时辰：2024-04-03 14:38:06
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[中图分类号] R394；G642 [文献标识码] A [文章号] 1673-7210（2017）01（a）-0113-04
[Abstract] Precision medicine is the development trend of medical science. The ability to practice precision medicine is dependent on genomics. The genomics research of common diseases and rare diseases， as well as the pharmacogenomics have been widely used in the era of precision medicine. To help the postgraduate students master the basic knowledge of genomics and understanding the latest genomics development and application， it is necessary to keep pace with the development of discipline. By learning genomics， the medical postgraduates can improve the ability and level of scientific research， and lay a good found a tion for their clinical work in future. To adapt to the requirements of the rapid development of genomics， some elements of teaching mode should bead just to meet the requirements of rapid development of genomics in the era of precision medicine， which can expand the basic knowledge of medical postgraduates and train medical talents with interdisciplinary background.
[Key words] Precision medicine； Genomics； Medical postgraduates； Cultivation
精准医学是以个别化医疗为底子、跟着基因组测序手艺疾速前进和生物信息与大数据科学的穿插操纵而成长起来的新型医学观点与医疗情势。2015年1月20日，美国总统奥巴马颁发发言，号令美国要增添医学研讨经费，鞭策个别化基因组学研讨，按照小我基因信息为癌症及其余疾病患者拟定个别医疗打算，拉开了精准医学的大幕。精准医学表现了医学迷信成长趋向，也代表了临床现实成长的标的方针，必将在不远的将来惠及公民安康及疾病防治。基因组学研讨是完成精准医学的首要手腕。本文就精准医学期间培养医学研讨生操纵基因组学停止科研使命和疾病诊疗的首要性和基因组学讲授情势的调剂停止开端切磋。
1 精准医学的实质
精准医学是经由历程基因组、卵白质组等组学手艺和其余前沿科技，按照患者内在生物学信息及临床特色，在份子学程度为疾病供给加倍邃密的分类及诊断，从而对患者停止特色化精准医治，以期到达医治成果最大化和副感化最小化的一门订制医疗情势[1]。切确、定时、同享、个别化是精准医学的四身分。
【Abstract】Genomics is a young discipline which is born with the successful implementation of the human genome project， and its content is involved in the leading edge and hot spot of the life science research. Learning genomics has a profound impact on enriching and improving the students’ knowledge system and cultivating students’ innovative consciousness and ability. After several years of teaching practice， from the teaching content， teaching methods to make a reasonable improvement， in order to improve the quality of teaching， and strive to cultivate high？鄄quality professionals.
【Key words】Genomics； education； innovation
【基金名目】湖南农业大学课程品德规范拔擢挑选名目《基因组学》和湖南农业大学教改名目B2015021赞助。
【中图分类号】G420 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）06-0233-02
陪同人类基因组打算，一门新兴的性命迷信前沿学科基因组学（ Genomics）应运而生。差别于以往的份子遗传学以“单个”基因为研讨东西的思绪，基因组学从物种的全数基因组脱手来研讨基因的布局、功效和退化[1]。颠末近20年的敏捷成长，底子基因组学研讨已构成了布局基因组学、功效基因组学和比拟基因组学三个差别的范围[1-3]，还衍生出了转录物组、卵白质组、代谢组、甲基化组等一系列组学研讨的分支，激起了生物迷信研讨的体系观高潮[2]。
今朝，基因组学已成为高校生物学课程体系中的首要构成局部，愈来愈多的高校都将其设为生物学相干专业的?课或选修课。课程的开设不只无益于先生领会性命迷信成长的前沿，还能为先生研讨生阶段睁开相干课题供给研讨思绪和背景常识。可是，基因组学成长敏捷，若何使讲授紧跟学科成长的步调，让先生在无限的讲堂讲授中既能把握基因组学的底子常识，又能实时领会最新的基因组学成长手艺，成为讲授中的难点。是以，教员须要不时更新讲授内容，紧跟学科成长的步调，以加强先生的进修乐趣，进步进修的主动性。别的，基因组学与其余学科具备很强的穿插性，教员讲课历程中既要防止内容的反复，又要能深切浅出地把内容笼统、历程庞杂的研讨体例条理清晰、简略了然地传授给先生。针对基因组学课程的上述特色和这几年的讲授现实，笔者从基因组学讲授内容和讲授手腕停止了调剂和优化，摸索了适合本门课程的讲授体例和情势，以期进步基因组学的讲授成果，以顺应新情势下实质教导的须要。
一、挑选适合的课本
我国良多高校的生物信息、生物手艺等相干专业课程设置中都将基因组学设为专业课或选修课，如华中科技大学、暨南大学、扬州大学等。我校也在先生先修遗传学、份子生物学和生物信息学的底子上，开设基因组学课程作为生物信息学的一门专业课，共设置40课时。颠末领会，国际遍及操纵的基因组学课本首要有两本，即国际复旦大学杨金水传授编著的《基因组学》（2002年初版，2007年第二版，2013年第三版）和英国曼彻斯特大学理工学院TA.Brown传授编著的《Genomes》（1999年版、2002年版、2006年版）。按照课程须要和课时数，我校自2005年生物信息学专业开设以来一向挑选布局体系比拟完全、内容绝对简练的杨金水编著的《基因组学》系列版本为首要课本。同时选用袁建刚等翻译的、BrownTA编著的《基因组》及其英文版原著述为参考，补充杨金水编著的《基因组学》，局部内容阐述不够详实的缺少。该课本和参考书都更新实时，每隔数年就会补充基因组学研讨范围的新功效和新手艺而后重版，便于跟踪学科前沿，把握最新研讨静态。参考书中英文对应，可便利先生对专业名词的懂得和把握，也有助于先生进步对英文文献的浏览才能。
二、构建体系的讲授内容
基因组学讲授内容与遗传学、分组生物学和生物信息学课程的内容彼此接洽、彼此渗入。是以课程内容既要防止与现行课程中反复的局部，又凸起本学科的特有内容，为此咱们在与其余相干课程教员充实不异的环境下停止了讲课内容的支配。基因组学的常识布局可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许分为布局基因组学、功效基因组学和比拟基因组学三局部。布局基因组学是基因组研讨的前提，是功效基因组学和比拟基因组学内容懂得和把握的底子，其首要方针是经由历程基因组测序取得基因组序列。而基因组测序的前提是对基因组的根基布局和构成停止领会，而后在此底子上停止基因组作图，包罗遗传图谱、物理图谱的建造，最初停止基因组的测序与序列组装。这局部属于基因组学课程重点进修的内容，支配20个课时，首要触及选用课本的前四章内容[4]。功效基因组学，被称为后基因组学，它操纵布局基因组学研讨所供给的信息和产品，成长和操纵新的尝试手腕，经由历程在基因组或体系程度上周全阐发基因的功效。这局部内容是今朝成长最快的研讨重点[5]，触及良多对研讨基因功效的尝试体例，是以也是课程的难点。研讨内容包罗基因组序列中基因功效的发明、单个基因功效简直定、基因抒发阐发及渐变检测和基因与基因之间的彼此感化。本门课程中支配12课时进修该局部内容，首要触及课本的第五章、第六章、第十章。课本的第七章和第十一章对基因组的复制与转录调控的内容，份子生物学中有过报告，在基因组学的课程中不再反复。第八章和第九章对转录组和卵白组的内容另开设有相干的课程，也不在基因组学课程的报告范围内。比拟基因组学是基于布局基因组的底子上，对已知的基因和基因组布局停止比拟，来领会基因的功效、抒发机理和物种退化的学科。经由历程对差别亲缘干系物种的基因组序列停止比拟，可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许判定出编码序列、非编码调控序列及给定物种独占的序列。而基因组范围以内的序列比对，可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许领会差别物种在核苷酸构成、同线性干系和基因挨次方面的异同，进而取得基因阐成长望与定位、生物体系发生退化干系等方面的信息。这局部内容支配6课时，首要触及课本的第十二至十四章的内容。如许公道支配讲课内容，使先生在脑筋中成立起一个从布局基因组学研讨到功效基因组学研讨再到比拟基因组学研讨的完美的常识体系。
别的，基因组学成长敏捷，除三大局部根基内容外还在讲堂上实时补充和完美一些最新的研讨功效。比方可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许经由历程查问Science、Nature 和Cell等顶级期刊，领会基因组学的最新研讨停顿和体例，使先生实时把握学科成长头绪和标的方针，把基因组学课程真正拔擢成为一门坦荡先生视线的课程。别的，讲堂上可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许会商一些社会上的热点话题或进步一些与糊口息息相干的常识，如精准医疗等。还可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许报告一些相干的故事，如诺贝尔奖得主的一些不为人知的故事。一些相干常识的操纵，比方若何操纵份子标记停止亲子判定及法医判定等也可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许再讲堂上当令的拔出。这些内容可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许极大地激起先生的乐趣，拓宽先生的视线，进步先生进修的主动性。
三、多媒体与板书相连系讲授
多媒体讲授具备图文并茂的成果，可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许把笼统、微观、死板、庞杂的内容笼统的揭露出来。但多媒体课件播放比板书讲授速率快，若是先生的思惟没法跟上，则会大大地降落讲授成果。传统的板书讲授则可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许将常识加倍体系地显现给先生，更利于师生间的交换[6]。但板书讲授比拟耗时，出格对高档教导中较多的讲课内容，完全接纳板书会影响讲授进度。别的，对图象和图形的显现，板书讲授也没法胜任。是以，可接纳“多媒体+板书”相连系的讲课体例。讲课大纲板书在黑板上，使先生整堂课都可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许瞥见，让先生对进修内容有全数的印象。多媒体课件诠释不清的题目，实时用板书补充。重点难点内容，也要连系板书详细讲授，同时借助多媒体手腕将所须要的图片、动画和视频拔出课件，按照课程的须要播放，进步讲堂讲授成果。
四、构造先生到场迷信研讨
基因组学课程内容触及良多研讨体例和手艺，局部典范的尝试手艺在份子生物学与遗传学中有过先容，但一些新成长起来的手艺上述课程进修的历程中不触及。有些手艺道理深邃、笼统，难以懂得，最好的体例是让先生亲身到场尝试[7-9]。教员可组建基因组学科研乐趣小组，让先生操纵课外时辰到场教员的科研课题。先生经由历程亲身到场基因组学相干尝试，可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许深切懂得这些手艺的道理，并把握详细操纵手艺，将现实常识与现实相连系，在赞助教员完成科研使命的同时培养了先生对科研使命的热忱，为先生进一步考研进修打下底子。
五、操纵矫捷多样的查核体例
迷信、公道的查核体例有助于进步讲授品德、培养立异型和操纵型人材。传统的查核体例首要是闭卷测验，轻易使先生把测验当做终究的进修方针，倒霉于培养先生操纵所学常识措置现实题方针才能。是以，鼎新讲授查核体例的很是首要。查核除对先生停止根基现实常识测验外，在成就评定规范上恰当加大对先生脱手才能和综合手艺的查核比重，增添日常平凡成就的查核，前提许可的话还可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许设置一些小尝试在尝试课的讲堂上让先生停止计较机摹拟阐发，充实激起先生的进修乐趣。别的，还可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许把科研历程中的一些小名目交给先生，让先生查阅资料后按照所学内容停止尝试设想，教员停止指点点窜后再反应给先生。先生的日常平凡成就终究按30%的比例计入终究成就。迷信公道地操纵上述体例可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许很大程度转变先生的进修方针和进修体例，培养先生的立异才能和现实才能。
颠末几年的现实，咱们的讲授鼎新取得了大大都先生的好评与承认。在尔后的讲授中，跟着教员讲授履历的堆集和讲授程度的进一步进步，将会不时完美基因组学讲授使命。基因组学成长敏捷，此刻已渗入到性命迷信研讨的各个范围，出格是近几年基因组学研讨范围的严重功效层见叠出，对性命迷信的成长发生了极大的鞭策感化。针对基因组学讲授历程中存在的首要题目[10，11]，在构建体系课程内容体系的同时，还应按照农林院校的专业特色，不时鼎新和摸索课程的讲授体例，加强教员步队拔擢，不时完美现实与现实相连系的讲授情势，为鞭策和完成高实质的立异型和操纵型人材培养方针奠基底子。
参考文献：
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基因组学鞭策的立异中，最惹人注视的范围是医学。“特色化医疗”停顿敏捷，患者的DNA图谱被转化为加倍特色化、具瞻望性和防备性的医治打算。
