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浅析人类基因组计划和劳动卫生与环境卫生学的机遇和挑战
20世纪生物学的大成就是揭示生命机体的世代遗传主要是以基因为载体的核酸,而有机体的生命活动主要决定于蛋白质的结构和功能,进而将整个生物学推进到以核酸和蛋白质为中心的分子生物学时代.从解释第1个基因到解释整个基因组而诞生的基因组计划,已描述了大量的基因组序列,包括599个病毒和类病毒、205个自然发生的质粒、185个细胞器、31个细菌、7个原生菌、1个真菌、2个动物和1个植物[1,2].
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塞拉利昂埃博拉病毒的遗传多样性和进化动态研究
截至2014年3月,新型埃博拉病毒(EBOV)在西非已被确诊感染超过2.5万例,造成超过1万例死亡。针对2014年3月至6月在几内亚和塞拉利昂分离的81株EBOV的基因序列初步分析显示,2014年EBOV来源于天然宿主的一个独立传播事件,通过人传人的模式进行持续感染。Tong等详细描述从2014年9月28日至11月11日在塞拉利昂5个严重受灾地区提取的175株EBOV全长基因组序列,并发现从2014年7月到11月EBOV出现多个新的谱系,有更强的亲缘关系,遗传多样性急剧增加。EBOV基因组变异可能会影响以序列为基础的病毒检测和候选治疗方案,而该研究提供的数据将有助于国际社会开发疫苗和治疗方案。
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为中西医结合战胜SARS进一言
19世纪末到20世纪初人类才认识"滤过形病毒"(指比细菌更小的病原体,可以通过细菌通不过的过滤器),细菌的大小以微米计算,1微米是1000纳米,病毒以纳米计算,所以是非常小的.病毒只拥有遗传信息、蛋白质壳与膜这样简单的结构而已,因此病毒靠自己是无法增殖的,只有寄生在活的生物细胞中才能增殖.病毒将细胞的"自行复制、分裂的系统"强行借用,但是病毒也绝非能自由自在地寄生在任何细胞里,只有在病毒表面构造的一部分与细胞构造的一部分有着"钥匙与钥匙孔关系",病毒才能入侵细胞.有些病毒仅能感染植物,也有些仅能感染人类,而且感染在特定的组织细胞,冠状病毒专门袭击呼吸道就是这个道理.病毒各有自己的基因组序列.新加坡、中国大陆和香港,以及美国、加拿大的科学家均于近期(2003年4~5月)公布了对SARS病毒基因组全序列的研究结果,并识别出了制造蛋白质指令的区域,这些蛋白质使得SARS病毒能够入侵宿主细胞进行复制.美国已经在研制能与SARS病毒单链的片段相结合的合成药物以阻断病毒复制.德国亦在建立在SARS病毒蛋白酶模型上试制使病毒蛋白质失去功能的药物.在针对SARS病毒的有效疫苗以及直接抗病毒的特效药物问世之前,就不得不有赖于加强患者的抵抗力来渡过SARS病毒急性感染期.
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微RNA-140-3p的研究进展
微RNA(microRNA,miR)是一类存在于动植物基因组中的功能性非编码小分子RNA,大多由21~23个核苷酸构成,可在转录后水平负性调节蛋白编码基因的表达。miR主要通过其种子序列(一般为5′端的第2个至第8个核苷酸)识别靶基因,通过结合靶基因mRNA的互补序列,导致靶基因翻译抑制或mRNA降解,进而调节多种基因的表达[1]。目前Sanger miRBase16.0收录的人类miR已超过1000个,虽然仅占人类基因组序列的1%~3%,却参与约1/3基因表达的调控。miR在生长发育、细胞分化、增殖、凋亡、肿瘤发生等过程中发挥重要作用。
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布鲁氏菌的基因组序列被破译
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疟疾研究的新进展
迄今疟疾仍然是严重威胁人类健康的寄生虫病,每年约有300万人死于疟疾,其中90%发生在贫穷的非洲撒哈拉以南地区;进入21世纪,人类在疟疾的研究领域中取得了一系列重要的研究成果.2002年塞莱拉公司绘制的恶性疟原虫及其冈比亚按蚊的基因组序列图谱,被称之为疟疾研究领域的"里程碑".人类基因组草图的绘制,恶性疟原虫及其主要传播媒介--冈比亚按蚊的基因密码的破译,意味着人类获得了完整研究疟疾传播周期的所有遗传信息,这无疑将为人类战胜疟疾提供了前所未有的机遇.
