人类基因组计划范文精选

生命蓝图本质上是基因。基因分几个层次，人类的基因组由46条染色体组成，通过生命的密码编码RNA，然后又由RNA编译蛋白质。基因是资源，每个人都携带自己的基因；基因是知识，我们要了解基因的功能、基因的存在、基因的多样性；基因也可以成为专利，然后生产出药物；基因又是食疗，做农产品的基因组就是让农产品增产；基因还是经济，也是未来。而基因与健康的关系稍微复杂一些。基因可以归味入药、断疾切脉，还可以治病救人。

基因组编码的生命蓝图则可被喻为生命科学研究的很重要的起点。人类基因组学研究总体计划分几个阶段性目标：第一个目标是完成一个人的基因组，这就是人类基因组计划；第二个目标是完成几百个人的人类基因组的多样性，我们叫单倍体型图。这两个目标目前基本上都已经完成了。

从人类基因组计划到人类基因组单倍体型图计划。再到特定群体基因组单倍型体图计划。最后到个体化基因组计划，基因组学的数据发展速度很快，效率也比两年前增加了20倍。在1984年测定人的基因需要30亿美元，在2004年尚需3000万美元，而到了2006年仅需150万美元。我们的目标是在未来用1000美元测定一个人的基因组。

基因组计划的目的是把基因组的科学成果用到生物学的其他领域里，用到人的医疗保健上，最后到社会的应用。基因组学研究在医学方面的直接应用和社会目标就是疾病诊断和药物研发。同时由于基因组信息在医药、农林、环境和能源等领域的广泛应用，基础科学研究的价值也不断得到体现。它正以前所未有的勇气和速度整合生命科学不同领域的信息，以基因间相互作用和生命内在的遗传学规律及化学基础为基本研究对象，纵向整合科研命题、对象和目标。基因组学技术也以其特有的综合能力，不断向应用范围和操作效率挑战，横向整合电子工程、微量化学、计算机和生物化学等各个学科技术，把生物资源、生物信息、知识产权、生物产业、生物经济等领域打通。

目前。美国正在实验室评估的有2000多种基因预防和治疗药物，其中一些已被用到临床上。中国科学家则在国际上生产出了第一个基因治疗药物，并率先应用于临床。

总结上面关于基因与健康的关系，可以用一种三字经的形式来表达：人之初，无恶善，肤色异，相貌变，有基因，三余万，父母亲，各一半，幼天真，少迷恋，壮自信。老偏见，好身体，需保健。

摘要 人类基因组计划（human genome project,HGP）旨在阐明人类基因组的结构、组成、全部3×109核苷酸的序列以及基因在染色体上的定位及其功能，从而破译人类全部遗传信息。美国于1990年正式启动HGP，估计到2003年完成人类基因组全部序列的研究。目前，HGP已成为全球范围的合作项目。本文就HGP以及由HGP延伸而来的后基因组计划（post-genome project）的发展现状作一综述。

关键词：人类基因组 基因克隆 基因组学 结构基因组 功能基因组

人类基因组计划（human genome project,HGP）是由美国科学家、诺贝尔奖获得者Renato dulbecco于1986年在杂志《Science》上发表的文章中率先提出的，旨在阐明人类基因组脱氧核糖核酸（DNA）3×109核苷酸的序列，阐明所有人类基因并确定其在染色体的位置，从而破译人类全部遗传信息。美国于1990年正式启动人类基因组计划，估计到2003年完成人类基因组全部序列测定。欧共体、日本、加拿大、巴西、印度、中国也相继提出了各自的基因组研究计划[1]。由于各国政府和科学家的共同努力，HGP目前已在为全球范围的合作项目；随着数理化、信息、材料等学科的渗透和工业化管理模式的引进，HGP已真正成为生命科学领域的科学工程，基因组（genomics）作为一门新兴学科也应运而生。

与此同时，科学界也在思索人类基因组计划完成后的下一步工作，因此就有了“后基因组计划”（post-genome project）的提法。大多数科学家认为原定于2003年所完成的人类基因组计划只是一个以测序为主的结构基因组学（structural genomics）研究，而所谓的“后基因组计划”应该是对基因功能的研究，即所谓的功能基因组学（functional genomics）。此外，一些新的概念如：“蛋白质组（proteome）”、“环境基因组学（environmental genomics）”和“肿瘤基因组解剖学计划（cancer genome anatomy project,CGAP）”等等也在不断向外延伸。

