题目：人类基因组计///作者///院系：///年级：///学号：摘要：人类基因组计划由美、英、日、中、德、法等国参加进行了人体基因作图，测定人体全部DNA序列创建计算机分析管理系统，检验相关的伦理、法律及社会问题，进而通过转录物组学和蛋白质组学等相关技术对基因表达谱、基因突变进行分析，可获得与疾病相关基因的信息。在揭示人类发展历史，基因治疗，农作物绿色革命，DNA鉴定方面具有深远影响。关键字：人类基因组计划正文：人类基因组计划人类基因组计划于20世纪80年代提出，由国际合作组织包括有美、英、日、中、德、法等国参加进行了人体基因作图，测定人体23对染色体由3×109核苷酸组成的全部DNA序列，于2000年完成了人类基因组“工作框架图”。2001年公布了人类基因组图谱及初步分析结果。其研究内容还包括创建计算机分析管理系统，检验相关的伦理、法律及社会问题，进而通过转录物组学和蛋白质组学等相关技术对基因表达谱、基因突变进行分析，可获得与疾病相关基因的信息。人类基因组计划与曼哈顿原子弹计划和阿波罗计划并称为三大科学计划。人类基因组计划在二十多年的时间里取得了较大进展。人类基因组计划最早在1985年由诺贝尔奖获得者，美国的杜尔贝克Renato Dulbecoo提出。最初目的是完成人类基因组全长约30亿个核苷酸的碱基序列测定，阐明所有人类基因并确定其在染色体上的位置，从而破译全部的人类遗传基因。1986年3月7日，杜尔贝克在《科学》杂志上发表了一篇题为“癌症研究的转折点——测定人类基因组序列”的文章，指出癌症和其它疾病的发生都与基因有关，并提出测定人类整个基因组序列的途径和重要意义。1988年美国能源部和国家卫生研究院率先在美国开展人类基因组计划，并经国会批准由政府给予资助。此后，成立了一个国际间的合作机构——人类基因组织(Human Genome Organization)，由多个国家筹集资金和科研力量，积极参加这一国际性研究计划。1990年10月，国际人类基因组计划正式启动，预计用15年时间，投资30亿美元，完成30亿对碱基的测序，并对所有基因(当时预计为8万～10万个)进行绘图和排序。全球性人类基因组计划有美国、英国、日本、法国、德国和中国六个国家负责，其中美国承担了全部任务的54%，英国33%，日本7%，法国2.8%，德国2.2%，中国于1999年9月获准加入人类基因组计划并承担了1%的测序任务，即3号染色体断臂自D3S3610标志至端粒区段约3000万个碱基的全序列测定。中国1993年启动了相关研究项目，相继在上海和北京成立了国家人类基因组南、北两个中心，并承担人类基因组计划中1%的测序任务。经过多个国家的科学家的共同协作，人类终于在20世纪90年代完成了对自身基因组测序的初步工作。2003年6月，中、美、日、德、法、英等六国科学家宣布首次绘成人类基因组“工作框架图”。2003年4月14日，中、美、日、德、法、英等六国科学家宣布人类基因组序列图绘制成功，人类基因组计划的所有目标全部实现。2004年，人类基因组完成测序；2005年，人类X染色体测序工作基本完成，并公布了该染色体基因草图。HGP的主要任务是人类的DNA测序，包括下图所示的四张谱图，此外还有测序技术、人类基因组序列变异、功能基因组技术、比较基因组学、社会、法律、伦理研究、生物信息学和计算生物学、教育培训等目的。1、遗传图谱（genetic map）又称连锁图谱(linkage map)，这是根据基因或遗传标记之间的交换重组值来确定它们在染色体上的相对距离、位置的图谱。其图距单位是厘摩（coml），以纪念现代遗传学奠基人摩尔根。遗传图谱的建立为基因识别和完成基因定位创造了条件。意义：6000多个遗传标记已经能够把人的基因组分成6000多个区域，使得连锁分析法可以找到某一致病的或表现型的基因与某一标记邻近（紧密连锁）的证据，这样可把这一基因定位于这一已知区域，再对基因进行分离和研究。对于疾病而言，找基因和分析基因是个关键。2、物理图谱（physical map）物理图谱是指有关构成基因组的全部基因的排列和间距的信息，它是通过对构成基因组的DNA分子进行测定而绘制的。绘制物理图谱的目的是把有关基因的遗传信息及其在每条染色体上的相对位置线性而系统地排列出来。DNA物理图谱是指DNA链的限制性酶切片段的排列顺序，即酶切片段在DNA链上的定位。因限制性内切酶在DNA链上的切口是以特异序列为基础的，核苷酸序列不同的DNA，经酶切后就会产生不同长度的DNA片段，由此而构成独特的酶切图谱。因此，DNA物理图谱是DNA分子结构的特征之一。DNA是很大的分子，由限制酶产生的用于测序反应的DNA片段只是其中的极小部分，这些片段在DNA链中所处的位置关系是应该首先解决的问题，故DNA物理图谱是顺序测定的基础,也可理解为指导DNA测序的蓝图。广义地说，DNA测序从物理图谱制作开始，它是测序工作的第一步。制作DNA物理图谱的方法有多种，这里选择一种常用的简便方法──标记片段的部分酶解法，来说明图谱制作原理。用部分酶解法测定DNA物理图谱包括二个基本步骤：(1)完全降解 (2)部分降解3、序列图谱（sequence map）随着遗传图谱和物理图谱的完成，测序就成为重中之重的工作。DNA序列分析技术是一个包括制备DNA片段化及碱基分析、DNA信息翻译的多阶段的过程。通过测序得到基因组的序列图谱。4、基因图谱（DNA map）基因图谱是在识别基因组所包含的蛋白质编码序列的基础上绘制的结合有关基因序列、位置及表达模式等信息的图谱。在人类基因组中鉴别出占具2%~5%长度的全部基因的位置、结构与功能，最主要的方法是通过基因的表达产物mRNA反追到染色体的位置。原理基因图谱的意义在于它能有效地反应在正常或受控条件中表达的全基因的时空图。通过这张图可以了解某一基因在不同时间不同组织、不同水平的表达；也可以了解一种组织中不同时间、不同基因中不同水平的表达，还可以了解某一特定时间、不同组织中的不同基因不同水平的表达。人类基因组计划的实施具有重大意义和影响。第一，揭示人类发展历史破译生命密码的人类基因组计划有助于人们对基因的表达调控有更深入的了解。同时，人类基因组图谱对揭示人类发展、进化的历史具有重要意义。对进化的研究，不再建立在假说的基础上，利用比较基因组学，通过研究古代DNA，可揭示生命进化的奥秘以及古今生物的联系，帮助人们更好地认识人类在自然界中的地位。第二，基因治疗获得人类全部基因序列将有助于人类认识许多遗传疾病以及癌症等疾病的致病机理，为分子诊断、基因治疗等新方法提供理论依据。在不远的将来，根据每个人DNA序列的差异，可了解不同个体对疾病的抵抗力，依照每个人的“基因特点”对症下药，这便是21世纪的医学——个体化医学。