첫째, 연구 현황
1, 인간 게놈 시퀀싱
1990 부터 1998 까지 약 330Mb 의 인간 게놈 서열이 완성되어 염기서열화되고 있으며, 인간 게놈의 약 1 1% 를 차지한다. 약 200 개의 인간 질병과 관련된 유전자가 확인되었습니다. 또한 세균, 고세균, 지플라스마, 효모 등 17 종의 전체 게놈 시퀀싱을 완료했다.
흥미롭게도 기업과 연구부문의 공동 노력은 시퀀싱 작업의 완성을 크게 촉진할 것이다. 미국 게놈 연구소 (TIGR) 는 PE(Perkin-Elmar) 와 합작하여 3 년 동안 2 억 달러를 투자한 새로운 회사를 설립했다. 전체 순서는 2002 년에 확정될 것으로 예상된다. 이 진전은 미국 정부가 지원하는 HGP 의 예정된 목표보다 3 년 앞당길 것이다. 미국 캘리포니아 유전자 데이터 회사인 Incyte 는 (1998) 2 년 안에 게놈의 단백질 인코딩 서열과 코돈의 단일 뉴클레오티드 다형성을 확정해 결국 인간 65438+ 만 개 유전자의 지도를 그릴 것이라고 발표했다. Incyte 와 협력하는 HGS (인간 게놈 과학) 책임자는 1998 년 8 월까지 65438+ 만개 이상의 유전자 (약 12 만개 인간 유전자) 를 검증했다고 주장했다.
1998 년 9 월 4 일, 미국 국립인류게놈계획연구소 (NHGRI) 와 미국 에너지부 게놈연구프로그램 책임자는 한 컨설팅회에서 미국 정부가 지원하는 인류게놈 프로젝트가 200 1 년 대부분의 단백질 코드지역 시퀀싱을 완료할 것이라고 발표했다. 게놈의 약 3 분의 1 을 차지한다. 동시에 최소한 90% 의 게놈, 오차율 1% 를 포괄하는' 작업 스케치' 를 완성해야 한다. 게놈 서열분석은 2003 년에 완료되었으며, 오차율은 만분의 1 이다. 이 시간표는 계획이 원래 목표보다 2 년 앞당겨 완성될 것임을 보여준다.
2. 질병 유전자의 위치 및 복제
인간 게놈 프로젝트의 직접적인 동기는 종양을 포함한 인간 질병의 분자 유전 문제를 해결하는 것이다. 인류의 건강을 해치는 6000 여 종의 단일 유전자 유전병과 다중 유전자 유전병 및 관련 유전자는 인간의 유전자 구조 및 기능 무결성의 중요한 부분을 대표한다. 따라서 질병 유전자의 복제는 HGP 에서 핵심을 차지하고 있으며, 계획 시행 이후 가장 눈에 띄는 부분이다.
유전자와 물리지도에 힘입어 질병유전자의 위치, 복제, 감정 연구가 이뤄졌으며, 종래의 표위에서 단백질에서 유전자에 이르는 경로는' 역유전학' 또는' 위치복제' 의 새로운 아이디어로 바뀌었다. 인간 게놈 지도가 형성됨에 따라 3000 여 개의 인간 유전자가 염색체의 각 지역에 정확하게 위치한다. 앞으로 질병 부위를 파악한 후에는 국부 유전자지도에서 관련 유전자를 선택하여 분석할 수 있다. 위치 후보 복제' 라고 불리는 이 전략은 질병 유전자를 찾는 효율을 크게 높일 것이다.
다중 유전자 질환 연구.
현재, 인간 질병의 유전체학 연구는 이미 다유전자 질환의 난점에 들어섰다. 다중 유전자 질환은 멘델의 유전 법칙을 따르지 않기 때문에 일반 가족 유전 연계 분석에서 돌파하기 어렵다. 이 방면의 연구는 집단과 유전 표지의 선택, 수학 모델의 건립, 통계 방법의 개선 등에 공을 들여야 한다. 최근 일부 학자들은 유전자 표현 스펙트럼을 비교하여 질병 상태에서 유전자의 활성화 또는 억제를 식별할 것을 제안했다. 사실, 암 게놈 해부 프로젝트 (CGAP) 는 이 방면의 시도를 대표한다.