一、结构基因组学

（一）人类基因组作图

人类基因组作图根据使用的标记和手段不同，初期的作图有二种：一是通过计算连锁的遗传标记之间重组频率而确定它们相对距离的遗传连锁图，一般用厘摩（cM）来表示；二是确定各遗传标记之间物理距离的物理图，一般用碱基（bp）或千碱基（kb）或兆碱基（Mb）来表示。1cM的遗传距离大致上相当于1Mb的物理距离。随着研究工作的进展，遗传图和物理图逐渐发生整合，在此基础上大量引入基因标记，从而形成了新一代的转录图[1]。

1.遗传连锁图 遗传连锁图（genetic map）绘制需要遗传标记，早期的遗传标记主要为生化标记，20世纪80年代中期以限制性片段长度多态性（RFLP）、串联重复序列拷贝多态性和小卫星重复顺序等遗传标记为主，这类标记的数量较少，信息也较低；20世纪80年代后期发展的短串联重复序列（short tandem repeat,STR）也称微卫星（microsatellite,MS）标记，主要为二核苷酸重复序列，如：（CA）n，它们在染色体上分布较均匀，信息含量明显高于RFLP，因而成为遗传连锁分析极为有用的标记；近年来，单个碱基的多态性（single nucleotide polymorphism,SNP）标记又被大量使用，其意义已超出了遗传作图的范围，而成为研究基因组多样性和识别、定位疾病相关基因的一种新标记。

基因组科学研究是一个巨大的科学工程，基因组不是存在于真空，它与我们生活的环境发生着千丝万缕的联系。很多疾病与基因组有很重要的关系，例如肿瘤、心血管疾病、高血压等都存在基因组的改变。可见，基因组的研究与人类健康是密切相关的。

目前为止，科学家还没有真正地定论到底什么是基因，但是我们有对基因深刻的理解，可以阐述基因在细胞学的基础是什么。首先我们知道基因在染色体上，信息基础是DNA序列和遗传密码，功能技术是基因产物，这个产物包括RNA和蛋白质。

基因是经济，也是未来基因首先是资源，每个人都携带自己的基因；基因本身是知识，我们要了解基因的功能、基因的存在、基因的多样性；基因也可以成为专利，然后生产出基因药物；基因还可用于食疗；做农产品的基因组就是为了让农产品增产，所以基因是经济，也是未来；基因与健康的关系稍微复杂一些，基因可以归味入药，可以用于诊断疾病、治病救人。

基因产物的多样性通过数学家的参与，使生物学有更重大的发展，产生了数量遗传学。分子生物学的介入使生物学又有一个新的综合思考，就是分子生物学和观察生物学，这两个生物学之间的综合就产生了新的开阔领域。基因的研究或者生物学的研究有很多因素在里面，有环境因素，有基因型，有表现型、表型可塑型。

基因组学人有数十万个基因，在不同的细胞里表达的基因不一样，人体由几十种组织，几百个细胞组成。基因组学或者叫做人类基因组计划开创的基因组生物学，主要目的是获取基本的生物学信息，包括六张基本的图，从DNA到蛋白质的相互作用。

人类基因组学研究计划的几个阶段目标

基因组编码的生命蓝图是现在生命科学研究很重要的起点。人类基因组学研究总体计划分几个阶段性目标：

“一个人”：1995～2004年，完成一个人的基因组，即人类基因组全部序列；

医疗技术的进步

在人类的健康、医疗、疾病预防和医学进步方面做出贡献的医学技术无数。我选其中三项最瞩目的DNA重组技术、成像技术和计算机辅助诊断技术为例来说明。本期先来说说DNA重组技术和计算机辅助诊断技术。

（一）DNA重组技术

目前，许多工业和研究领域都应用生物技术，为创造更洁静的环境、提高疾病诊断与治疗、种植更茁壮的粮食作物及生产石油能源替代品做出了贡献。生产胰岛素是生物技术应用的一个最好的例子。研究人员在人体内提取出用于生产胰岛素的基因，然后把它贴附在人体消化道内的大肠杆菌的DNA上。这种细菌的细胞分裂得非常迅速，可以复制出数十亿个细菌，每个细菌的DNA上都能完好无缺地携带着生产胰岛素的人类基因复制品。就这样，无数纯净的人类胰岛素就生产出来了。这项技术生产出来的人类胰岛素制剂不但质量更好、不容易引起过敏、疗效更佳、治疗了全世界千百万糖尿病患者，而且完全取代了过去从动物（猪和牛）的胰腺中提取胰岛素的技术。人类无需再为动物胰腺的供应不足而忧虑。人们起初担心使用人类胰岛素制剂治疗糖尿病可能会有风险，但从1982年开始，这种顾虑已经得以消除。

