生命科学概论专题之十市公开课一等奖百校联赛优质课金奖名师赛课获奖课件.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。,生命科学概论专题之十,人类基因组计划的方法论理念,主讲人 杨婉身,1/37,序言,一,.,HGP概述,二,.,HGP方法论理念,三,.,HGP对人类影响,四、,人类基因组计划伦理价值思索,20,世纪90年代，被誉为生命科学“登月计划”伟大科学工程“人类基因组计划”(Human Genome Project，HGP)正式开启，近二十年来科学家们所走过是一条充满艰辛路，同时也是一条谱写辉煌路。回顾这段将在人类历史上永载史册光芒历程，相信对每一位科学殿堂里探索者都会大有启迪.,2/37,一、人类基因组计划概述,全球共有，国际合作，即时公布，无偿共享,1、与基因组相关,基本知识,2、HGP,大事记,3、HGP,科学目标,4、HGP科学精神,3/37,1、与基因组相关知识,生命最小功效单位,细胞,遗传物质载体,染色体,遗传信息载体,DNA,遗传信息基本单位,基因(gene),遗传信息总和,基因组,遗传信息表示,蛋白质组,遗传信息传递传递规律,中心法则,4/37,生命最小功效单位细胞,5/37,遗传物质载体染色体,(chromosome),染色体是遗传物质载体。人类每个体细胞内有46条(23对)染色体，其中44条(22对)为常染色体(男女共有)，2条(1对)为性染色体，其与性别相关，男性为,女性为.每条染色体由两条染色单体组成，彼此借一个着丝粒相连。每条染色单体由一个DNA(脱氧核糖核酸)分子和相关蛋白质组成。,6/37,人类染色体图示,7/37,DNA双螺旋结构形成,5,3,5,3,5,3,5,3,磷酸,核糖,碱基,T-A,碱基对,C-G碱基对,8/37,真核生物染色体DNA组装不一样层次结构,DNA,（2nm）,核小体链（11nm，每个核小体200bp）,纤丝（30nm，每圈6个核小体）,突环（150nm，每个突环大约75000bp）,玫瑰花结（300nm，6个突环）,螺旋圈（700nm，每圈30个玫瑰花）,染色体（1400nm，,每个染色体含10个玫瑰花200bp）,9/37,DNA遗传功效证实肺炎球菌转化试验图解,III S型细胞（有毒）,II R型细胞（无毒）,破碎细胞,II R型细胞接收III S型,DNA,大多数仍为II R型,少数II R型细胞被转化产生III S型荚膜,S（光滑）,S,R,R（粗糙）,+,DNA,10/37,遗传信息基本单位基因（gene）,基因是在染色体上占有一定位置遗传单位，从分子水平看，基因是DNA分子一个片段。其储存有遗传信息，能够准确复制，也可发生突变，并可经过转录和翻译控制蛋白质合成，从而表示各种遗传性状。,在一个细胞内存在全部蛋白质称为蛋白质组。在特定时间、特定环境和试验条件下基因组活跃表示蛋白质为功效蛋白质组(Functiond Proteome)，蛋白质组和功效蛋白质组是生命科学新研究内容(对象)。,基因组(genemo),蛋白质组（proteome）,基因组是指人体全部遗传信息总和，携带有细胞或生物机体,一整套遗传指令,核酸量称为基因组。,11/37,遗传信息传递中心法则,（central-dogma）,中心法则总结了生物体内遗传信息流动规律，揭示遗传分子基础，不但使人们对细胞生长、发育、遗传、变异等生命现象有了更深刻认识，而且以这方面理论和技术为基础发展了基因工程，给人类生产和生活带来了深刻革命。