更重要的是，通过基因治疗，不但可预防当事人日后发生疾病，还可预防其后代发生同样的疾病。第三，基因工程药物研究基因工程药物，是重组DNA的表达产物。广义的说，凡是在药物生产过程中涉及用基因工程的，都可以成为基因工程药物。基因技术应用于制药工业，可以生产出高效、高产、廉价、不再苦口的防治疾病的新药物，从而引起制药工业的革命性变革。对于肝炎、心血管疾病、肿瘤、艾滋病等目前尚无良药可治的重大疑难病，人们对生物工程寄予厚望，期待基因工程技术生产出有效地治疗药物。第四，农作物的绿色革命科学家们在利用基因工程技术改良农作物方面已取得重大进展，基因技术的突破使科学家们得以用传统育种专家难以想象的方式改良农作物。例如，基因技术可以使农作物自己释放出杀虫剂，可以使农作物种植在旱地或盐碱地上，或者生产出营养更丰富的食品。科学家们还在开发可以生产出能够防病的疫苗和食品的农作物。基因技术也使开发农作物新品种的时间大为缩短。利用传统的育种方法，需要七、八年时间才能培育出一个新的植物品种，基因工程技术使研究人员可以将任何一种基因注入到一种植物中，从而培育出一种全新的农作物品种，时间则缩短一半。第五，DNA鉴定DNA鉴定已经给法医科学和犯罪司法系统带来了一场革命。DNA已经成为无数审判中的关键证据，帮助警察和法庭鉴别暴力犯罪中的罪犯，而且可信度非常高。它能够确定犯罪的人，同时也能够证明误判的人无罪。不仅如此，DNA鉴定还可以用于帮助寻找失踪的人、谋杀或事故中的受害者；还可以用于证明或否认父子关系。第六，转基因动物随着基因工程技术的飞速发展及其在动物上的应用，转基因动物的发展呈现出一片“大好形势”。比如基因育种能提供高产优质抗病的“超级动物”；基因工程疫苗为畜牧业节省了大笔开支；通过转基因动物进行器官移植。人类基因组的重要性由以上的事实我们可以看出，要想解开人类自身的秘密，就要从破解基因的密码做起。对人类基因的了解和掌控，也将对人类物种的进化、人类社会的进步产生强大推动作用。通过对人类基因已知和未知领域的探索，可以找到更好的基因更有利人类进步的基因，人类社会将从本质上发生突破性的飞越。因此我们可以说，这项耗资大耗时长的人类基因组计划确实是非常必要而且永世受益的。对于生物学界来说这可能是很小的一步，但对人类社会来说却是非常大的一步。尽管该计划已宣告完成，但该计划尚未得出令人满意的人类基因图谱，因此，科学工作者们对人类基因组的探索研究仍在紧张的进行中。希望在不久的将来，人类能解开基因的面纱，了解它掌控它，给人类社会带来无穷的财富。参考文献：1、章波《人类基因研究报告》重庆出版社 2006年版2、钱俊生、孔伟、卢大振《生命是什么》中共中央党校出版社2000年12月版3、C.丹尼斯、R.加拉格尔、J.D.沃森 序《人类基因组 我们的DNA》科学出版社2003年4月版4、杨业洲、陈廉《人类基因组计划》实用妇产科杂志2001年1月第17期 (Journal of Practical Obstetrics and Gynecology 2001 January Vol.17 No.1)5、参考资料：《科学》（Science）
人类基因组计划明确的内容
DNA甲基化是细胞分裂过程中遗传的一种表观遗传标记，影响细胞的生物学功能。而单细胞水平上的全基因组甲基化分析将有助于深入了解转录调控和细胞异质性。 单细胞DNA甲基化研究怎么做？ 来自韩国的科研人员在《 Biomolecules 》发表综述文章， 介绍了单细胞DNA甲基化分析方法，包括实验策略和数据分析；此外，还介绍了相关科研应用并讨论了未来的发展。 注：此篇综述没有介绍5mC分析方法，虽然介绍了许多多组学方法，但每种方法的单独分析过程未作深入讨论。 亚硫酸氢盐转化法被认为是DNA甲基化分析的金标准。 由于它的高转化率（>99%）、可重复性和通过商业试剂盒的简单易用性而受到研究人员的青睐。然而，亚硫酸氢盐转化法采用了导致DNA降解的苛刻反应条件，PBAT的开发即是为了解决降解造成的损失问题。RRBS和WGBS是流行的全基因组甲基化分析方法。 这两种方法都包括亚硫酸氢盐转化和NGS制备。主要区别在于，RRBS使用适当的限制性内切酶和大小选择来筛选富含GC的区域。WGBS（特别是MethylC-seq）的优势在于能够覆盖基因组中的大部分CpGs。与RRBS相比，WGBS的纯化和筛选过程相对简单。在WGBS中防止亚硫酸氢盐转化过程中的降解损失被认为是相对重要的，因此许多基于WGBS的单细胞方法往往是基于PBAT的。 多组学方法是根据甲基化分析方法与其他分析方法（RNA、染色质可及性）相结合来区分的。 例如scM&T-seq是基因组和转录组测序（G&T-seq）与scBS-seq的结合，G&T-seq是一种基于Smart-seq2识别DNA和RNA的方法。此外，应用于单细胞甲基化分析方法的技术，如PBAT，也可以类似地应用于NOME-seq，NOMe-seq可以根据核糖体的存在与否，利用GpC甲基转移酶的染色质可及性差异，确认双硫酸盐转化的DNA中开放染色质和CpG甲基化。scCOOL-seq、iscCOOL-seq和scNome-seq可以一起监测染色质可及性和CpG甲基化。通过转化以外的方法观察甲基化主要分为两类：利用甲基胞嘧啶的亲和结合和利用限制性内切酶对甲基胞嘧啶的敏感性。MBD-seq和MeDIP-seq是具有代表性的基于亲和性的方法。 基于亲和力的方法不适合在单细胞规模上应用 ，因为这些方法基于DNA片段产生平均DNA甲基化谱，这不允许区分单个细胞中DNA甲基化模式的差异。然而，与基于亲和力的方法不同， 基于MSRE的方法可以被改进， 使用MSRE的单细胞方法的细化可以在Methyl-seq中看到，scCGI-seq测量甲基化的方式与Methyl-seq类似。在测序实验之后，包括RRBS或WGBS，需要对数据进行预处理。预处理步骤可分为 数据质控（QC）、序列修剪和比对 ，例如使用 FastQC 测量总体的基本测序数据质量，使用 Trim Galore！、fastp和Trimmomatic 等软件修剪，下表列出了常用的比对工具。甲基化分析的主要目的是探索构成样本、器官和疾病状态（包括癌症）之间差异的表观遗传学证据。为了发现这些差异，需要一个暗示此概念的数值，一个广泛使用的术语是β值。在甲基化调用后，进行后续分析，如可视化分析的t-SNE，聚类分析，以及识别差异甲基化胞嘧啶（DMCs）或差异甲基化区域（DMRs） 上述方法主要依赖于单个CpG位点的甲基化水平。最近的甲基化分析利用了每个reads的甲基化模式来诊断疾病，尤其是癌症。这种新的分析概念是基于甲基化的生物学特性，即除非出现从头甲基化，否则相邻CpG位点之间有保持甲基化的趋势。 该读取模式方法能够检测具有疾病信号的DNA分子，并且具有增加疾病信号检测机会的可能性。 