生物技术的其他用处，如生产疫苗和药品，在抵御传染病的斗争中起了重要作用。在发展中国家，儿童期疾病每年造成高达1300万的死亡，由于应用了新型的疫苗，疗效更好，极大地降低了死亡率。生物技术的好处比其风险要大得多。

1997年，全世界杰出的科学家、医学专家、各相关组织和工业界代表芸集日内瓦的世界卫生组织，检讨生物技术及其与霍乱、肺结核、疟疾和艾滋病的联系。他们提出了公共建议，并为卫生管理人员，尤其是发展中国家的卫生管理人员拟定了一系列安全和伦理参考条例。

新的DNA技术为研制有效的武器、战胜疾病打开了大门。DNA技术对全球的最大影响可以说是疫苗的研制生产。第一批疫苗是由DNA重组获得的乙肝疫苗，它通过改基因酵母研制成功，已在全球广泛应用。有了重组技术，很快就能开发出抗菌疫苗、抗寄生虫病疫苗以及新的药物。有了生物技术，药物的开发过程发生了根本改变。目前，有200多种药物正在进行临床试验，可以用来治疗许多疾病和失调，如骨质疏松、风湿性关节炎、老年痴呆症和癌症。我们看到的只是冰山的一角。还会有更多更好的疫苗和药品被研制出来。

（二）计算机辅助诊断

摘 要：1990年人类基因组计划正式启动，这一耗资数十亿美元的15年计划旨在阐明人类基因组中30亿个碱基对的序列，发现所有人类基因并弄清它在染色体上的位置，破译人类全部遗传信息，使人类进一步的认识自我。整个人类基因组测序工作的基本完成，为人类生命科学开辟了一个新纪元，它对生命本质、人类进化、生物遗传、个体差异、发病机制、疾病防治、新药开发等领域，以及对整个生物学都具有深远的影响和重大意义，标志着人类生命科学一个新时代的来临。

关键词：人类基因组计划；进展；意义

天和地被创造，大海波浪拍岸，鱼儿戏水，鸟儿欢唱，大地上动物成群，但还没有一个具有灵魂的、能够主宰世界的高级生物。这时普罗米修斯降生了……他赋予万物以智慧，盗来天火照亮人间……

像这样的故事，我们已听了很多，但是事实真的是如此吗？

答案当然是否定的，科学证明人类是由类人猿进化而来的，人类代代的繁衍是基因的发展。下面我们就来探讨一下人类基因组以及其的计划进展和意义。

首先，我们来看一下什么是人类基因组计划。所谓人类基因组计划就是：以测定组成人类基因组的30亿个核苷酸序列，从而奠定阐明人类基因组及所有基因的结构与功能，解读人类的全部遗传信息，揭开人类奥秘的基础为科学宗旨和具体目标的人类科学史上的重大工程。

接下来，我们来研究一下它的进展和意义。

一、人类基因组计划的进展

关键词： 人类基因组计划；医学模式；基因操作

摘要：人类基因组计划将为医学科学的发展提供广泛的可能性，并给生物医学带来革命性的变化，但是人的社会性，疾病产生的非生物因素以及社会及伦理的限制都决定了任何生物医学上的成就，包括人类基因组计划都不能改变生物社会心理医学模式的深刻内涵。

Human Genome Project and Medical Model

Abstract：Human Genome Project(HGP) will provide the development of medicine with great possibilities and revolutionize the biomedicine. However, due to the sociality of human being and non-biological factors of the development of diseases, and the social and ethical limitation of gene operation, any great progress of biomedicine, including HGP, is not able to change the deep implications of bio-psycho-social model of medicine.