중국의 인간 게놈 연구.
국제 HGP 연구의 빠른 발전과 갈수록 거세지는 유전자 약탈전은 우리 정부와 과학계의 높은 중시를 불러일으켰다. 정부의 지지와 높은 수준의 생명과학자들의 지도 아래 중국은 강력한 생명과학 국가 중점 실험실을 건설하고 베이징과 상해에 인류게놈 연구센터를 설립했다. 인간 게놈을 연구하는 조건과 기초와 함께, 한 무리의 게놈 연구의 신기술이 도입되어 세워졌다. 우리나라 HGP 는 다민족 유전자 보존과 게놈 다양성 비교 연구에서 만족스러운 성과를 거두었으며 백혈병 식도암 간암 비인암 등 취약 유전자 연구에도 큰 진전을 이뤘다.
첫째, 과뉴클레오티드 프라이머 매개 인간 고해상도 염색체 미세 절단 및 유전자 복제 기술이 수립되었습니다. 17 개의 염색체 특이성 DNA 문고와 24 개의 염색체 특이성 DNA 문고와 프로브를 만들었습니다. 인간 X 염색체의 YAC 지도를 구축하고 인간 X 염색체 XP11.2-P21.3 스팬의 35cM STS-YAC 지도를 구축했습니다. YAC-cDNA 스크리닝 기술이 수립되었습니다.
현재 연구에는 질병과 기능과 관련된 새로운 유전자의 분리, 시퀀싱 및 복제에 대한 기술 및 방법론 혁신 연구도 포함되어 있습니다. 중국 소수민족 HLA 분류형 및 특수 유전자 분석 연구: 인태뇌 cDNA 문고의 구축 및 새로운 유전자의 복제.
중국은 세계에서 인구가 가장 많은 나라로, 56 개 민족이 있으며, 질병 자원이 매우 풍부하다. 장기간의 사회 폐쇄로 인해 일부 지역에서는 극히 보기 드문 민족과 유전자 격리 집단이 형성되었다. 여러 세대의 대가족과 개체들은 전형적인 유전적 특성을 가지고 있으며 복제 관련 유전자의 귀중한 재료이다. 그러나 우리나라 HGP 연구는 시작이 늦었고 기초가 약하고 자금 투입이 부족해 안정적인 자질 청년력이 부족해 외국의 최근 몇 년 동안의 놀라운 발전 속도에 비해 우리나라의 HGP 연구가 훨씬 뒤쳐져 더 상승할 위험이 있다. 만약 우리가 이 유전자 전쟁에서 진지를 고수할 수 없다면, 우리는 2 1 세기의 경쟁에서 수동적인 위치에 있을 것이다. 우리는 유전자 진단과 유전자 치료의 힘을 자유롭게 적용할 수 없고, 우리는 생물의약품을 자유롭게 생산하고 개발할 수 없고, 우리는 다른 유전자 관련 산업의 발전을 자유롭게 추진할 수 없다.
둘째, 전망
1, 생명 과학 산업의 형성
게놈 연구는 제약, 생명기술, 농업, 식품, 화학, 화장품, 환경, 에너지, 컴퓨터 등의 산업과 밀접한 관련이 있기 때문에, 더 중요한 것은 게놈 연구가 거대한 생산성으로 전환될 수 있다는 것입니다
세계의 몇몇 대형 제약그룹은 이미 게놈 연구소를 설립하는 데 투자했다. Ciba-Geigy 와 Ssandoz 는 공동으로 노바티스를 설립하고 2 억 5 천만 달러를 투자하여 게놈 연구를 진행했다. 스미스 클라인은 6543.8 달러+0 억 2500 만 달러를 들여 시퀀싱을 가속화하고 25% 의 약물 개발 프로젝트를 게놈학에 세웠다. 그랜소 위콘은 게놈 연구에 4700 만 달러를 투자하여 연구원의 수를 두 배로 늘렸다.