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RNA介导的转录水平调控研究进展
生命的基本过程是从DNA转录成mRNA,再翻译成蛋白质发挥功能,由于蛋白质是由mRNA所编码的,因此称这些mRNA为编码RNA;相反,那些不编码蛋白质的RNA被称为非编码RNA( non-coding RNA)。长期以来,这些非编码RNA以及它们所对应的DNA被认为是垃圾或暗物质,然而研究发现,非编码RNA的比例随着生物物种进化水平的升高而升高。随着2001年人类基因组测序的完成,发现在组成人类基因组的30亿个碱基对中,仅有1.5%的核酸序列用于蛋白质编码,其余98.5%的基因组为非蛋白质编码序列,随后启动的ENCODE研究计划中发现,75%的基因组序列能够被转录成RNA,其中74%的转录产物为非编码RNA[1]。
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消化系统恶性肿瘤miRNA研究的新进展
microRNA(miRNA)是一类存在于真核生物中长度约22 bp的非编码小RNA分子.miRNA通过与靶基因mRNA的3'端非编码区(3'UTR)结合,在转录后水平调控基因表达,来参与机体不同时期不同组织生长发育的重要过程.已知有一些miRNA基因定位在染色体脆性位点,还有部分miRNA基因存在于一些与肿瘤相关的基因组序列中,而且人们发现在肿瘤组织中多种miRNA的表达谱发生变化,进一步的研究证实miRNA与肿瘤细胞的生长分化迁移、肿瘤血管的生成及肿瘤耐药机制的形成等诸多方面都有着千丝万缕的联系.
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北京地区人Boca病毒全基因组序列及生物信息学分析
目的 了解北京地区人Boca病毒(human Bocavirus,HBoV)的基因组编码特征,并对其基因组编码的非结构蛋白NS1、核蛋白NP-1以及病毒外壳蛋白VP1及VP2的二级结构等特性进行预测分析.方法 从已证明为HBoV阳性的2份临床标本BJ3064、BJ3722中应用针对NS1、NP-1、VP1、VP2基因组3'末端的引物对经PCR扩增得到预期片段,将扩增产物直接测序后得到基因组序列;运用生物信息学的方法,对HBoV BJ3064基因组编码的各蛋白的二级结构及其他生物学特性进行了预测分析.结果 测序结果显示HBoV BJ3064及BJ3722基因组序列全长均为5299 bp,有4个主要的CDS(coding domain sequences),分别编码NS1、NP-1、VP1和VP2蛋白.序列同源性比较结果显示BJ3064与BJ3722间基因组序列的同源性达99.9%;与ST1比较,同源性为99.4%~99.5%;与ST2比较,同源性为99.8%;与BPV及MVC比较,同源性低于45%;与细小病毒B19的同源性仅为5%左右;基因组系统进化树分析显示BJ3064、BJ3722与ST2在一簇中,ST1属另一簇.NS1、NP-1、VP1及VP2蛋白二级结构中主要为无规卷曲,其他结构如α螺旋、β片层、β转角在不同蛋白中占有不同比例;各蛋白均无明显的跨膜结构域;NS1、NP-1属不稳定蛋白,VP1、VP2属稳定蛋白.结论 全基因组序列的确定进一步证明北京地区发现的BJ3064、BJ3722是典型的人Boca病毒,相对于ST1,BJ3064、BJ3722与ST2之间进化关系更密切;蛋白二级结构等生物信息学分析将有益于对此新发现病毒的进一步深入研究,如蛋白的表达、分离纯化以及蛋白检测条件的选择等.