例如，一项大型液体活组织检测研究设计了一个集成分类器，根据读取模式分析对肿瘤类型进行分类，并在早期癌症的检测中显示出显著的结果。此外，通过甲基化模式对肿瘤衍生的DNA分子进行量化是观察肿瘤负担的另一种方法。生殖细胞或胚胎细胞的成熟受到特定基因表达的影响，这与DNA中的甲基化水平相关。例如基于植入前的胚胎细胞的甲基化特征，利用单细胞甲基化测序，通过对早期胚胎系追踪的研究，研究植入前细胞甲基化的机制及其现象。研究团队观察到非CpG甲基化在卵母细胞成熟过程中不断积累，说明非CpG甲基化与CpG甲基化在卵母细胞成熟过程中的作用不同。在疾病患者中，DNA甲基化的模式与健康人不同。在各种疾病中，癌症尤其具有正常细胞所不具有的DNA甲基化模式，从而导致基因表达水平的差异。在对具有这种异质性的癌症研究中，需要使用多组学方法，将基因组变异和RNA表达结合起来进行分析。例如一个研究小组最近开发了一种称为scTrio-seq2的方法，它整合了单细胞转录组和单细胞甲基化测序数据。多项研究表明使用单细胞甲基化测序（sc-methyl-seq）的多组学方法可以克服先前方法的局限性，并且具有更好的鉴别能力。因此，sc-methyl-seq可用于各个领域，以解决与生物过程和疾病相关的基本问题。 单细胞DNA甲基化研究仍存在一些问题。其中第一个问题是亚硫酸氢盐转化的降解问题，这是目前的金标准。然而，在数量有限的单细胞尺度上，由于降解而造成的损失比在体积尺度上更严重。为了解决这个问题，采用了PBAT等技术，但其性能无法与使用大量DNA的方法相比。近年来，利用TET酶活性的方法，如TAPS和EM-seq，已经被开发出来，并作为一种解决慢性降解问题的方法而受到关注。另一个问题是一个明确的标准分析过程还没有建立。由于这些挑战，目前最好的方法是引入多组学方法进行交叉验证。 随着数据采集的成本正在逐渐降低和数据联盟的建立（例如国际人类表观基因组联盟（IHEC）等），全面数据的积累可以提供一个了解甲基化的机会。关于甲基化证据的积累将使大家有可能找到因不同组织类型、不同实验或环境条件以及异质性疾病（如癌症）而波动的甲基化热点区域。此外，通过积累的数据发现细胞类型的特异性标记，将有利于通过单细胞DNA甲基化数据的可视化来进行细胞异质性分析，包括在t-SNE图中分配细胞集群。相信对甲基化及其在疾病中的生物学作用之间关系的理解将随着未来进一步的数据而得到揭示。首发公号：国家基因库大数据平台 参考文献 Ahn J, Heo S, Lee J, et al. Introduction to Single-Cell DNA Methylation Profiling Methods[J]. Biomolecules, 2021, 11(7): 1013.
DNA甲基化是最早被发现、也是研究最深入的表观遗传调控机制之一，近年来关于DNA甲基化的研究成果屡屡见刊。我翻阅各类文献，为大家总结了十大DNA甲基化研究核心问题，包括什么是DNA甲基化，DNA甲基化的主要形式、DNA甲基化与去甲基化、植物中的DNA甲基化、DNA甲基化的主要功能、DNA甲基化作为生物标志物的潜力、DNA甲基化的主要研究方向、DNA甲基化检测方法、样本不同如何选择DNA甲基化检测技术、DNA甲基化数据挖掘等，让您一文读懂DNA甲基化。 1、什么是DNA甲基化 DNA甲基化（DNA methylation）为DNA化学修饰的一种形式，是指DNA分子在DNA甲基转移酶的作用下将甲基选择性地添加到特定碱基上的过程。DNA甲基化能够在不改变DNA序列的前提下，改变遗传表现，是最重要的表观遗传调控方式之一。2、DNA甲基化的主要形式 5-甲基胞嘧啶（5-mC）：最重要的一种DNA甲基化修饰，广泛存在于植物、动物等真核生物基因组中, 称誉为“第五碱基”。 5-羟甲基胞嘧啶（5-hmC）：哺乳动物的“第六碱基”。 N6-甲基腺嘌呤（N6-mA）：在细菌、藻类及动植物基因组中存在。 7-甲基鸟嘌呤（7-mG）3、DNA甲基化与去甲基化（5mC）： DNA甲基化反应分为2种类型：一种是2条链均未甲基化的DNA被甲基化，称为从头甲基化（denovo methylation）；另一种是双链DNA的其中一条链已存在甲基化，另一条未甲基化的链被甲基化，这种类型称为保留甲基化（maintenance methylation）。甲基化的DNA可以发生去甲基化。DNA的去甲基化由基因内部的片段及与其结合的因子所调控，包括： 主动去甲基化(Active demethyaltion)：哺乳动物TET酶主动去甲基化，5mC经过TET作用转化成5hmC。 被动物甲基化(Passive demethylation)：DNA通过不断复制丢失/稀释甲基化。4、植物中的DNA甲基化 对于植物而言，面对生长环境的改变，表观遗传的变异会改变植物DNA的构象，从而改变染色质和蛋白质的结构，达到调节基因组的作用。研究发现，当植物面临生物胁迫和非生物胁迫时，植物基因组中DNA甲基化会发生改变，并且这些改变会遗传给后代。所以DNA甲基化的改变能够丰富植物物种的多样性，加强植物的环境适应性。 不同于哺乳动物基因组只有CG甲基化，植物基因组甲基化有CG，CHG，CHH（H代表任何非G的碱基）甲基化。而维持这三种不同的DNA甲基化的分子机制非常复杂。5、DNA甲基化的主要功能 DNA甲基化能引起染色体结构、DNA构象、DNA稳定性及DNA与蛋白质相互作用方式改变，从而控制基因的表达。 保持基因组遗传物质的稳定性（TE的高甲基化） 调控基因的表达（顺式作用元件的动态甲基化，如Promoter/Enhancer等） DNA甲基化参与基因转录调控、细胞分化、胚胎发育、X染色体失活、基因印记和肿瘤的发生等过程。 6、DNA甲基化作为生物标志物的潜力 相比基因组，DNA甲基化能够反应环境的影响 DNA甲基化不像基因组那么一成不变，也不像转录组和蛋白组那么不稳定。 DNA甲基化处于动态变化中，能够像年轮一样记录环境因素的影响。 DNA甲基化标志物是最有应用前景的表观遗传标志物 。 7、DNA甲基化的主要研究方向 8、DNA甲基化检测方法 目前研究中常用的DNA甲基化测序方法包括全基因组（WGBS、oxWGBS等）、简化基因组（dRRBS、RRBS、XRBS等）、靶向基因组（液相捕获）、靶向基因（TBS）和850K芯片等，适用于多种不同应用场景。WGBS和RRBS用于基因组范围内研究探索，并筛选目标基因（候选DNA甲基化标记物） TBS用于后续目标基因的甲基化验证9、样本不同，如何选择DNA甲基化检测技术 易基因结合十余年DNA甲基化研究经验，全面总结了不同样本类型对于不同DNA甲基化检测工具选择的不同，技术推荐标准可以分为三点： 最有力方案（金标准）：WGBS/微量WGBS/scWGBS 最具性价比方案：RRBS/dRRBS/XRBS（动物） 大规模临床转化/目标区域甲基化验证：TBS 10、DNA甲基化数据挖掘 DNA甲基化一般遵循三个步骤进行数据挖掘。首先，进行整体全基因组甲基化变化的分析，包括平均甲基化水平变化、甲基化水平分布变化、降维分析、聚类分析、相关性分析等。其次，进行甲基化差异水平分析，筛选具体差异基因，包括DMC/DMR/DMG鉴定、DMC/DMR在基因组元件上的分布、DMC/DMR的TF结合分析、时序甲基化数据的分析策略、DMG的功能分析等。最后，将甲基化组学&转录组学关联分析，包括Meta genes整体关联、DMG-DEG对应关联、网络关联等。
