第四讲 人类基因组研究.ppt

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　　——揭开生命的奥秘

　　第四讲 人类基因组研究

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　　标题： 人类基因组计划

　　正文： HGP(Human Genome Projects) 1、HGP简介 2、HGP的主要任务 3、HGP对人类的重要意义 4、HGP进展与未来 5、我国对人类基因组计划的贡献 6、功能基因组学 7、基因组相关的伦理学问题 8、HGP对生物信息学提出挑战

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　　正文： 2003年4月14日，国际人类基因组测序组隆重宣布：美、英、日、法、德和中国科学家历经13年的共同努力，人类基因组序列图亦称“完成图”，提前绘制成功。为此，参与研究国6国政府首脑发表联合声明表示祝贺。从现在起，生物学被重新划分为前基因组和后基因组两部分，人类正生活在后基因组时代。

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　　正文： 后基因组时代，或者称为功能基因时代，是基因组研究的收获时代，研究重点已经从揭示生命的所有遗传信息转向整体水平上对生物功能的研究。第一个转向标志就是产生了“功能基因组学”学科,它采用了生物芯片(Biochip)、微阵列制样(Microarry)等新技术，对成千上万的基因表达进行分析和比较，力图从基因组整体水平上对基因的活动规律进行阐述。

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　　正文： 每一个人都是独一无二的，因为您的基因与别人不同，所以您的生命质量完全掌握在您自己的手里，真正要提升生命质量必须解开您的基因密码，在21世纪您将作出最明智的选择就是掌握自己的基因密码，开启提升生命质量的幸福之门!我和你，在路上～

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　　正文： 一位著名女舞蹈家给萧伯纳写了一封热情洋溢的信，信中说：“如 果我俩结婚，将来生个孩子，有你那样的智慧和我这样的外貌，该是多么美妙啊!”萧伯纳回信说：“要是那个孩子只有 我这样的外貌和你那样的智慧，那岂不糟透了。”

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　　正文： 预知可使人们躲过疾病的灾难，而治疗却总是充满许多无奈和悲哀。如今，能够让我们预知健康的科技已经出现，这就是人类基因组计划完成之后所带来的新产业———疾病易感基因检测，这的确是后基因组时代带给人类的最大财富

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　　正文： 如果父亲曾经在40～50岁之前因心脏病淬发而死去，那么儿子和女儿猝发心脏病而早逝的危险要比别人高出5倍。同卵孪生子有相同的基因，两人都猝发心脏病的机会比异卵孪生子更加接近。这是否就是说心脏病猝发是因为某种基因缺陷所致?在某些情况下，是的。

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　　遗传性脱轨(扭曲 Genetic quirks)：近视和其它　　有些遗传病是由一个基因的作用引起的，还有许多遗传病是由许多基因的综合作用决定的。现在难得有一个星期的报纸上没有关于心脏病、乳腺癌、药物滥用的遗传因素的报道。在大多数多基因遗传病中，我们不知道有多少基因在起作用，也不知道它们位于哪一个染色体上面。

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　　正文： 控制生命重要的是控制人的生与死。比如通过对体外受精卵的DNA检测可以预防已知家族性遗传病。美国芝加哥的科学家为一对患有致癌遗传病的夫妇进行基因筛选：对体外受精卵进行检查，在去除了带有致癌基因的卵细胞后，将健康的卵细胞植入母体，最终于2001年生下了一个健康男婴。这是世界上首例抗癌基因婴儿的诞生，它引发了人们“定制婴儿”或“定制健康婴儿”、“定制美丽婴儿”种种理想。

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　　正文： 随着人类基因组计划的进展，不断有成果的报道，尤其是与人类的生活与健康密切相关的研究成果不但出现。比如有关人的性格的基因已有报道;与老年性痴呆、早发性乳腺癌、生物钟等相关的基因也被发现;由于人的个体在基因上的特异性，因此婴儿在呱呱坠地时候便可以得到自己的“基因身份证”，其中可以包含比指纹更为复杂、更有价值的信息，与个人遗传基因有关的信息都可以记载其上，可以成为个体认证的最好的根据;基因诊断将使医学走向“个性化治疗”的崭新时代，基因治疗可以根治遗传性疾病，从而正本清源。