关键词: 人Boca病毒(HBoV) 基因组序列 生物信息学分析 -
SARS-CoV E蛋白基因的扩增及原核表达载体的构建
加拿大英属哥伦比亚癌症研究所基因组科学中心已完成了SARS冠状病毒的全基因组测序(基因库登录号:AY274119).SARS-CoV基因组编码包括S蛋白、M蛋白、N蛋白和E蛋白等结构蛋白质.E蛋白是小的结构蛋白(为糖蛋白),散布于SARS病毒的包膜,疏水性强,其核苷酸序列为231bp,编码76个氨基酸,其等电点为6.01,相对分子质量为8.361×103.推测E蛋白的作用有利于病毒形状的形成,在病毒颗粒形成过程中起主要作用.本文利用已公布的SARS-CoV基因组序列,克隆了E蛋白基因,以期为深入研究E蛋白的生物学功能和药物或疫苗开发提供研究基础.
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新一代焦磷酸测序平台在HIV/AIDS研究中的应用
Ⅰ型人类免疫缺陷病毒( human immunodefi-ciency virus type 1, HIV-1)是引起全世界范围艾滋病( AIDS)流行的主要病原体。 HIV-1属逆转录病毒科,其基因组由两条相同的正链RNA构成。要完成自身的复制(增殖),必须经历由基因组RNA逆转录形成cDNA ( complementary DNA )的过程,故每复制一代都会向基因组中引入一定频率的新的变异,从而导致了HIV-1在传播与进化过程中产生了众多亚型( subtype )及复杂的重组型( circulating re-combinant form ,CRF),而它们之间又可发生共感染( coinfection )与超感染( superinfection )。再加之抗逆转录治疗过程中产生的各种抗药性突变准种,终为AIDS的诊断、治疗及疫苗的研发带来了极大的障碍。因此准确分析各HIV-1亚型、重组型及抗药性准种的基因组序列,对于深入了解HIV-1的传播、进化特点和AIDS的有效诊断、防控甚至攻克,具有极其重要的意义。但与此同时,也对基因测序技术的通量、速度、准确度等提出了更高的要求。
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微孔杂交快速检测主要黄病毒方法的建立
登革病毒1~4型(dengue virus type 1-4,DV1-4)、流行性乙型脑炎病毒(Japanese encephalitis virus,JEV)及黄热病病毒(yellow fever virus,YFV)均为黄病毒属的重要传染病病原,其流行季节及临床症状都极为相似,且暴发日益频繁,发展特异、敏感的快速诊断及鉴别诊断方法,对这类疾病的预防及控制具有重要意义.本研究在对其基因组序列系统分析的基础上,建立了快速检测及鉴别诊断上述病毒的微孔杂交(PCR-ELISA)方法.
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大肠杆菌O157∶H7基因组分析的启示
大肠杆菌O157∶H7是1982年新发现的一种病原菌,近年来在美国、日本、欧洲等地已经成为重大的公共卫生问题.2001年美国和日本先后发表了大肠杆菌O157∶H7 EDL933和SAKAI菌株的基因组序列[1,2].Perna等报道[2],与大肠杆菌K12 MG1655菌株的序列比较,EDL933菌株有很多外源性基因的插入.因此,将大肠杆菌K12 MG1655菌株特异性的序列命名为"K"岛,将大肠杆菌O157∶H7 EDL933菌株特异性的序列命名为"O"岛, 发现ELD933菌株有分子量大于50bp的177个"O"岛和234个"K"岛.
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个体化用药的基因诊断—检验医师培养新方向
人类基因组计划(human genome project,HGP)确定、阐明和记录了组成人类基因组的全部DNA序列信息,基因组序列的公布,为传统医学向个体化医疗的转化开启了大门.继人类基因组计划后,国际人类基因组单体型图计划建立了人类全基因组遗传多态图谱,描述了人类基因组中常见遗传多态位点的目录、形式及位置,展现了遗传差异在同一群体内部和不同人群间的分布状况,为疾病的易感性研究及个体化诊疗提供分子基础.个体化用药是个体化治疗的重要组成部分,基因水平研究的不断深入使得以基因为导向的个体化用药从理论走向了现实.