今朝，对罕见疾病――包罗一些医疗、经济和社会承担庞杂的疾病，如癌症、糖尿病、血汗管疾病和瘦削等――相干的基因组辨认研讨已起头让大夫可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许操纵患者DNA信息来指点临床医治。研讨者正在辨认影响药物对人体感化的基因变异，让更宁静、更有用的用药办理来停止病痛和医治某些癌症和血汗管和精力疾病。
客岁，美国启动了切确医疗打算（Precision Medicine Initiative），该打算将以后的这些停顿往前再鞭策一步，停止成人和幼儿癌症靶向药物立异尝试，引入特色化夹杂疗法，并深切匹敌药性的熟悉。在持久，打算的方针是成立一支具备一百万以上自愿者的研讨步队，他们同享基因组数据、生物样本和糊口体例信息，从而构成大批人类疾病切确医疗的底子。
但医疗毫不是基因组学鞭策的立异反动的独一范围。基因组学在其余范围也显现着转变和成长的趋向，此中不少已证明具备有助于措置某些环球性题方针潜力――如在环球生齿高速增添、估量35年后到达96亿人的背景下，确保食粮宁静和掩护环境。
操纵基因组学挑选高代价种类，让农人和食粮业全数具备了出产更多更好食粮的东西。比方，西北亚稻米此刻已能抵当大水，牛肉、奶成品和生猪产量有所进步，敏捷成长的渔业和水产养殖业受害于产量更高、抗病和抗压才能更强的物种。
别的，基因组学还能供给对生态体系中生物多样性和互动感化的详细信息，从而鞭策立同性环境掩护计谋的斥地。
[Abstract]Traditional Chinese medicine （TCM） has contributad greatly to improving human health However， the biological characteristics and molecular mechanisms of TCM in the treatment of human diseases remain largely unknown Genomics plays an important role in modern medicine and biology Here， we introduce genomics and other related omics to the study of herbs to propose a new discipline， Herbgenomics， that aims to uncover the genetic information and regulatory networks of herbs and to clarify their molecular mechanisms in the prevention and treatment of human diseases Herbgenomics includes herbal structural genomics， functional genomics， transcriptomics， proteomics， metabonomics， epigenomics and metagenomics Genomic information， together with transcriptomic， proteomic， and metabolomic data， can therefore be used to predict secondary metabolite biosynthetic pathways and their regulation， triggering a revolution in discoverybased research aimed at understanding the genetics and biology of herbs Herbgenomics provides an effective platform to support chemical and biological analyses of complex herbal products that may contain more than one active component Herbgenomics is now being applied to many areas of herb related biological research to help understand the quality of traditional medicines and for molecular herb identification through the establishment of an herbal gene bank Moreover， functional genomics can contribute to model herb research platforms， geoherbal research， genomicsassisted herb breeding， and herbal synthetic biology， all of which are important for securing the future of medicinal plants and their active compounds In addition， Herbgenomics will facilitate the elucidation of the targets and mechanism of herbs in disease treatment and provide support for personalized precise medicineHerbgenomics will accelerate the application of cuttingedge technologies in herbal research and provide an unprecedented opportunity to revolutionize the use and acceptance of traditional herbal medicines
[Key words]Herbgenomics； genomics； omics； traditional Chinese medicine （TCM）
doi：10.4268/cjcmm20162101
本草基因组学（herbgenomics）是操纵组学手艺研讨中药基原物种的遗传信息及其调控收集，申明中药防治人类疾病份子机制的学科，从基因组程度研讨中药及其对人体感化的前沿迷信。触及中草药布局基因组、中草药转录组、中草药功效基因组、中草药卵白质组、中药代谢组、中草药表观基因组、中草药宏基因组、药用情势生物、基因组赞助份子育种、DNA判定、中药分解生物学、中药基因组学、中草药生物信息学及数据库等现实与尝试手艺。
传统药物操纵汗青悠长，操纵体例多样，相干研讨首要集合在外形辨认、化学物资底子揭露、药效感化阐发、资本查询拜访、野生莳植等方面，但持久以来对传统药物基因资本的熟悉和领会很是软弱，人材极为匮乏。因为中药原动物基因组信息缺少，西医药学和古代性命迷信之间缺少不异的桥梁，新兴的前沿性命迷信手艺很难操纵于传统西医药研讨，如对中药道地性构成和坚持的遗传机制及道地性和药性的彼此干系缺少深切领会，已严重影响了我国道地药材的资本掩护和新种类选育，中药道地性构成和坚持的遗传底子研讨急需加强；中药药性的生物学实质研讨亟待加强，多年来中药药性研讨首要集合在化学和药理标的方针，但对中药药性的生物学实质研讨还很是软弱，已从底子上限定了对中药药性的深切研讨；中药基因资本是一种名贵的国度计谋资本，国际合作严重，韩国、美国、日本等国度已启动良多中药基原物种全基因组研讨，对我国传统中药研讨范围构成极大挑衅。别的，因为大大都药用动物有用成份含量低，分手提取须要耗损大批质料，对自然资本构成极大粉碎，也使得大都提取类药物的出产本钱很高。
本草基因组学作为新兴学科，广义而言是从基因组程度研讨中药及其对人体感化。一方面从基因组程度研讨基因序列的多态性与药物效应多样性之间的干系，研讨基因及其渐变体对差别个别药物感化效应差别的影响，从卵白质组学角度研讨中药感化靶点，出格是中药复方的多靶点效应，为中药配伍供给迷信按照，指点药物斥地及公道用药，为完成个别化精准医疗供给首要信息和手艺保证；别的一方面成立含有首要活性成份的中药原动物基因组研讨体系，体系发掘中药活性成份分解及杰出农艺性状相干基因，分解代谢物的分解路子、代谢物收集及调控机理，为中药道地种类改进和基因资本掩护奠基底子，为中药药性研讨供给现实底子，对传统药物学现实研讨和操纵具备首要意思，从基因组层面阐释中药道地性的份子底子，鞭策中药立异药物研发，为次生代谢产品的生物分解和代谢工程供给手艺撑持，立异自然药物研发体例，为杰出高产药用动物种类选育奠基坚固底子，鞭策中药农业的迷信成长，对揭露自然药物构成的生物学实质具备首要代价，对培养多学科人材充实到传统药物研讨具备引领感化。广义而言本草基因组学集合研讨中草药本身的遗传信息，不触及对人体的感化。也便是说广义本草基因组学首要研讨中草药布局基因组、转录组、功效基因组、卵白质组、代谢组、表观基因组、宏基因组，以揭露中药道地性和中药药性的遗传实质。本草基因组学正增进前沿性命迷信手艺操纵到中药范围，鞭策中药研讨敏捷走到性命迷信的最前沿。
1 本草基因组学的发生和成长
1.1 本草基因组学的发生 从“神农尝百草，一日而遇七十毒”的传说到现存最早的中药学著述《神农本草经》（又称《本草经》），从天下上现存最早的国度药典《新修本草》（即《唐本草》）到本草学巨著《本草大纲》，两千多年来，中药学的成长反应了我国休息国民在寻觅自然药物、操纵自然药物方面堆集了丰硕履历。中药学是中国医药学的庞杂宝库，对天下医药学成长作出了庞杂进献。跟着古代迷信手艺的成长，出格是人类基因组打算（Human Genome Project）的提出和完成，对人类疾病的熟悉和医治开启了全新的篇章，在此背景下，中药学研讨慢慢深切到基因组程度从而致使本草基因组学发生和鼓起。
1977年Sanger完成首个物种全基因组测序，噬菌体φX174基因组，巨细为5.836 kb[1]；人类基因组打算由美国迷信家于1985年领先提出，1990年正式启动，2000年完成，是一项范围弘大，跨国跨学科的迷信摸索工程，其主旨在于测定构成人类染色体（指单倍体）中所包罗的30亿个碱基对构成的核苷酸序列，从而绘制人类基因组图谱，并且辨识其载有的基因及其序列，到达破译人类遗传信息的终究方针[2-3]。2000年，破译拟南芥Arabidopsis thaliana全基因组，巨细为125 Mb，作为第一个动物全基因组测序在动物迷信史上具备里程碑意思[4]。我国药用动物有11 146种，约占中药材资本总数的87%[5]，是统统经济动物中最多的一类。同时，药用动物也是S多化学药物的首要质料，今朝1/3以上的临床用药来历于动物提取物或其衍生物，此中最闻名的青蒿夙来历动物是黄花蒿。
中国学者操纵光学图谱和新一代测序手艺，完成染色体程度的灵芝基因组邃密图绘制，经由历程基因组分解提出灵芝为首此中药基原的药用情势真菌，文章颁发在《自然通信》上，期刊编辑部以出格图片（featured image）情势停止了推介（图1）[6]，以为该论文标明灵芝对研讨传统菌类中药的次生代谢路子及其调控是一个有代价的情势体系。灵芝基因组图谱的发布为睁开灵芝三萜等有用成份的分解研讨供给了便利，跟着这些分解路子的慢慢分解，使得经由历程分解生物学分解灵芝有用成份成为可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许。同时，对灵芝成长发育和抗病抗逆关头基因的发掘和认知，将鞭策灵芝的基因组赞助育种研讨，加速灵芝新种类的培养，并为灵芝的迷信莳植和采收供给现实指点。
2009年，陈士林团队提出本草基因组打算，即针对具备严重经济代价和典范次生代谢路子的药用动物停止的全基因组测序和后基因组学研讨，全基因组测序、组装和阐发计谋：测序物种的挑选准绳，待测物种基因组预阐发，测序平台的挑选，遗传图谱和物理图谱的绘制，全基因组的组装及生物信息学阐发；情势药用动物渐变体库的成立和基因功效研讨；药用动物有用成份的分解及其调控研讨；药用动物抗病抗逆等杰出性状的遗传机制研讨及杰出种类选育。在此底子上，详细先容了本草基因组体例学研讨：周全先容物种基因组巨细、染色体数目测定体例、第二代高通量测序体例、全基因组组装和基因组正文体例、基因组比拟等生物信息学阐发手腕、扼要阐述重测序在药用动物全基因组研讨中的操纵体例。由此，本草基因组学慢慢构成和完美，包罗中草药布局基因组、转录组、功效基因组、卵白质组学、代谢组、表观基因组、宏基因组、基因组赞助份子育种、中药分解生物学、中药基因组学、中草药生物信息学及数据库等外容。基于份子生物学和基因组学的药用动物辨别是以后研讨的活泼范围，用于辨别的份子生物学和基因组学手艺：AFLP、RFLP、RAPD、DNA微阵列手艺（microarray）、DNA条形码（barcoding）等，基于基因组辨别的份子底子是动物份子体系发育干系反应物种退化干系。在这些手艺傍边，药用动物DNA条形码判定计谋及关头手艺是最受存眷的标的方针，中药材DNA条形码份子判定指点准绳已参加《中国药典》2010年版补充本Ⅲ和《中国药典》2015年版。
1.2 本草基因组学的成长 2015年国际期刊《迷信》增刊胪陈“本草基因组解读传统药物的生物学机制”，提出本草基因组学为药用情势生物、道地药材研讨、基因组赞助育种、中药分解生物学、DNA判定、基因数据库构建等供给现实底子和手艺撑持（图2）。今朝，药用动物基因组学与生物信息学已进入疾速成长阶段，必将对传统药物学发生庞杂影响。国际外已睁开青蒿[7]、丹参[8-15]、泰西参[16]、甘草[17]等多种药用动物的大范围转录组研讨。基因组序列包罗生物的发源、退化、发育、心机和与遗传性状有关的统统信息，是从份子程度上周全分解各种性命景象的前提和底子。第二代高通量测序手艺的飞速成长落第三代单份子测序手艺的鼓起使测序本钱大大降落，测序时辰大大耽误，为本草基因组打算的实行奠基了坚固的手艺底子。今朝，赤芝[6]、紫芝[18]、丹参[19]及铁皮石斛[20-21]等首要药用动物的基因组已完成测序使命并颁发，人参、苦荞、穿心莲、紫苏等中草药基因组图谱也完成绘制。
比方为领会析丹参的遗传背景，陈士林团队连系国际外闻名高校和研讨机构，经由历程连系测序手艺完成了丹参基因组图谱的组装，丹参基因组的实古代表着首个鼠尾草属物种基因组图谱的胜利绘制。退化阐发显现丹到场芝麻亲缘干系更近，估量其分解时辰约6 700万年前。丹参基因组的颁发鞭策首个药用情势动物研讨体系简直立。本草基因组学将斥地中药研讨和操纵的全新范围，把握汗青性机缘，将极大进步我国斥地中药资本的才能，加强我国中药底子研讨气力、进步我国中药研讨的自立立异才能，对加速中药古代化历程具备严重的计谋性迷信意思，增进中药研讨和财产的疾速成长[22]。本草基因组学将使中草药生物学研讨进入一个极新的期间――本草基因组期间。
1.3 学科内在和内在 按照本草基因组学发生和成长历程，首要从3个方面肯定学科的内在，即现实体系、尝试手艺和操纵标的方针（图3）。本草基因组学构成了高度综合的现实体系，包罗从基因组程度研讨本草的九大内容：中草药布局基因组、中草药功效基因组、中草药转录组和卵白质组、中药代谢组、中草药表观基因组、中草药宏基因组、中药分解生物学、中药基因组学、中草药生物信息学等。本草基因组学的尝试体例首要包罗九大手艺：高通量测序手艺、遗传图谱构建手艺、光学图谱构建手艺、基因文库构建手艺、渐变库构建手艺、构造培养与遗传转化、卵白质分手纯化与判定手艺、四大波谱手艺及联用、基因组编辑手艺等。基于本草基因组学的现实体系和尝试手艺，构成了该学科的七大操纵标的方针：药用情势生物研讨、申明道地药材构成机制、基因组赞助育种、基因资本掩护和操纵、中药品德评估和节制、中药新药研发、指点相干学科研讨。
