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我国基因科学研究创新成果和基因科学未来发


人民政协网 www.rmzxb.com.cn 日期:2008-03-04 02:30





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程津培





  人类基因组序列图的完成,标志着生命科学真正进入了“基因组时代”。基因组学在面世以来短短几年里,已从根本上改变了我们对生命、包括人类自己的认识,改变了生命科学的观念以及研究策略、规模与方法,已成为生命科学源头创新的基础和生物技术创新的共享手段。


  我国一直非常重视基因科学研究,从“九五”开始有计划地系统支持基因科学研究。973计划在1998年第一批项目中就设立了“疾病基因组学理论和技术体系的建立”项目,近10年来先后支持了一批与基因功能研究紧密相关的重大项目;863计划从“九五”末期开始资助人类基因组1%测序,“十五”期间科技部设立了“功能基因组和生物芯片”重大专项。


  2006年,《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》对基因科学研究做了重点部署,在前沿科学方面部署了基因语言及调控、功能基因组学、模式生物学、表观遗传学及非编码核糖核酸,在前沿技术方面部署了基因操作和蛋白质工程技术等重点方向,在面向国家重大需求的基础研究领域部署了重大疾病发生发展过程及其干预的分子与细胞基础、重要农业生物基因和功能基因组及相关“组”学等重要内容,在蛋白质研究、发育与生殖研究重大科学研究计划中也作了相应部署。


  在国家科技计划的大力支持和广大科技人员的辛勤探索下,我国在基因科学研究和应用领域建立了如基因组测序、基因敲除和结构基因组等较完备的技术平台,功能基因研究的系列结果处于国际先进水平,同时涌现出一大批高水平研究人才。


  在基因组测序方面展示了中国的能力和贡献


  参与并完成国际人类基因组和人类基因组染色体单体型图谱研究[


  人类基因组计划的目标是完成总数约为30亿碱基对的人基因组DNA全序列的测定,从而系统地、全面地解读和分析人类遗传物质的全部信息,揭示生命的奥秘。该计划于1990年在美国正式启动,我国是继美、英、日、法、德等国之后的第六个参与国,承担完成了人类3号染色体短臂由标志D3S3610至端粒区段约3000万个碱基对的DNA序列测定工作。


  2002年我国又参与发起人类基因组染色体单体型图谱(Hap-Map)工程的国际大协作,承担人类第3和第21号染色体Hap-Map 的构建,完成了总任务的10%。


  独立完成了多种大型基因组的测序和功能研究


  在参与国际相关计划的同时,我国科学家利用基因组测序技术平台,独立完成了籼稻(9311)、家鸡、家蚕和血吸虫等大型基因组的测序,发现了一批功能明确的新基因。


  人类功能基因组研究


  我国科学家经过多年努力,鉴定和克隆了新基因2000多个,功能明确的有400多个,具有应用前景的功能基因近200个。在单基因遗传病致病基因研究上打破了西方科学界一枝独秀的局面,在多基因复杂性状疾病的研究中产生了许多原创性的发现和贡献。


  我国科学家1998年在高频耳聋家系首先克隆了遗传性神经性耳聋致病基因GJB3,实现了在我国本土克隆遗传病致病基因零的突破;在神经性耳聋的致病机理研究方面,发现神经性耳聋致病基因GJB3的相互作用蛋白P11可能参与GJB3的组装和运输。


  随后,在国际上首次发现DSPP基因突变会导致遗传性乳光牙本质的发生,这一发现对于遗传性乳光牙本质的防治具有重要意义,受到国际人类基因组、疾病分子遗传学和口腔医学等领域同行的广泛关注。


  植物、微生物功能基因的研究同样是我国生命科学原始性创新的重要领域。首次克隆了与水稻分蘖形成有关的重要基因MOC1;阐明了H5N1亚型禽流感病毒变异与致病分子机制;发现了维生素C生产菌株Kv菌新功能。


  我国的结构基因组研究与功能基因组研究同步,不断取得突破和进步,共完成了上百个蛋白质及其复合物的结构测定,特别是完成了2个膜蛋白结构的测定。


  另外,首次解析出4种SARS病毒蛋白和蛋白复合物结构,特别是主蛋白酶3CLpro及其与抑制剂复合物的三维结构,并设计、合成获得了一种有潜在临床意义的“广谱”抑制剂,有潜在的应用前景。


  基因科学未来发展趋势


  随着人类基因组计划的完成,“后基因组时代”已经到来。基因组研究已由静态的序列测定进入动态的基因组功能鉴定的新阶段,从单一的基因或蛋白质的研究转向全面分析基因组功能的系统研究。基因组学、蛋白组学和代谢组学为核心的各类“组学”研究基础上开展系统生物学研究是近几年引起重视的前沿研究方向。


  新技术、新方法的发展和应用将使基因组测序更为快速和廉价


  基因组研究的起始技术——序列分析正在酝酿革命性的突破,可望在未来几年内降到“一千美元基因组”,即分析一个人类基因组仅需一千美元。


  非编码DNA与“表观基因组学”日益受到关注


  基因组学的一个重要方面是研究基因组中不编码蛋白质的DNA即非编码DNA;另一个重要领域是研究DNA分子的修饰(如DNA甲基化等)以及与DNA一起形成染色体的组蛋白修饰所携带的遗传信息。这些可遗传的信息并不基于DNA序列,因此这类研究称为“表观基因组学”。


  小分子非编码RNA是目前国际生物领域研究的热点和前沿


  近年来,人们发现miRNA和siRNA等调控型的小分子非编码RNA在基因的转录和转录后加工、细胞分化和个体发育、遗传和表观遗传等生命活动中发挥重大作用。因此,阐明小分子非编码RNA的调控功能及其机制以及发现更多的新的调控RNA分子已成为后基因组时代生命科学研究的热点和前沿。包括RNA组学研究、细胞分化和发育中miRNA的结构与功能研究、表观遗传中的RNA调控研究以及RNA与疾病发生的关系研究等。


  基因科学将更紧密地与医药健康相联系


  生物产业的创新是建设创新型国家宏伟目标的重要方面。近10年来,我国生物产业取得了长足进步,但在占生物产业60%以上的药物制造方面仍然相当薄弱。以重要功能基因和功能蛋白质为对象,有望产生一系列药物靶标、治疗制品等方面的自主知识产权,为我国开发出大批具有自主知识产权的创新性药物提供强大的技术支撑;同时,基因和蛋白质研究将更多地面向临床,产生一系列重要的早期诊断靶标,为疾病的早诊、早治提供服务。


  (作者系十届全国政协常委、科技部副部长)

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