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改良HBV全基因组PCR扩增方法的建立
乙型肝炎是一种严重威胁人体健康的疾病,尤其是在我国,人群中HBV感染率一直居高不下,约有1.3亿人为HBVDNA携带者.由于免疫和药物的双重压力,HBV感染人群存在一定比例的变异株的流行.因此,如何控制变异株的流行,制定新的免疫和检测策略,则需要了解其流行情况.此外,针对变异株感染的抗病毒治疗,也是临床有效治疗HBV感染者的重要一环.这些都需要对HBV的基因组序列进行分析.
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传染性非典型肺炎实验室诊断方法及临床研究进展
传染性非典型肺炎,也称"严重急性呼吸综合征"(severe acute respiratory syndrome,SARS)是一种呼吸道急性传染病.自广东省河源市于2002年11月首先报道一例不明原因的非典型肺炎至2003年7月31日,全球累计8 098人被感染,死亡735人,平均死亡率约9.6% [1].2003年4月,WHO正式确认一种新的冠状病毒(Corona virus)为引起SARS的病原体,并将其命名为SARS冠状病毒(SARS-CoV)[2].多个实验室相继公布了他们测定的SARS病毒基因组序列[3].这些成果为SARS的实验室诊断提供了理论依据.
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微阵列测序——新的高效分子诊断技术
Diamandis EP [Chini Chem(临床化学),2000,(46)10:1523-1525] 核酸测序于1980年获得诺贝尔化学奖并由此而成为一项基本技术。该方法可高度准确地描绘DNA序列。自70年代以来,该方法经历了许多重大改进,其中包括长片段(每次分析可至1 000 bp)、更好的准确性(因使用了高通用且耐热的测序酶)、改进热循环程序而提高灵敏度(线性扩增)、完全自动化、较高的速度(因使用了薄层凝胶)、用荧光和其他探针代替了放射性探针。从而使科学家们可以去做15~20年前不可想象的事情,即描绘人类基因组的全序列(~3×109 bp)以及其他生物基因组。过去数年,已经搞清简单以至复杂生物的全部序列,如近的果蝇基因组。目前,已接近完成整个人类基因组计划,标志着在DNA测序方法学上所取得的成就。 我们几近了解人类和生物的全部DNA序列,随之出现的问题是:如何使用这些信息。下一步将是对人类基因组的全部注释,包括将DNA序列分类为明确的基因结构,再预测和证实其编码的蛋白质及可能的生物学(生理学)功能。此后就可提问,某些基因中的基因组变异(多态性、突变)如何引起或易患某种疾病(病理生理学)。现有很多基因微小改变而引起严重疾病的例子,包括囊性纤维化、各种类型的贫血、早发的动脉粥样硬化、癌症、神经退行变病、自身免疫和免疫缺陷综合征等。随着对人类基因组序列认识的增加,对变异相关性疾病也会知之越多。很多研究者和公司已着手鉴定人类基因组内的所有单核苷酸的多态性。 可以期望以测定人类基因组内特定DNA变异来诊断、预后、预防和治疗疾病。将如何达到这些目标呢?目前的测序技术足够完成这些任务吗?能快速而廉价地描绘个体的全部基因组以确定与疾病相关的基因变异吗?
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HCV包膜糖蛋白E2基因的克隆、蛋白表达及纯化
目的:获得大量重组HCVE2蛋白,为研究E 2蛋白的功能及制备其抗体奠定基础.方法:利用PCR方法从HCV基因组序列中扩增出831 bp(384-661 aa)的E2基因片段并按读框克隆到原核表达载体pET32a(+)上,得到重组质粒pET32a-HCVE2,转化大肠杆菌BL-21(DE3)菌株,IPTG诱导HCV E2蛋白表达,SDS-PAGE和western blot检测蛋白表达,Ni-NTA偶联的琼脂糖黏附柱纯化融合蛋白.结果:经IPTG诱导后,可见分子量约55 000的融合蛋白表达;表达的蛋白主要以包涵体形式存在;经Ni-NTA偶联的琼脂糖黏附柱纯化的融合蛋白与抗His抗体及HCV阳性血清具有良好的反应原性.结论:HCV E2基因的克隆、表达及其融合蛋白的纯化为进一步开展HCV E2蛋白功能和HCV受体的研究奠定了基础.
