛋白質(zhì)組研究技術(shù)的日益進(jìn)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(guān)或與寄主的抗病反應(yīng)相關(guān)的基因和蛋白質(zhì)的功能和作用機(jī)理得到了很好的解釋，這些研究結(jié)果也為全面了解植物抗病的分子機(jī)制及其在生產(chǎn)實(shí)踐中的應(yīng)用打下了基礎(chǔ)。然而，蛋白質(zhì)組學(xué)作為后基因組時代新興交叉學(xué)科，當(dāng)前還存在一些技術(shù)上的缺陷與不足尚待改進(jìn)和完善。許多研究結(jié)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(zhì)往往起到信號識別、傳導(dǎo)、傳遞以及激活下游信號發(fā)生級聯(lián)反應(yīng)的關(guān)鍵作用。而在蛋白質(zhì)組學(xué)分析過程中，受到蛋白質(zhì)提取方法的限制，有較多低豐度蛋白質(zhì)得不到相應(yīng)的分離和鑒定。另一方面，有許多低豐度表達(dá)或低分子量蛋白點(diǎn)雖然具備顯著差異表達(dá)特征，但卻未得到成功鑒定，無法獲得該類蛋白質(zhì)點(diǎn)的相關(guān)結(jié)構(gòu)及功能信息，而這些蛋白質(zhì)卻往往在互作過程中起到較為關(guān)鍵的作用。
除此之外，蛋白質(zhì)的分離技術(shù)對于整個蛋白質(zhì)組學(xué)的研究起到?jīng)Q定性的作用，在植物組織中，仍有許多的蛋白質(zhì)如非水溶性蛋白質(zhì)的提取成為是我們獲得整個系統(tǒng)的蛋白質(zhì)組的制約因素。因此，由于生物質(zhì)譜技術(shù)的高度靈敏性，在蛋白質(zhì)的提取和分離過程中，蛋白質(zhì)的純化與否嚴(yán)重影響了蛋白質(zhì)組研究技術(shù)在植物病理學(xué)科尤其是植物與病原物互作的相關(guān)研究。此外，蛋白質(zhì)的提取、分離技術(shù)還有待于進(jìn)一步的提高和完善。蛋白質(zhì)組學(xué)研究與功能基因組學(xué)密息息相關(guān)，目前，蛋白質(zhì)組學(xué)的研究領(lǐng)域還相對狹窄，除人類醫(yī)學(xué)領(lǐng)域外，蛋白質(zhì)組學(xué)分析技術(shù)僅在擬南芥、水稻等少數(shù)完成基因組序列分析的模式生物中得到了較為廣泛的應(yīng)用，而對于其他生物尚處于起步階段。因此，基因組數(shù)據(jù)庫的不完整也成為限制蛋白質(zhì)組學(xué)研究的瓶頸之一，迫切需要各類重要物種基因組數(shù)據(jù)庫的不斷補(bǔ)充和完善來擴(kuò)充該學(xué)科的應(yīng)用范圍。
對于蛋白質(zhì)的分離技術(shù)而言，雖然雙向電泳具有不可替代的優(yōu)勢，但是其規(guī)?；写谶M(jìn)一步加強(qiáng)，二維凝膠電泳染色轉(zhuǎn)移等環(huán)節(jié)操作困難費(fèi)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(zhì)均難以呈現(xiàn)，樣品中高鹽離子濃度、蛋白質(zhì)的定量等以及高質(zhì)量蛋白質(zhì)的制備等方面都有待于進(jìn)一步的提高和完善。蛋白質(zhì)的生物信息學(xué)研究，雖然已有一定范圍的應(yīng)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(shù)和色譜－電泳－質(zhì)譜為主的技術(shù)平臺，用于研究蛋白質(zhì)連鎖群和蛋白質(zhì)功能網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，但受限于其操作的復(fù)雜性，仍缺乏快速、高效、高通量的技術(shù)手段獲取復(fù)雜蛋白質(zhì)相互作用的多維信息。
3結(jié)語與展望