대형 화공 기업들이 생명과학 산업으로 전환하고 있다. 맹산도는 일찌감치 1985 부터 생명과학산업으로 전향하기 시작했다. KLOC-0/997 까지 이 회사는 생명공학 및 게놈 연구에 66 억 달러를 투자했습니다. 1998 년 4 월 듀폰은 생명과학을 비롯한 3 대 산업단위로 재편되었다고 발표했다. 1998 년 5 월, 회사는 에너지 회사인 Conaco 를 포기하고 생명과학회사로 전환한다고 발표했습니다. 다우 케미컬 컴퍼니는 예래회사 주식의 40% 를 9 억 달러로 매입해 곡물과 식품 연구에 종사한 뒤 생명과학회사를 설립했다. 헤스터는 기초화학품 부서를 팔아 생명기술과 제약에 투자했다.
전통적인 농업과 식품 부문도 생명기술과 제약 분야에 융합되는 추세를 보이고 있다. Genzyme Transgenics 에서 재배한 유전공학 양은 고산항트롬빈 ⅲ, 양 떼의 효소 생산량은 투자 1. 1.5 억 달러의 공장 생산량에 해당한다. 유전자 변형 동물의 의약품 생산 비용은 대규모 세포 배양의 10 분의 1 로 추산된다. 일부 회사들도 대학원생을 위해 골다공증에 내성이 있는 곡물을 생산하고 있으며 유전자 조작 식품을 대규모로 생산하고 가공하고 있다.
에너지, 광업, 환경공업도 분자 수준에서 게놈 연구에 집중하고 있다. 예를 들어 메탄균을 생산하는 것은 새로운 에너지로 쓰인다. 내방사구균 (Deinococcus radiodurans) 은 방사성 물질의 오염을 제거하고 tod 유전자를 옮긴 후 높은 방사선 환경에서 다양한 유해 화학 물질의 오염을 제거할 수 있는 내방사성 세균이다.
2. 기능 유전체학
인간 게놈 프로젝트의 전반적인 발전 추세는 어떻습니까? 한편, 구조유전체학은 유전지도와 물리지도를 성공적으로 만든 후 염색체의 완전한 핵산 서열지도를 완성하는 목표를 향해 나아가고 있다. 반면에, 기능 유전체학은 이미 일정에 올랐다. 인간 게놈 프로젝트는 이미 구조 게놈학에서 기능 게놈학으로의 전환과 전환 과정에 들어가기 시작했다. 기능 유전체학 연구에서 가능한 핵심 문제는 게놈 표현과 조절, 게놈 다양성, 모델 생물의 게놈 연구 등이다.
(1) 게놈 발현 및 조절
1) 유전자 전사 발현 프로파일 링 및 그 조절
한 세포의 유전자 전사와 표현 수준은 그 유형, 발육 단계, 반응 상태를 정확하고 특이하게 반영할 수 있으며, 기능 유전체학의 주요 내용 중 하나이다. 모든 유전자의 표현을 종합적으로 평가하려면 1 복사/세포보다 작은 정량감도 수준을 가진 새로운 도구 체계를 구축해야 하며, 정성감도는 오려내기 방식을 구분하고 개별 세포를 감지할 수 있는 능력을 달성해야 한다. 최근 몇 년 동안 개발 된 DNA 마이크로 어레이 기술 (예: DNA 칩) 은이 목표를 달성 할 수있게했습니다.
유전자 전사 및 표현에 대한 연구는 전체 게놈 표현의 데이터를 얻기 위해서뿐만 아니라 수학 클러스터 분석으로도 사용됩니다. 관건은 전체 발육 과정이나 반응 경로를 통제하는 유전자 표현 네트워크를 분석하는 메커니즘이다. 인터넷의 개념은 생리와 병리 조건 하에서의 유전자 표현 조절에 매우 중요하다. 한편, 대부분의 세포에 있는 유전자의 산물은 다른 유전자의 산물과 상호 작용합니다. 한편, 발육 과정에서 대부분의 유전자 산물은 여러 시공간에 걸쳐 그 기능을 발휘하여 다효성 유전자 표현을 형성한다. 어떤 의미에서, 각 유전자의 표현 패턴은 그 조절 네트워크의 배경에서만 진정한 의미를 갖는다. (알버트 아인슈타인, 유전자명언) 마우스 배아의 높은 처리량 in situ hybridization 기술을 확립 할 필요가있다.
2) 프로테오믹스 연구.