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乙型肝炎病毒蛋白表型定义初探
目的:探讨乙型肝炎病毒(HBV)基因型的分型方式,并根据病毒蛋白结构提出新的病毒蛋白分型方式.方法:自GenBank中按基因型搜索符合要求的HBV基因组序列,并应用Vector NTI suite 8.0版软件进行基因组核苷酸及各基因编码蛋白质序列比较,并利用软件分析前前-S基因、前-X基因和前-C基因的存在状态.结果:在GenBank中根据HBV基因型分型搜索出119个病毒株全基因组,比较后发现选择病毒株基因组核苷酸序列总阳性率和总一致率分别为95.7%和147.7%;选择病毒株编码的全C蛋白、全S蛋白、全X蛋白和多聚酶的总阳性率分别为98.6%、87.3%、57.2%和95.2%,总一致率分别为37.4%、24.1%、27.7%和43.5%.在病毒群中,33.61%的病毒株编码前前-S多肽,14.3%的病毒株编码前-X多肽,26.1%的病毒株不编码前-C多肽,94.1%编码前-X多肽的病毒株同时编码前前-S多肽.基因组1-700 nt一致率30.6%,1 103-1 653 nt一致率20.8%,为高变区;基因组1 654-1 950 nt的一致率为74.2%,为高保守区.4种病毒蛋白各有其相应的高变区和高保守区根据病毒蛋白前导性序列的变异情况提出新的分型方法,命名为蛋白表型.蛋白表型分7型,Ⅳ型为主要流行表型,占39.5%,V型和VⅦ型各占19.3%.亚洲HBV蛋白分型分布分散,Ⅰ、Ⅳ、Ⅴ和Ⅶ型所占比例均大于20%;欧洲Ⅳ型占58.3%,Ⅶ型占25.0%,Ⅴ型占13.9%.结论:在综合分析HBV基因组的基础上,初步划分出HBV基因组和病毒蛋白内部存在的高变区和高保守区提出蛋白表型的新概念,并综合展示基因核苷酸突变所导致的病毒蛋白的结构差异.
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乙型肝炎病毒基因组中前-前-S区编码基因的界定
目的:乙型肝炎病毒(HBV)基因组内部结构基因与编码基因之间相互重叠,是基因组序列高度集中利用的-个典型.早期研究中确定了编码病毒蛋白的4个开放读码框架(ORF),本研究通过对于中国HBV感染者的流行病毒株的基因序列进行分析比较,阐明基因组结构的特点,并探索是否存在新型ORF的可能性.方法:考虑到HBV基因组序列的准种特点以及多聚酶链反应(PCR)技术的精确度,我们采用的技术是长距离且精确PCR(LA-PCR)技术,根据中国HBV患者的病毒基因序列设计PCR扩增用引物,自慢性HBV感染患者外周血血清中扩增HBV基因组序列,克隆入pGEM Teasy质粒,挑选克隆进行全基因组DNA测序,与其他HBV基因组序列进行比较.结果:测序结果5株HBV全基因组核苷酸序列存在一新的ORF,定义为前-前-S区,并发现该区之前存在一TA富集区,提示存在新型启动子的可能性.新界定的前-前-S区ORF编码氨基酸序列为MQLIITSKLGⅡYILCGRLVFYIREKLHAVPHFVGHHILGNKSYS,与前-S1、前-S2和表面抗原主蛋白编码基因框架一致表达.结论:在HBV基因组中存在有一新的ORF,命名为前-前-S区.