越來越多的新技術(shù)、新方法將會隨著現(xiàn)代分子生物學(xué)實(shí)驗技術(shù)的不斷完善、發(fā)展而涌現(xiàn)，這些新技術(shù)應(yīng)用于與植物病害相關(guān)的研究系統(tǒng)中將為植物病理學(xué)的發(fā)展提供更加優(yōu)越的條件和研究渠道。目前借助于成熟的蛋白質(zhì)組學(xué)分析方法和生物質(zhì)譜鑒定技術(shù)，在寄主植物與病原菌包括病原真菌和病原細(xì)菌2類互作系統(tǒng)中，從植物寄主上獲得了大量的由病原物的誘導(dǎo)產(chǎn)生的差異表達(dá)蛋白質(zhì)。在前人研究的各類互作系統(tǒng)中，已充分驗證了部分以病程相關(guān)蛋白家族為主的蛋白質(zhì)的功能，也明確了這些蛋白在植物抗病機(jī)制中的具體功能，這些研究結(jié)果將為基因組學(xué)和轉(zhuǎn)錄組學(xué)的研究提供了理論依據(jù)，為更深入解析植物寄主響應(yīng)病原菌侵染的復(fù)雜分子機(jī)制提供了有力證據(jù)。
第9篇：基因組學(xué)的特點(diǎn)范文
代謝組學(xué)(metabonomics)是繼基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)之后新近發(fā)展起來的一門學(xué)科，是系統(tǒng)生物學(xué)的重要組成部分。代謝組學(xué)主要研究生物對外源性物質(zhì)所引起的病理生理反應(yīng)，以及對遺傳變異的應(yīng)答和內(nèi)源性代謝物的動態(tài)變化，它通過對生物體液和組織中隨時間改變的代謝物進(jìn)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(xué)事件關(guān)聯(lián)起來，以監(jiān)測活細(xì)胞中化學(xué)變化?；蚪M學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)分別從基因和蛋白質(zhì)層面探尋生命的活動，而實(shí)際上細(xì)胞內(nèi)許多生命活動是與代謝物相關(guān)的，是受代謝物調(diào)控的?；蚺c蛋白質(zhì)的表達(dá)緊密相連，而代謝物則更多地反映了細(xì)胞所處的環(huán)境，這又與細(xì)胞的營養(yǎng)狀態(tài)、藥物以及其它外界因素的影響密切相關(guān)。因此，有學(xué)者認(rèn)為，基因組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)能夠說明可能發(fā)生的事件，而代謝組學(xué)則反映確實(shí)已經(jīng)發(fā)生了的事情[1]。 代謝組學(xué)強(qiáng)調(diào)把人體作為一個完整的系統(tǒng)來研究，通過測定人體各種體液內(nèi)代謝物的組成變化來認(rèn)識和反映人體代謝網(wǎng)絡(luò)在疾病和藥物作用下的變化規(guī)律。這對于揭示復(fù)雜性疾病的機(jī)理和藥物的代謝模式具有獨(dú)特的優(yōu)勢，與中醫(yī)學(xué)的整體觀、系統(tǒng)觀和辨證論治思維非常吻合，也與中醫(yī)重視從人與自然、人與社會和人體內(nèi)在的普遍聯(lián)系和動態(tài)變化去分析、認(rèn)識把握疾病發(fā)生、發(fā)展、變化的客觀規(guī)律的認(rèn)識一致。因此，專家認(rèn)為，人類基因組計劃第一次使西方醫(yī)學(xué)擺脫了還原論的束縛，在繼續(xù)強(qiáng)調(diào)分析的同時，更加重視分析和綜合的統(tǒng)一。人類基因組計劃和隨后發(fā)展的各種“組學(xué)”技術(shù)把生物學(xué)研究帶入了系統(tǒng)科學(xué)的時代。組學(xué)的出現(xiàn)不是對個別基因或個別蛋白、代謝物的研究，而是對一個細(xì)胞或?qū)φ麄€生命體的基因以及它所編碼的蛋白質(zhì)和代謝產(chǎn)物的研究。物理學(xué)、化學(xué)、計算機(jī)科學(xué)、信息科學(xué)、工程科學(xué)現(xiàn)在都已極大地融合到生命科學(xué)的研究之中，重視生命科學(xué)的復(fù)雜性和整體性研究已成為21世紀(jì)生命科學(xué)的發(fā)展趨勢；甚至有專家認(rèn)為，中西醫(yī)藥學(xué)在各自的發(fā)展中逐步整合，形成創(chuàng)新醫(yī)藥學(xué)體系的歷史機(jī)遇正悄然來臨。
1 代謝組學(xué)技術(shù)
代謝組學(xué)主要研究的是作為各種代謝路徑的底物和產(chǎn)物的小分子代謝物(MW
1.1 核磁共振技術(shù)