,多肽链,蛋白质,mRNA,DNA,DNA,转录,复制,翻译,翻译后加工,12/37,DNA序列和遗传信息,要求各种蛋白质和RNA结构信息,要求各种基因选择性表示信息,DNA核苷酸序列经过mRNA要求蛋白质氨基酸序列，同时信息转换还要经过蛋白质以外因子,如tRNA、核糖体等来完成,储存在DNA精细结构中，直接表现为特定空间结构，即“密码结构域”，经过DNA相关序列形成特异性结构与相关蛋白质因子结合来表达,顺式行为元件,反式行为元件,13/37,14/37,已测序生物,15/37,2、HGP大事记,1985年,：美国能源部(Department of Energy，DOE)在加州大学圣克鲁滋会议上第一次对人类基因组全部测序进行可行性论证形成“人类基因组计划”草案,1986年,：著名诺贝尔奖取得者Dulbecco在Science上发表文章，高瞻远瞩地率先向世界公开提出人类基因组计划，并提倡全世界有能力科学家共同完成这一国际性大课题。,1990年,：NRC（美国国家科学研究委员会）和DOE宣告这年10月1日为人类基因组计划正式开启时间。,1992年,：美国和法国两支研究队伍分别完成了人类染色体和第21条染色体第一张物理图谱；随即又分别完成了鼠和人遗传图谱。,1993年,：位于英国剑桥Sanger中心加入人类基因组计划，并成为一个主要测序中心。,1994年,：美国与法国完成了人类基因组中第一个完整遗传连接图谱,1996年,：各国科学家聚集在百慕大群岛，讨论并经过了充分表达HGP精神 （,全球共有，国际合作，即时公布，无偿共享,）百慕大标准。,1997年,：大肠杆菌基因组（5Mb）全部测序完成，毛细管测序仪上市,16/37,HGP大事记(续),1998年,：Venter宣告成立Celera企业，并宣称将采取“全基因组鸟枪法”完成人类基因组全部测序。从此，人类基因组测序在“公”“私”之间展开了激烈竞争；同年，线虫基因组测序完成。,1999年,：,中国获准参加HGP，,负担测定人类基因组1%测序任务,；英国日本和美国共同完成了第一条人染色体第22条染色体全部测序工作,。,年,：6月26日，,HGP与Celera,企业领导人在白宫庆贺仪式上共同宣告了人类基因组工作框架图完成，并约定将双方研究结果同时发表;Celera企业完成了果蝇基因组(180)全部测序工作，证实了“全基因组鸟枪法”可行性；德国和日本科学家公布了人类第21条染色体测序结果；第一个植物基因组拟南芥基因组（125Mb）被全部测序。,年：HGP将人类基因组工作框架图发表在Nature;Celera企业则将其结果发表在Science上。“工作框架图”已能覆盖人类基因组97%，其中最少92%序列已组装得准确无误，并显示其中只有3万到3.5万个编码蛋白质基因，这是人类基因组研究一个主要里程碑。,17/37,3、HGP科学目标,基本目标与任务,在制图基础上测序，最终取得四张图谱（遗传图、物理图、转录图、序列图），这四张图组成人类不一样层次、分子水平“第二张解剖图”，成为人类认识自我新知识源泉。,遗传图,物理图,转录图,序列图,后基因组时代,人类基因组计划基本目标与任务只是一个以测序为主结构基因组学研究，伴随该目标实现，“生物信息学”、“功效基因组学”、“蛋白质组学”兴起，HGP研究重心逐步由结构向功效转移，即基因组功效信息提取、判定和开发利用，以及与此相关数据资料和技术伎俩储存和使用,。,18/37,人体解剖图,19/37,遗传图,以含有遗传多态性遗传标识为路标,以遗传学距离为图距绘制基因组图。此处遗传多态性定义为在某个遗传位点上含有一个以上等位基因,且其在群体中出现频率均高于1%。而遗传学距离则是指在减数分裂事件中,两个位点之间进行交换、重组百分率,并要求1%重组率为1。,多态性标志,第一代：,限制性酶切片段长度多态性,（restriction fragment,length polymophism,，,RFLP,）,第二代：,简单序列长度多态性（simple sequence length,polymophism，,SSLP,）,第三代：,单个核苷酸多态性（sequence tagged site，,SNP,）,20/37,物理图,以一段已知核苷酸序列DNA片段为标识,以Mb或Kb作为图距绘制基因组图。