本草基因组学的学科内在与本草学、中药学、基因组学、生物信息学、份子生物学、生归天学、生药学、中药资本学、中药判定学、中药莳植学、中药药理学、中药化学等慎密亲密相干（图4）。本草学和中药学为本草基因组学奠基了深挚的汗青底子和人文底子，为本草基因组学研讨东西简直定供给丰硕候选资料，基因组学和生物信息学为本草基因组学供给前沿现实和手艺撑持，份子生物学、生归天学、中药化学则为本草基因组学供给底子现实和根基尝试手艺撑持，生药学、中药资本学、中药判定学、中药莳植学与本草基因组学彼此撑持成长，各学科的偏重点差别，中药药理学、中药化学为本草基因组学的操纵供给手艺撑持。与以上各学科相照应，本草基因组学增进本草学和中药学从典范走向古代、从传统走向前沿，为西医药更好办事大众安康供给壮大常识和手艺撑持，扩展了基因组学和生物信息学的研讨东西和操纵范围，为份子生物学、生归天学、中药化学走向现实操纵供给了活泼案例，鞭策生药学、中药资本学、中药判定学、中药莳植学从基因组和份子程度睁开研讨，为中药药理学的深切研讨供给现实和手艺撑持。
2 本草基因组学研讨热
本草基因组学借助基因组学研讨最新功效，睁开中草药布局基因组、中草药功效基因组、中草药转录组和卵白质组、中草药表观基因组、中草药宏基因组、中药分解生物学、中药代谢组、中药基因组学、中草药生物信息学及数据库等现实研讨，同时对基因组研讨相干尝试手艺在本草学中的操纵与斥地停止评估，鞭策本草生物学实质的揭露，增进遗传资本、化学品德、药物疗效彼此干系的熟悉，以下详细阐述本草基因组学的研讨内容。
2.1 中草药布局基因组研讨 我国药用资本种类单一，是以药用物种全基因组打算测序物种的挑选应当综合斟酌物种的经济代价和迷信意思，并按照基因组从小到大、从简略到庞杂的挨次停止测序研讨。在测序平台的挑选上应以第二代落第三代高通量测序平台为主，以第一代测序手艺为辅。比来几年来，紫芝、赤芝、茯苓、丹参、人参、三七等10余种药用动物被挑选作为本草基因组打算的第一批测序物种，此中赤芝布局基因组颁发被《本日美国》（USA Today）以“揭秘中国‘仙草’基因组”为题报道（图5），丹参基因组小（约600 Mb）、成长周期短、构造培养和遗传转化体系成熟等缘由，被以为是研讨中药活性成份生物分解抱负的情势动物[23]。丹参全基因组测序完成已鞭策丹参作为第一个药用情势动物研讨体系构成。
因为大都药用动物都缺少体系的份子遗传学研讨，是以在睁开全基因组打算之前停止基因组预阐发很是须要。基因组预阐发的首要内容包罗：①操纵条形码等手艺对知足挑选准绳的待测物种停止判定[24-25]；②经由历程察看有丝割裂中期染色体肯定待测物种的染色体倍性和条数；③接纳流式细胞术[26]或脉冲场电泳手艺估测物种的基因组巨细，为测序平台的挑选供给参考；④基因组Survey测序，在大范围全基因组深度测序之前，起首对所选药用动物停止低笼盖度的Survey测序，用来评估其基因组巨细、庞杂度、反复序列、GC含量等信息。
遗传图谱和物理图谱在动物庞杂的大基因组组装中具备首要感化。借助于遗传图谱或物理图谱中的份子标记，可将测序拼接发生的scaffolds按挨次定位到染色w上。但遗传图谱的构建须要遗传干系明白的亲本和子代株系，是以其在大大都药用动物中的操纵遭到限定。物理图谱描画DNA上可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许辨认的标记地位和彼此之间的间隔（碱基数目）。最初的物理图谱绘制多是基于BAC文库，经由历程限定性酶切指纹图谱、荧光原位杂交等手艺将BAC克隆按其在染色体上的挨次摆列，不中断地笼盖到染色体上的一段地区[27]。此刻，光学图谱OpGen[28]和单份子光学图谱BioNano等[29]依靠于大份子DNA酶切标记的体例常常操纵于物理图谱的绘制。
跟着第二代测序手艺的疾速成长，用于短序列拼接的生物信息学软件大批显现，常常操纵软件包罗Velvet[30]， Euler[31]， SOAPdenovo2[32]， CAP3[33]等。基因组草图组装完成后，可操纵生物信息学体例对基因组停止阐发和正文，为后续功效基因组研讨供给丰硕的资本。比方，可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许经由历程GeneScan[34]， FgeneSH[35]等东西发明和瞻望基因，操纵BLAST同源序列比对或InterProScan[36]布局域搜刮等体例对基因停止正文，操纵GO阐发对基因停止功效分类[37]，操纵KEGG对代谢路子停止阐发等[38]。
2.2 中草药功效基因组研讨 按照全基因组序列和布局信息，中草药功效基因组研讨充实操纵转录组学、卵白组学、代谢组学等体例，对药用动物的功效基因停止发掘和判定，研讨内容首要集合于构建情势药用动物平台、次生代谢产品分解路子和调控机制的分解、抗病抗逆等杰出农艺性状遗传机制的揭露等。
拟南芥、水稻等首要情势动物均具备大范围的T-DNA 拔出渐变体库，操纵这些渐变体库发掘了大批成长发育、抗逆性、代谢相干的首要基因。丹参等情势药用动物全基因组序列和大范围渐变体库的成立将为药用动物研讨供给丰硕的资本和资料，从而鞭策药用动物功效基因研讨， 出格是次生代谢路子相干基因的判定历程，渐变体库中的一些具备抗逆、抗病、高产等杰出性状的渐变株系和转基因植株也是杰出的新种质资本。药用动物有用成份的生物分解路子和调控方面的研讨还很软弱，首要集合在长春花、青蒿和甘草等大都物种，一些具备严重商业代价的自然药物，如紫杉醇、长春碱、喜树碱等生物分解路子至今还未被完全分解，已有报道多接纳单基因研讨计谋。本草基因组学为次生代谢路子相干基因的“批量化”发掘奠基底子，对次生代谢产品的生物分解及代谢工程等操纵范围发生首要影响。
与成长发育、抗逆抗病、首要遗传性状及种质性状节制相干的基因是药用动物首要的功效基因，操纵基因组正文信息，发掘杰出基因，操纵基因工程的手腕冲破生殖断绝，培养活性成份含量高的具备杰出农艺性状的新种类，为活性成份的大批提取和遍及临床操纵奠基底子[39]。中草药布局基因组将为转录组阐发和基因组重测序研讨供给参考序列，经由历程对种内或种类间种群个别的转录组测序和重测序可疾速、切确、大范围地发明SNP，SSR，InDel等份子标记，加速份子标记和杰出性状的遗传连锁研讨，疾速发明药用动物的表型、心机特色与基因型的干系，进步育种使命效率[39]。
2.3 中药组学其余研讨 中草药转录组学是中草药功效基因组学的首要研讨内容，是在全数程度上研讨中草药某一成长阶段特定构造或细胞中全数转录本的种类、布局和功效和基因转录调控纪律的迷信。中草药转录组研讨为判定中草药动物成长发育及抗病抗逆等杰出性状相干的基因功效供给底子[40-41]。今朝，在大都中草药动物没法停止全基因组测序的环境下，转录抒发谱研讨成为比拟基因序列、判定基因抒发的一种疾速体例。经由历程对中草药差别构造部位、差别成持久间、差别成长环境下的转录组停止比拟阐发，可有用发掘到场中草药动物成长发育及抗病抗逆等杰出性状相干基因。
中药卵白质组学是将卵白质组学手艺操纵于中药研讨范围，一方面经由历程比拟对照细胞或动物构造的卵白质抒发谱和赐与中药后卵白质抒发谱的差别，可找到中药的可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许靶点相干卵白质，别的一方面差别中草药及其差别组分比方根茎叶中卵白质组的差别，以评估中草药活性成份与其成长历程中卵白组变更的干系，寻觅中药高活性的机制。差别于其余卵白质组学，中药卵白质组学的研讨东西为中草药本身及用中药（单体化合物、中药组份或复方）措置后的生物体（细胞或构造），发明中药的有用成份及感化机制。中药卵白质组学的研讨方针包罗：中药药物感化靶点的发明和确认，出格是中药复方的多靶点效应，卵白质组学能更好发明中药复方的多种靶点，研讨中药动物卵白质构成差别，申明中药感化机制及中药毒理感化机制，和为中药配伍供给迷信按照。
中药代谢组学连系中草药布局基因组分解代谢物的分解路子、代谢物收集及调控机理，研讨内容首要包罗药用动物的辨别和品德评估，药用动物种类选育及抗逆研讨，初生、次生代谢路子分解，代谢收集、代谢工程研讨及分解生物学研讨等几个方面，终究为药用动物种类选育、立异药物研发和品德宁静性评估奠基底子。
中药基因组学从基因程度研讨基因序列的多态性与药物效应多样性之间的干系，研讨基因及其渐变体对差别个别药物感化效应差别的影响，以此平台指点药物斥地及公道用药，为进步药物的宁静性和有用性，防止不良反应，削减药物医治用度和危险，完成个别化精准医疗供给首要信息和手艺保证。比方，Sertel等[42]经基因检测得出53/56的基因下流地位包罗一个或多个c-Myc/Max连系位点，c-Myc和Max介导的转录节制基因抒发可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许有助于进步青蒿琥酯对癌细胞的医治成果[43]。又如，银杏具备较着的引诱CYP2C19活性效应，研讨显现差别CYP2C19基因型个别，银杏与奥美拉唑（omeprazole，遍及操纵的CYP2C19底物）存在潜伏的中西药互作干系。Chen等 [44]研讨了安康自愿者体内六味地黄丸潜伏的中-西药彼此感化和是不是受基因型影响。
中草药表观基因学是针对本草基因组打算中具备首要经济代价的药用动物和代表差别次生代谢路子的情势药用动物睁开表观基因组学研讨。研讨内容首要包罗4个范围：别离是DNA甲基化、卵白质共价修、染色质重塑、非编码RNA调控。中草药表观基因组学将经由历程研讨首要中药材（药用生物）的基因组信息及其表观遗传信息变更，摸索环境与基因、基因与基因的彼此感化，分解哪些基因遭到环境身分的影响而显现表观遗传变更可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许进步中药材的药效品德，哪些表观遗传信息影响中药的性味等。
中草药宏基因组学是以多种微生物基因组为研讨东西，对药材成长环境中微生物的多样性、种群布局、退化干系、功效活性和微生物与药材成长彼此合作干系停止研讨的一门学科，对赞助措置中草药轮作故障等现实题目具备首要指点感化。
药用情势生物研讨体系简直立是本草基因组学的严重进献，该体系具备情势生物的配合特色。从通俗生物学属性上看，凡是具备世代周期较短、子代多，表型稳定等特色。从遗传资本看，基因组绝对较小，易于停止全基因组测序，遗传转化绝对轻易。从药用特色看，需适于次生代谢产品生物分解和出产研讨。
3 本草基因组学的现实操纵
本草基因组学作为前沿迷信，具备很强的现实性，同时该学科触及的手艺体例和现实对西医药现实具备庞杂的指点意思。比方，基于中草药布局基因组斥地的DNA条形码份子判定手艺被国际期刊《生物手艺前沿》以题为“草药判定从外形到DNA的文艺回复”颁发，将给传统中药判定带来反动性影响；基于中草药功效基因组和表观基因组研讨申明道地药材的构成机制，将对杰出中药出产和莳植手艺的改进供给指点；基于本草基因组学构建的基因数据库、代谢物数据库、卵白数据库等，和斥地的相干生物信息学体例，将为中药药理学、中药化学、新药斥地等供给计谋资本；基于分解生物学手艺完成方针产品的异源出产，具备环境友爱、低耗能、低排放等长处，将为自然药物研发供给全新体例。
3.1 道地药材的生物学实质研讨 道地药材是杰出药材的代表，既受遗传身分的节制，又受环境前提的影响。组学手艺可供给有用东西申明道地药材的份子机制，比方，道地药材“戈壁人参”肉苁蓉Cistanche deserticola是中国最具特色的干旱区濒危药用动物和关头物种，新疆和内蒙古是其首要主产区和传统道地产区，研讨标明，内蒙古阿拉善和新疆北疆是肉苁蓉两大生态适合出产集合区（2类生态型），黄林芳等[45]对两大产区肉苁蓉化学成份、份子地舆标识及生态因子停止考查。操纵UPLC-Q-TOF/MS手艺对肉苁蓉苯乙醇苷及环烯醚萜苷类成份停止阐发；基于psbA-trnH序列对差别产地肉苁蓉停止份子辨别及阐发；经由历程“中国景象抽象迷信数据同享办事网”，取得两大产区包罗温度、水份、光照等生态因子数据；操纵生物统计、数目分类等阐发体例，对肉苁蓉停止生态型别离。UPLC-Q-TOF/MS阐颁发明，内蒙古与新疆产肉苁蓉较着差别，判定出16种成份，此中2′-乙酰毛蕊花糖苷可作为辨别两大产地肉苁蓉的方针成份；psbA-trnH序列比对阐发发明，肉苁蓉差别产地间序列位点存在差别，新疆产肉苁蓉在191位点为G，内蒙古产则为A，NJ tree阐颁发明，肉苁蓉2个产地较着分为2支，差别较着；生态因子数据亦标明，肉苁蓉的两大天气地舆散布款式，为研讨差别生态地区中药生态型及品德变异的生物学实质供给了一种新思绪，也为深切道地药材现实研讨奠基首要底子。
别的，针对同一药材在差别莳植地区，睁开中草药表观基因组研讨，明白差别出产地区的遗传变异，出格是环境差别对药材表观遗传的润色感化，包罗DNA甲基化润色、小RNA测序阐发、染色质免疫共积淀阐发等。别的，泥土微生物也是道地药材成长环境中的首要身分。接纳宏基因组阐发泥土微生物群落，为揭露泥土微生物和药材成长的彼此感化供给按照。
3.2 中药份子标记用于中药品德节制研讨 本草基因组和功效基因组研讨为斥地药材份子标记供给了丰硕基因资本。基于基因组的份子标记有AFLP， ISSR， SNP等，基于转录组的份子标记有SSR等。以后国际上最受存眷的份子标记是DNA条形码，已构建规范操纵流程和数据库、判定软件，可遍及操纵于中药企业、药房、研讨院所和大专院校等。中药材DNA条形码份子判定指点准绳已被归入《中国药典》，动物药材以ITS2序列为主、psbA-trnH为赞助序列，动物药材以COI序列为主、ITS2为赞助序列，在此底子上，进一步斥地了质体基因组作为超等条形码对近缘物种或莳植种类停止判定。该体系可遍及操纵于中药材种子种苗、中药材、中药超微破壁饮片、中成药等判定，已出书专著《中国药典中药材DNA条形码规范序列》和《中药DNA条形码份子判定》。
3.3 本草基因资本的掩护与操纵 跟着本草基因组研讨的成长，本草遗传信息疾速增添，灵芝基因组论文被Nature China网站选为中国最好研讨（图6），火急须要一个通用平台整合统统组学数据。数个草药数据库已被成立，比方草药基因组数据库（http：//）、转录组数据库（http：//medicinalplantgenomics.msu.edu）、草药DNA条形码数据库（http：///en）、代谢路子数据库（http：//）等。可是这些数据库缺少持久掩护，对操纵者请求具备必然生物信息学手艺。是以整合DNA和卵白质序列、代谢构成份信息，便利操纵的大数据库很是须要和火急。进一步晋升生物信息阐发体例，更好地操纵基因组和化学组信息分解次生代谢产品的生物分解路子，将有助于有用设想和寻觅动物和真菌药物。
操纵简化基因组测序手艺取得数以万计的多态性标记。经由历程高通量测序及信息阐发，疾速判定高规范性的变异标记（SNPs），已遍及操纵于份子育种、体系退化、种质资本判定等范围。操纵该手艺可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许挑选抗病株的特异SNPs位点，成立挑选三七抗病种类的遗传标记，赞助体系选育，有用的耽误育种年限。经由历程体系选育的体例取得的抗病群体，并接纳RAD-Seq手艺挑选抗病株的SNPs位点，为基因组赞助育种供给遗传标记，进而有用耽误了三七的育种年限，加速育种历程。操纵遗传图谱辨认影响青蒿产量的基因位点取得冲破，于《迷信》[7]，该文基于转录组及田间表型数据，经由历程构建遗传图谱辨认影响青蒿素产量的位点。青蒿植株表型的变异呈此刻Artemis的F1谱系中，合适高程度的遗传变异。Graham等[7]发明与青蒿素浓度相干的QTL别离为LG1，LG4及 LG9（位于C4）。在斥地标记位点用于育种的同时，Graham等检测了23 000株植株的青蒿素含量，这些植株是青蒿的F1种子经甲基磺酸乙酯诱变后于温室培养12周的F2、F3代。成果发明经诱变后的资料约莫每4.5 Mb有一个渐变，其变异频次小于Artemis中的每1/104碱基对的SNP多态性。该体例可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许辨认照顾无益变异的个别（来历于甲基磺酸乙酯诱变措置），同时亦能辨认遗传背景取得晋升的个别（因为自然变异而致使无益等位基因分手的个别）。Graham等也检测高产F2代植株青蒿素的含量：固然F2的植株杂合性较低，但其青蒿素含量比UK08 F1群体植株的含量高。别的，Graham等考证了基于田间尝试取得与青蒿素含量相干的QTL在温室培养的高产植株中高效抒发。同时发明，大批分手畸变无益于无益的等位基因（位于C4 LG1且与青蒿素产量相干的QTL）。这些数据证明了QTL及其对青蒿素产量的影响，同时也证了然基因型对温室及田间培养的青蒿资料具备极大影响。