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　　标题： 肥胖和一系列的医学问题关系密切，如高血压、心脏病、糖尿病以及某些癌症

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　　标题： 寻找肥胖的基因

　　正文： 肥胖基因(Obese　Gene，Ob)。

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　　标题： 《细胞》杂志：科学家"造"出吃不胖的老鼠

　　正文： DNA-PK的基因在将身体中的碳水化合物转化为脂肪的过程中发挥着关键作用

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　　标题： 科学家成功在老鼠体内培育出人类卵巢

　　正文： 美国康奈尔大学的科学家们在实验室里，让实验老鼠身上长出了人类的卵巢，而且，这种人造卵巢还能够正常制造人类卵细胞。

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　　标题： 1、HGP简介

　　正文： 人类基因组计划是由美国科学家于1985年率先提出、于1990年正式启动的。美国、英国、法国、德国、日本和我国科学家共同参与了这一价值达30亿美元的人类基因组计划。这一计划旨在为30多亿个碱基对构成的人类基因组精确测序，发现所有人类基因并搞清其在染色体上的位置，破译人类全部遗传信息 。 曼哈顿计划 阿波罗计划

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　　标题： 科学家的胆略

　　正文： 诺贝尔奖获得者Renato Dulbecco于1986年发表短文??《肿瘤研究的转折点：人类基因组测序》(Science, 231: 1055-1056)。 文中指出：如果我们想更多地了解肿瘤，我们从现在起必须关注细胞的基因组。…… 从哪个物种着手努力?如果我们想理解人类肿瘤，那就应从人类开始。……人类肿瘤研究将因对 DNA 的详细知识而得到巨大推动。”

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　　标题： 什么是基因组(Genome)

　　正文： 基因组就是一个物种中所有基因的整体组成 人类基因组有两层意义： —— 遗传信息 —— 遗传物质 从整体水平研究基因的存在、基因的结构与功能、基因之间的相互关系。

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　　正文： 人类基因组计划发展过程: 1986 [美] Dulbecco首次提出了“ 人类基因组工程”。原计划约10-15年完成，耗资30亿美元，其宏伟的程度堪与Manhatto原子弹计划和Appolo登月计划相提并论。 1990 4月美国宣布开始实施人类基因组测序工作。

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　　正文： 1999 破译出人类第22号染色体的遗传密码。 2000 完成了人类第21号染色体的测序。 预计从原定的2003年6月提前到2001年6月完成。 2000年6月26日美，英 ,日，德，法，中六国共同宣布人类基因组工作草图绘制成功。

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　　正文： 2000年 3月塞莱拉公司宣布完成了果蝇的基因组测序。 12月14日英美等国科学家宣布绘出拟南芥基因组的完整图谱。这是人类首次全部破译一种植物的基因序列。

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　　正文： 2001年:1、2月，HGP和美国塞莱拉(Sequencing)公司将各自测定的人类基因组工作框架图分别发表在Nature和 Science 上， 这表明人类基因组计划(HGP)进入了一个展新的阶段。

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　　人类基因组计划

　　February 2001,The HGP consortium publishes its working draft in Nature (15 February), and Celera publishes its draft in Science ( 16 February).

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　　正文： 2003年4月14日 美，英 日，德，法，中六国科学家完成了人类基因组序列图的绘制，实现了人类基因组计划的所有目标。

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　　正文： 2003年人类表观基因组计划(Human Epigenome Project )于10月7日正式启动。这是世界上首项针对控制人类基因“开”和“关”的主要化学变化进行的图谱绘制工作，它将帮助科学家建立人类遗传与疾病之间的关键联系。

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　　正文： 2004年10月国际人类基因组计划合作组织在《Nature发了杂志上宣布误差小于10万分之一的人类基因组完成图已成功绘就。已将原来15万个“缺隙”减少到341个。完成图显示人类基因组只含有2～2.5万个基因，比原来的估计要少。 ;,- ;,- n h;))))))0))))在q以

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　　标题： 3、对人基因组计划的质疑 花这样大力气集中做一件事 是否值得? 是否冲击了生命科学其他重要问题的  研究?