Key Words:human genome project; medical model; gene operation

2000年6月26日美国东部时间10点19分，美国总统克林顿在白宫通过卫星向全世界宣布：人类基因组工作框架已经绘就。这意味着人类生命的密码即将破译。为了突出这件事的重要性及其深远影响，克林顿从科学史中寻找到了一种能够更为激动人心的表述方式。他说，当年伽里略在证明自己能够用数学和天文工具掌握天体运行的规律时曾说过，他已经掌握了上帝创造宇宙的语言；而今天，我们宣布人类基因组计划（HGP）的这项重大进展时，我们正在掌握上帝创造生命的语言。这一生动的表述具有震撼人心的力量，它立即使HGP，这个在一天前还局限在科学家圈子里的概念，一下子成为全世界从政府高层到普通平民的热门话题。科学史上常常出现这样的事：科学研究中的一个重大突破，由于它的影响深远并涉及每个人的生活（或信仰），会一下子使科学中的高深理论在民间迅速普及开来。达尔文的进化论如此，伽里略的天体运行论也如此。1997年，克隆羊多莉的出现使得“克隆”这个只能按英文音译的陌生概念，立即成了普通人口中的日常用语。今天，人类基因组计划也必将使“基因”这一上帝创造生命的语言，迅速为广大民众所熟悉。

毫无疑问，人类基因组计划是科学史上最伟大的成就之一［1］。千百年来，人类独具的思维能力以及对自身及世界的好奇本性，使它从未停止过对“我是谁？我从哪里来，又将向何处去？”这个终极问题的探索。人类基因组计划的完成，将使我们第一次可以用纯生物学的语言，从我们自身的结构中寻找出这个问题的答案，并用这个“上帝创造生命的语言”来改造我们的生命，并创造出新的生命。人类基因组计划的完成确实能够为医学科学的发展提供广泛的可能性和广阔的想象空间。譬如通过基因替换来治疗疾病；通过疾病相关基因的测定来预测对疾病的易感性和诊断疾病；功能蛋白的基因还可能是许多新型药物的来源。这些都会给医学带来革命性的变化［2］。不但如此，人们还可以通过对基因的操作而创造出比现有人群更聪明、更漂亮，也许更长寿的“超人”。这一切从技术上来讲，都是可能的，只要人类愿意，它的实现只是迟早的事。但是即使暂时撇开生命伦理学的考虑，我们还是可以提出这样的问题：上述的这一切是否能从根本上改变人类的生存状态呢？这些新“超人”们是否一定会活得更健康、更幸福呢？

人并不是单纯的自然人，人的社会属性决定了他的生存状态决不会仅由他的生物属性所决定，甚至更主要的是由他的社会关系来决定的。医学的对象是人的健康与疾病，而健康与疾病也不仅仅是由生物因素决定的。神经内分泌免疫网络理论证明，人类精神状态可以在基因表达的水平上影响免疫应答的强度，从而明显地影响机体的免疫功能，或者可以通过体细胞的基因突变导致癌症的发生。此外，我们早已知道，小到细胞，大到人体，相同的基因型并不一定会表现出完全相同的表型特征，这说明基因的表达与否及表达的程度，既受基因存在的微环境，譬如细胞除DNA以外的成份的影响，也受机体存在的大环境，譬如社会和自然环境等的影响。从广泛的意义上讲，疾病也可以认为是基因病，但基因并不是一个可以自行其是的东西，从这个意义上看，疾病又不完全是基因病。企图通过操作基因来解决一切医学问题，显然是不切实际的。目前临床上难治性疾病大多是由多个基因决定的。譬如，一个癌细胞的发生既涉及到癌基因的活化、抑癌基因的失活，又涉及与凋亡有关的基因的一系列变化，如此等等。至于人的复杂表型，如行为方式、性格特点、智力程度、寿命长短等更是由多基因控制的。这些基因可能分布在基因组的不同区域，它们通过一种极其精确的，现在我们还不知道方式相互协调，并与环境相互作用而产生出上述的种种复杂性状，这不是可以由简单的基因操作所能控制的。人类基因组测序的完成，也只是知道了创造生命的语言，要读懂由这些语言写成的天书，还是一个很长、很艰难的过程。最后一点，如果对人体的任何性状都可以进行通过基因操作来控制了，是否人人都可以享受到这种治疗方式呢？社会能够承担得的起这种基因操作所需的昂贵代价吗？而一种技术如果只是少数人能享用而不能获得普及,它的社会影响必然是十分有限的。