该DNA片段称序列标识位置(sequence tagged site，,STS,)。,物理图意义在于STS可把经典遗传学与细胞遗传学位点信息转化为基因组位点物理信息，基于STS位点信息相连片段群又提供了研究区域试验材料，以这些片段材料便可进行该区域基因组研究或在该区域寻找新基因。,21/37,转录图,把mRNA先分离、定位，再转录成cDNA，这就组成一张人类基因转录图，cDNA片段又称表示序列标签(exprossed sequence tag，EST)，所以转录图也称为表示序列图。,因为cDNA含有组织、生理与发育阶段特异性，所以EST除提供序列信息外，同时也提供了该基因表示组织、生理情况与发育阶段信息。,22/37,序列图,人类基因组核苷酸序列图即是分子水平最高层次、最详尽物理图，由总长度为1左右、约由31亿核苷酸组成。当前人类基因组全序列图实际上是一个“代表性人类个体”序列图，因为全部些人类基因个体基因位点都是相同,不一样族种、不一样个体基因差异,以及“正常”与“致病”基因差异,只是同一位点上等位基因差异。,23/37,3、HGP对生命科学与生物产业发展导向性意义,规模化,序列化,信息化,产业化,医学化,人文化,24/37,二、人类基因组计划方法论理念,1.,HGP技术路线整体性,2.,HGP价值目标开放性,3.,HGP组织协同性,4.,复杂性系统研究意义,回顾“人类基因组计划”提出、目标制订、组织策略，我们发觉，HGP中蕴含了整体性、开放性、协同性等方法论理念，这是以生命科学为代表当代科学发展所表达一个系统思维，是科学观念从强调还原论、追求简单性到关注系统性、探索复杂性表达。,25/37,人类基因组计划不但深刻地反应了当代生命科学研究对象所含有整体性和复杂性，而且表达了科学发展一个内在整体性。所以，在生命科学研究中，分析和还原作为一个科学研究方法是有效，科学本身深入分化和微观领域深入，仍是科学发展一个主要方向。但生命复杂系统研究更需要一个处理复杂性方法，,科学发展整体化、综合化已日益显著并成为当代科学发展新趋势，系统整体性将成为未来科学研究中一个主要方法论理念。,人类基因组计划技术路线整体性,26/37,“为科学而科学”时代已经过去。科学不再是一个封闭系统，只有开放才能发展。科学开放性主要表达在两个方面：科学国际性，科学社会性。,1、HGP从实施开始，就伴伴随市场强大驱动和商业激烈竞争，从而引发了一场世纪“抢基因”大战;,2、HGP研究对象是人类这个物种本身，是人类要对自己生命进行根本“解剖”。所以，人类基因组计划虽是一项伟大科学工程，但其研究却直接关涉人类物种生存与进化、人类价值与意义，其价值目标已远远超出了自然科学领域，对社会产生巨大影响和强烈震动。,3、HGP从一开始就包含了一个主要项目研究人类基因组计划伦理、法律和社会问题(ethical,legal andsocial implication，,ELSI,)。,HGP,目标系统现有“定时、定质、定量”科学目标,，,又包含了含有强烈人文关心社会价值目标。这种科学研究与人文关照交融,，,是当代科学开放性显著表现,，,也是科学发展一个必定趋势。,人类基因组计划价值目标开放性,27/37,人类基因组计划组织协同性,人类基因组计划除了各国政府参加和支持外,，,其不言而喻科学意义和巨大经济价值,，,也使许多私人企业主动加入到人类基因组研究行列。经过科学辩论，激烈竞争，最终达成了共识与合作。这,是世界范围内科学大协作，是一个真正国际性科学工程。,它所提倡“,全球共有，国际合作，即时公布，无偿共享,”科学精神将成为科学普遍性、公有性、无私利性、协作性等科学精神新典范。,28/37,复杂性系统研究意义,人类基因组计划,这个跨世纪、国际性伟大科学工程，使生命科学进入了一个新时代，也对人类思维产生了主要影响。