正文 第23章 進化前沿—人類基因組計劃(2 / 2)

4.展望人類基因組計劃

現在我們來展望一下人類基因組計劃:

①生命科學工業的形成。由於基因組研究與製藥、生物技術、農業、食品、化學、化妝品、環境、能源和計算機等工業部門密切相關,更重要的是基因組的研究可以轉化為巨大的生產力,國際上一批大型製藥公司和化學工業公司大規模紛紛投巨資進軍基因組研究領域,形成了一個新的產業部門,即生命科學工業。世界上一些大的製藥集團紛紛投資建立基因組研究所。大型化學工業公司向生命科學工業轉軌。孟山都公司早在1985年就開始轉向生命科學工業。至1997年,該公司向生物技術和基因組研究的投入已高達66億美元。傳統的農業和食品部門也出現了向生物技術和製藥合並的趨勢。能源、采礦和環境工業也已在分子水平上向基因組研究彙合。

②功能基因組學。人類基因組計劃當前的整體發展趨勢是什麼?一方麵,在順利實現遺傳圖和物理圖的製作後,結構基因組學正在向完成染色體的完整核酸序列圖的目標奮進。另一方麵,功能基因組學已提上議事日程。人類基因組計劃已開始進入由結構基因組學向功能基因組學過渡、轉化的過程。在功能基因組學研究中,可能的核心問題有:

基因轉錄表達譜及其調控的研究。一個細胞的基因轉錄表達水平能夠精確而特異地反映其類型、發育階段以及反應狀態,是功能基因組學的主要內容之一。為了能夠全麵地評價全部基因的表達,需要建立全新的工具係統,其定量敏感性水平應達到小於1個拷貝/細胞,定性敏感性應能夠區分剪接方式,還須達到檢測單細胞的能力。近年來發展的DNA微陣列技術,如DNA芯片,已有可能達到這一目標。

蛋白質組學研究。蛋白質組學研究是要從整體水平上研究蛋白質的水平和修飾狀態。目前正在發展標準化和自動化的二維蛋白質凝膠電泳的工作體係。首先用一個自動係統來提取人類細胞的蛋白質,繼而用色譜儀進行部分分離,將每區段中的蛋白質裂解,再用質譜儀分析,並在蛋白質數據庫中通過特征分析來認識產生的多肽。蛋白質組研究的另一個重要內容是建立蛋白質相互關係的目錄。生物大分子之間的相互作用構成了生命活動的基礎。組裝基因組各成分間的詳盡作圖已在T7噬菌體(55個基因)獲得成功。如何在模式生物(如酵母)和人類基因組的研究中建立自動方法,認識不同的生化通路,是值得探討的問題。

生物信息學的應用。目前,生物信息學已大量應用於基因的發現和預測。然而,利用生物信息學去發現基因的蛋白質產物的功能更為重要。模式生物體中越來越多的蛋白質構建編碼單位被識別,無疑為基因和蛋白質同源關係的搜尋和家族的分類提供了極其寶貴的信息。同時,生物信息學的算法、程序也在不斷改善,使得不僅能夠從一級結構,也能從估計結構上發現同源關係。但是,利用計算機模擬所獲得的理論數據,還需要經過實驗的驗證和修正。

總之,模式生物體的基因組計劃為人類基因組的研究提供了大量的信息。今後,模式生物體的研究方向是將人類基因組2.5萬個編碼基因的大部分轉化為已知生化功能的多成分核心機製。而要獲得每一種人類進化保守性核心機製的精細途徑,以及它們的紊亂導致疾病的各種途徑的知識,將隻能來自對人類自身的研究。通過功能基因組學的研究,人類最終將能夠了解哪些進化機製已經確實發生,並考慮進化過程還能夠有哪些新的潛能。一種新的解答發育問題的方法可能是,將蛋白質功能域和調控順序進行重新的組合,建立新的基因網絡和形態發生通路。也就是說,未來的生物科學不僅能夠認識生物體是如何構成和進化的,而且更為誘人的是產生構建新的生物體的可能潛力。該計劃在人類科學史上又豎起了一座新的裏程碑!這是一項改變世界,影響人類生活的壯舉,隨著時間的推移,它的偉大意義將愈顯昭彰。