关键词： 分子流行病学；人类基因组计划

一个以生命科学为主导的新世纪已经到来。20世纪中叶DNA双螺旋结构及遗传机制的阐明，蛋白质、核酸人工合成的成功，导致基因工程、单克隆抗体、聚合酶链反应(PCR)等技术的应用以及基因芯片的研制成功等，促进了医学科技飞速发展。当代科技发展的重大项目是人类基因组计划这一伟大科学工程，它不仅改变了人们对疾病的认识，而且也改变了各国医学和生物学研究的格局。今天，生物医学已经历了从整体水平到器官水平，细胞水平到分子水平，从个体水平到群体水平，到生态水平以至宇宙水平的发展历程。在微观研究不断深入的基础上向宏观研究不断拓展，而出现了社会、心理、生物学全方位的研究，多学科的融合。

完成基因组测序，这只是对自身基因认识的第一步，从基因组与外界环境相互作用的高度开展功能基因组学研究将是今后重要的任务。人体好比是字典，而人类基因组计划将告诉我们字典中的单词组成，今后流行病学的任务之一将是参与揭示每个单词的意义及与疾病的关系以及制定预防对策。日本分子生物化学家利根川进发现人类疾病都与基因受损有关，提出了基因病-人类疾病的新概念。其中遗传因素是内因，环境因素是外因，人类疾病是遗传因素(基因组信息)与环境因素相互作用的结果的概念已越来越被人们所接受，主要分三种类型。

第一类是单基因病。在这类疾病中，遗传因素的作用非常强，仅由单个基因DNA序列某个碱基对的改变就造成疾病，还可以把这样的改变传递给后代。单基因病其发生率一般都较低，如早老症、多指症、白化病等。

第二类是多基因病。这类疾病的发生涉及两个以上基因的结构或表达调控的改变，主要是慢性非传染性疾病，如癌症、高血压、冠心病、糖尿病、哮喘病、骨质疏松症、神经性疾病、原发性癫痫等。目前国际上已掀起了多基因疾病研究的热潮。人类是一个具有多态性的群体，不同群体和个体在对疾病的易感性、抵抗性以及其他生物学性状(如对药物的反应性等)方面的差别，其遗传学基础是人类基因组DNA序列的变异性，而这些变异中最常见的是单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism,SNP)，约在500～1 000个碱基对中就有一个SNP。已知多基因疾病是由多个基因的累加作用和某些环境因子作用所致，这些基因的SNP及其特定组合可能是造成疾病易感性最重要的原因。因此，对疾病相关调节通路的候选基因进行SNP的关联研究，可能是多基因疾病研究取得突破的希望所在。

第三类为获得性基因病。主要是传染病由病原微生物通过感染将其基因入侵到宿主基因引起。在与传染病斗争中，虽然我们已经取得显著成绩，但是，人类与传染病的斗争远远没有结束。由于原有微生物的不断变异和新病原体的不断出现，传染病仍是世界上对人类健康的主要威胁，传染病仍受到各国政府的高度关注。新病原菌的不断出现和旧传染病的重新流行，其因素很多，概括起来大致上有三个方面：一是生态因素，二是传染宿主遗传背景，三是微生物基因组的变异，或逃逸机体的免疫(如艾滋病、慢性病毒性肝炎、疱疹性病毒感染)，或增加了致病性(如流行性感冒病毒的变异、O139霍乱弧菌、O157∶H7大肠杆菌)，或产生抗药性(如淋球菌、疟原虫、结核菌、霍乱弧菌)。

近年来，病原微生物的基因组研究取得了飞速的进展。所谓基因组研究即对微生物的全基因组进行核苷酸测序，在了解全基因的结构基础上，研究各个基因单独或数个基因间相互作用的功能。目前对病毒的基因组研究已进入了后基因组阶段，即从全基因组水平研究病原体的生物学功能，同时发现新的基因功能，这一研究将使人类从更高层次上掌握病原微生物的致病机制及其规律，从而得以发展新的诊断、预防及治疗微生物感染的制剂、疫苗及药品。

1997年美国提出了环境基因组学计划，其目的是要了解环境因素对人类疾病的影响和意义。由于人类遗传的多态性，不同个体对环境致病因素的易感性也有差异。针对与环境中物理、化学或生物因素发生相互作用蛋白的编码基因(如DNA修复机制、氧化-还原反应及病毒受体蛋白等)，识别其基因组多样性和结构-功能关系。这将有助于发现特定环境因子致病的风险人群，并制定相应的预防措施和环境保护策略。