能够预料，一个系统方法论理念和思维方式，将伴随当代科学技术发展以及系统复杂性研究进展，而不停表达和完善。,复杂性研究极有可能成为21世纪科学研究前沿和富有挑战性重大课题；也极有可能成为人类思维一个新范式；人们期待并坚信；复杂性研究将取得突破性进展。,29/37,三、HGP对人类影响,人类基因组计划与“蔓哈顿”原子弹计划、“阿波罗”登月计划，并称为自然科学史上三大计划，不过人类基因组计划对人类本身影响将远远超出另两项计划。因为人类基因蕴涵有些人类生、老、病、死绝大多数遗传信息，破译它将为疾病诊疗、新药品研究开发和新疾病治疗方法探索带来革命性变革，所以解码人类基因组又被喻为生物“圣杯”。,不过，科学是一柄双刃剑，科学既能够为人类造福，也可能为人类带来灾难，尤其象人类基因组计划这么对人类本身影响重大科学项目，已经比任何科学研究计划引出了更多对法律、伦理、国家安全挑战。,30/37,HGP将给人类带来好处,1、将带动一场医学革命,用基因图谱看病,基因药品治病,基因检测预防隐患,基因治疗疾病,2、获取了操纵生命工具,控制生命孕育优生优育,延长人寿命,选择最正确生活环境,3、得以进行准确个体判定,基因身份证,生物考古,4、将带来,巨大商机,生物制药,器官培植,31/37,HGP 可能给人类带来隐患,社会平等与基因歧视,科技进步与基因技术滥用,社会公正与基因结果利益均等分配,技术不确定性和基因安全,32/37,四、人类基因组计划,伦理价值思索,HGP以其深远社会影响而备受关注。就它作为纯粹工具理性而言,并不显现或包含特定道德价值。但它作为一项主要研究行为，是人类认知世界和改造世界社会活动一部分，是研究者主观目标性行为，其中必定渗透着某种价值判断和取舍，它含有极强伦理负载。所以，应加强基因伦理研究,引入基因工作者责任机制,形成基因研究基本伦理规范和标准,以确保人类基因组研究正确方向。研究与基因组相关伦理、法律和社会问题,ELSI项目,成为HGP主要组成部分。,重视基因伦理研究，形成基本伦理标准和规范,明确科学工作者责任，建立合理科学责任制度,33/37,ELSI研究问题及目标,研究问题：,(1)基因差异问题；(2)公平性问题；(3)基因隐私问题；,(4)临床问题；(5)基因产品商业化问题；,(6)对人类责任相关概念和哲学蕴含问题,目标:(1998年年),（1）检验与人类基因组序列完成相关问题以及关于人类基因多样性问题；,（2）审查把基因技术和信息利用到卫生保健和公众健康活动中所出现问题；,（3）检验把基因组学和基因-环境相互作用知识利用到非临床情况提出问题；,（4）探索新基因知识与哲学、神学和伦理学观点相互影响问题；,（5）探索种族、文化传统和社会经济学原因怎样影响基因信息使用、了解和解释问题，基因服务利用以及政策发展问题。,34/37,课堂辩论题目,正方观点：,人类基因组计划对人类利大于弊,反方观点：,人类基因组计划对人类弊大于利,35/37,课堂作业,1、写出人类基因组计划英文全称和缩写符号。,2、人类基因组计划主要目标是什么？当前已进入什么阶段？,3、人类基因组计划精神是什么？,4、人类基因组计划会对人类社会带来什么样影响？利大于弊还是弊大于利？请阐述你观点。,5、请你对本期“生命科学概论”课程作一个评价，有那些意见和提议？,注意：请在答题纸上写上你姓名、专业、学号和班号。,36/37,课堂作业答案,1、写出人类基因组计划英文全称和缩写符号。,Human Genome Project，HGP,2、人类基因组计划基本目标与任务是什么？当前进入到什么阶段？,在制图基础上测序，最终取得四张图谱（遗传图、物理图、转录图、序列图）。这四张图组成人类不一样层次、分子水平“第二张解剖图”，成为人类认识自我新知识源泉。,上述基本任务和目标已经完成，当前已进入后基因组时代（功效基因组学、蛋白质组学、药品基因组学）,3、人类基因组计划精神是什么？,全球共有，国际合作，即时公布，无偿共享,37/37,