运用了基因测序机器来测试了人类的基因，所以才能够实现人类基因组的破译。
快速迭代的基因测序机器，这是由两个国家共同制造出来的，才能够破译完整人类基因组
开一个脑洞：如果地球正在面临一场马上到来的毁灭性星际灾害，人类又想尽可能地保存地球的生命和文明，在现有条件下，该怎么办？ 像大刘一样让地球停止自转然后逃离太阳系，这恐怕来不及了。而如果像诺亚方舟一样，一股脑把人类、动植物和人类的知识搬运到飞船上，现有的火箭运载能力，恐怕也装不下这些物质的亿万分之一。 如果想尽可能多、尽可能长久地保存地球的生物，我们只需要把所有物种的DNA序列信息收集打包，在飞船的低温环境下便可以保存长达数十万年；而人类文明的信息呢？我们知道这些信息最高效的形式就是数据，而这些数据主要存储在硬盘和光盘当中的。 想想这些硬盘储存器的重量和数据密度，我们不得不再一次气馁。更何况，可能飞船还没逃出太阳系，这些数据就会因为硬盘或光盘的寿终正寝而丢失。 那么DNA能不能当做硬盘来存储数据信息呢？答案是，可以的。 DNA绝对是这个星球上最古老的生命信息存储工具，同样也可以作为数据信息的存储介质，且存储密度和使用寿命要远远超出现有的磁盘式的存储方案。因此，DNA存储，正在被人类视为数据存储的未来，成为拯救人类数据存储危机的最好的替代方案。 DNA存储具体是怎么做到的呢？现在发展到那一阶段？商用的话还有哪些阻碍？这需要我们一一解答。在了解DNA存储是如何工作的之前，我们简单了解下磁存储和光存储这两种现有的解决方案的原理。 磁存储的原理就是在金属材料上涂上磁性介质，在通电的情况下形成电磁效应，可以进行存储和表达0101的二进制信息。磁存储的硬盘的优点是录入和读取的速度快，缺点是与体积重量相比，数据密度较低。经过60年发展，大概可以在3.5英寸大小的硬盘驱动上存储3TB数据。 光存储的原理是将数字编码的视频和音频储刻录在光盘表面的凹槽中，再通过激光将这些凹槽中的数据读取出来，进行转存或播放。当前，光存储也正在经历存储的极限。因为想要存下更多的数据，凹槽就必须越小、越紧凑，要求激光的精度也越高。目前，单层蓝光光盘能够保存 25GB 以上的信息，另一种紫外线激光如果研制成功，其光盘容量可以达到500GB的容量。 相对于磁存储和光存储而言，DNA存储有哪些优势？ 首先，就是节约空间。但这些单层平铺式的存储方式，比起DNA的双螺旋立体结构来说，其存储量就有了多个数量级的差距。DAN本身的物理体积极小且又是立体结构，单位空间的数据密度非常高。举个简单的例子，1克DNA不到指尖上一滴露珠大小，却能够储存700TB的数据，相当于1.4万张50GB容量的蓝光光盘，或233个3TB的硬盘（差不多151KG重）。 再则，非常节能。现有存储方式，比如说一个数据中心，要消耗大量的单晶硅，还要消耗大量的电。而DNA物质只需保存在阴凉、干燥的地方就可以，基本不需要额外的人工维护。就算需要把DNA冷冻起来，消耗的资源和能源也几乎可以忽略不计。 此外，最重要的一点就是，保存时间非常久。现在高密度的存储器都会随着时间推移而衰减，能存储时间最长的工具是磁带，其寿命也就50年，其他的存储器寿命更短。比较而言，DNA则保质期就以百年计算了，如果将其冷冻起来，能保存几千甚至上万年。 看来人类文明的拯救方案有了，但DNA存储到底是如何做到的呢？ 众所周知，DNA由四种含氮碱基——A、T、C和G互补配对构成，科学家将腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胞嘧啶（C）和胸腺嘧啶（T）分别赋予二进制值（A和C=0 ，G和T=1），随后通过微流体芯片对基因序列进行合成，从而使该序列的位置与相关数据集相匹配。这样就把这些碱基对编码成1和0的组合，就可以用DNA的序列信息来表达二进制的语言了。 当每次将二进制语言写进DNA序列当中，就可以把“DNA硬盘”放到低温环境中进行保存。而需要读取数据的时候，只用对目标DNA进行测序，将碱基对还原成二进制编码，再完成解码，就可以还原为我们常见的数据了。 原理是非常简单，但科学家是如何做到的呢？这就要简单回顾下DNA存储技术的发展史了。最先想到这一方法的是一位艺术家Joe Davis，他在1988年与哈佛研究人员合作，把一个取名为Microvenus（小维纳斯）的7*5像素矩阵的照片，转化成35个碱基的DNA序列，插入到大肠杆菌里，第一次把不属于自然演化的信息写进了在DNA当中。 （Microvenus代表女性和地球） 2010年，美国合成生物学家克雷格•文特尔（(Craig Venter）带领研究团队化学合成了整个支原体基因组DNA，取名为“辛西娅（Synthia）”，并以“自娱自乐”的方式将课题研究者的名字、研究所网址和爱尔兰诗人詹姆斯的诗句等信息编码进新合成的DNA中。 2011年，哈佛大学的合成生物学家乔治·丘奇（George Church）和加州大学的瑟里·库苏里(Sriram Kosuri)领导的团队以及约翰•霍普金斯大学的基因组专家高原（Yuan Gao）首次进行了概念证明性实验。团队使用短DNA片段编码了一本丘奇的659KB数据的书。 2013年，欧洲生物信息研究所（EBI）的尼克•高德曼（Nick Goldman）和他的研究团队也成功地将包括莎士比亚十四行诗和马丁•路德•金“我有一个梦想”的演讲片段、一篇沃森和克里克DNA双螺旋论文副本等5个文件编写进了DNA片段里当中。739KB数据成为当时最大的DNA存储文件。 2016年，微软和华盛顿大学又利用DNA存储技术完成了约200MB数据的存储，成为DNA信息存储技术的一个飞跃。 2017年7月，《自然》杂志发表了哈佛大学医学院的赛斯•希普曼(Seth Shipman)和乔治·丘奇合作的一项活体DNA存储的研究。他们把一部130年前的黑白电影《奔跑中的马》存在了大肠杆菌的DNA上。虽然大肠杆菌体内有一段“奇怪的DNA”，不仅能够正常生存，还可以正常遗传，每次繁衍都是一次数据复制。