3.4 中药分解生物学研讨 布局庞杂多样的中药药用活性成份是中药材阐扬药效的物资底子，也是新药发明的首要源泉。可是良多中药材在斥地和操纵的历程中常常面R一系列坚苦，如良多药材成长受环境身分影响较大；有些珍稀药材成长迟缓，乃至难以野生莳植；大大都药用活性成份在中药材中含量微贱，布局庞杂，化学分解坚苦；传统的自然提取或野生化学分解的体例难以知足科研和新药研发的须要，中药分解生物学将是措置这一抵触的有用路子。中药分解生物学是在本草基因组研讨底子上，对中药有用成份生物分解相干元器件停止发掘和表征，借助工程学道理对其停止设想和规范化，经由历程在底盘细胞中拆卸与集成，重修生物分解路子和代谢收集，完成药用活性成份的定向、高效的异源分解，从而晋升我国立同性药物的研发才能和医药财产的国际焦点合作力[40]。
跟着基于高通量测序的中草药布局基因组学和转录组学研讨的疾速成长，操纵生物信息学手艺和功效基因组学体例从大批中药原物种的遗传信息中挑选和判定出特定次生代谢路子的酶编码基因，将极大加速次生代谢路子的分解历程，为中药分解生物学研讨奠基坚固底子。经由历程优化暗码子偏好性、进步关头酶编码基因的抒发量、下调或按捺代谢歧路等体例来优化和革新异源代谢路子， 按人们现实须要取得药用活性成份[40]。
3.5 中药感化靶点与特色化医治 中药卵白质组学将卵白组学手艺操纵于中药研讨范围，对寻觅中药的可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许靶点和申明中药有用成份感化机制具备首要意思。比方，蒋建东传授团队在小檗碱降血脂研讨中睁开的凸起使命[46]，和Pan等[47]操纵卵白组学手艺阐发丹参酮ⅡA对宫颈癌Caski细胞的按捺感化，发明C/EBP同源卵白和细胞凋亡旌旗灯号调理激酶1到场丹参酮ⅡA的抑癌感化。对中药复方的相干感化靶点也有报道，Nquyen-Khuong等[48]切磋了由栝楼、大豆、中药五味子和西地格丝兰提取物构成的夹杂物感化于人膀胱癌细胞后卵白质组的抒发谱变更，判定了多种与能量代谢、细胞骨架、卵白质降解和肿瘤按捺相干的卵白。
青蒿素及其衍生物青蒿琥酯表现出较着的体表里抗肿瘤活性，但其抗肿瘤的份子机制并不明白。研讨者接纳了基因芯片手艺，在转录程度分解青蒿琥酯抗肿瘤相干的基因。再将抒发谱数据导入旌旗灯号通路阐发和转录因子阐发，成果标明c-Myc/Max可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许是作为肿瘤细胞应对青蒿琥酯效应基因的转录调控因子，这一成果可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许指点针对差别个别接纳差别的医治计谋[42]。因为银杏具备较着的引诱CYP2C19活性效应，经由历程研讨差别CYP2C19基因型安康中国人个别，银杏与奥美拉唑（omeprazole，遍及操纵的CYP2C19底物）潜伏的中西药互作干系。成果显现，银杏引诱CYP2C19基因型情势依靠的奥美拉唑羟基化反应，随后降落5-羟基奥美拉唑肾脏断根率。银杏和奥美拉唑或其余CYP2C19底物配合服用可较着削弱其药效，还需更多证据撑持[49]。这一研讨证明个别化医治基于人体基因差别，可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许阐扬更好疗效。
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基因多态性是药物基因组学的研讨底子。药物效应基因所编码的酶、受体、离子通道作为药物感化的靶，是药物基因组学研讨的关头地点。基因多态性可经由历程药物代谢动力学和药物效应动力学转变来影响麻醉药物的感化。
基因多态性对药代动力学的影响首要是经由历程呼应编码的药物代谢酶及药物转运卵白等的转变而影响药物的接收、散布、转运、代谢和生物转化等方面。与麻醉药物代谢有关的酶有良多，此中对细胞色素-P450家属与丁酰胆碱酯酶的研讨较多。基因多态性对药效动力学的影响首要是受体卵白编码基因的多态性使个别对药物敏理性发生差别。
苯二氮卓类药与基因多态性：咪唑安靖由CYP3A代谢，差别个别对咪唑安靖的断根率可有五倍的差别。地西泮是由CYP2C19和CYP2D6代谢，基因的差别在临床上可表现为用药后平静时辰的耽误。
吸入麻醉药与基因多态性：RYR1基因变异与MH慎密亲密相干，此刻已知最少有23种差别的RYR1基因多态性与MH有关。氟烷性肝炎可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许源于机体对在CYP2E1感化下发生的氟烷代谢产品的一种免疫反应。
神经肌肉停滞药与基因多态性：丁酰胆碱酯酶是水解虎魄酰胆碱和美维库铵的酶，已发明该酶逾越40种的基因多态性，此中最罕见的是被称为非典范的（A）变异体，与用药后永劫候梗塞有关。
镇痛药物与基因多态性：μ-阿片受体是阿片类药的首要感化部位，罕见的基因多态性是A118G和G2172T。可待因和曲马多经由历程CYP2D6代谢。别的，美沙酮的代谢还受CYP3A4的感化。儿茶酚O-甲基转移酶(COMT)基因与痛觉的发生有关。
局部麻醉药与基因多态性：罗哌卡因首要由CYP1A2和CYP3A4代谢。CYP1A2的基因多态性首要是C734T和G2964A，可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许影响药物代谢速率。
一向以来麻醉科大夫较别的专业的医疗职员更能熟悉到差别个别对药物的反应存在差别。麻醉药的药物基因组学研讨将不只加倍公道的诠释药效与不良反应的个别差别，更首要的是在用药前便可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许按照病人的遗传特色挑选最有用而副感化最小的药物种类和剂型，到达真实的个别化用药。
可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许切确瞻望病人对麻醉及镇痛药物的反应，一向是泛博麻醉科大夫寻求的方针之一。若能领会药物基因组学的根基道理，把握用药的个别化准绳，就有可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许按照病人的差别基因组学特色公道用药，到达进步药效，降落毒性，防止不良反应的方针。本文对药物基因组学的根基观点和常常操纵麻醉药的药物基因组学研讨停顿停止综述。
一、 概述
二十世纪60年月对临床麻醉历程中操纵虎魄酰胆碱后永劫候梗塞、硫喷妥钠激发卟啉症及恶性高热等的研讨增进了药物遗传学（Pharmacogenetics）的构成和成长，可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许说这门学科最早的研讨便是从麻醉学起头的。
药物基因组学(Phamacogenomics)是陪同人类基因组学研讨的迅猛成长而斥地的药物遗传学研讨的新范围，首要申明药物代谢、药物转运和药物靶份子的基因多态性及药物感化包罗疗效和毒副感化之间的干系。它是以进步药物的疗效及宁静性为方针，研讨影响药物接收、转运、代谢、消弭等个别差别的基因特色，和基因变异而至的差别病人对药物的差别反应，并由此斥地新的药物和用药体例的迷信。
1959年Vogel提出了“药物遗传学”，1997年Marshall提出“药物基因组学”。药物基因组学是药物遗传学的耽误和成长，二者的研讨体例和范围有颇多近似的地方，都是研讨基因的遗传变异与药物反应干系的学科。但药物遗传学首要集合于研讨单基因变异，出格是药物代谢酶基因变异对药物感化的影响；而药物基因组学除笼盖药物遗传学研讨范围外，还包罗与药物反应有关的统统遗传学标记，药物代谢靶受体或疾病发生链上诸多关头，以是研讨范围加倍遍及[1，2，3]。
二、根基观点
1．份子生物学根基观点
基因是一个遗传暗码单元，由位于一条染色体(即一条长DNA份子和与其相干的卵白)上特定地位的一段DNA序列构成。等位基因是位于染色体单一基因坐位上的、两种或两种以上差别情势基因中的一种。人类基因或等位基因变异最罕见的范例是单核苷酸多态性(single-nucleotide polymorphism，SNP)。今朝为止，已判定出13 000 000多种SNPs。渐变和多态性常可交换操纵，但通俗来讲，渐变是指低于1%的群体发生的变异，而多态性是高于1%的群体发生的变异。
2．基因多态性的定名法：
(1)数字前面的字母代表该基因座上最罕见的核苷酸(即野生型)，而数字后的字母则代表渐变的核苷酸。比方：μ阿片受体基因A118G指的是在118碱基对上的腺嘌呤核苷酸(A)被鸟嘌呤核苷酸(G)代替，也可写成118A/G或118A>G。
(2)对单个基因暗码子致使氨基酸转换的多态性编码也可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许用彼此转换的氨基酸的来标记。比方：丁酰胆碱酯酶基因多态性Asp70Gly是指此卵白质中第70个氨基酸－甘氨酸被天冬氨酸代替。
三、药物基因组学的研讨内容
基因多态性是药物基因组学的研讨底子。药物效应基因所编码的酶、受体、离子通道及基因本身作为药物感化的靶，是药物基因组学研讨的关头地点。这些基因编码卵白大抵可分为三大类:药物代谢酶、药物感化靶点、药物转运卵白等。此中研讨最为深切的是麻醉药物与药物代谢酶CYP45O酶系基因多态性的相干性[1，2，3]。
基因多态性可经由历程药物代谢动力学和药物效应动力学转变来影响药物感化，对临床较常常操纵的、医治剂量范围较窄的、替代药物较少的麻醉药物出格需激发临床正视。
（一）基因多态性对药物代谢动力学的影响
基因多态性对药物代谢动力学的影响首要是经由历程呼应编码的药物代谢酶及药物转运卵白等的转变而影响药物的接收、散布、转运、代谢和生物转化等方面[3，4，5，6]。
1、药物代谢酶
与麻醉药物代谢有关的酶有良多，此中对细胞色素-P450家属与丁酰胆碱酯酶的研讨较多。
（1）细胞色素P-450（CYP45O）
麻醉药物绝大局部在肝脏停止生物转化，到场反应的首要酶类是由一个庞杂基因家属编码节制的细胞色素P450的氧化酶体系，其首要成份是细胞色素P-450（CYP45O）。CYP45O构成庞杂，受基因多态性影响，称为CYP45O基因超家属。1993年Nelson等拟定出能反应CYP45O基因超家属内的退化干系的同必然名法：凡CYP45O基因抒发的P450酶系的氨基酸同源性大于40%的视为同一家属（Family），以CYP后标阿拉伯数字表现，如CYP2；氨基酸同源性大于55%为同一亚族（Subfamily），在家属抒发前面加一大写字母，如CYP2D；每亚族中的单个变更则在抒发式后加上一个阿拉伯数字，如CYP2D6。
（2）丁酰胆碱酯酶
麻醉历程中常常操纵短效肌松剂美维库铵和虎魄酰胆碱，其感化时限依靠于水解速率。血浆中丁酰胆碱酯酶(假性胆碱酯酶)是水解这两种药物的酶，它的基因变异会使肌肉麻木延续时辰在个别间显现较着差别。
2、药物转运卵白的多态性
转运卵白节制药物的摄取、散布息争除。P-糖卵白到场良多药物的能量依靠性跨膜转运，包罗一些止吐药、镇痛药和抗心律变态药等。P-糖卵白由多药耐药基因（MDR1）编码。差别个别间P-糖卵白的抒发差别较着，MDR1基因的数种SNPs已被证明，但其对临床麻醉的意思还不清晰。
（二）基因多态性对药物效应动力学的影响
麻醉药物的受体（药物靶点）卵白编码基因的多态性有可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许激发个别对良多药物敏理性的差别，发生差别的药物效应和毒性反应[7，8]。
1、蓝尼定受体-1（Ryanodine receptor-1，RYR1）
蓝尼定受体-1是一种骨骼肌的钙离子通道卵白，到场骨骼肌的延长历程。恶性高热（malignant hyperthermia，MH）是一种具备家属遗传性的、因为RYR1 基因非常而致使RYR1存在缺点的亚临床肌肉病，在挥发性吸入麻醉药和虎魄酰胆碱的触发下可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许显现骨骼肌非常高代谢状况，以致致使患者灭亡。
2、阿片受体
μ-阿片受体由OPRM1基因编码，是临床操纵的大局部阿片类药物的首要感化位点。OPRM1基因的多态性在启动子、内含子和编码区均有发生，可激发受体卵白的转变。吗啡和别的阿片类药物与μ-受体连系而发生镇痛、平静及呼吸按捺。差别个别之间μ-阿片受体基因的抒发程度有差别，对痛苦悲伤慰藉的反应也有差别，对阿片药物的反应也差别。
3、GABAA 和 NMDA受体
γ-氨基丁酸A型（GABAA）受体是递质门控离子通道，可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许调理多种麻醉药物的效应。GABAA受体的亚单元（α、β、γ、δ、ε和θ）的编码基因存在多态性（出格α和β），可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许与孤傲症、酒精依靠、癫痫及精力割裂症有关，但还不见与麻醉药物敏理性有关的报道。N-甲基-D-天门冬氨酸（NMDA）受体的多态性也有报道，但还不发明与之相干的疾病。
（三）基因多态性对别的调理因子的影响
有些卵白既不是药物感化的间接靶点，也不影响药代和药效动力学，但其编码基因的多态性在某些特定环境下会转变个别对药物的反应。比方，载脂卵白E基因的遗传多态性可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许影响羟甲基戊二酸单酰辅酶A（HMG-CoA）复原酶按捺剂（他汀类药物）的医治反应。鲜白色头发的显现几近都是黑皮质素-1受体（MC1R）基因渐变的成果。MC1R基因敲除的老鼠对麻醉药的须要量增添。后天红发妇女对地氟醚的须要量增添，热痛敏回升而局麻效率削弱。
四、苯二氮卓类药与基因多态性
大大都苯二氮卓类药经肝脏CYP45O代谢构成极性代谢物，由胆汁或尿液排挤。常常操纵的苯二氮卓类药物咪唑安靖便是由CYP3A代谢，其代谢产品首要是1-羟基咪唑安靖，其次是4-羟基咪唑安靖。在体尝试显现差别个别咪唑安靖的断根率可有五倍的差别。
地西泮是别的一种常常操纵的苯二氮卓类平静药，由CYP2C19和CYP2D6代谢。细胞色素CYP 2C19的G681A多态性中A等位基因纯合子个别与一般等位基因G纯合子个别比拟，地西泮的半衰期耽误4倍，可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许是CYP2C19的代谢活性较着降落的缘由。A等位基因杂合子个别对地西泮代谢的半衰期介于二者之间。这些基因的差别在临床上表现为地西泮用药后平静或熟悉消逝的时辰耽误[9，10]。
五、吸入麻醉药与基因多态性
到今朝为止，吸入麻醉药的药物基因组学研讨首要集合于寻觅激发药物副反应的遗传方面的缘由，此中研讨最多的是MH。药物基因组学研讨发明RYR1基因变异与MH慎密亲密相干，此刻已知最少有23种差别的RYR1基因多态性与MH有关。
与MH差别，氟烷性肝炎可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许源于机体对在CYP2E1感化下发生的氟烷代谢产品的一种免疫反应，但其发生机制还不很是清晰 [7，11]。
六、神经肌肉停滞药与基因多态性
