生物化学及分子生物学人卫第九版-27组学与系统生物学省名师优质课赛课获奖课件市赛课一等奖课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢,目录,单击此处编辑母版标题样式,编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢,单击此处编辑母版标题样式,编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢,本章小结,单击此处编辑母版标题样式,编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢,单击此处编辑母版标题样式,编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢,单击此处编辑母版标题样式,编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢,单击此处编辑母版标题样式,编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢,单击此处编辑母版标题样式,编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢,谢 谢 观 看,单击此处编辑母版标题样式,编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢,作者,:,杨生生 焦炳华,单位,:,海军军医大学,第,27,章,组学与系统生物医学,第1页,第一节 基因组学,第二节 转录组学,第三节 蛋白质组学,第四节 代谢组学,第五节 其它组学,第六节 系统生物医学及其应用,第2页,重点难点,熟悉,了解,掌握,基因组学、转录组学、蛋白质组学、代谢组学等概念及其研究内容,系统生物医学、分子医学、精准医学、转化医学等内涵,糖组学、脂组学研究内容；系统生物医学在当代医学研究中应用,第3页,基因组学,第一节,第4页,结构基因组学（,structural genomics,）,比较基因组学（,comparative genomics,）,功效基因组学（,functional genomics,）,基因组学是说明整个基因组结构、结构与功效关系以及基因之间相互作用科学,第5页,一、结构基因组学揭示基因组序列信息,L.Yan et al.PNAS;100:6263-6268,遗传图谱,(genetic map),物理图谱,(physical map),序列图谱,(sequence map),第6页,1.,遗传作图就是绘制连锁图,（一）经过遗传作图和物理作图绘制人类基因组草图,第一代多态性标识：限制性片段长度多态性,-RFLP,第二代多态性标识：可变数目串联重复序列,-VNTR,第三代多态性标识：单核苷酸多态性,-SNP,遗传作图（,genetic mapping,）,:,就是确定连锁,遗传标志位点,在一条染色体上排列次序及它们之间相对遗传距离，用,厘摩尔根,（,centi-Morgan,，,cM,）表示，当两个遗传标识之间重组值为,1%,时，图距即为,1 cM,。,惯用遗传标志,第7页,2.,物理作图就是描绘杂交图、限制性酶切图及克隆系图,物理作图（,physical mapping,）以物理尺度（,bp,或,kb,）标示遗传标志在染色体上实际位置和它们间距离，是在遗传作图基础上绘制更为详细基因组图谱。,惯用物理作图方法,荧光原位杂交图（,fluorescent in situ hybridization map,，,FISH map,）,限制性酶切图（,restriction map,）,连续克隆系图（,clone contig map,）,第8页,遗传图谱与物理图谱示意,遗传图谱标示了分子标志间相对距离，以,cM,标示,物理图谱标示了分子标志间绝对距离，以,kb,表示,第9页,（二）经过,EST,文库绘制转录图谱,转录图谱又称为,cDNA,图或表示图（,expression map,），是一个以,表示序列标签（,expressed sequence tag,，,EST,）,为标识，依据转录次序位置和距离绘制分子遗传图谱。,EST,是指从,cDNA,文库中随机选取某一克隆进行测序所取得,cDNA,5-,或,3-,末端序列，每个,EST,长度普通在,300500bp,之间就能够包含已表示该基因信息。,第10页,基因图谱中序列标签位点（,STS,）和表示序列标签（,EST,）分布示意,第11页,（三）经过,BAC,克隆系和鸟枪法测序等构建序列图谱,BAC,文库构建与鸟枪法测序流程示意图,第12页,二、比较基因组学判别基因组相同性和差异性,种间比较基因组学说明物种间基因组结构异同,种内比较基因组学说明群体内基因组结构变异和多态性,比较基因组学是在基因组序列基础上，经过与已知生物基因组比较，判别基因组相同性和差异性，首先可为说明物种进化关系提供依据，另首先可依据基因同源性预测相关基因功效。