在代謝組學(xué)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(zhì)的原子核在核外磁場作用下，吸收射頻輻射而產(chǎn)生能級躍遷的譜學(xué)技術(shù)。該技術(shù)于20世紀(jì)70年代初開始應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)的研究并得到迅速發(fā)展。利用高分辨率NMR技術(shù)對完整器官或組織細(xì)胞內(nèi)許多微量代謝組分進(jìn)行檢測，可得到相應(yīng)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(xué)意義，可以了解生物體代謝的規(guī)律，得出科學(xué)的結(jié)論。NMR方法具有無損傷性，不會破壞樣品的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，可在接近生理條件下進(jìn)行實(shí)驗，可在一定的溫度和緩沖液范圍內(nèi)選擇實(shí)驗條件；可以進(jìn)行實(shí)時和動態(tài)的檢測；可設(shè)計多種編輯手段，實(shí)驗方法靈活多樣，滿足了代謝組學(xué)對盡可能多的化合物進(jìn)行檢測的目標(biāo)。NMR還有一個重要的特點(diǎn)，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(yīng)的，所測樣品中的每一個氫原子在圖譜中都有其相關(guān)的譜峰，圖譜中信號的相對強(qiáng)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(chǎn)物中的復(fù)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(zhì)性進(jìn)行區(qū)分、鑒定，被稱為“代謝指紋分析(metabolic fingerprint analysis)”，幫助找出機(jī)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(yù)的動態(tài)系統(tǒng)中，找出機(jī)體代謝變化的規(guī)律。隨著NMR技術(shù)的發(fā)展，以前用于固體的魔角旋轉(zhuǎn)(MAS)技術(shù)被移植到液體領(lǐng)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(shù)，人們可以得到完整的組織樣品高分辨譜圖，擴(kuò)展了代謝組學(xué)研究的樣品范圍，同時可以更全面地對一個系統(tǒng)進(jìn)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(qū)域，并對所有區(qū)域進(jìn)行積分，然后將積分值歸一化后輸出。在得到了這些數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)，得出有價值的生物學(xué)信息。在代謝組學(xué)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(diǎn)是將分散在一組變量上的信息集中到某幾個綜合指標(biāo)即主成分(principal component，PC)上，利用這些主成分來描述數(shù)據(jù)集內(nèi)部結(jié)構(gòu)，實(shí)際上也起著數(shù)據(jù)降維的作用。主成分是由原始變量按一定的權(quán)重經(jīng)線性組合而成的新變量，這些變量具有以下性質(zhì)：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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)集所包含的生物化學(xué)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(nèi)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(yīng)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(chǎn)生的代謝組數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比較，就可以確定它在主成分圖上的位置，從而確定其機(jī)制，并有可能找到生物標(biāo)志物。