神经肌肉停滞药如虎魄酰胆碱和美维库铵的感化与遗传身分慎密亲密相干。血浆中丁酰胆碱酯酶(假性胆碱酯酶)是一种水解这两种药物的酶，已发明该酶逾越40种的基因多态性，此中最罕见的是被称为非典范的（A）变异体，其第70位发生点渐变而致使一个氨基酸的转变，与操纵肌松剂后永劫候梗塞有关。若是丁酰胆碱酯酶Asp70Gly多态性杂合子(单个等位基因)抒发，会致使胆碱酯酶活性降落，药物感化时辰凡是会耽误3～8倍；而丁酰胆碱酯酶Asp70Gly多态性的纯合子(2个等位基因)抒发则加倍耽误其规复时辰，比一般人增添60倍。法国的一项研讨标明，操纵多聚酶链反应（PCR）体例，16例发生过梗塞耽误的病人中13例被检测为A变异体阳性。事后领会丁酰胆碱酯酶基因型的转变，防止这些药物的操纵可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许耽误术后规复时辰和降落医疗用度[6，12]。
七、镇痛药物与基因多态性
μ-阿片受体是临床操纵的阿片类药的首要感化部位。5%～10%的高加索人存在两种罕见μ-阿片受体基因变异，即A118G和G2172T。A118G变异型使阿片药物的镇痛效率削弱。别的一种阿片相干效应—瞳孔削减，在118G照顾者较着削弱。多态性还可影响阿片类药物的代谢。
阿片类药物的首要的代谢酶是CYP2D6。可待因经由历程CYP2D6转化为它的活性代谢产品－吗啡，从而阐扬镇痛感化。对33名曾操纵过曲马多的死者停止尸检发明，CYP2D6等位基因抒发的数目与曲马多和O－和N－去甲基曲马多的血浆浓度比值慎密亲密相干，申明其代谢速率受CYP2D6多态性的影响。除CYP2D6外，美沙酮的代谢还受CYP3A4的感化。已证明CYP3A4在别的阿片类药如芬太尼、阿芬太尼和苏芬太尼的代谢方面也阐扬首要感化。
有报道显现儿茶酚O-甲基转移酶(COMT)基因与痛觉的发生有关。COMT是儿茶酚胺代谢的首要介质，也是痛觉传导通路上肾上腺素能和多巴胺能神经的调控因子。研讨证明Val158Met COMT基因多态性可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许使该酶的活性降落3～4倍。Zubieta等报道，G1947A多态性个别对尝试性痛苦悲伤的耐受性较差，μ-阿片受体密度增添，内源性脑啡肽程度降落[13～16]。
八、局部麻醉药与基因多态性
罗哌卡因是一种新型的酰胺类局麻药，有独有的S-(-)-S对应体，首要经肝脏代谢消弭。罗哌卡因代谢产品3-OH-罗哌卡起因CYP1A2代谢天生，而4-OH-罗哌卡因、2-OH-罗哌卡因和2-6-pipecoloxylidide (PPX)则首要由CYP3A4代谢天生。CYP1A2的基因多态性首要是C734T和G2964A。Mendoza等对159例墨西哥人的DNA停止检测，发明CYP1A2基因的渐变率为43%。Murayama等发明日本人中CYP1A2基因存在6种致使氨基酸替代的SNPs。这些发明可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许对药物代谢动力学的研讨、个别化用药具备首要意思[17，18，19]。
现今科技成长缓慢，出产环境亦大有改进，环境中化学毒物的净化以低浓度、超低浓度为主，人们以持久低浓度打仗，慢性、亚慢性轻细中毒多见，而急性中毒少见。是以，要睁开功效毒理学的研讨。迷信家们发明，在人体中与代谢等功效相干的基因叫做功效基因，这些基因发生非常的人，在恰当的环境，包罗外环境、饮食、糊口体例的感化下，就会显现功效的非常，终究致使疾病。对功效基因组学的阐发，具备特色化和发明疾病预兆的特色。最初经由历程特色防护，补充处方养分和呼应的食物，和增进机体排挤毒素等办法，掩护人体安康。
功效医学有助于医治慢性病，这对职业病、慢性中毒的防治有赞助。它虽不是新型医学，但它是医学范围的新思惟，是操纵古代迷信手艺，周全领会人与环境干系的迷信。它将斥地一个新期间，是一门保健
医学。
功效基因组学又称后基因组学，它操纵布局基因所供给的信息和产品，成长和操纵新的尝试手腕，在基因组或体系程度上周全阐发基因的功效。经功效基因组学研讨，发明基因功效，并对渐变基因停止检测。外来化学物与生物体彼此感化后全基因组抒发的变更，再经由历程生物信息学的体例对化学物毒性停止周全定性阐发，挑选更多的标记物，诠释毒物致病机理。毒理学一方面切磋毒物对机体各种构造、细胞、份子的感化及侵害机制，申明毒物份子布局与其毒感化之间的干系。别的一方面也研讨毒物的体内历程及机体进攻体系对毒感化的影响。
传统毒理学正视中毒和三致感化（致癌、致畸、致渐变），功效毒理学与其的最大区分是它首要评估器官的功效，是以它表现的侵害早，侵害小且可逆。它具备防备疾病的感化。
功效毒理学的检测不具侵袭性，但它周全、体系。经由历程对粪便、尿液、唾液、血液及毛发停止阐发检测，评估人体的六大功效：① 心机代谢功效阐发。② 内排泄体系功效阐发。③ 养分状况阐发。④ 免疫体系阐发。⑤ 肠胃道体系阐发。⑥ 环境毒素阐发。
1媒介
民以食为天,食以安为先。食物宁静干系人类安康,一向以来,都是环球存眷的热点。跟着社会经济的成长,一方面,跟着糊口程度不时进步,公家对食物宁静愈来愈正视,请求也愈来愈高;别的一方面食物财产疾速成长,国际食物商业日益频仍,食物宁静题目已显现环球化情势。要挟食物宁静的身分不只唯一传统的化学风险物、食源性致病菌;接纳劣质质料出产高货值食物、以次充好、以假乱真、产地造假、成份造假等等题目,是今朝食物安周全临的新挑衅。今朝,已知风险物的查验手艺已比拟成熟;未知、潜伏的食物宁静风险物侦别及成份判定、产地判定等,是食物宁静检测手艺面临的坚苦。食物宁静检测火急须要新的体例和手腕来措置这些坚苦和挑衅。组学是比来几十年成长起来的新学科,首要包罗基因组学(Genomics)、卵白组学(Proteinomics)、代谢组学(Metabolomics)、转录组学(Transcriptomics)、脂质组学(Lipidomics)、糖组学(Glycomics)等等。此中,基因组学、转录组学、卵白组学和代谢组学配合构成了“体系生物学”[1-2]。组学手艺的根基思绪是经由历程研讨不计其数的DNA、RNA、卵白质或代谢物等物资,找出与某一性命历程相干的特色卵白、DNA、RNA或代谢物,进而对某一方针停止评估。组学手艺依靠高通量、高分辩率、高精度的古代化阐发仪器,经由历程海量数据措置,停止信息提取和成果阐发。比来几年来,组学手艺与食物宁静检测不时融会,在食物宁静检测范围阐扬着愈来愈首要的感化。
2与食物宁静检测相干的组学手艺
2.1卵白组学。卵白组学研讨特定状况下卵白全数程度的存在状况和勾当纪律,是从份子程度下去阐发卵白质的抒发、润色、功效等的一门学科。卵白组学的研讨东西触及动物、动物、微生物等,其在药物斥地、病理研讨、食物宁静等标的方针都有诸多操纵。卵白质可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许作为食物组分的特色标记物,是以卵白组学可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许用于食物宁静检测[3]。卵白组学的研讨手腕首要有凝胶手艺和质谱手艺,质谱可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许对肽段和卵白停止表征和测序,是阐发卵白的首要手艺。经由历程卵白酶解后取得肽段的肽指纹图谱连系质谱手艺,可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许阐发某一种或同类食物的卵白质成份[4],颠末比拟和挑选,肯定特色标记卵白或肽。基于对卵白或肽的阐发,质谱手艺可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许取得食物组分的特定指纹信息,完成定性阐发。一旦取得卵白标记物或肽标记物,便可用液相色谱-质谱的挑选反应监测(SRM)或多反应监测(MRM)情势对方针物停止疾速、活络的定量阐发检测。2.2代谢组学。代谢组学以性命体的代谢物为研讨东西,首要研讨份子量1000以下的小份子[5-6]。按照研讨东西差别,代谢组学可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许分为研讨已知化合物的靶向代谢组学和阐发未知化合物非靶向代谢组学。代谢组学作为新兴的研讨手艺已操纵在食物宁静、药物研发、疾病诊断、环境迷信和动物育种等方面[7]。代谢组学的首要研讨手腕包罗核磁共振手艺(NMR)和质谱手艺。质谱手艺以高通量、高活络度著称,飞翔时辰质谱和高分辩质谱是代谢组学研讨中经常常操纵到的仪器;NMR手艺具备非粉碎性的长处,可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许对研讨东西外部化学变更和生化反应停止跟踪[8-9]。罕见的代谢物首要有极性化合物(比方无机酸、氨基酸、糖、胺)、脂类、类萜和固醇。代谢组学阐发取得的数据量庞杂,须要借助化学计量学对数据停止阐发措置,常常操纵的阐发体例包罗主成份阐发(PrincipalComponentsAnalysis,PCA)、辨别阐发(DiscriminantAanalysis,DA)、偏最小二乘法-辨别阐发(PartialLastSuares-DiscriminantAeqnalysis,PLS-DA)等体例[10]。2.3基因组学。基因组学的研讨东西包罗基因组的布局、功效、退化、定位、编辑等,和他们对生物体的影响。基因组学经由历程操纵高通量DNA测序和生物信息学来组装和阐发全数基因组的功效和布局。近几十年来,多重聚合酶链式反应、基因测序、基因芯片等手艺飞速成长,为基因组学在食物宁静范围的操纵打下了杰出的底子。基于基因组学特同性强、活络度高和高通量的特色,其在病原微生物检测,物种判定和转基因食物检测方面有着良多操纵[11-12]。
3组学手艺在食物宁静检测中的操纵
1全数医学
全数医学是古代社会正在鼓起的一种医学体系，将医学当作一个无机全数，从全数下去熟悉医学的性子、东西和方针。全数医学与传统西医药学在外表近似，可是实质有所差别。全数医学从实质上说，是一种体系论。全数医学便是用全数观熟悉医学的各个身分。而全数医学的全数观是成立在古代迷信手艺所熟悉的统统接洽的底子上，从迷信的久远成长下去讲，这是一种弱全数观，一种综合论，现实底子是复原迷信观。
医学的成长大抵履历了三个期间，即履历医学期间、尝试医学期间和以后的全数医学期间。履历医学期间为自然哲学医学情势，尝试医学期间为生物医学情势，而全数医学期间为生物-心机-社会医学情势。现今医学的特色是处在尝试医学期间向全数医学期间的过渡期间，全数医学的现实体系还不正式构成，但已具雏形。古代的全数医学是古代迷信手艺出格是性命迷信成长的成果，可是性命迷信——基因组学正在走向完美的基因组接洽，将来的成长必然在基因组的遍及接洽上证明西医的根基现实，以是跟着基因组学的全数化成长，和西医学的逾越式成长，古代全数医学必然走向更完全的、以西医学为焦点的全数医学。
2西医学古代化
全数医学的突起给西医药学国际化带来了机缘，全数医学与西医药学的干系是很是慎密亲密的。从现实体系看，全数医学的现实与西医药学的学说现实上是雷同的。如《黄帝内经》中就提出“人与六合相参”的观点。
西医药学其实便是一门完全的全数医学。西医学有着对人体本身全数性及人与自然、社会环境不异一的熟悉。可是西医学又是一门恍惚的全数迷信。《黄帝内经》成立于二千多年前，是前人察看人体与自然所成立的全数医学，其实质便是布局与功效不异一的全数观，可是因为社会成长程度和极度掉队的迷信手艺前提的限定，这个时辰构成的全数只能是大略与恍惚的。跟着期间的成长，因为封建礼教的限定，加上受中国哲学观重用轻体、重道轻器代价取向的影响，人们起头疏于人体详细的外形和布局，不放在眼里人体剖解，对人体的细节和局部方面未做较深切的分解研讨，随之《内经》的布局功效同一的全数观慢慢演化为纯真的功效性的全数观。因为缺少了布局和外形的撑持，不能取得有用的可见的物资证据来讲明本身的迷信性，本身也缺少立异成长，以是跟着以布局为主的古代医学的成长，西医学多次遭到冲击和排挤。
西医药学的成长必须从《黄帝内经》的全数思惟起头做起，真正熟悉全数的实质，连系现达的迷信手艺出格是份子生物学手艺，成长新期间的完全的布局与功效同一的全数观。所谓西医古代化便是用古代说话和迷信手艺从头描写人与自然、人与社会均衡前提下的人全数的勾当纪律。
今世份子生物学在迅猛成长，借助电子计较机手艺措置大批数据，基因组学取得了极大的成长。在充足的时辰内，基因组学很可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许走向全数，最初可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许在基因的彼此接洽中发明了西医的阴阳五行所存在的基因证据，这时辰辰西医就会被份子生物学所接收，古代的全数医学便可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许接收了西医药学的上风成长成为完美的布局与功效同一的全数医学，西医不再是中国的西医了。这是功德，可是对国度和民族，对西医学的发源地，咱们将落空一次突起的机遇。
3全数的寄义
西医学是全数迷信，西医学是复原迷信。西医古代化起首必须是底子现实的古代化，而底子现实的古代化又以全数为前提，全数观的古代化为首要。之前西医古代化的失利在于从传统的功效全数观体例论上而不是从全数的底子意思上对待古代化。而西医也是从本身的体例论上对待西医，以是在这类前提下底子的中西医连系是不可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许的。
全数是物资的布局与功效的同一，二者彼此依存、不能分手，布局是功效的底子，功效是布局的揭露。全数是局部的全数，局部是全数的局部。全数是物资形、气、能的同一，是布局与功效的同一，是一种客观其实。
任何个别都是由两种以上的物资身分混化而成的。这一混化物可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许呈质地均匀无别的气态，也可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许呈实体存在的实身形。前者当然是一体，后者，固然它的实体构成局部可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许形形，各局部的功效也可千差万别，但该实体物的气却遍布全数、贯串表里，使组元构成无机接洽的调和全数。这里所说的全数，指构成气的时空布局而言，它是维系气自力性、出格性的底子，也可把全数懂得为气的布局情势。比方，设某情势为出格的比附，这类特定的外形布局的性子是不受其所占地位的巨细影响的。是以时空布局情势一旦构成，不只可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许使全数事物的各个局部都处在同一布局上，并且这一全数特以渗入到所属各个局部中去，使在这一全数中的局部组元可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许表现全数，这是与组元作为自力存在物的底子区分：①全数的其实性。②全数的接洽性：任何全数都在和其余全数处在慎密亲密的接洽傍边，接洽是这个全数存在的必然前提，不接洽便不这个全数存在的必然性了。③全数的条理性：任何全数都是大的全数的一个构成局部，而这个全数有包罗了小的条理的全数，小的局部构成。④全数纪律的近似性：一物生来有一身，一物自有一天地。每个全数都是从近似纪律演化而来，从无极演化，有太极，从这太极演化阴阳，以致这一全数全数。⑤全数的退化性：宇宙从无极慢慢演化太极，以致此刻的万物，在成长至人这个宇宙最高档的性命个别，便是全数演化的最好的证明。
气是西医学的焦点。古代医学是从无形的布局上研讨，形是气所聚，形散为气，气是形的场，形气是同一的。气是全数的表现。那末从形气现实的两种医学也是可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许同一的。
全数性是贯串人体微观和微观的底子。从微观慢慢微观，每条理都是布局和功效的同一，每条理都从命同一的全数性，而全数性是每条理勾当接洽的底子。这个的全数纪律便是西医底子现实，这个纪律指点着每条理的勾当和彼此感化。
4成立西医基因组学