而且存储在基因组中的电影，在每一代大肠杆菌中也都完整无缺地保存下来了。 但因为细胞的复制、分裂以及死亡，会造成信息出错的风险，未来数据安全，大多数情况下存储信息的DNA都是以DNA干粉的形式存在，活体细胞存储的研究转向合成DNA存储。 同一年，哥伦比亚大学和纽约基因组中心在《科学》杂志发表了一项称为“DNA喷泉”算法高效的DNA存储策略。这项技术展示了最大化利用DNA的存储潜力，成功将海量信息压缩至DNA的四个碱基，即为每个DNA编码1.6比特（bits）的数据，比之前多存储了60%的信息，逼近理论极限（1.8比特）。该方法能够将215PB数据存储在一克DNA中，相当于2.2亿部电影。 2018年，爱尔兰沃特福德理工学院（WIT）研究人员开发出一种新型DNA存储方法，可在1克大肠杆菌DNA中存储1ZB的数据。 2019年，丘奇团队又在《科学》期刊上发表了一项实验结果。他们将丘奇的一本大约5.34万个单词《再生：合成生物学将如何改变未来的自然和自己》的书，以及11张图片和一段Java程序，编码进不到亿万分之一克的DNA微芯片，再成功利用 DNA 测序来阅读这本书。 这些科研的快速发展也意味着DNA合成技术（数据写入）和DNA测序技术（数据读取）正走向成熟。但同时，DNA编码过程仍然存在着存储/读取速度和成本等问题，DNA存储离商业化还在路上。在实验室里，看起来DNA存储并不复杂，但是在商业化上面，仍然还面临着一些问题。 首先，存储和读取的速度都很慢。DNA存储设备的访问速度很慢，存取也很费时间。相比较磁盘存储的电磁信号，DNA合成却要依赖于一系列化学反应。用磁盘写入200MB数据，不用1秒，用DNA合成差不多得需要3周的时间。 其次，DNA介质不能覆盖和重写。在DNA里，一旦把信息存进去，一般来说不能修改。想读取这个文档，需要把全部信息完全测序出来再转码。 第三，数据存储的准确性有待提高。目前DNA测序时的重复读取导致读错概率较大。 第四，随机读写困难。目前DNA合成技术无法一次性产生较长的DNA分子，只能合成众多的短片段。这使得在众多DNA小片段组成的混合物当中，快速调取特定数据存在困难。 最后，也是最重要的，DNA存储成本太高了。比如目前DNA存储200MB数据，需要耗资80万美元，而用电子设备，成本连1美元都不到。 但正如上面所说，如果放到更长的时间尺度上和数据存储空间压力下，DNA具有的大存储密度、高节能环保、超长稳定性的独特优势就显现出来了。只要随着存储和读取技术的发展，DNA编码和测序的效率提升，成本大幅下降，DNA存储离商业化应用也就不远了。 那么，现在在商业化上有哪些进展呢？ 在2015年，微软公司和华盛顿大学合作发表了一个成果，采用定点读取信息，也就是给一个长长的DNA链里加入一些追踪标记。这些类似索引机制的标记，可以不用每次等测序完整DNA长链，就能选取合适的标记进行读取。 2018年，读取技术又实现突破，微软研发了“纳米孔”读取技术，让 DNA 介质列能挤过一个很小的纳米孔而读取其中每个 DNA 碱基。这一技术让大大缩小了读取设备的空间开支，一个手掌大小的 USB 设备就能进行读取，但读取速度在每秒几KB左右，可以说仍然相当慢。 2019年3月，微软团队在《自然》杂志发表一项新的进展，他们开发了世界上第一个自动DNA存储介质。相比较于手动操作进行DNA的合成和测序，能够自动化方式进行DNA编解码才是未来商业化的出路。 另外，关于DNA存储和读取时长以及成本的问题，一家2016年成立的美国初创公司Catalog也正试图尝试解决。 去年，Catalog将一共16G的维基百科英文版文本存储在了一个DNA分子上。他们使用了一台DNA书写器设备，以4Mbps的速度在DNA中记录这些数据。这意味着在一天内可以记录125GB，大约相当于高端手机可以存储的容量。这一速度已经是之前研究所存储速度的三倍。 目前，Catalog使用了由20到30个碱基对长预制合成DNA链，通过酶嵌套在一起，可以存储更多的数据。这些片段的排列就像英语使用26个字母一样，理论上可以创造出无数的组合。据Catalog估计，未来进行1MB数据DNA存储成本将不到0.001美分。 当然，如果未来这家创业公司真的能够将成本大幅降下来，那么确实有可能为DNA数据存储的商业化铺平道路。 在2019年，《科学美国人》与世界经济论坛联合发布的当年全球十大新兴技术中， DNA数据储存技术名列其中。 可以预见，磁存储和光存储方式在未来一段时间仍将占据数据存储方式的主流。不过，即使我们不会出现地球末日这种极端情况，因为近几年数据激增，人类也正面临数据存储空间不足的严峻问题。同时，数据存储需求激增，带来的是硅晶片使用量的激增，以及由此引发的环境污染问题、水资源和能源消耗等问题。 DNA存储技术的实现，一定程度将缓解传统存储的容量问题，并大幅减少电子元件和能源的消耗。
基因工程是在分子生物学和分子遗传学综合发展基础上于 20 世纪 70 年代诞生的一门崭新的生物技术科学。下面是由我整理的基因工程学术论文，谢谢你的阅读。 基因工程学术论文篇一 摘 要：基因工程是在分子生物学和分子遗传学综合发展基础上于 20 世纪 70 年代诞生的一门崭新的生物技术科学。基因工程是一项很精密的尖端生物技术。可以把某一生物的基因转殖送入另一种细胞中，甚至可把细菌、动植物的基因互换。当某一基因进入另一种细胞，就会改变这个细胞的某种功能。这项工程创造出原本自然界不存在的重组基因。它不仅为医药界带来新希望，在农业上提高产量改良作物，并且对环境污染、能源危机提供解决之道，甚至可用在犯罪案件的侦查。基因工程的发展现状和前景是怎么样呢，而又有哪些利弊? 关键词：基因工程;发展现状;发展前景;基因工程利弊 一、基因工程 (一)基因工程的概念及发展 1.概念 基因工程又称基因拼接技术和DNA重组技术，是以分子遗传学为理论基础，以分子生物学和微生物学的现代方法为手段，将不同来源的基因按预先设计的蓝图，在体外构建杂种DNA分子，然后导入活细胞，以改变生物原有的遗传特性、获得新品种、生产新产品。 2.发展 生物学家于20 世纪50 年代发现了DNA 的双螺旋结构，从微观层面更进一步认识了人类及其他生物遗传的物质载体，这是人类在生物研究方面的一次重大突破。60 年代以后，科学家开始破译生物遗传基因的遗传密码，简单地说，就是将控制生物遗传特征的每一种基因的核苷酸排列顺序弄清楚。在搞清楚某些单个基因的核苷酸排列顺序基础上，进而进行有计划、大规模地对人类、水稻等重要生物体的全部基因图谱进行测序和诠释。 (二)基因工程的发展现状及前景 1.发展现状 (1)基因工程应用于农业方面。运用基因工程方法，把负责特定的基因转入农作物中去，构建转基因植物，有抗病虫害，抗逆，保鲜，高产，高质的优点。 