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　　目前估计，3 x 109 bp中 仅 5% 编码蛋白质 95% 不编码蛋白质

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　　标题： 4、人类基因组计划的重大影响(1)在 HGP推动下，世界大公司投入生物技术意向剧增。(2)推动新学科兴起 生物信息学 Bioinformatics 基因组学 Genomics

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　　正文： 2002 中国杨焕明等在《Science》发表了水稻全基因组框架序列图 基因总数：46022~55615，约为人类的2倍; 其中10,000个基因的功能已确定; 水稻的“垃圾”序列多位于基因外，人类的“垃圾”序列多位于基因内;

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　　杨焕明博士

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　　正文： 2002年，英、美、德等国的上百位科学家12月5日在英国《Nature》杂志上联合宣布他们成功破译了小鼠的基因组。

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　　水稻第四号染色体测序专家工作组组长、中科院国家基因研究中心韩斌博士

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　　正文： 中、美、日、法等10个国家和地区的科学家于2005年8月11日在( Nature )杂志发表了水稻基因组“精细图”，覆盖率达95.3%，国对国际水稻基因组计划的贡献率达20%。共定位了37,500个基因，还率先在动植物中完成了对着丝粒的测序 。

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　　(Gp:) 中国家蚕基因组计划项目主持人、中国工程院院士向仲怀

　　中国家蚕基因组计划主要攻关专家，西南农业大学教授夏庆友正在做测试。

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　　正文： 由美国、以色列、德国、意大利和西班牙的67名科学家组成的国际黑猩猩基因测序与分析联盟初步完成了黑猩猩基因组序列草图与人类基因组序列的比较工作。 黑猩猩和人类基因组的DNA序列相似性达到99%;即使考虑到DNA序列插入或删除，两者的相似性也有96% 。在2005年9月1日出版的《 Nature 》杂志和9月2日出版的《 Science 》杂志都以这项重大的研究成果作为封面文章。

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　　标题： 我们能干什么?

　　正文： 测序之前全是生物学问题。 测序之后就全是形式化的计算机问题。 天然的形式化：ATCG 核心问题： 字符串比对：两个字符串的距离 拼接问题 蛋白质结构预测：如何从一维预测三维结构?

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　　标题： 中国科学家的成功探索――促使全社会广泛参与

　　正文： 人类基因组计划带动和促进了生物产业和生命科学的发展。它着眼于基因组的整体理论、策略和技术，前所未有的加速了人的新基因发现及其功能研究的速度，因此对与人相关的方方面面产生不可估量的、深远的影响。它在带动和促进生物产业和生命科学发展的同时，生命科学从此开始了以DNA序列为基础的，以生物信息学为导向的新纪元，而且使未来生命科学研究的思想和方法论也带来了革命性的改变，一改“模型导向”的传统生命科研模式，凸现其“数据导向”的特点，形成了以生物信息学为导向的新生命科学和产业发展的模式。基因组研究对伦理、法律以及社会等方面产生的冲击也应该引起我们的密切关注。

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　　标题： 基因测序的应用

　　正文： 为什么有的人在某一环境影响下会生病，有的人则不生病，可能是基因片段上的较大的差异造成的，科学家将深入下去探索。

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　　标题： 基因科研用于人类疾病治疗取得重要进展

　　正文： 科学家在对一些遗传性很高或较高的疾病的研究中，如地中海贫血、肌肉萎缩、乳腺癌等疾病的研究中，各国科学家已找到了200至300个致病基因，约占遗传病的1%。其它疾病如白血病通过基因分析，也对发病机理有了新的认识。 各国科学通过基因检测和使用基因药物，已能治疗一些疾病。如用基因注射法治疗一碰就出血的血友病。美国科学家运用破坏性基因治疗脑肿瘤，将外来破坏性基因接入脑肿瘤细胞，已取得了比单纯开刀更好的疗效。 在今后5至10年中，各国科学家在基因研究中将携手攻关的重点放在糖尿病、动脉硬化、焦虑症与抑郁症、高血压、老年痴呆、精神分裂症、乳腺癌，以及其它一些癌症的探索上。

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　　标题： 人类第13号和第19号染色体被完整测序

　　正文： 人类第13号和第19号染色体已得到准确而完整的测序，并进行了相关的分析。至此，科学家已对人类23条染色体中的9条进行了精确测序和序列分析，并已发表测序结果。这9条染色体是第6、7、13、14、19、20、21、22号和Y染色体。