단백질의 조직학 연구는 전체 수준에서 단백질의 수준과 손질을 연구하는 것이다. 현재 표준화되고 자동화된 2 차원 단백질 젤 전기 수영 시스템을 개발하고 있다. 먼저 자동화 시스템으로 인체 세포의 단백질을 추출한 다음 색보계로 각 부분의 단백질을 부분적으로 분리한 다음 스펙트럼으로 분석해 단백질 데이터베이스에서 특징 분석을 통해 생성된 폴리펩티드를 확인한다.
프로테옴 연구의 또 다른 중요한 내용은 단백질 상호 관계의 카탈로그를 만드는 것이다. 생물학적 거대 분자 간의 상호 작용은 생명 활동의 기초를 형성한다. T7 파지 (55 개 유전자) 에서 게놈 성분을 조립하는 상세도를 성공적으로 달성했다. 어떻게 모델 생물 (예: 효모) 과 인간 게놈 연구에서 자동화 방법을 확립하고 다른 생화학 경로를 이해하는 것은 논의할 만한 문제이다.
3) 생물 정보학의 응용
현재, 생물 정보학은 유전자 발견과 예측에 광범위하게 적용되었다. 그러나, 더 중요한 것은 생물 정보학을 이용하여 유전자의 단백질 산물의 기능을 발견하는 것이다. 점점 더 많은 단백질 코딩 단위가 패턴 생물에서 확인되고 있는데, 이는 의심할 여지 없이 유전자와 단백질의 동족관계와 가족의 분류를 찾는 데 매우 가치 있는 정보를 제공한다. 한편, 생물정보학의 알고리즘과 절차도 끊임없이 개선되어 1 급 구조뿐만 아니라 추정된 구조에서 동원관계를 찾을 수 있게 되었다. 그러나 컴퓨터 시뮬레이션에서 얻은 이론적 데이터는 실험을 통해 검증되고 수정되어야 합니다.
(2) 게놈 다양성 연구.
인간은 다형성의 집단이다. 생물학적 특성과 질병에 대한 감수성과 저항성의 차이는 진화 과정에서 게놈이 내외 환경과 상호 작용하는 결과를 반영한다. 인간 게놈 다양성에 대한 체계적인 연구는 인류의 기원과 진화, 생물의학을 이해하는 데 큰 영향을 미칠 것이다.
1) 인간 DNA 재 시퀀싱을 수행합니다.
인간의 첫 번째 게놈 시퀀싱이 완료되면 다양한 인종과 집단의 시퀀싱과 정교한 유전자형 열풍이 나타날 것으로 예상된다. 이 자료들을 인류학과 언어학의 자료와 결합하면 인류 역사와 그 자체의 특징을 더 잘 이해할 수 있도록 전 인류의 데이터베이스 자원을 만들 수 있을 것이다. 또한 게놈 다양성 연구는 질병 게놈학의 주요 내용 중 하나가 될 것이며, 집단유전학은 생물의학 연구의 주류 도구가 될 것이다. 게놈 수준에서 고혈압, 당뇨병, 정신분열증과 같은 흔한 다변량 질병과 관련된 유전자와 암 관련 유전자를 대규모로 다시 서열화할 필요가 있다.
2) 다른 생물을 시퀀싱한다
서로 다른 진화 단계에 있는 생물에 대한 체계적인 비교 DNA 시퀀싱은 35 억 년 동안의 생명진화사를 밝혀낼 것이다. 이러한 연구는 상세한 계통 발육 나무를 그릴 수 있을 뿐만 아니라 진화 과정에서 가장 중요한 변화의 시간과 특징 (예: 새로운 유전자의 출현과 전체 게놈의 복제) 을 보여 줄 수 있다.
다른 생물에서 유전자 서열 된 보수성을 이해하면 유전자와 그 제품의 기능을 제한하는 요인을 효과적으로 이해할 수 있습니다. 시퀀스 다양성에 대한 연구는 자연 다양성의 기초를 이해하는 데 도움이 된다. 서열 변이와 다른 생물 간의 유전자 표현의 시공간적 차이 사이의 상관관계를 확립하면 유전자의 네트워크 구조를 밝히는 데 도움이 될 것이다.
(3) 모델 생물학 연구.