,研究内容,第13页,三、功效基因组学系统探讨基因活动规律,EJIFCC.;19(1):2230.,基因组表示,基因组功效注释,基因组表示调控网络及机制,第14页,四、,ENCODE,识他人类基因组全部功效元件,NHGRI,于,年,9,月开启了,DNA,元件百科全书（,ENC,yclopedia,O,f,D,NA,E,lements,，,ENCODE,）计划；该计划意在解析人类基因组中全部功效性元件，内容包含编码基因、非编码基因、调控区域、染色体结构维持和调整染色体复制动力,DNA,元件等。,https:/genome.ucsc.edu/ENCODE/,第15页,（一）,ENCODE,是,HGP,延续与深入,ENCODE,研究内容与策略,第16页,（二）,ENCODE,已取得主要阶段性结果,人类基因组大部分序列（,80.4%,）含有功效；,人类基因组中有,399,124,个区域含有增强子样特征，,70,292,个区域含有开启子样特征；,RNA,产生和加工与开启子结合转录因子活性亲密相关；,非编码功效元件富含与疾病相关,SNP,，大部分疾病表型与转录因子相关。,第17页,转录组学,第二节,第18页,转录组（,transcriptome,）,:,指生命单元（通常是一个细胞）所能转录出来全部转录本，包含,mRNA,、,rRNA,、,tRNA,和其它非编码,RNA,总和。,转录组学（,transcriptomics,）,：是在整体水平上研究细胞编码基因（编码,RNA,和蛋白质）转录情况及转录调控规律科学。,第19页,一、转录物学全方面分析基因表示谱,Leukemia,.,;27(4):992-5,大规模基因表示谱（,expression profile,）分析,第20页,二、转录组研究采取整体性分析技术,微阵列（,microarray,）,基因表示系列分析（,serial analysis of gene expression,，,SAGE,）,大规模平行信号测序系统（,massively parallel signature sequencing,MPSS,）,第21页,微阵列技术基本步骤,（一）微阵列是大规模基因组表示谱研究主要技术,https:/www.genome.gov/10000533/dna-microarray-technology/,第22页,基因表示系列分析,(SAGE),（二）,SAGE,在转录物水平研究细胞或组织基因表示模式,www.sagenet.org/findings/index.html,第23页,大规模平行信号测序系统,(MPSS),https:/www.ncbi.nlm.nih.gov/probe/docs/techmpss/,（三）,MPSS,是以序列测定为基础基因表示谱高通量分析新技术,第24页,（一）高通量转录组测序是取得基因表示调控信息基础,（二）单细胞转录组有利于解析单个细胞行为分子基础,三、转录组测序和单细胞转录组分析是转录组学关键任务,第25页,蛋白质组学,第三节,第26页,蛋白质组（,proteome,）,是指细胞、组织或机体在特定时间和空间上表示全部蛋白质。,蛋白质组学（,proteomics,）,以全部这些蛋白质为研究对象，分析细胞内动态改变蛋白质组成、表示水平与修饰状态，了解蛋白质之间相互作用与联络，并在整体水平上说明蛋白质调控活动规律，故又称为,全景式蛋白质表示谱,（,global protein expression profile,）分析。,第27页,1.,蛋白质种类和结构判定是蛋白质组研究基础,（一）蛋白质判定是蛋白质组学基本任务,2.,翻译后修饰判定有利于蛋白质功效说明,一、蛋白质组学研究细胞内全部蛋白质组成及其活动规律,（二）蛋白质功效确定是蛋白质组学根本目标,1.,各种蛋白质均需要判定其基本功效特征,2.,蛋白质相互作用研究是认识蛋白质功效主要内容,第28页,二、二维电泳、液相分离和质谱是蛋白质组研究常规技术,基于二维（双向）凝胶电泳（,two-dimensional gel electrophoresis,，,2-DE,）分离为关键研究路线；,基于液相色谱（,liquid chromatography,，,LC,）分离为关键技术路线。,蛋白质组研究主要有两条技术路线,第29页,（一）,2-DE-MALDI-MS,依据等电点和分子量分离判定蛋白质,1,2-DE,是分离蛋白质组有效方法,2,MALDI-MS,判定,2-DE,胶内蛋白质点,第30页,（二）,LC-ESI-MS,经过液相层析技术分离判定蛋白质,1,层析分离肽混合物,从组织中提取目标蛋白质混合物首先进行选择性酶解，取得肽段混合物，然后进行二维液相分离。,2,电喷雾串联质谱判定肽段,利用高电场使,MS,进样端毛细管柱流出液滴带电，带电液滴在电场中飞向与其所带电荷相反电势一侧。液滴在飞行过程中变得细小而呈喷雾状，被分析物离子化成为带单电荷或多电荷离子，使被分析物得以判定。,第31页,代谢组学,第四节,第32页,代谢组学（,metabonomics,）,就是测定一个生物,/,细胞中全部小分子（,Mr1000,）组成，描绘其动态改变规律，建立系统代谢图谱，并确定这些改变与生物过程联络。,第33页,一、代谢组学任务是分析生物,/,细胞代谢产物全貌,代谢物靶标分析（,metabolite target analysis,）：对某个或某几个特定组分进行分析；,代谢谱分析（,metabolic profiling analysis,）：对一系列预先设定目标代谢物进行定量分析。