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　　第13号染色体是最大的近端着丝粒染色体，携带若干与乳腺癌有关的基因，包括BRCA2和RB1基因。该染色体在慢性B淋巴细胞白血病细胞中经常发生重排，它还包括DAOA基因，该基因与精神分裂症有关。研究人员对13号染色体上的9550万碱基对进行了序列分析，发现了633个基因和296个假基因。在比较其他脊椎动物基因组的基础上，大约95.4%编码蛋白质的基因已被确定。此外，还发现105个非编码的RNA基因。13号染色体是基因密度最低的染色体。

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　　第19号染色体是人类所有染色体中基因密度最高的，对其5580万碱基对的序列分析揭示了1461个蛋白质编码基因和321个假基因。它具有高G+C含量、高复制率和高重排率的特点，这预示该染色体在生物进化中有重要意义。其中许多基因与呈孟德尔式遗传规律的疾病有关，包括家族性高胆固醇血症、非胰岛素依赖性糖尿病等。

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　　标题： 人类第20号染色体被破译

　　正文： 第20号染色体是迄今破译的3对人类染色体中最大的一对，也是被破译的第一对具有典型长短臂结构的人类染色体。 科学家对第20号染色体上的近6000万个碱基对完成了测序，已经找到了约720个基因，其中包括与糖尿病、肥胖症、小儿湿疹等疾病相关的基因，有助于为这些常见疾病寻找新疗法。 此外，第20号染色体上还有一个基因能增加部分人群感染新型克雅氏症的危险，这将增进人们对该疾病的了解。新型克雅氏症是疯牛病在人身上的表现形式，在疯牛病危机之后的英国备受关注。

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　　标题： 血栓形成也与基因有关

　　正文： 迄今为止，我们只知道老年人、血脂高者和缺乏锻炼者，其体内较容易形成血栓，但最新一期《自然》杂志却报道说，科学家们已识别并成功地定位出了一个名为“VKORC1”的基因。 ，它在危害人体的血栓形成的过程中发挥着重要作用。这一发现将有助于人们进一步寻找出治疗心律不齐及冠心病等疾病的新疗法。 德国、英国和美国的科学家在各自独立的实验中，以产生了抗药性的实验鼠和血栓患者的基因为研究对象，并与天生就具有抗血栓特性人的基因进行比较，结果科学家们说，这个基因可以帮助人们理解血液稀释药物的工作原理。

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　　标题： 我国国际上首次确定雀斑致病基因位置

　　正文： 人人都想拥有一张净白无瑕的脸，雀斑一直困扰着这些爱美人士。最近，我国科学家在国际上首次确定雀斑致病基因位置，发现在人类第4号染色体的某个区域中存在雀斑致病基因。为找到雀斑致病基因并最终根治雀斑奠定了重要的基础。 所以，市面上的激光去斑、药物去斑等方法都只是治标不治本。只有从基因上入手，才可能彻底根治雀斑。为此，科学家采用全基因组扫描技术，通过对一个中国汉族雀斑大家族的样本进行分型和连锁分析，

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　　标题： 导致弱智与癫痫的基因变异

　　正文： 近日科学家首次发现人体内一个基因如果发生变异，有可能会同时导致弱智与癫痫。这个新基因，位于人体X染色体上。他们对全球范围内9个有遗传病史的家族进行研究后发现，该基因发生特定的变异，不仅会引发多种癫痫症状，而且也会导致弱智。 他们的研究还显示，该基因似乎对与人大脑正常认知功能相关的其他一些基因具有调控作用，可以影响这些基因的工作时间和方式等。科学家们因此推测，受新发现的这种基因控制的其他基因，在癫痫或弱智的发病过程中可能也起到了一定作用。 科学家指出，识别出该基因，将有助于更好地对有相关病史的家族进行癫痫或弱智的诊治。