2003年9月美国国立人类基因组研究所（NationalHumanGenomeResearchInstitute，NHGRI）启动了DNA百科全书（Encyclopedia of DNA Elements，ENCODE）计划以鉴定人类基因组的所有功能组分。其目的是寻求新一代DNA研究技术对人类基因调控序列在全基因组的水平上研究的应用。由于目前基因组研究中的重点--蛋白编码区仅占人类基因组中DNA的 1.5%， 全面了解基因组转录水平的调控成为系统生物学的核心发展方向之一。

“DNA元件百科全书”计划是继“人类基因组计划”后最大的国际合作计划之一。由美国国家人类基因组研究所(US National Human Genome Research Institute)、Wellcome Trust和欧洲生物信息研究所(European Bioinformatics Institute, EBI)组织，包括全世界11个国家80家科研机构35个小组的研究人员。

一、“DNA元件百科全书”计划内容

“DNA元件百科全书”计划主要目标是对人类基因组功能元件进行鉴定和分析，主要包括以下几个部分：

①运用人类基因组计划中成熟的方法和手段进行研究；

②(小规模)试点研究；

③开发高通量筛选和检测技术进行研究。

ENCODE团队试点计划目前已经基本完成，主要包括以下三方面的内容：①对编码的功能DNA进行鉴定和分类；对已存在的几种方法进行了测试和比较，严格分析了人类基因组序列中已被定义的序列。②阐明人类生物学和疾病之间的关系；③对大量鉴定基因特征的方法、技术和手段进行检测和评估。

2006年11月上旬，据美国媒体报道，人类可采用基因疗法来治疗艾滋病。基因再次成为人们关注的目标。五年前，中英美日德法六国科学家在著名科学杂志《自然》上发表人类基因组计划框架图。五年后，人类基因组计划目前的进展到底如何？

向人类疾病宣战

面对人类身上10万个基因30亿个碱基对，要真正破解人类生老病死的奥秘，并且找出它们各自所对应的遗传机理,这项浩大的工程才刚刚开始。

除了解码基因，人类基因组计划开始了另外一项工作，完成一个多人种相互对应和比较的医学遗传草图。这项计划试着在全球选择了380多位白人、黄种人、蒙古人种和黑人，并通过遗传基因的彼此对照，比较这些不同种群在人类进化过程中存在的不同结构。

科学家们希望通过比较，了解这些人种结构的不同能否对指导不同人种的生活方式和临床用药有所启发。这项研究将从基因的层面，探究个体对糖尿病、肿瘤等疾病是否敏感以及个体患上某种疾病的几率。

过去5年，科学家们一直试着解决这样的问题，但在不同的人种之间，情况千差万别。“相对于30多亿的种群人口而言，我们仅仅选择了四个种群中不多的人来做比较试验，因此并不能完整地代表每个人种的基因组状况。”一直参与这项计划的中国科学家汪建说，“因此，就目前我们的研究进展情况看，还不能回答有多少因素是我们在出生前就被父母亲的遗传锁定的。”

他认为，人类基因组计划要解决这个难题，需要对成千上万的个体进行大数据量的社会调查和精确测算。

不过，就目前的研究来看，癌症病人和精神疾病病人将成为基因研究最大和最先受益的人群。基因之父、DNA双螺旋构造的发现者詹姆斯・沃森称，肿瘤通常是DNA受损后，健康细胞产生缺陷并无限制分裂导致的，因此，通过解读人类基因的遗传机理，就可以知道病人或正常人有哪些基因发生了突变，从而选择出最佳的防治方法。同样，精神疾病防治也会因为基因技术的发展而取得质的飞跃。

在生物学领域中，有许多的难题一直困扰着人们。比如，为什么糖尿病、高血压和精神病等复杂的疾病难以预测及治疗？为什么一个人患有癌症或抑郁症，而他（她）的同卵双胞胎依然非常健康？这些奥秘犹如上帝给人类出的谜题，吸引着一代又一代的科学家投身到这解谜游戏中。今年9月5日，世界各国的科学家们在《科学》（Science）、《自然》（Nature）等顶级杂志发表文章30余篇，将他们九年努力的成果展现在世人面前。这些成果是医学和科学上的重大突破，成为解开上帝谜语的重要线索，对人类健康有着巨大的影响。这些成果都来自于人类生物学上的又一个里程碑——“DNA元件百科全书计划”（Encyclopedia of DNA Elements， 略称ENCODE）。

