科普 | 基因组计划二

基因检测与解读 · 公众号 · · 2018-01-24 07:26

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什么是 DNA 元素百科全书（ ENCODE ）计划？

DNA 元素百科全书（ ENCODE ）计划是人类基因组计划的后续工作，人类基因组计划对构成人类基因组的 DNA 序列进行了测序，而 ENCODE 计划旨在解释这些 DNA 序列。随着 2003 年人类基因组计划的完成， ENCODE 计划作为一个全球性的项目而展开，该项目涉及 30 多个研究组和 400 多名科学家。

在人类基因组中，大约有 20,000 个基因能够翻译成蛋白质，这仅仅占到全基因组的 1% ，研究人员着手从 ENCODE 项目去揭示基因组中剩余 99% 的功能。科学家们发现基因组中这种非基因编码组份的 80% 实际上发挥着调节特定基因表达的作用，而这些曾经被认为是基因组的中 “ 垃圾 DNA” 。

研究人员认为，基因活性调控的变化可能会破坏蛋白质的产生和正常的细胞生理过程，从而导致疾病的发生。 ENCODE 计划的一个目标就是研究某些基因表达的变化与疾病发生的关系。

ENCODE 计划已经使研究人员能够对人类基因组的功能进行深入的理解，随着研究人员了解更多的关于基因活性的调控以及基因是如何表达的，科学界将能够更好的理解整个基因组是如何影响人类健康的。

什么是药物基因组学？

药物基因组学是研究基因如何影响一个人对药物反应的学科，这个相对较新的领域将药物学（有关药物的科学）和基因组学（有关基因及其功能的研究）有机的结合起来，去开发适合个人遗传特征的有效且安全的药物和使用剂量。

目前市面上许多可用的药物是 “ 一刀切 ” 的状况，但是它们对每个人而言都不会以相同的方式发挥药效。如果去预测一种药物对谁有效，对谁不起作用，以及对谁会产生副作用（药物不良反应），这将是一件非常困难的事情。在美国，药物不良反应是住院和死亡的重要原因。随着人类基因组计划的完成，研究人员正在研究基因遗传差异如何影响身体对药物的反应，这些遗传差异将被用来预测一种药物是否会对某一类特定的人有效，并有助于防止药物不良反应。

药物基因组学领域目前还处于起步阶段，它的应用还非常的有限，但是在临床试验中正在研究新的方法和策略。在不久的将来，药物基因组学将研发量身定制的药物来治疗各种健康问题，包括心血管疾病、阿尔茨海默病、癌症、艾滋病和哮喘。

DNA 测序工作正在取得哪些进展？

DNA 测序工作指的是确定一个人的遗传密码中 DNA 组成单元（核苷酸）的顺序，它不仅促进了遗传学研究的发展，而且也是一种用于检测遗传性疾病的方法。

大量 DNA 同时被快速测序相关技术正在被开发出来。之前的测序技术被称为 Sanger 测序（以科学家 Sanger 的名字命名的），该技术在当时是一个重大突破，能够帮助科学家确定人类遗传密码的序列，但是它是比较费时且昂贵的。直到今天， Sanger 测序法已经实现自动化使其测序速度更快，并且被很多实验室用于短片段 DNA 的测序，但是如果将其用于个人基因组的测序，这将可能需要数年的时间。最近，下一代测序技术（ Next-generation sequencing ）已经加快了个人基因组测序周期的进程（只需要几天到几周的时间），同时降低了测序成本。

利用下一代测序技术，现在可以进行大量 DNA 的测序工作，比如一个人中所有能够编码蛋白质的 DNA 片段，这些片段被称为外显子，在一个人的基因组中占到 1% 的比例。一个基因组中所有的外显子合起来称为外显子组，用来测定外显子组序列的方法被称为全外显子组测序，这种方法可以鉴定任何一个基因中蛋白编码区域的遗传变异，而不是仅能研究几个选定的基因。由于绝大多数的能够导致疾病的已知突变都出现在外显子区域，所以全外显子组测序技术被认为是一种确定潜在致病突变的有效方法。

然而，研究人员发现在外显子区域外的 DNA 变异能够影响基因的活性和蛋白质的翻译，并且能够导致遗传疾病，而全外显子组测序技术则漏掉了这些变异。另外一种被称为全基因组测序的方法，能够确定一个人基因组中所有核苷酸的序列，并且可以找到基因组中任何区域的变化。

虽然全外显子组和全基因组测序方法都会比选定的基因测序方法鉴定出更多遗传变异，但是其中很多信息的重要性还是未知的。由于不是所有的遗传变异都会影响健康问题，所以很难知道鉴定出的变异是否是研究人员感兴趣的，有时候鉴定出的遗传变异与尚未被诊断出的遗传性疾病相关（这些被称为偶发或者二级发现）。

除了被用于临床研究，全外显子组和全基因组测序对于研究人员来说是非常重要的方法。外显子组和基因组序列的后续研究可以帮助确定新的遗传变异是否和健康状况相关，这将有助于未来对疾病的诊断。

译者介绍

辛成齐，中国科学院北京基因组研究所生物信息学博士，师从中国基因组学奠基人于军研究员，曾参与CAS-KACST椰枣基因组国际合作项目，主要研究领域涉及基因组、转录组等，熟悉NGS文库构建、上机以及数据分析工作，目前在大连医科大学附属第一医院工作。

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