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　　标题： 语言产生可能与基因变异有关

　　正文： 为什么人类可以说话，而动物则不能?德国科学家最新研究发现，20万年前发生在一个基因上的两次关键的变异可能和语言的产生有关。这一研究为说明该基因在人类语言能力的发展中所扮演的重要角色提供了强有力的证据。研究人员认为，语言的优势使人类能够排挤掉那些比较原始的竞争对手。变异基因赋予人类祖先更好的控制嘴巴和喉咙肌肉的能力，从而使他们能够发出更丰富、更多变的声音，为语言的产生打下基础。

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　　正文： 人类基因组计划的实施，是一项造福人类健康的伟大的生命科学工程，基因是人类的共同财富。经过各国科学家用基因技术探索疾病治疗研究，将为提高人类健康水平带来新的希望。

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　　标题： 什么是基因视频(11分钟)

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　　标题： 人类染色体

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　　为什么选择人类的基因组进行研究?

　　人类是在“进化”历程上最高级的生物 认识自身 掌握生老病死规律 疾病的诊断和治疗 了解生命的起源 在人类基因组计划中，包括对五种生物基因组的研究：大肠杆菌、酵母、线虫、果蝇和小鼠，称之为人类的五种“模式生物”。

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　　标题： HGP的诞生

　　正文： 1984年12月Utah州的Alta,White R受美国能源部的委托，主持召开了一个小型会议，讨论DNA重组技术的发展及测定人类整个基因组的DNA序列的意义。 1985年6月，在美国加州举行了一次会议，美国能源部提出了“人类基因组计划”的初步草案。 1986年6月，在新墨西哥州讨论了这一计划的可行性。随后美国能源部宣布实施这一草案。 1987年初，美国能源部与国家医学研究院(NIH)为“人类基因组计划”下拨了启动经费约550万美元，1987年总额近1.66亿美元。同时，美国开始筹建人类基因组计划实验室。　　　　 1989年美国成立“国家人类基因组研究中心”。诺贝尔奖金获得者J.Waston出任第一任主任。 1990年，历经5年辩论之后，美国国会批准美国的“人类基因组计划”于10月1日正式启动。美国的人类基因组计划总体规划是：拟在15年内至少投入30亿美元，进行对人类全基因组的分析。

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　　标题： HGP诞生过程中的质疑

　　正文： 计划的必要性问题 计划的现实性问题 科学研究领域的选择问题 为什么不选择基因组小的或有经济意义的生物 认为“制图”是在沙漠里建公路，“测序”是把“垃圾”分类，选择“模式动物”是拼凑“诺亚方舟”。

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　　HGP的目的

　　解码生命 了解生命的起源 了解生命体生长发育的规律 认识种属之间和个体之间存在差异的起因 认识疾病产生的机制以及长寿与衰老等生命现象 为疾病的诊治提供科学依据。

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　　正文： 通过对进化不同阶段的生物体基因组序列的比较，发现基因组结构组成和功能调节的规律。

　　标题： 模式生物体的研究

　　利用酵母、线虫、果蝇、大肠杆菌斑马鱼、小鼠等模式生物体进行基因的剔除或转基因的研究，从而在整体水平认识基因的功能。

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　　酵母

　　大肠杆菌

　　果蝇

　　线虫

　　小鼠

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　　标题： 3、HGP对人类的重要意义

　　正文： HGP对医学的影响 发现新的致病基因 发展一些复杂疾病的早期基因诊断方法，如“肿瘤基因组解剖计划” 通过基因治疗解决传统方法无法解决的疑难杂症 疾病易感基因的识别及对风险人群进行生活方式、环境因子的干预 人类基因组多样性与个体化医学

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　　标题： 基因与人生视频

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　　我爸爸给你爸爸开过同样的药!

　　这就是遗传!

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　　标题： 所有的疾病，都可以说是基因病

　　正文： “基因病”概念： 基因相关论：所有疾病都与人类基因有关; 基因修饰论：所有药物都是通过修饰基因本身结构、改变基因的表达调控、影响基因产物的功能而起作用的; 基因的外调性; 基因的多态性。

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　　标题： 国际人类基因组测序任务分配情况

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　　正文： 中国人群的遗传学关系 主要成果：证实中国人群可分为南、北两大组，两者之间有明显的基因融汇;提出了东亚人群可能起源于东南亚、而东亚现代智人与其他各大洲现代人群都起源于10-20万年前"走出非洲"的群体的观点。