基因组是古代生物学复原到份子的表现，由此性命迷信起头转向全数迷信。此刻的功效基因组学便是这一转向的表现。基因组是全数迷信与复原迷信的交汇点。
基因组是人体的微观信息调控中间，更表现了人体的全数性。它是人的精气的凝集态，含有性命的全数信息。微观人体全数和微观的人体基因组全数性是同一的和同源的，基因组全数是由五脏功效模块构成，这五脏又有亚细的模块构成，这亚细的模块又有更细小的基因模块构成，各个大模块亚细模块之间存在调和的彼此干系，这个干系便是微观经络体系。基因功效模块由呼应的基因构成，基因组全数是布局和功效同一的全数。成立西医特色的基因组学是为了完美西医药学现实，成长全数医学。成立微观基因组全数辨证论治，并不否认传统意思上的辨证论治观，而是将其成长一步，深切到基因组全数外部，将全数观深切到基因组全数中，将微观全数辨证和微观基因组全数辨证连系起来，成立了一个从外至里、从里至外的全数的辨证论治观，成立微观和微观同一的全数的辨证体系。这才是迷信的完全的辨证论治观。
成立西医基因组学是为了在基因研讨的底子上，连系证候研讨，证明西医证候现实的切确性；进而在份子底子上证明西医脏腑经络现实的切确性，最初深切基因组研讨，深切领会基因组所包罗的性命实质和性命的成长。
西医基因组学的成立是西医古代化走向将来的一个关头点，全数迷信与复原迷信都在这一尖端范围停止着研讨，而西医学进入这一范围，一可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许完美本身的现实体系，解译基因组所包罗的全数性命信息，增进人类的安康奇迹；二则可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许指点复原迷信的全数化演化。
5西医心机学的成长
这是西医心机学与古代心机学连系的关头点。也是西医古代化的别的一个关头点。
西医心机学本来是西医学的一个分支，以心机的全数功效为本体阐述人的心机的，讲的是人的后天功效。传统西医学成立在太古极度掉队的社会经济前提下，人们看不出人的社会实质和社会成长，而古代社会前提下，人的心机与安康都遭到了社会的极大影响，发生了很大转变，西医心机学也必须随期间的成长而成长。
古代心机学是以人的大脑的详细布局为心机底子，阐述人在社会中的各种行动性情等，这是人的后天功效，对人们的各种行动熟悉均有迷信的描写。可是古代心机学不与人的全数功效连系在一路，不指出人的底子的社会实质，以是其成长也是有范围的。古代心机学是成立在复原论底子上的，而人的心机是全数的，以是它本身具备很大的缺点。
人的各种说话、行动和熟悉思惟等都是在人的元神的支配下停止的，元神是最底子的自我。而心机的停止是在社会背景前提下的，统统心机行动都有社会背景的，社会背景构成了人的心机模块、品德情势，品德情势下的元神体系构成了人的社会自我，心机的行动是在元神的支配下经由历程心机模块停止的，以此连系这两个心机学，可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许从底子上措置人的心机题目。梵学对人的心性现实有深切熟悉，可是鉴戒之前必须完全丢弃梵学所具备的唯心机惟，心性现实中性与元神相干，而心与元神、元神支配下构成的品德情势有关。
元神可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许接管信息，加工、贮存、提取信息，发放信息三个方面。人诞生时熟悉是白净的，可是在人从诞生起头，人就在不时接管信息，在必然社会文明背景下不时进修，不时加深信息，堆集信息，使元神中的信息不时强化与激活而取得强化，终究构成了比拟牢固的品德参照情势。这个情势一旦构成，就构成了新进入信息的文明背景，构成了人各种熟悉、行动的模板，构成了特定的性情情势。人的性情情势是在元神支配下构成的，可是性情情势一旦构成就对人的元神人的心机发生感化，构成了人的后天行动的文明背景和情势。人的性情情势与人的后天社会文明环境有很大干系，它也不是牢固稳定的。
西医心机学和古代心机学是功效与操纵的连系。元神是人的全数功效，人的五脏情志、七情等都是人的元神功效的一个方面，可是这些情志的发生必然遭到人的性情情势的影响，性情情势又决议了情志的发生情势。西医心机学和古代心机学都是不完全的，各报告了民气机的一个方面，连系起来才是真实的人的心机全数历程。
人的心机在现今社会是一个比拟目生的范围，梵学、古代心机学、西医心机学都有各自的熟悉，可是它们又不是完全的，切确的熟悉是将它们连系起来，成立迷信的辨证唯心主义的全数的心机学体系。古代西医心机学的成立岂但措置了人的熟悉的底子题目，增进人类的心机安康成长，而是还对社会的成长有很大的潜伏的感化。
Genomic research of traditional Chinese medicines in vivo metabolism
XIAO Shuiming1*， BAI Rui2， ZHANG Xiaoyan3
（1. Institute of Chinese Materia Medica， China Academy of Chinese Medical Sciences，
Beijing 100700， China；
2.College of Pharmacy and Chemistry， Dali University， Dali 671000， China；
3. College of Life Science， Huaibei Normal University， Huaibei 235000， China）
[Abstract] Gene is the base of in vivo metabolism and effectiveness for traditional Chinese medicines （TCM）， and the gene expression， regulation and modification are used as the research directions to perform the TCM multicomponent， multilink and multitarget in vivo metabolism studies， which will improve the research on TCM metabolic proecess， effect target and molecular mechanism. Humans are superorganisms with 1% genes inherited from parents and 99% genes from various parts of the human body， mainly coming from the microorganisms in intestinal flora. These indicate that genetically inherited human genome and "second genome" could affect the TCM in vivo metabolism from inheritance and "environmental" aspects respectively. In the present paper， typical case study was used to discuss related TCM in vivo metabolic genomics research， mainly including TCM genomics research and gut metagenomics research， as well as the personalized medicine evoked from the individual difference of above genomics （metagenomics）.
[Key words] traditional Chinese medicines（TCM）； in vivo metabolism； TCM genomics； gut metagenomics； personalized medicine
doi：10.4268/cjcmm20162204
中药体内代谢研讨是申明中药感化机制的首要路子，也一向是中药古代化研讨的难点。固然同是用于疾病医治的药效物资，中药是与化学药物迥然有别的庞杂生物体系，它感化于人体时呼应的是多维非线性的庞杂效应[1]。良多中药的疗效颠末持久临床现实已取得证明，但进入体内阐扬药效的化学成份及其体内历程并不清晰。研讨中药体内代谢可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许领会中药在体内的代谢路子、存在情势、影响身分和药效物资底子。中药体内代谢及药效阐扬的根基关头是药物份子与机体生物份子之间的间接或间接的彼此感化，激发从遗传信息到全数功效完成中的多个层面的布局与功效状况的转变，而决议这些层面的布局与功效的底子是基因。是以，以基因抒发、调控及润色为研讨标的方针，停止中药多组分、多关头、多靶点的体内研讨，可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许有助于申明中药体内代谢历程、感化靶点和份子机制[2]。同时，人作为一个超等生物体，只要1%的基因遗传自怙恃，其余99%的基因都来自散布人体各部位的微生物，此中肠道是微生物定植数目最高的器官[34]。是以，肠道微生物基因组被誉为“人类的第二个基因组（our other genome）”[5]。
比来几年来，基于“基因组学”的手艺在中药体内代谢范围停止了无益的摸索。本文将以典范研讨案例为线索，切磋中药体内代谢基因组相干研讨，首要包罗中药基因组学和肠道宏基因组学研讨。
1 中药基因组研讨
王升启[6]于2000年提出了中药基因组学（TCM genomics）的观点，即以药物基因组学（pharmacogenomics）现实为底子，将中药的药性、功效及主治与其在人体内代谢/疾病相干基因抒发调控相干联，在份子程度研讨中药在人体基因组介导下的代谢转化、感化靶点、毒副反应、药效机制和中药全数化感化的纪律。中药基因组学的焦点内容是操纵基因组信息和体例在人类基因组程度研讨中药体内代谢和反应的遗传学实质。陈士林等[7]对中药基因组学的懂得，则偏重于中药本身，首要包罗中药转录组学、布局基因组学、基因组标记分解和功效基因组学等，属于本草基因组学（herbgenomics）的研讨范围[8]，旨在经由历程对中药原物种遗传信息的揭露，分解首要活性产品的生物分解路子，发掘到场生物分解的功效基因，鞭策对中药分解生物学、基因组赞助份子判定和份子育种及中药道地性遗传机制阐释的深切研讨。
药物基因组学是基于药物反应的遗传多态性提出来的，表现为药物代谢酶、受体和靶标的多态性等。这些多态性的存在可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许致使良多药物医治中药效和不良反应的个别差别，这类环境在中药体内代谢历程中将加倍庞杂。传统中药以口服用药为主，中药成份在体内发生代谢的部位首要有胃肠道、肝脏、肾脏和肺等构造器官，此中肠道和肝脏是大都药物的首要代谢器官。除中药原型成份外，还可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许有大批代谢产品的存在，此中的药效成份感化于受体、酶、离子通道等靶点，终究发生药效。中药体内的反应和代谢触及多基因的彼此感化，基因多态性致使药物体内代谢反应多样性，从而为从基因组程度研讨中药体内代谢和药物反应奠基了底子。比拟于遗传药理学（pharmacogenectics）侧重于药物在代谢动力学和药物效应动力学方面单个或少量基因的研讨，中药基因组学的研讨范围更广，包罗全基因组上决议中药药物效应的统统基因，体系性地评估基因的彼此感化及其若何影响疾病的易理性、药理学功效、药物措置和医治反应，并以此为平台指点中药新药的斥地及公道用药。
遗传药理学是药物基因组学的一种雏形，它从单基因的角度研讨遗传身分对药物代谢和药物反应的影响，出格是遗传身分激发的非常药物反应。全数而言，个别对药物代谢和反应差别的15%～30%是由基因身分决议的，个别药物基因身分的影响可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许占到95%[9]。中药基因组学今朝首要存眷中药感化机制、毒副感化、有用成份和药物靶点等研讨[10]，进一步从表型到基因型的中药反应个别多样性研讨绝对较少。Lee等[11]发明由芍药根引诱的肝细胞凋亡初期其BNIP3基因抒发上调，而ZKl，RAD23B及HSPDl基因抒发下调，提醒芍药根抗肿瘤活性的机制可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许与增进细胞凋亡相干；Watanabe等[12]经由历程察看服用银杏叶提取物（GBE）小鼠皮层及海马构造的基因抒发变更，发明皮层内微管相干卵白、钙离子通道及催乳素等多种与脑功效相干的基因抒发的上调，而海马构造内则唯一甲状腺转运卵白上调，标明GBE可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许经由历程对淀粉样卵白断根而阐扬神经掩护感化；Zhang等[1314]构建了栀子苷医治缺血性模子大鼠的基因抒发谱芯片，成果标明栀子苷对局灶性脑缺血大鼠脑构造基因抒发具备调控感化，从份子程度阐述了中药清开灵打针液成份栀子苷的药理感化机制；张立同等[15]挑选肝肾阴虚型早期结直肠癌（CRC）患者操纵六味地黄颗粒前后的较着差别抒发的基因，干涉干与后129个差别基因，此中128个上调，1个下调。基因功效（GO）富集阐发成果显现，干涉干与前后共254个基因GO存在较着差别。在生物历程中，凝血功效相干的基因占41.5%；在细胞构成中，45.5%的差别基因与细胞质膜有关；在份子功效方面，64.9%的差别基因与连系有关。上述成果标明六味地黄颗粒可加强患者凝血功效，增添钙离子连系。
别的，跟着中西药联用在我国临床上日益遍及的操纵，中药经由历程影响药物代谢酶或转运体基因抒发和功效转变其底物药物的血药浓度，可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许致使临床上药物毒副反应或医治失利的发生，发生有首要临床意思的中药药物彼此感化。高立臣等[16]对药物代谢相干基因介导的中药药物彼此感化研讨停止了体系的总结。Wang等[17]发明贯叶连翘Hypericum perforatum引诱细胞色素CYP2C19对奥美拉唑的羟化活性和CYP3A4对奥美拉唑的磺化感化，且这类影响具备CYP2C19和CYP3A4基因型依靠性；同时贯叶连翘可引诱CYP2C9对降糖药格列齐特的代谢活性，但这类影响不具备CYP2C9基因型依靠性。
以下3个案例别离从青蒿琥酯抗肿瘤效应，莨菪亭抗药性和银杏叶提取物对药物代谢酶CYP的影响和对其余药物药效学的影响等方面，对中药基因组相干研讨睁开先容。
1.1 青蒿琥酯抗肿瘤的感化机制研讨 研发新的药物及医治计谋以降服肿瘤药物抗性是今朝临床肿瘤学最紧急的使命之一。Sertel等[18]在曩昔几十年里，体系阐发了中药里的药用动物中具备对肿瘤细胞毒性活性的次级动物代谢产品。在诸多的自然产品中，青蒿素及其衍生物青蒿琥酯（artesunate，ART）表现出较着的体表里抗肿瘤活性[19]，但其抗肿瘤的份子机制并不明白。Sertel等[20]接纳了基因芯片手艺，在转录程度分解青蒿琥酯抗肿瘤机制相干的基因。再将抒发谱数据导入旌旗灯号通路阐发和转录因子阐发，成果标明cMyc/Max可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许是作为肿瘤细胞应对青蒿琥酯效应基因的转录调控因子。