下面列举几个代表性方法。 ①增加农作物产品营养价值如：增加种子、块茎蛋白质含量，改变植物蛋白必需氨基酸比例等。 ②提高农作物抗逆性能如：抗病虫害、抗旱、抗涝、抗除草剂等性能。 ③生物固氮的基因工程。若能把禾谷等非豆科植物转变为能同根瘤菌共生，或具固氮能力，将代替无数个氮肥厂。④增加植物次生代谢产物产率。植物次生代谢产物构成全世界药物原料的 25% ，如治疗疟疾的奎宁、治疗白血病的长春新碱、治疗高血压的东莨菪碱、作为麻醉剂的吗啡等。 ⑤运用转基因动物技术，可培育畜牧业新品种。 二、基因工程应用于医药方面 目前，以基因工程药物为主导的基因工程应用产业已成为全球发展最快产业之一，前景广阔。基因工程药物主要包括细胞因子、抗体、疫苗、激素和寡核甘酸药物等。对预防人类肿瘤、心血管疾病、遗传病、糖尿病、包括艾滋病在内的各种传染病、类风湿疾病等有重要作用。我们最为熟悉的干扰素(IFN)就是一类利用基因工程技术研制成的多功能细胞因子，在临床上已用于治疗白血病、乙肝、丙肝、多发性硬化症和类风湿关节炎等多种疾病。 并且应用基因工程研制的艾滋病疫苗已完成中试，并进入临床验证阶段;专门用于治疗肿瘤的“肿瘤基因导弹”也将在不久完成研制，它可有目的地寻找并杀死肿瘤，将使癌症的治愈成为可能。 三、基因工程应用于环保方面 工业发展以及其它人为因素造成的环境污染已远远超出了自然界微生物的净化能力，基因工程技术可提高微生物净化环境的能力。美国利用DNA 重组技术把降解芳烃、萜烃、多环芳烃、脂肪烃的4 种菌体基因链接，转移到某一菌体中构建出可同时降解4 种有机物的“超级细菌”，用之清除石油污染，在数小时内可将水上浮油中的2/3 烃类降解完，而天然菌株需 1 年之久。90 年代后期问世的DNA 改组技术可以创新基因，并赋予表达产物以新的功能，创造出全新的微生物，如可将降解某一污染物的不同细菌的基因通过PCR 技术全部克隆出来，再利用基因重组技术在体外加工重组，最后导入合适的载体，就有可能产生一种或几种具有非凡降解能力的超级菌株，从而大大地提高降解效率。 (一)发展前景 基因工程应用重组DNA 技术培育具有改良性状的粮食作物的工作已初见成效。重组DNA 技术的一个显著特点是，它注往可以使一个生物获得与之固有性状完全无关的新功能，从而引起生物技术学发生革命性的变革，使人们可以在大量扩增的细胞中生产哺乳动物的蛋白质，其意义无疑是相当重大的。将控制这些药物合成的目的基因克隆出来，转移到大肠杆菌或其它生物体内进行有效的表达，于是就可以方便地提取到大量的有用药物。目前在这个领域中已经取得了许多成功的事例，其中最突出的要数重组胰岛素的生产。 重组DNA 技术还有力地促进了医学科学研究的发展。它的影响所及有疾病的临床诊断、遗传病的基因治疗、新型疫苗的研制以及癌症和艾滋病的研究等诸多科学，并且均已取得了相当的成就。 (二)基因工程的利与弊 1.基因工程的利 遗传疾病乃是由于父或母带有错误的基因。基因筛检法可以快速诊断基因密码的错误;基因治疗法则是用基因工程技术来治疗这类疾病。产前基因筛检可以诊断胎儿是否带有遗传疾病，这种筛检法甚至可以诊断试管内受精的胚胎，早至只有两天大，尚在八个细胞阶段的试管胚胎。做法是将其中之一个细胞取出，抽取DNA，侦测其基因是否正常，再决定是否把此胚胎植入母亲的子宫发育。胎儿性别同时也可测知。 基因筛检并不改变人的遗传组成，但基因治疗则会。目前全世界正重视发展永续性农业，希望农业除了具有经济效益，还要生生不息，不破坏生态环境。基因工程正可帮忙解决这类问题。基因工程可以改良农粮作物的营养成分或增强抗病抗虫特性。可以增加畜禽类的生长速率、牛羊的泌乳量、改良肉质及脂肪含量等。 2.基因工程的弊 广泛的基因筛检将会引起一连串的社会问题。虽然基因筛检可帮助医生更早期更有效地治疗病人，但可能妨碍他的未来生活就业。基因工程会产生“杀虫剂”的作物，也可能对大环境有害，它们或许会杀死不可预期的益虫，影响昆虫生态的平衡。转基因食品不同于相同生物来源之传统食品，遗传性状的改变，将可能影响细胞内之蛋白质组成，进而造成成份浓度变化或新的代谢物生成，其结果可能导致有毒物质产生或引起人的过敏症状，甚至有人怀疑基因会在人体内发生转移，造成难以想象的后果。转基因食品潜在危害包括：食物内所产生的新毒素和过敏原;不自然食物所引起其它损害健康的影响;应用在农作物上的化学药品增加水和食物的污染;抗除草剂的杂草会产生;疾病的散播跨越物种障碍;农作物的生物多样化的损失;生态平衡的干扰。 四、结束语 随着社会科技的进步，基因工程的发展将成为必然。尽管它会给我们带来一些危害但是仍然为我们带来了很多好处。不仅为我们提供了新的能源而且促进了各国的经济的发展，所以在我们发展基因工程的同时应该尽力避免一些危害，而让有利的方面尽可能应用。 参考文献： [1]陈宏.2004.基因工程原理与应用.北京：中国农业 出版社 [2]胡银岗.2006.植物基因工程.杨凌.西北农林科技大学出版社 [3]刘祥林.聂刘旺.2005.基因工程.北京：科学出版社 [4]陆德如.陈永青.2002.基因工程.北京：化学工业出版社 [5]王关林.方宏筠.2002.植物基因工程.北京：科学出版社 基因工程学术论文篇二 基因工程蛋白药物发展概况 【摘要】近些年，随着生物技术的发展，基因工程制药产业突飞猛进，本文就一些相关的重要蛋白药物的市场概况和研究进展作一概述。 【关键词】基因工程 蛋白药物 发展概况 中图分类号：R97 文献标识码：B 文章编号：1005-0515(2011)6-255-03 基因工程制药是随着生物技术革命而发展起来的。1980 年，美国通过Bayh-Dole 法案，授予科学家 Herbert Boyer 和 Stanley Cohen 基因克隆专利，这是现代生物制药产业发展的里程碑。1982 年，第一个生物医药产品在美国上市销售，标志着生物制药业从此走入市场[1]。 生物制药业有不同于传统制药业的特点：首先，生物制药具有“靶向治疗”作用;其次，生物制药有利于突破传统医药的专利保护到期等困境;再次，生物制药具有高技术、高投入、高风险、高收益特性;此外，生物制药具有较长的产业链[1]。生物制药业这一系列的特点决定了其在21世纪国民经济中的重要地位，历版中国药典收录的生物药物品种也是逐渐增多[2](图一)。 当前生物制药业的发展趋势在于不断地改进、完善和创新生物技术，在基因工程药物研发投入逐年增加的基础上，我国生物制药的产值及利润增长迅猛， 2006-2008年三年就实现了利润翻番[2](表一)。随着研究的深入，当前生物药的热点逐渐聚焦到通过新技术大量生产一些对医疗有重要意义且成分确定的蛋白上。研究表明，在我国的基因工程药物中，蛋白质类药物超过50%[3]。