處于相似病理生理狀態(tài)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(huán)境因素和性別、飲食等因素都會影響分析結(jié)果，故需要采用濾噪技術(shù)，如正交信號校正(orthogonal signal correction)，同時采用更為復(fù)雜的分析方法，如偏最小二乘法、判別分析(PLS-DA)和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。用這類方法可以建立復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型，對未知樣本進(jìn)行預(yù)測分析。NMR技術(shù)在代謝組學(xué)中的應(yīng)用越來越廣泛，但儀器價格及維護(hù)費(fèi)用昂貴限制了該技術(shù)的進(jìn)一步普及。
1.2 質(zhì)譜技術(shù)
質(zhì)譜(MS)技術(shù)是將離子化的原子、分子或是分子碎片按質(zhì)量或是質(zhì)荷比(m/e)大小順序排列成圖譜，并在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行各種無機(jī)物、有機(jī)物的定性或定量分析。新的離子化技術(shù)則使質(zhì)譜技術(shù)的靈敏度和準(zhǔn)確度均有很大程度的提高。將預(yù)處理的體液或是組織，加至質(zhì)譜儀，經(jīng)歷汽化、離子化、加速分離及檢測分析后即可得出相應(yīng)代謝產(chǎn)物或是代謝組的圖譜。圖譜中每個峰值對應(yīng)著相應(yīng)的分子量，結(jié)合進(jìn)一步的檢測分析可以部分鑒定出化學(xué)成分以及半定量關(guān)系。不同組別的質(zhì)譜圖存在差異，加以區(qū)別、鑒定，亦有助于研究代謝的變化規(guī)律及標(biāo)志性代謝產(chǎn)物[3]。
NMR技術(shù)與MS技術(shù)相比，各有其優(yōu)缺點(diǎn)，需要在研究中靈活選用?？傮w而言，NMR技術(shù)應(yīng)用的更為廣泛。此外，根據(jù)代謝組學(xué)的研究需要，還常用于其他的一些分析技術(shù)，如GC、HPLC、高效毛細(xì)管電泳(HPCE)等，它們往往與NMR或MS技術(shù)聯(lián)用，進(jìn)一步增加其靈敏性。
2 代謝組學(xué)技術(shù)與中醫(yī)證候的研究
辨證論治是中醫(yī)藥理論的核心。其實(shí)質(zhì)是根據(jù)個體心身特點(diǎn)及其當(dāng)時的疾病反應(yīng)狀態(tài)而有針對性地進(jìn)行個體化的治療和預(yù)防，從而達(dá)到最佳治療效果。中醫(yī)的“證”是論治的起點(diǎn)和核心。“證”是指在疾病的發(fā)生、發(fā)展過程中，一組具有內(nèi)在聯(lián)系的、能夠反映疾病過程在某一階段的病理病機(jī)，是機(jī)體對體內(nèi)外各種環(huán)境變化和致病因素作出反應(yīng)的一種功能狀態(tài)，其外候表現(xiàn)為一組有相互關(guān)聯(lián)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(yī)的辨病治療。由于每一個證候都有其外象(外候)與內(nèi)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(xué)方法加以演繹，依靠專家的經(jīng)驗打分，最多亦只是半定量，很大程度上依賴于醫(yī)生的診療水平。由于辨證是由外揣內(nèi)，在具體運(yùn)用上受到醫(yī)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(nèi)涵研究。采用代謝組學(xué)技術(shù)，通過對某一病證相關(guān)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(jī)體內(nèi)物質(zhì)的代謝途徑和代謝狀況；同時，代謝組學(xué)還有助于疾病的生物標(biāo)記物的發(fā)現(xiàn)而達(dá)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(chǎn)物的響應(yīng)進(jìn)行分析，即代謝物組的分析，其準(zhǔn)確性依賴于儀器的性能，可以提高診治的科學(xué)化、定量化，避免了人為因素的誤診。