重塑“垃圾DNA”的重要角色

你知道人类的基因组曾被认为是充满了“垃圾DNA”（即没有功能的DNA）的“垃圾场”吗？这样的观点持续了数十年之久。上世纪80年代末，世界各国的科学家启动了人类基因组计划（human genome project， HGP），目标是要揭开组成人体的30亿个碱基对的秘密，绘制出人类基因的谱图。当时一些研究人员曾经预测人类约有14万个基因，而当人类基因组测序完成后，人们惊讶地发现人类基因总数只有2.1万个左右，仅占整个基因组的2%以下，并且仅仅是线虫或果蝇基因数量的2倍。如此少的基因数目产生如此复杂的功能，是人们没有预料到的。更让人想不到的是，人类基因组98%的DNA是不编码蛋白的序列，难道这些没有任何生物学功能的DNA序列真的是“垃圾”吗？难道它们真如进化论者所说，是被淘汰了的基因“废料”吗？

为了更细致地鉴定人类基因组的所有功能组分，2003年美国国立人类基因组研究所启动了ENCODE计划。全世界11个国家80所科研机构的442名研究人员经过9年的努力，分析了超过15万亿字节的原始数据，对147个组织类型进行了分析统计，获得了迄今最详尽的人类基因组分析数据，其结果于今年9月5日正式发表在《自然》、《科学》、《基因组研究》（Genome Research）及《基因组生物学》（Genome Biology）杂志上。这项国际计划的研究结果正在改变科学家们对基因的认识。参与ENCODE计划的研究人员已经确认：基因组中超过80%的DNA在生物化学上都是活跃的，换句话说，它们都有某种确定的功能；其中包括7万多个负责与蛋白质结合控制基因表达的“启动子”区，以及近400万个基因开关，控制着基因是开还是关，以及蛋白何时何地生成。这一发现被认为是医学界和科学界的重大突破，因为很多复杂疾病的出现都是由于这数百万的基因开关的微小变异而引起的。

ENCODE计划还创建了一张图谱，用以展示所有不同碱基所扮演的角色。“这就像人类基因组的谷歌地图。” 美国国家人类基因组研究所项目主管埃利斯·范戈尔德说，“人类基因组计划就像从卫星上拍了一张地球的照片，而ENCODE计划则在这张照片上标出了河流和道路，你甚至可以找到交通信息以及饭店和医院的位置。”在ENCODE图谱中，人们能从染色体水平放大单个碱基并查看其功能。DNA元件百科全书计划使我们认识到，人类的基因组不是一群编码蛋白的基因漂浮在“垃圾DNA”的海洋中，而是由30亿个化学“字母”（碱基）组成的一个极为复杂的网络。基因、调控元件和其他DNA序列以一种人们尚未完全认识的三维重叠方式相互作用，共同控制人类的生理活动。如今，ENCODE计划使基因组“垃圾场”摇身一变成了“金矿”，过去认为是“垃圾”的DNA序列，恰恰是我们了解人类健康，寻找复杂疾病治疗方法的金钥匙。

打开疾病治疗的神秘之门

DNA百科全书的研究成果告诉我们，所谓的“垃圾DNA”实际上如同躲在幕后的舞台总监，它们像调节舞台光线一样调控着数以万计的基因何时何地登场，并决定一些基因的角色（比如控制一个细胞成长为肝细胞还是神经细胞），以及基因与蛋白间如何互动等等。如果没有这些开关的调控，基因将不能正常工作，而这些调控区域的微小变异也许会导致人类患上疾病。在同卵双胞胎的例子中，尽管两个个体拥有完全一致的遗传信息，但是假如二者生活在不同的环境中，基因调控区域发生微小变异导致基因表达的不同，就可能使双胞胎中的一个患上疾病，而另一个则完全健康。

在一篇发表在《自然》杂志的论文中，研究人员指出基因开关的调控功能与一系列人类疾病，如多发性硬化症、狼疮、类风湿关节炎、克罗恩病、麦胶性肠病，以及包括身高这样的体貌特征相关。过去，虽然科学家们已经知道人类DNA序列的微小变化会增加患病的风险，但由于许多微小变化都发生在“垃圾DNA”区域而被人们忽视。随着人类基因组详图的面世，人们才豁然开朗，原来基因虽未被改变，但调控基因的区域发生变异因而有可能产生复杂的疾病。美国斯坦福大学的研究人员迈克尔·斯奈德说：“大部分能导致疾病的碱基变异并不发生在编码蛋白的基因中间，而是出现在控制基因开关的DNA序列中。”