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　　标题： 基因检查和基因治疗

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　　标题： 干细胞研究与发展前景

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　　长期以来，人类一直在研究和寻找能治愈各种疾病、抗衰老甚至长生不老的方法。 随着现代科学技术的发展，尤其是干细胞的研 究，人类的这些幻想正在逐步变成现实。 1998年，美国《科学》杂志将干细胞的研究成果列在十大科学进展的首位。

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　　细胞是机体组成的基本单位

　　(Gp:) 细胞

　　(Gp:) 细胞群

　　(Gp:) 组织

　　(Gp:) 机体

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　　标题： 干细胞的定义

　　正文： 干细胞(Stem cell)即起源细胞。在细胞的分化过程中，细胞往往由于高度化分而完全失去了再分裂的能力，最终衰老死亡。机体在发展适应过程中为了弥补这一不足，保留了一部分未分化的原始细胞。 因此，干细胞是一类具有自我更新和分化潜能的细胞。

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　　标题： 干细胞的分类

　　正文： 全能干细胞 多能干细胞 单能干细胞

　　按分化潜能

　　按发育状态

　　胚胎干细胞 成体干细胞

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　　标题： 胚胎干细胞

　　正文： ES细胞是一种高度未分化细胞。它具有发育的全能性，能分化出成体动物的所有组织和器官，包括生殖细胞。研究和利用ES细胞是当前生物工程领域的核心问题之一。在未来几年，ES细胞移植和其它先进生物技术的联合应用很可能在移植医学领域引发革命性进步。

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　　标题： 成体干细胞

　　成年动物的许多组织和器官，比如表皮和造血系统，具有修复和再生的能力。成体干细胞在其中起着关键的作用。在特定条件下，成体干细胞或者产生新的干细胞，或者按一定的程序分化，形成新的功能细胞，从而使组织和器官保持生长和衰退的动态平衡。

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　　标题： 干细胞的用途

　　正文： 治疗遗传性疾病和恶性肿瘤。 以干细胞为种子培育成某些组织和器官，用于移植医学。 抗衰老，延年益寿。

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　　干细胞工程

　　(Gp:) 核移植

　　(Gp:) 去核胚胎干细胞

　　(Gp:) 组装胚胎干细胞

　　(Gp:) 组织干细胞

　　(Gp:) 各种组织器官

　　(Gp:) 体外诱导培养

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　　标题： 干细胞治疗的进展

　　正文： 科学家们认识到干细胞可能成为一种“拯救生命”的有效的疾病治疗手段。 例如：小剂量纯化的造血干细胞足可使患者骨髓再生，可以避免肿瘤病人进行自体骨髓移植时所致的瘤细胞(尤其是白血病细胞)污染。 例如：成熟的神经系统中存在的干细胞，在某些因素诱导作用下，可增殖和定向分化，给神经退行性疾病(如帕金森氏病)、骨髓损伤患者带来新的希望。

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　　标题： 造血干细胞

　　正文： 造血干细胞是体内各种血细胞的唯一来源，它主要存在于骨髓、外周血、脐带血中。 造 血干细胞的移植是治疗血液系统疾病、先天性遗传疾病以及多发性转移性肿瘤疾病的最有效方法。 与骨髓移植和外周血干细胞移植相比，脐血干细胞移植的长处在于无来源的限制，对HLA配型要求不高，不易受病毒或肿瘤的污染。

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　　标题： 神经干细胞

　　正文： 神经干细胞的研究尚处初级阶段。理论上讲，任何一种中枢神经疾病都可归结为神经干细胞功能的紊乱。给帕金森氏综合症患者的脑内移植含有多巴胺生成细胞的神经细胞，可治愈部分患者的症状。

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　　标题： 癌症治疗新方法——基因“肿瘤饿死疗法”

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　　标题： 一、遗传病的基因治疗研究

　　正文： 1990.9.14 首例基因治疗 4岁 女孩 严重免疫缺陷症(SCID) 缺乏腺苷酸脱氨酶(ADA) 2--脱氧腺苷含量升高 毒性 严重破坏免疫功能 ADA基因 LN逆转录病毒载体 靶细胞为病人淋巴细胞 回输

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　　结束 谢谢!