成都中醫(yī)藥大學(xué)王米渠教授用基因芯片的方法研究中醫(yī)寒證患者，發(fā)現(xiàn)寒證的基因表達(dá)譜有顯著差異，在59條差異表達(dá)基因中，絕大多數(shù)與代謝(能量代謝、蛋白質(zhì)代謝等)有關(guān)，說明寒證患者的代謝網(wǎng)絡(luò)有別于常人。上海交通大學(xué)藥學(xué)院實(shí)驗室采用代謝組學(xué)研究發(fā)現(xiàn)腎陽虛模型動物的代謝網(wǎng)絡(luò)明顯偏離正常組動物，而用溫陽中藥干預(yù)后，模型動物的代謝譜回歸至正常范圍，呈現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)修復(fù)的結(jié)果[4]。
本課題組以慢性束縛方法制作應(yīng)激大鼠模型，運(yùn)用動物行為學(xué)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(jīng)NMR數(shù)據(jù)采集與分析發(fā)現(xiàn)：①正常組與模型組之間存在代謝產(chǎn)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(yīng)激大鼠肝郁脾虛證模型組之間有著代謝產(chǎn)物的不同。②模型組隨著造模時間長短的不同，其代謝產(chǎn)物有所變化。③中醫(yī)證候之間可能存在著非常明顯的代謝產(chǎn)物的不同，這種不同是基于不同證候存在著不同物質(zhì)代謝或其代謝網(wǎng)路的改變。中醫(yī)證候的生物學(xué)基礎(chǔ)也可能從代謝組學(xué)研究中找出特異的標(biāo)志性代謝產(chǎn)物，用生物信息學(xué)方法分析生物標(biāo)志物的功能，來確定“證相關(guān)代謝譜群”?；谶@些研究，我們提出中醫(yī)證候的定義：證是機(jī)體對體內(nèi)外各種環(huán)境變化和致病因素作出反應(yīng)的一種功能狀態(tài)，其外候表現(xiàn)為一組有相互關(guān)聯(lián)的癥狀和體征群，其本質(zhì)是機(jī)體失衡而致的代謝或其網(wǎng)路的改變。
3 中醫(yī)證候代謝組學(xué)研究的方法
中醫(yī)證候代謝組學(xué)研究技術(shù)是通過采集證候樣本或模型動物的血漿、尿樣品并進(jìn)行代謝產(chǎn)物譜分析，得到各自的代謝產(chǎn)物譜，找出特異的標(biāo)志性代謝產(chǎn)物，用生物信息學(xué)方法分析生物標(biāo)志物的功能，以確定“證相關(guān)代謝譜群”。也可以用方證反證的方式驗證方藥的作用機(jī)理和進(jìn)行方證相關(guān)性的研究。值得注意的是，現(xiàn)已證明動物體的內(nèi)源性代謝產(chǎn)物與生理條件下的各種變化有關(guān)，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(jié)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(fā)生種類及數(shù)量的差別。因此，建立生理條件下對代謝譜的正確認(rèn)識，是研究各種病理條件或刺激干預(yù)的前提。
代謝組學(xué)正處于快速發(fā)展的階段，日益成為研究的熱點(diǎn)。高通量、高分辨率的分析技術(shù)與生物信息學(xué)相整合，從生物代謝層面進(jìn)行研究，提供了了解生物體的獨(dú)特視角。代謝組學(xué)研究側(cè)重于尋找相關(guān)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(zhì)是今后努力的方向。代謝組學(xué)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(guī)律。在分析手段方面，各種技術(shù)都各有所長，怎樣進(jìn)行優(yōu)勢互補(bǔ)，使得各種分析技術(shù)的數(shù)據(jù)能統(tǒng)一、交叉驗證也是一個亟待解決的問題。而且代謝狀態(tài)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(xué)技術(shù)和方法與傳統(tǒng)的中醫(yī)學(xué)理論結(jié)合起來，并遵循循證醫(yī)學(xué)的原則開展中醫(yī)藥的理論與臨床研究將是未來中醫(yī)方證研究的重點(diǎn)。
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