如某一类结构、性质相关化合物或某一代谢路径中全部代谢物或一组由多条代谢路径共享代谢物进行定量分析；,代谢组学：对某一生物或细胞全部代谢物进行定性和定量分析；,代谢指纹分析（,metabolic fingerprinting analysis,）：不分离判定详细单一组分，而是对代谢物整体进行高通量定性分析。,代谢组学分为四个层次,第34页,二、核磁共振、色谱及质谱是代谢组学主要分析工具,NMR,：是当前代谢组学研究中主要技术。代谢组学中惯用,NMR,谱是氢谱（,1,H-NMR,）、碳谱（,13,C-NMR,）及磷谱（,31,P-NMR,）；,MS,：按质荷比（,m/z,）进行各种代谢物定性或定量分析，可得到对应代谢产物谱；,色谱,质谱联用技术：这种联用技术使样品分离、定性、定量一次完成，含有较高灵敏度和选择性。当前惯用联用技术包含气相色谱,质谱（,GC-MS,）联用和液相色谱,质谱（,LC-MS,）联用。,代谢组主要分析工具,第35页,代谢组学研究技术系统及伎俩,第36页,三、代谢组学技术在生物医学领域含有辽阔应用前景,能够提供疾病（如一些肿瘤、肝脏疾病、遗传性代谢病等）诊疗、预后和治疗评判标准，并有利于加深对疾病发生、发展机制了解；,能够快速检测毒物和药品在体内代谢产物和对机体代谢影响，有利于判定毒物、药品代谢规律，为深入说明毒物中毒机制和发展个体化用药提供理论依据；,利用代谢组学技术对代谢网络中酶功效进行有效整体性分析，能够发觉已知酶新活性并发掘未知酶功效；,最终，因为代谢组学分析技术含有整体性、分辨率高等特点，可广泛应用于中药作用机制、复方配伍、毒性和安全性等方面研究，为中药当代化提供技术支撑。,第37页,其它组学,第五节,第38页,（一）糖组学分为结构糖组学与功效糖组学两个分支,（二）色谱分离,/,质谱判定和糖微阵列技术是糖组学研究主要技术,（三）糖组学与肿瘤关系亲密,一、糖组学硕士命体聚糖多样性及其生物学功效,第39页,（一）脂组学是代谢组学一个分支,（二）,脂组学研究三大步骤,分离、判定和数据库检索,1.,样品分离,2.,脂质判定,3.,数据库检索,（三）脂组学促进脂质生物标志物发觉和疾病诊疗,二、脂组学揭示生命体脂质多样性及其代谢调控,第40页,系统生物医学及其应用,第六节,第41页,一、系统生物医学是以整体性研究为特征一个整合科学,系统生物学（,systems biology,）,是系统性地研究一个生物系统中全部组成成份（基因、,mRNA,、蛋白质等）组成以及在特定条件下这些组分间相互关系，并分析生物系统在一定时间内动力学过程。,系统生物医学（,systems biomedicine,）,应用系统生物学原理与方法研究人体（包含动物和细胞模型）生命活动本质、规律以及疾病发生发展机制，实际上就是系统生物学医学应用研究。,第42页,（一）系统生物医学强调机体组成要素和功效全网络,系统生物医学从全方位、多层次（分子、细胞器、细胞、组织、器官、个体,/,基因型、环境因子、种群、生态系统）和整体性研究角度，揭示一个机体全部组成成份（基因、,mRNA,、蛋白质等）组成，以及在特定条件下这些组分间相互关系及其效应。,第43页,（二）,系统生物医学将极大地推进当代医学科学发展,预测医学（,predictive medicine,）,预防医学（,preventive medicine,）,个性化医学（,personalized medicine,）,第44页,二、分子医学是发展当代医学科学主要基础,分子医学（,molecular medicine,）,就是从分子水平阐述疾病状态下基因组结构、功效及其表示调控规律，并从中发展当代高效预测、预防、诊疗和治疗伎俩。,第45页,（一）疾病基因组学说明发病分子基础,（二）药品基因组学揭示遗传变异对药品效能和毒性影响,（三）疾病转录组学说明疾病发生机制并推进新诊治方式进步,（四）疾病蛋白质组学发觉和判别药品新靶点,（五）医学代谢组学提供新小分子疾病标志物,第46页,三、精准医学是实现个体化医学主要伎俩,精准医学（,precision medicine,）,目标就是全方面推进个体基因组研究，依据个人基因组信息“量体裁衣”式制订最正确个性化治疗方案，以期到达疗效最大化和副作用最小化。,短期目标,癌症治疗,长久目标,健康管理,第47页,四、转化医学是加速基础研究实际应用主要路径,转化医学（,translational medicine,）,强调以临床问题为导向，开展基础,临床联合攻关，将基因组学等各种分子生物学研究结果快速有效转化为可在临床实际应用理论、技术、方法和药品。,第48页,组学从组群或集合角度检视遗传信息传递链中各类分子（,DNA,、,RNA,、蛋白质、代谢物等）结构与功效以及它们之间联络。按照生物遗传信息流方向，可将组学分为基因组学、转录组学、蛋白质组学、代谢组学等层次。,各种组学和系统生物医学不停发展及其原理,/,技术与医学、药学等领域交叉，产生了分子医学、精准医学、转化医学等当代医学概念，当代医学科学将从分子和整体水平突破对疾病传统认识，改变和革新现有诊疗、治疗模式。,第49页,第50页,