而这些源自基因工程菌表达的蛋白，如疫苗、激素、诊断工具、细胞因子等在生物医学领域的应用主要包括4个方面：即疾病或感染的预防;临床疾病的治疗;抗体存在的诊断和新疗法的发现。利用基因工程技术(重组DNA技术)生产蛋白主要有三方面的理由：1.需求性，天然蛋白的供应受限制，随需求的不断增加，数量上难以满足，使它得不到广泛应用;2.安全性，一些天然蛋白质的原料可能受到致病性病毒的污染，且难以消除或钝化;3.特异性，来自天然原料的蛋白往往残留污染，会引起诊断试验所不应有的背景[4]。 以下将介绍一些基因工程产物的市场概况和研究发展。 1 促红细胞生成素 是细胞因子的一种，在骨髓造血微环境下促进红细胞的生成。1985年科学家应用基因重组技术，在实验室获得重组人EPO(rhEPO)，1989年安进(Amgen)公司的第一个基因重组药物Epogen获得FDA的批准，适应症为慢性肾功能衰竭导致的贫血、恶性肿瘤或化疗导致的贫血、失血后贫血等[5,6]。 2001年，EPO的全球销售额达21.1亿美元，2002年达26.8亿美元，2003年全世界EPO的年销售额超过50亿美元。创下生物工程药品单个品种之最，是当今最成功的基因工程药物。用过EPO的大多数病人感觉良好，在治疗期间无明显毒副作用或功能失调。重组体CHO细胞可以放大到生产规模以满足对EPO的需求。 2 胰岛素 自1921 年胰岛素被Banting 等人成功提取并应用于临床以来，已经挽救了无数糖尿病患者的生命。仅2000年，胰岛素在全球范围内就大约延长了5100万名I型糖尿病病人的寿命。20世纪80年代初，人胰岛素又成为了商业现实;80 年代末利用基因重组技术成功生物合成人胰岛素，大肠杆菌和酵母都被用作胰岛素表达的寄主细胞[7]。 国内外可工业化生产人胰岛素的企业只有美国的礼来公司、丹麦的诺和诺德公司、法国的安万特公司和中国北京甘李生物技术有限公司等，胰岛素类似物也仅在上述4个国家生产，且每个公司只能生产艮效或速效类似物巾的个品种，主要原因是要达到生物合成人胰岛素产业化的技术难度特别大，若无高精尖的高密度发酵技术、纯化技术和工业化生产经验是无法实现的[8]。 3 疫苗 在人类历史上，曾经出现过多种造成巨大生命和财产所示的疫症，而在预防和消除这些疫症的过程中疫苗发挥了十分关键的作用。所以疫苗被评为人类历史上最重大的发现之一。 疫苗可分为传统疫苗(t raditional vaccine) 和新型疫苗(new generation vaccine)或高技术疫苗( high2tech vaccine)两类,传统疫苗主要包括减毒活疫苗、灭活疫苗和亚单位疫苗,新型疫苗主要是基因工程疫苗。疫苗的作用也从单纯的预防传染病发展到预防或治疗疾病(包括传染病) 以及防、治兼具[2]。 随着科技的发展，对付艾滋病、癌症、肝炎等多种严重威胁人类生命安全的疫苗开发取得巨大进展，这其中也孕育着巨大的商业机会[9]， 2007年全球疫苗销售额就已达到163亿美元，据美林证券公布的一份研究报告显示，全球疫苗市场正以超过13%的符合增长率增长。而我国是疫苗的新兴市场，国内疫苗市场发展潜力巨大，年增长率超过15%。 在以细胞培养为基础的疫苗、抗体药物生产中，Vero细胞、BHK21细胞、CHO细胞和Marc145细胞是最常用的细胞，这些细胞的反应器大规模培养技术支撑着行业的技术水平[4]。建立细胞培养和蛋白表达技术平台，进一步完善生物反应器背景下的疫苗生产支撑技术是当前国际疫苗产业研究的重点。 4 抗体 从功能上划分，抗体可分为治疗性抗体和诊断性抗体;从结构特点上划分，抗体可分为单克隆抗体和多克隆抗体。抗体可有效地治疗各种疾病，比如自身免疫性疾病、心血管病、传染病、癌症和炎症等[10,11]。抗体药物的一大特点在于其较低甚至几乎可以忽略的毒性。另外一个优势是，抗体本身也许既可被当作一种治疗武器，也可被用作传递药物的一种工具。除了全人源化抗体以外，与小分子药物、毒素或放射性有效载荷有关的结合性抗体也已经在理论上显示出了强大的潜力，尤其是在癌症治疗方面[12]。 治疗性抗体是世界销售额最高的一类生物技术药物,2008 年治疗性抗体销售额超过了300 亿美元,占了整个生物制药市场40%。在美国批准的99 种生物技术药物中,抗体类药物就占了30 种;在633 种处于临床研究的生物技术药物中, 有192 种为抗体药物,而在抗癌及自身免疫性疾病的治疗研究中,治疗性抗体占了一半[2]。截止2007年，美国FDA批准上市的抗体药物见表二[13]。 参考文献 [1] 章江益, 孙瑜, 王康力. 美国生物制药产业发展及启示[J]. 江苏科技信息. 2011, 1(5): 11-14. [2] 王友同, 吴梧桐, 吴文俊. 我国生物制药产业的过去、现在和将来. 药物生物技术[J]. 2010, 17(1): 1-14. [3] 吴梧桐, 王友同, 吴文俊. 21世纪生物工程药物的发展与展望[J]. 药物生物技术. 2000, 7(2): 65-70. [4] 储炬, 李友荣. 现代工业发酵调控学(第二版)[M]. 化学工业出版社. [5] Koury MJ, Bondurant MC. Maintenance by erythropoietin of viability and maturation of murine erythroid precursor cell[J]. Cell Physiol, 1988, 137(1):65. [6] Cuzzole M, Mercurial F, Brugnara C. Use of recombinant human Erthro-poietin outside the setting of uremia[J]. Blood, 1997, 89(12): 4248-4267. [7] 李萍, 刘国良. 最新胰岛素制剂的研究进展概述[J]. 中国实用内科杂志. 2003, 23(1): 19-20. [8] 张石革, 梁建华. 胰岛素及胰岛素类似物的进展与应用[J]. 药学专论. 2005, 14(11): 21-23. [9] 徐卫良. 生物制品供应链优化与供货提前期缩短问题研究――基于葛兰素史克(中国)疫苗部的实例分析(硕士学位论文). 上海交通大学, 2005. [10] Presta LG. Molecular engineering and design of therapentic antilodies[J]. Curr Opin Immunol, 2008, 20(4): 460. [11] Liu XY, Pop LM, Vitetta ES. Engineering therapeutic monoclonal antibodies[J]. Immunol Rev, 2008, 222: 9. [12] 陈志南. 