1) 비교 게놈 연구
인간 게놈 연구에서 모델 생물의 연구는 매우 중요한 위치를 차지하고 있다. 모델 생물의 게놈 구조는 비교적 간단하지만 핵심 세포 과정과 생화학 경로는 대체로 보수적이다. 본 연구의 의미는1"대규모 시퀀싱, 대규모 표현 스펙트럼 테스트, 대규모 기능 필터링 등 새로운 관련 기술을 개발하고 테스트하는 데 도움이 됩니다. 2) 비교와 검증을 통해 게놈의 진화를 이해하고 인간 게놈의 구조와 기능을 빠르게 이해할 수 있다. 3) 모델 생물 간의 비교 연구는 유전자 표현 메커니즘을 명확히 하는 중요한 단서를 제공한다.
현재 게놈의 전체 구조에 대한 지식은 주로 패턴 생물의 게놈 서열 분석에서 나온다. 서로 다른 종간 유전자 조절 서열에 대한 컴퓨터 분석을 통해 일정한 비율의 보수 핵심 조절 서열이 발견되었다. 이러한 순서에 따라 설정된 표현 패턴 데이터베이스는 유전자 조절 네트워크를 해독하는 데 필요한 조건을 제공한다.
2) 기능 결핍 돌연변이 연구
유전자 기능을 확인하는 가장 효과적인 방법은 유전자 표현이 차단된 후 세포와 전신의 표현형 변화를 관찰하는 것일 수 있다. 이와 관련하여 유전자 녹아웃은 특히 유용한 도구이다. 현재. 효모, 선충, 초파리의 대규모 기능 유전체학 연구가 국제적으로 실시되었는데, 그중 이스트가 가장 빠르게 진행되고 있다. 이를 위해 유럽에 오로팬 (Eurofan) 을 전문적으로 설립했다. 미국, 캐나다, 일본도 비슷한 계획을 내놓았다.
선충과 초파리 게놈 서열이 완성됨에 따라 앞으로 이 두 생물에 대해 비슷한 연구가 진행될 가능성이 있다. 일부 돌연변이 균주와 기술 체계가 확립되면 단일 유전자 기능을 연구하는 효과적인 수단이 될 뿐만 아니라 유전자 중복, 유전자 간 상호 작용 등 심층적인 문제를 연구할 수 있는 토대를 마련할 수 있다. 쥐는 포유류의 전형적인 모델 생물로서 기능 유전체학 연구에서 특별한 역할을 한다. 동원재조합 기술은 쥐 체내의 어떤 유전자도 파괴할 수 있지만, 이 방법의 단점은 비용이 높다는 것이다. 점 돌연변이, 누락 돌연변이 및 삽입 돌연변이로 인한 무작위 돌연변이는 또 다른 가능한 방법입니다. 인간 세포에는 반의과뉴클레오티드와 핵효소가 유전자 표현을 순간적으로 차단하는 시스템을 구축하는 것이 더 적합할 수 있다. 단백질 수준의 제거는 유전자 기능을 설명하는 가장 강력한 수단일 수 있다. 사람들은 결합 화학 방법을 통해 화학 제거 시약 생산을 통해 각종 단백질을 활성화 또는 비활성화할 것으로 기대하고 있다.
결론적으로, 모델 생물 게놈 프로젝트는 인간 게놈 연구에 많은 정보를 제공한다. 미래 모델 생물의 연구 방향은 인간 게놈에 있는 85438+ 백만 개의 코드화된 유전자 중 대부분을 알려진 생화학 기능을 갖춘 다성분 핵심 메커니즘으로 바꾸는 것이다. 효소는 인간의 진화 보수성의 핵심 메커니즘이며, 그들의 문란함이 질병을 일으키는 각종 방식에 대한 지식은 인류 자체에 대한 연구에서만 나온다.
기능 유전체학의 연구를 통해 인류는 결국 어떤 진화 메커니즘이 실제로 발생했는지를 이해하고 진화 과정의 새로운 잠재력을 고려할 수 있게 될 것이다. 발육 문제를 해결하는 새로운 방법은 단백질 기능 영역과 조절 순서를 결합하여 새로운 유전자 네트워크와 형태 발생 경로를 구축하는 것일 수 있다. 즉, 미래의 생물 과학은 생물체가 어떻게 형성되고 진화되었는지를 이해할 수 있을 뿐만 아니라, 새로운 물체를 만들 수 있는 잠재력도 만들어 낼 수 있습니다.