在肯定青蒿琥酯对具备顺铂（cisplatin）、阿霉素（adriamycin）和紫杉醇（paclitaxel）抗性的卵巢癌细胞的细胞毒性后，接纳基于基因芯片的转录组mRNA抒发谱和COMPARE阐发的基因捕获手艺，判定出一系列抒发量与ART高/低半按捺浓度（IC50）相干的基因。这些基因触及的生物学功效包罗核糖体布局构成（RPL29），ATP连系级联转运（ABCC3），激酶（PRKCSH， ITPK1， IKBKG， DDR2），细胞抗氧化进攻和致癌性（ATOX1），肌动卵白细胞骨架（RRAS），致癌性（SMAD3， WNT7A），细胞黏附及恶性细胞增殖（ST8SIA1），细胞增殖与凋亡（CSE1L），细胞轮回、分解（S100A10）和转移（HMGA1， RPSA）等，上述可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许是肿瘤细胞应对ART的抗性或增敏因子感化路子。针对旌旗灯号传导的通路阐颁发明，ART措置与肿瘤坏死因子（TNF）和肿瘤按捺因子p53旌旗灯号通路相干，其收集布局触及细胞外形、抗原呈递和细胞介导的免疫反应相干（图1 A），和神经体系发育与功效、细胞组装和架构（图1 B）。
别的一方面，尝试成果也发明与ART感化后细胞应激无较着功效相干性的基因，如耳蜗表里毛细胞相干基因。Sertel等以为ART影响转录因子活性，进而调理触及肿瘤细胞应对ART的下流基因的抒发。在之前的研讨中，作者发明cMyc的抒发量与ART药物敏理性相干[21]，标明cMyc转录调理在介导ART细胞毒性效应中可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许起感化。经由历程ConSite检测转录因子连系位点，56个基因中，大局部别离具备1～12个潜伏的cMyc连系位点；只要3个基因启动子不具备cMyc连系位点，这提醒cMyc可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许是ART细胞反应首要的转录调理因子。Max基因作为cMyc二聚体朋友份子，作者以联系干系阐发考证了cMyc/Max的mRNA抒发量与ART感化于细胞株的IC50的联系干系性。
综上，cMyc/Max介导的基因抒发转录调控，可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许有助于进步ART对癌细胞的细胞毒性感化和对肿瘤的医治成果，一样也防止因为疗效有关基因抒发差别致使的不须要的毒副感化。
1.2 莨菪亭在肿瘤细胞中的抗药性研讨 抗药性和不良/副反应是抗肿瘤药物新药研发中必须面临的题目。莨菪亭（scopoletin），来自艾属动物以其余动物的香豆素类化合物，其化学名为6羟基7甲氧基香豆素。香豆素类化合物具备遍及的药理活性，如抗炎、抗菌、扩大血管、抗凝血、抗血栓、退热、平静等，出格是抗肿瘤及防治尿酸血症方面活性，已激发遍及的存眷。戴岳等[22]发明东莨菪素具备按捺体表里血管天生感化，其机制首要是经由历程按捺内皮细胞的增殖这一关头起效。别的莨菪亭可激发细胞膜完全性缺失和细胞凋亡，具备细胞毒性感化，可引诱肿瘤细胞凋亡[23]。上述成果标明，莨菪亭是一个潜伏的用于癌症医治的抗肿瘤化合物。
Seo等[24]接纳基于NCI细胞系的基因芯片RNA抒发谱手艺探讨莨菪亭在肿瘤细胞中的药物基因组学反应。成果标明，细胞对莨菪亭的反应与典范药物抗性机制（ABCB1，ABCB5，ABCC1和ABCG2）的ATP连系盒（ATPbinding cassette， ABC）转运卵白的抒发并不相干。一样不相干的还包罗致癌基因EGFR的抒发和抑癌基因TP53的渐变状况。可是，致癌基因RAS的渐变和以细胞倍增时辰表征的增殖活性与莨菪亭抗性较着相干。基于转录组程度的mRNA抒发数据经COMPARE和品级聚类阐发判定出一组40个基因（图2），这些基因在其启动子序列上均有转录因子NFκB的连系基序（binding motifs），而NFκB已知和药物抗性相干。致癌基因RAS渐变，低增殖活性和NFκB的抒发可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许故障了莨菪亭的药效。基于计较机摹拟的份子对接研讨发明莨菪亭与NFκB及其调控子IκB相连系。莨菪亭激活SEAP驱动的NFκB报告细胞株中的NFκB基因，提醒NFκB可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许是莨菪亭抗性身分之一。
综上，因其杰出的抗肿瘤细胞活性，莨菪亭将成为肿瘤药物研发的关头化合物，哪怕NFκB旌旗灯号通路的活化可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许成为其抗性身分。今朝须要更多的证据以探讨莨菪亭的医治潜力。
1.3 银杏提取物对差别CYP基因型的代谢影响 银杏叶提取物（Ginkgo biloba extract）含有160多种成份，首要为黄酮苷、萜内酯和无机酸等，具备调理血管、加强认知力、减缓压力等药理感化[25]。跟着银杏制剂的遍及操纵，与其余药物合用的机遇愈来愈多，是以研讨银杏叶提取物对药物代谢酶的影响和对其余药物药效学的影响在临床操纵中具备现实意思。中药对细胞色素P450酶（cytochrome P450， CYP450）及其药物转运体的引诱和按捺是介导中草药药物彼此感化和发生药物临床毒副反应的首要机制。中草药可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许经由历程影响药物代谢酶或转运体基因抒发和功效转变其底物药物的血药浓度，可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许致使临床上药物毒副反应或医治失利的发生，发生有首要临床意思的中草药药物彼此感化[16]。CYP2C19是CYP450酶第二亚家属中的首要成员，对药物的Ι相代谢反应起着关头性感化，而研讨标明银杏叶提取物激发具备较着的引诱CYP2C19活性效应[26]。
Yin等[27]研讨了差别CYP2C19基因型个别服用银杏叶提取物片剂与奥美拉唑（omeprazole，遍及操纵的CYP2C19底物，合用于胃溃疡、十二指肠溃疡，应激性溃疡等）后潜伏的中草药药物互作干系。18位颠末CYP2C19基因分型的安康自愿者归入研讨。在基线和为期12 d的银杏用药（140 mg）后别离服用奥美拉唑（40 mg），收罗服用奥美拉唑12 h血样和24 h尿样。HPLC测定血样与尿样中奥美拉唑及其代谢物浓度，包罗5羟基奥美拉唑和奥美拉唑砜，并计较非房室药代动力学参数。
比拟于基线程度，服用银杏后，奥美拉唑和奥美拉唑砜血药浓度较着降落，3种CYP2C19基因型[纯合子强代谢型（HomoEM），杂合子强代谢型（HetEM）和弱代谢型（PM）]的奥美拉唑AUC0∞均匀降落41.5%，27.2%，40.4%。呼应地，奥美拉唑砜降落41.2%，36.0%，36.0%，二者AUC0∞无较着变更。同时，AUCOPZ和AUCOPZSUL在服用银杏提取物前后均较着相干（Spearman相干系数别离为rs=0.88，P
2 肠道宏基因组研讨
可是，遗传多态性没法零丁诠释不异剂量的同种药物在遗传背景分歧的尝试动物中差别的药代学和毒理学反应[28]。除遗传外，春秋、疾病、养分状况、糊口习气、肠道菌群都可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许影响或到场药物体内代谢[2931]。一般成年人肠道内1×1013～1×1014个细菌，约1 000种差别种类，编码基因数为人体基因的100倍以上[3233]。肠道菌群基因组总和，即肠道宏基因组（gut microbiome）供给了宿主本身不具备的酶和生化代谢路子，到场外源异生物资的体内代谢，使肠道成为药物转化怪异而首要的场合[28]。而肠道宏基因组学（gut metagenomics）操纵份子生物学研讨体例，借助高通量测序并连系生物信息学体例绕过纯培养手艺研讨肠道微生物多样性及功效，发掘微生物多样性布局和功效基因组、寻觅新基因及其产品[34]。
中药进入消化道后首要存在以下几种环境：以原型情势被宿主间接接收；经肠道细菌和/或内源性酶生物转化后以代谢物情势接收；调理肠内微生态布局；作为废料随粪便间接排挤体外[35]。差别范例细菌发生差别代谢酶，催化包罗水解、复原、分解、杂环裂解和C葡萄糖苷CC裂解等差别的药物代谢反应，是以肠道菌群被视为药物肝脏代谢的补充或拮抗[36]。约60%的药物反应与肠道菌群相干：肠道菌群与宿主肝脏和免疫体系彼此感化，经由历程间接生物转化或间接调理宿主药物接收与代谢酶活性影响药物疗效与毒性（图3）[37]。中药大大都为口服药物，少则几十多则上千种的化学成份在进入体内后既有彼此增进也会有拮抗感化，其在体内的药效活性成份既可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许是原型成份也可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许是代谢产品。凡是以为，药物必须接收入血，散布到靶器官，并且在呼应的靶器官处在必然时辰段内坚持必然的浓度程度才可以或许或许或许或许或许或许或许或许阐扬药效感化。可是良多中药成份难以被人体间接接收，进入胃肠道与肠道菌群彼此感化，停止生物转化或调理肠道菌群布局与功效，从而影响乃至决议中药的疗效与毒性（图4）[38]。
是以，Nicholson等人提出“体系生物学”（global systems biology）观点，将肠道菌群的代谢感化归入宿主全数代谢体系，视宿主、肠道菌群和其余环境身分为一个全数，经由历程基因组学、转录组学、卵白质组学和代谢组学体例等来讲明药物或其余异源性物资在体内的代谢历程[41]，发明可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许反应宿主遗传、代谢和环境身分变更的生物信息（标记物）谱系（bioinformatics profile）对患者分类并为其供给特色医疗办事。
肠道菌群作为“内化”了的环境身分，供给人体本身不具备的酶和生化代谢路子，催化包罗中药在内的异源生物资体内代谢反应，是以肠道菌群被视为药物肝脏代谢的首要补充或拮抗，而人体满身的全数代谢，包罗药物代谢现实上是其体内本身的基因组和其肠道内共生的微生物组勾当的整合[42]。一方面，肠道菌群可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许作为自然的生物转化器，影响中药疗效的阐扬与毒性的转变。黄芩、葛根和豆豉中所含的黄芩苷、葛根素、异黄酮苷遍及存在于中药丹方和养分品中，体外研讨标明，葛根素和异黄酮苷能被肠道菌群代谢为比前体物加倍有用的大豆黄素和毛蕊异黄酮[43]。黄芩苷在肠道内难以被间接接收，只要被肠道菌群水解为黄芩素后才能被接收入血液而阐扬感化，而口服黄芩苷的无菌小鼠与惯例小鼠比拟，肠道内的黄芩苷则几近不被代谢[44]。人参的首要活性成份人参皂苷存在近似的环境，在体外尝试中人参皂苷的原始成份的生物活性很低，在血浆中的浓度未能到达药效浓度[45]；其在肝脏内根基不被代谢，首要是在肠道菌群的感化降落解。研讨标明，肠道中的双歧杆菌、拟杆菌、梭菌等可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许代谢人参皂苷[46]。别的一方面，肠道菌群还可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许作为西医药的感化靶点，完成西医药对机体多靶点的医治感化[42]。含有多糖成份的补益类中药对益生微生物和致病微生物均具备拔擢效应，但对益生微生物的拔擢成果较着优于致病微生物。是以，长势杰出的益生微生物所产的代谢产品又间接按捺了致病微生物的成长[47]。比方，党参多糖在体外可增进双歧杆菌的成长，从而增添乙酸的代谢，加强双歧杆菌的定植抗力[48]。用党参、茯苓、白术等补气类中药制成的复方合剂灌服小鼠发明，与灌服前比拟，乳杆菌、双歧杆菌数目较着增添，肠球菌数目较着削减[49]。别的中药含有的黄酮类、萜类、蒽醌类、生物碱类、甾体类等生物活性成份，和卵白质、维生素等多种养分成份，对肠道微生态体系的均衡有很好的掩护感化，能间接或间接地调理肠道菌群均衡。
作为领会微生物群落布局构成与代谢功效金规范的测序手艺，在近几年来，二代高通量测序手艺（如454焦磷酸测序和illumina测序）朝着疾速、高通量、低本钱标的方针敏捷成长，同时也增进了宏基因组学的研讨。宏基因组（metagenome）是指一个微生物群落内统统成员的基因组的总和[50]。宏基因组学是一种不须要分手培养微生物而间接发明和操纵其基因的新的手艺计谋，可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许加倍周全而深切的分解微生物群落的布局和构成，发掘更多未知的功效基因和功效菌。研讨计谋上，全微生物组联系干系阐发（microbiomewide association study， MiWAS）经由历程对肠道菌群布局的变更与中药体内代谢/心机病理指征的变更停止全局性相干性阐发。MiWAS计谋已遍及操纵于分解肠道菌群在代谢性疾病，如瘦削、2型糖尿病等中的感化研讨[51]，在菌群到场中药有用成份体内生物转化和代谢活性方面将是无益的鉴戒。肠道菌群的布局变更用二代高通量测序手艺对退化标记16S rRNA基因停止测序或全微生物组的测序（宏基因组）来丈量。中药体内代谢指征的变更以血液/尿液原型和代谢物含量、体外代谢活性和代谢酶活等来表征，辅以疾病相干心机方针。多元统计学体例（主成份阐发PCA、冗余阐发RDA、偏最小二乘法辨别阐发PLSDA和UniFrac等）以对肠道菌群种类构成、功效基因/通路构成和中药体内代谢的变更停止联系干系阐发。
以下案例将从中药口服进入体内后与肠道菌群彼此感化，即肠道菌群到场中药体内代谢和中药成份对菌群布局与功效调理方面睁开阐述。
2.1 肠道菌群代谢加强人参皂苷体内接收 人参皂苷具备进步免疫力、抗肿瘤、抗委靡、抗朽迈、降血糖和掩护血汗管/中枢神经体系等药理感化。可是，人参皂苷口服后其原型药在肠道中的接收程度低，如人参皂苷Rb1的接收率仅约为1.0%，Rb2为3.4%，Rg1为1.9%，血药浓度难以到达充实阐扬药理活性所需浓度[52]。口服生物操纵度低的题目一样遍及存在于其余皂苷类、黄酮类（如大豆黄酮）、异黄酮类（如葛根素）、生物碱类（如小檗碱）和单萜类（如芍药苷）等中药有用成份中，成为限定相干中药制剂成长和临床操纵的瓶颈题目[53]。作为“自然活性前体”的人参皂苷在肠道菌群排泄的各种糖苷酶（如β葡萄糖苷酶、α阿拉伯糖苷酶等）感化下逐级水摆脱去糖基，转化成为药理感化更强的少糖基皂苷或苷元后接收率大大增添，且体内散布遍及，在肝脏被酯化后阐扬更久长、微弱的药效[54]。今朝，人参皂苷Rbl的代谢路子研讨较为清晰，即在C20，C3和C3位按序水解1份子葡萄糖，顺次天生人参皂苷Rd、人参皂苷F2，终究构成人参皂苷化合物K（compound K， CK），该化合物也是其余原人参二醇型皂苷在肠道内的首要代谢产品[45]。体外尝试证明该历程由肠道细菌排泄的βD葡萄糖苷酶门路式地断开糖苷毗连完成，Prevotella oris，Eubacterium A44，Bifidobacterium K506，Bacteroides JY6和Fusobacterium K60等肠道微生物协同到场了人参皂苷Rb1的代谢[55]。经由历程延续过分委靡和急性冷应激（suffering successive overfatigue and acute cold stress， OACS）成立肠道菌群均衡Qi缺点型的小鼠模子，Zhou等[56]研讨了人参多糖对人参皂苷肠代谢和接收的影响，和肠道菌群作为中介的感化机制。
HPGPC发明人参多糖具备1.00～1 308.98 kDa的绝对份子品德散布，并判定出11种首要的皂苷成份，包罗人参皂苷Re，Rg1，Rf，Rb1，20（S）Rg2，Rc，Rb2，Rd，F2，20（S）Rg3和CK等。成果标明，人参多糖可有用调理色氨酸、苯丙氨酸、溶血卵磷脂、胆酸、硫酸甲酚、氧化三甲胺（TMAO）、异柠檬酸和4甲基苯酚等外源性代谢物，改进OACS引诱的内源性代谢均衡。对肠道菌群布局的影响，首要表现为在门程度上逆转OACS致使的菌群均衡，增添厚壁菌门和削减拟杆菌门绝对品貌。PCoA成果进一步证明：人参多糖，低聚果糖和空缺组的堆积彼此穿插在一路，但模子组与之分手；与模子组比拟，赐与人参多糖或低聚果糖的小鼠体内拟杆菌属和乳杆菌属品貌增添（具备较着差别P