基于抗体的中国生物制药产业化前景. 中国医药生物技术[J]. 2007, 1(1): 2. 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1953年，英国《自然》杂志上的一篇论文在全世界引起了轰动，这篇文章对DNA的双螺旋结构、碱基配对方式进行了阐述，宣告了DNA结构的正式发现。Watson和Crick建立的DNA双螺旋结构模型，不仅阐明了DNA分子的结构特征，而且揭示了DNA作为执行生物遗传功能的分子，从亲代到子代的DNA复制（replication）过程中，遗传信息的传递方式及高度保真性，为遗传学进入分子水平奠定了基础，成为现代分子生物学发展史上最为辉煌的里程碑。扩展资料：自然界绝大多数生物体的遗传信息贮存在DNA的核苷酸排列顺序中。DNA是巨大的生物高分子，一般将细胞内遗传信息的携带者枣染色体所包含的DNA总体称为基因组（genome）。同一物种的基因组DNA含量总是恒定的，不同物种间基因组大小和复杂程度则差异极大，一般讲，进化程度越高的生物体其基因组构成越大、越复杂。参考资料来源：百度百科-DNA结构
双螺旋结构是比较稳定的结构，特别是在进行dna等遗传密码的复制时不容易破损，如果一定要理解可以用达尔文的自然选择来解释，就是说不适合保存遗传物质的结构被淘汰
英国自然杂志上的一篇论文对dna的双螺旋结构在英国自然杂志中，DNA有三种结构，分别为：1、4种脱氧核苷酸的链接及排列顺序，表示了该DNA分子的化学构成，核苷酸相互连接形成长的多核苷酸链；2、两条多核苷酸链反向平行盘绕所生成的双螺旋结构；3、DNA分子可以在双螺旋的基础上，进一步绕同一中心轴扭转，造成额外的螺旋。
我认为没有必要这样去说。虽然大众对于女星的颜值比较挑剔，可是这样的说辞我觉得有些过分。
男女DNA有极高的相似性，人与人DNA相似度本就在99%以上，男女DNA的差异主要在Y性染色体，女性不存在这条染色体，而这条染色体上的基因主要决定男性的性别。
总体而言，人类不同的个体之间是大量的相似和少量的个体差异，人都有鼻子眼，这就是基因的相似性决定的，而有些人是双眼皮有的是单眼皮，这又是基因的差异决定的，而综合看来，人类的外部特征基本一致，也就是说人类的基因本身就是有大量的相似和少量的差异组成的。两性繁衍的生物都有一定的性别决定模式，对于人类而言就是X、Y的差异。
人类的染色体组是22对常染色体和1对性染色体，常染色体男女没什么差异，差异主要体现在不同的人群，比如亚欧非居民的鼻腔构造、唇构造的差异，而这些差异只是大同小异，几乎不存在有的人有嘴唇有的没有嘴唇，表现在基因上就是很少的碱基序列的差异。而性染色体的差异就大多了，在猿到人类的400多万年的演化历程中，性染色体发生了极大的变化，Y染色体的长度不断地缩短，抛弃了很多用处不是很大的基因，大概在于减少了不很重要的基因的能量消耗，如今的Y染色体只剩下决定男性性别这个作用。
Y染色体中的DNA碱基对数量比较少，基因的数量也比较少，在和X性染色体配对的时候，X染色体有大量的非同源区段，相应的基因因为没有等位基因的限制，可以自由地表达功能，也有和Y染色体少量的同源区段，可以协助Y染色体的功能，Y染色体还有和X染色体很短的非同源区段，主要的作用就是决定男性的性别。
人类两性繁衍的模式早在数亿年前就已经存在，由于结合了雌雄双方的基因，两性繁殖的模式使得后代具备更多样的基因，更有利于子代存在于复杂的环境中，因此在自然选择中两性繁衍的模式逐渐成为大型物种共通的生殖模式。这种现象称为“辐射演化”，是由于生物获得了某种有利的性状，在后续的演化历程中随着地理隔离、新物种的形成将优势基因传递给多种后代。
从生理构成上看，女性的生殖道和尿道是分离的，而男性的生殖道和尿道是同一个通道，所以有人认为女性在结构上比男性更高级，这反映了早期的生物演化理论秉承阶梯进化的模式，也就是所谓的低级到高级，简单到复杂的演化模式。然而现代的研究现实生物的演化是始于基因，而基因会随着外界的物理化学生物因素而不断地突变，环境选择压力实际上是从已经存在的基因库中挑选那些能够适应环境的个体，从这方面看就不存在谁低级谁高级的问题。
女性的生理构造之所以比男性复杂就在于X、Y性染色体的非同源区段，其中含有很多胚胎发育的关键基因，也使得人类的胚胎最早都是无性别的，从外观看都是向着女性发育的，只是到了一定阶段后基因选择性表达，决定男性性别的Y染色体基因开始发挥作用，使得尿道和生殖道分离或者统一，形成了男性和女性。
其它方面的差异并不是很大，人类都是十分相似的外部构造，都是一个鼻子俩眼，区别在于由于紫外线、空气湿度、温度等因素，比如亚欧非居民的鼻腔构造稍有差异。但这和男女性别无关，只和某个人类族群历史上经历的环境有关，不管是男是女都是差不多的。性别相关的还有有些伴性遗传的疾病，比如红绿色盲，这种疾病是定位于性染色体上的隐性基因遗传病，母亲患此病，儿子必定患此病，父亲患此病，女儿必定携带相应的基因。
还有一个问题是DNA的表观遗传，DNA是遗传物质不假，但是基因只是DNA上的功能片段，大多数的DNA序列并不承担生理功能。男女在激素等方面存在差异，或许会导致男女基因的修饰的差异，而人体的核酸、蛋白等物质都是经过修饰后才能发挥作用的，所以这方面的差异也会导致男女之间基因表达的差异。
男性和女性的染色体数量一样的，都是23对。男女DNA的差异主要是男性存在Y性染色体，而女性不存在这条染色体。
在过去2500万年的进化过程中，虽然Y染色体上的基因在不断减少，但人类和恒河猴都保留了相同数量的同源祖先基因，特别是在前四个strata阶段，人和猴子保留和丧失的祖先基因竟然没有差别（18个保留，6个丧失）。只是到了第五个stratum阶段，也就是人猴“分家”的500万年前，人类才比恒河猴多丧失了一个祖先基因。这种现象被称为 purifying selection，意思就是Y染色体上的基因虽然减少，但是保留了决定性别的关键基因。这一研究结果证明Y染色体可能不会像之前所估计的持续衰退下去，只是更加“精简”了。看到此，男同胞们是不是长舒了一口气？然而，Graves教授却坚持认为这些所谓被保留的关键基因依然有可能会在未来进化途中丧失。这一观点是有事实依据的。上面那篇Hughes 博士的文章中还研究了黑猩猩的Y染色体基因。虽然和恒河猴相比，黑猩猩和人类的亲缘关系更近，但是黑猩猩的Y染色体的减退变化却和人类颇不相同。在前四个strata阶段，黑猩猩比人类多缺失了5个基因，使两者的差异达到了21% （5/24）。这表明所谓关键基因可能并不一定真的那么关键，也是可以被“精简”掉的。