独参汤中的多糖成份使失衡的肠道菌群得以规复，菌群的感化增进汤剂中人参皂苷的溶出与接收。中药中的多糖成份一向以来被不放在眼里乃至被轻忽，古代财产化的中药制剂出产中将多糖作为杂质去除以到达合适请求的纯度；对中药汤剂的迷信研讨中也把多糖从首要的化学成份中解除。该研讨有助于转变这类偏离传统中药的操纵体例，也缺少迷信证据的做法，经由历程研讨多糖和药效成份的协同感化，为中药汤剂的迷信化和公道化操纵供给指点。
2.2 肠道菌群介导灵芝提取物的减重效应 在我国，灵芝的操纵已有2 000多年的汗青，大批药理研讨标明，灵芝具备调理免疫、保肝、抗肿瘤、抗朽迈、进步机体耐缺氧才能等活性[57]。灵芝的化学成份庞杂，从该属真菌中已分手取得灵芝多糖、三萜类化合物、核苷、氨基酸、甾醇、生物碱等多种成份。此中灵芝多糖和三萜类化合物可按捺糖尿病小鼠的脂肪细胞分解及降落血糖[58]；而卵白聚糖则表现出抗血脂、抗氧化等活性[59]。血糖血脂代谢杂乱的焦点，即瘦削已慢慢成为环球性的大众安康题目，增进包罗糖尿病，血汗管疾病，高血压和癌症等并发症的发生。研讨已证明瘦削的发生常陪同慢性低度炎症和肠道菌群生态杂乱，是以若何改进炎症，规复肠道生态均衡成为瘦削研讨的首要课题。
Chang等[60]向高脂饮食豢养引诱的瘦削小鼠食物中增添灵芝的水提取物（WEGL），发明瘦削小鼠表现出体重降落/脂肪堆集削减（体重、附睾脂肪垫和皮下脂肪垫），炎症改进（TNFα，IL1β，IL6，IL10和PAI1），胰岛素敏理性增添等获益表型。PCoA阐发和聚类阐颁发明高脂饮食和WEGL别离较着转变了安康/瘦削小鼠的菌群布局，WEGL降落由高脂肪饮食引诱的厚壁菌门/拟杆菌门（Firmicutes/Bacteroidetes）的比例下降和产内毒素的卵白菌（Proteobacteria）程度。并且经由历程规复慎密毗连卵白ZO1和Occludin的抒发，并坚持肠樊篱的完全性，进一步研讨发明WEGL降落瘦削小鼠血清内毒素程度及Toll样受体4（TLR4）介导的内毒素体内旌旗灯号通路，终究削减内毒素血症发生；同时还察看到，将措置过的小鼠粪便移植给其余瘦削的小鼠，可重现由WEGL所构成的减重等无益代谢效应。进一步地，从WEGL分手纯化取得大份子多糖物资（绝对份子品德>300），一样表现出抗瘦削和肠道菌群布局调理感化。
综上，这项研讨初次发明灵芝及灵芝多糖具备降落体重和调理肠道生态均衡的感化，可作为防备菌群失衡和瘦削相干的代谢均衡的益生元加以操纵，同时标明灵芝补品对瘦削和相干疾病的潜伏医治感化，但还须要深切研讨其感化机制并进一步证其实人身上是不是也有近似效应。同上一个案例近似地，中药中的多糖成份，人参多糖和灵芝多糖，都表现出对肠道菌群布局均衡的增进和对相干病症的改进感化。
2.3 肠道菌群到场葛根芩连汤医治2型糖尿病 肠道菌群经由历程调理宿主脂肪代谢和激发代谢性内毒素血症激发慢性炎症等机制到场宿主瘦削、胰岛素抵当等代谢性疾病的发生、成长[61]。以中间性瘦削和胰岛素抵当为焦点的代谢综合征是2型糖尿病（T2DM）、心脑血管疾病和动脉粥样软化等的高危身分[62]。中药复方葛根芩连汤（GQD）出自张仲景的《伤寒论》，由葛根、黄芩、黄连和甘草等构成，是含有小檗碱，并持久用于医治急性肠炎、细菌性痢疾和肠伤寒等的典范丹方。比来几年的动物尝试或临床察看研讨标明，GQD具备较着的降糖、降血脂的成果，在2型糖尿病等代谢性疾病的医治上具备庞杂的操纵潜力。可是，已有的研讨都是动物尝试或是开放、无慰藉剂对照、样本量较小的临床察看，并且GQD的降糖机制今朝也并不清晰。研讨标明GQD在改进糖尿病大鼠血糖、血脂代谢的同时，较着调理了肠道菌群发生的代谢物。可是，事实GQD可否调理肠道菌群，和菌群是不是到场了GQD的降糖感化等题目仍有待回覆。
Xu等[63]基于随机、双盲与慰藉剂对照等临床尝试规范，将187例T2DM患者随机分为4组，别离接管高（N=44）、中（N=52）、低剂量（N=50）GQD和慰藉剂（N=41）医治12周，并对医治前后患者粪便样品中细菌的DNA停止基于16S rRNA基因可变区V3区的454焦磷酸测序和多元统计阐发。成果标明，慰藉剂组和低剂量GQD医治组患者临床病症未较着改进，Unweighted Unifrac PCoA和MANOVA阐发成果彼此印证，标明菌群布局也未发生较着变更。跟着GQD剂量的进步，患者医治后的菌群布局与医治前的差别不时增添，即菌群布局样本点偏离得越远；T2DM诊断方针空肚血糖（FBG）和糖化血红卵白（HbAlc）改进也更较着，表现出较着的剂量效应。别的，用药4周后高剂量组患者的菌群已较着差别于用药前，并在尔后的8周坚持稳定，可是血糖程度一向延续改进。冗余阐发（RDA）从4 000多种肠道细菌中找到了146种呼应GQD医治的细菌种类，此中47个OTU被较着富集，且17个OTU与FBG较着负相干，9个OTU与HbA1c较着负相干。出格是产丁酸盐的Faecalibacterium prausnitzii，高通量测序及定量PCR成果都证明其品貌变更与T2DM病症方针（FBG，HbAlc和2hPBG等）改进较着负相干，与HOMAβ较着正相干。
研讨标明，中药复方GQD可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许有用地调理肠道菌群布局，出格是增添无益菌如Faecalibacterium spp.等的含量，且菌群转变与血糖代谢改进较着相干，提醒肠道菌群可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许到场了GQD降糖感化，也提醒中药可作为以肠道菌群为靶点医治T2DM的新药来历。该研讨初次在人群尝试中察看了GQD在医治T2DM历程中患者肠道菌群的变更及其与糖尿病改进的干系，也标明严酷品德节制的复方中药也可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许做RCT尝试考证其疗效，并且基于宏基因组学的肠道菌群布局变更监测为懂得中药的感化机制供给了新的路子。
3 研讨体例
因为中药的庞杂性，多种穿插学科手艺被引入到中药体内代谢研讨。基于从单一化合物到庞杂体系的代谢研讨思绪与计谋，对中药体内代谢的生化历程和代谢物本身的研讨，化学半分解及生物催化分解用于代谢产品的制备；体外代谢模子能更好地对差别组分的体内措置停止摹拟并给出诠释，常常操纵的体外模子如细胞程度的Caco2模子、血脑樊篱模子、酶程度的P450酶系、UGT/SULT酶系。别的，动物某人群尝试，和基于血清中含有的成份才是中药的体内间接感化物资的学说而成立的血清药归天学，是研讨中药体内代谢历程的有用体例。
在上述体表里模子底子上睁开的中药体内代谢基因组研讨，实质上一样基于基因组学手艺，首要为微阵列芯片手艺和测序手艺。以基因芯片为代表的微阵列芯片是研讨阐发基因的一种强无力的份子生物学手艺，是停止中药基因组研讨的首要东西。在基因芯片的外表，以微阵列的体例牢固大批并行的寡核苷酸或cDNA探针，对生物体全数基因组的基因抒发停止测定。基因芯片以高通量、多身分、微型化和疾速活络的特色而见长，可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许针对中药的多成份、多路子、多体系、多靶点的感化特色而停止体系深切的研讨。
除惯例的微生物份子生态学手艺，包罗细菌16S rRNA基因克隆文库手艺、PCRDGGE/TGGE和TRFLP等DNA指纹图谱手艺外，比来几年来迅猛成长的454，illumina等二代高通量测序手艺使得对肠道宏基因组的高通量、大范围深度测序成为可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许，极大增进了肠道宏基因组学的成长。同时连系多变量统计体例，如主成份阐发（PCA）、偏最小二乘辨别阐发（PLSDA）等，可间接地取得肠道微生物的构成和功效信息，判定出与中药体内代谢慎密亲密相干的特定的细菌类群和生物转化基因功效，从而为中药体内代谢研讨供给更多的信息[34]。
综上，中药基因组学和肠道宏基因组学从差别角度对中药体内代谢停止研讨，但从药物研讨和毒理学评估层面来看，基因组学研讨的是生物体受外源性物资慰藉后基因抒发的转变，而基因抒发调控与体系的全数功效之间的干系并不清晰。中药感化于人体，一方面本身会被肝药酶或肠道菌群代谢，产糊口化或失活的代谢产品；别的一方面中药及其代谢产品会致使机体内源性物资应对的变更，激发满身程度庞杂的代谢收集变更，表此刻体液内/外源性代谢物的成份构成或绝对浓度的变更，从而供给了药物感化机制和感化靶点的信息[34]。跟着色谱质谱联用仪法、核磁共振波谱法、色谱核磁质谱联用等阐发手艺的成长，代谢产品判定及多成份药代动力学研讨已有较成熟的平台。代谢组学（metabonomics）表征生物体全数功效状况的特色，与中药的“多组分、多靶点、全数调理，协同感化”的特色相符合，是以是研讨系列中药古代化关头迷信题方针首要手腕。张旭等[34]以为综合操纵中药基因组学、肠道宏基因组学、代谢组学和生物信息学等手艺对中药体内代谢停止体系而深切的研讨，无望为中药古代化研讨翻开新场合排场。
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2讲授手腕与体例的改进
传统的基因工程讲授体例在水产类高档黉舍中多以板书连系多媒体的体例来讲授观点、道理和性子等外容，其历程绝对机器、死板，使得先生难以懂得所学内容。对此，笔者经由历程多媒体讲授与便宜模子演示相连系的体例代替原本的传统讲授。因为基因工程的良多内容绝对笼统，仅仅经由历程讲授手艺具备图文声像随便组合、矫捷多变的特色，为先生缔造了杰出的进修情境。经由历程功效壮大的各种计较机软件把一些很难懂得的内容做成动画影片，化难为易、化静为动、变笼统为笼统，使先生对上课发生乐趣，增进先生对常识进修的巴望。同时，操纵便宜的模子讲授课程中的重点和难点。比方:在先容限定酶的切割位点时，让先生手持模子，别离脚色表演限定酶和基因序列，在摆列地位的交换中领会3种暗语的体例和地位。如许的讲授体例不只笼统，也让先生在互动中疾速、深切地影象常识要点。别的，经由历程当下研讨的前沿话题为例，先提出一个题目，指点先生操纵其余课程所学过的或本身所堆集的常识来遐想、阐发、会商，本身设想解答此题方针体例或尝试流程。而后教员再到场此中，在会商和点窜体例和尝试流程的历程中，引出所要讲授的新的观点和常识要点。比方先容抒发物资(卵白质)的判定时，教员会先提出题目:基因克隆抒发出的物资是甚么?这些物资是由甚么构成的?判定这些物资可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许操纵甚么体例?而后指点先生回首生物学中间法例，得出基因抒发物资为卵白质，卵白质是由氨基酸构成等所学过的常识，由此先生可归结出氨基酸测序法等判定卵白质的体例。最初教员再在此底子上补充出WesternBlot法、生物资谱手艺等新的判定体例。如许的讲课体例让先生回到讲堂上的配角地位，在温习了以往的常识要点的同时也加深了先生对新常识的懂得与影象，在必然程度上开导了先生若何去发明题目和措置题目。别的，基因工程是一门现实性很强的课程，在讲授现实课的同时，尝试课的支配也是很是首要的。设想好与现实课相配套的尝试课程，可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许使先生加深对基因工程学现实的进修和懂得，到达现实和现实相连系的方针。对此，各大高校均在基因工程尝试课上停止了鼎新立异，但有一点总被疏忽，那便是尝试研讨东西。今朝，国际大大都高校基因工程尝试课所操纵的研讨东西均为果蝇等无脊椎情势生物。这类环境对通俗高校而言是可行的，可是对具备特色学科的水产类高校而言，研讨东西也应具备其专业特色。以是本尝试课所操纵的研讨东西是斑马鱼这类陆地情势生物。研讨东西的转变虽微缺少道，可是能让先生更好地懂得本身所学专业的特色，在现实操纵中加深对所属专业的酷爱。
3成就查核
中国传统的招考教导发生了“高分决议统统”的陈腐思惟。跟着国度教导体系鼎新的不时鞭策，先生对专业常识的把握与否，已不能仅从一张考卷成就的凹凸来反应，查核成就的布局应向多元化的标的方针成长。基因工程的终究查核成就首要包罗两局部:日常平凡成就占40%，此中讲堂缺勤率10%、讲堂会商10%、讲堂小考10%和尝试报告10%;期末测验成就占60%。如许的查核体系转变了曩昔正视成果疏忽历程的做法，让先生在日常平凡将常识一点一滴地堆集起来。同时，也让讲课教员可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许实时取得讲授成果的反应信息，进一步进步讲授程度。
Abstract: Bioinformatics was emerged in the 1980s,which is a new cross- discipline and then was applicated in the wide range of areas. Bioinformatics in biochips, drug development, energy fields, crop genetic analysis, disease detection are introduced in the context . Bioinformatics focuses on the collection, collation and services of biological data to discover laws guiding research,which is an indispensable tool for bioinformatics research.
Keywords: Bioinformatics；Biochip；Drug development；Disease detection
古代生物信息学是古代性命迷信与信息迷信、计较机迷信、数学、统计学、物理学和化学等学科彼此参透而构成的穿插学科，是操纵计较机手艺和信息论体例研讨卵白质及核酸序列等各种信息的收罗、存储、通报、检索、阐发息争读，以赞助领会生物学和遗传学信息的迷信[1]。
1．生物芯片
生物芯片(Biochip)是指经由历程微电子、微加工手艺在芯片外表构建的微型生归天学阐发体系,以完成对细胞、DNA、卵白质、构造、糖类及其余生物组分停止疾速、敏感、高效的措置和阐发
基因芯片是今朝最首要的生物芯片。
基因微阵列是经由历程将核苷酸或DNA作为探针，慎密地摆列在硅片等固相撑持物上，而后将颠末某种标记后的样品与微点阵杂交停止检测。按照杂交信息可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许肯定靶DNA的抒发环境和渐变和多态性存在与否。芯片手艺的凸起特色是高度并行化、多样化、微型化和主动化等，是以被遍及用于测序、转录环境阐发、差别基因型细胞的表现阐发和基因诊断、药物设想等范围，成为后基因组期间基因功效阐发的制程手艺之一 [2]。
2．药物斥地
将来的药物研讨历程将是基于生物信息常识发掘的历程。基因组研讨对古代与将来药物学和药理学发生了严重影响，出格为新药挑选、药靶设想和份子药理学研讨，和疑问病的药物设想和路子挑选等供给了新的体例论底子。基因组学与药物学的连系已发生出一门新的分支学科---药物基因组学[3]。制药公司特将充实操纵药物基因组学及生物信息学的现实常识和手艺手腕来设想临床尝试并摹拟和阐发明实与尝试数据。这将大大削减新药斥地本钱，耽误斥地周期，为患者、大夫和安康医疗机构等诸方面带来挑选性医治的反动。生物信息学也可用于破译遗传暗码、挑选免疫基因和停止新药研发等范围[4]。
3．生物信息学在动力范围的操纵
综合操纵GenBank等数据库和各种阐发软件将各种数据对照阐发，人们已可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许操纵酶来降解生物聚合物，经由历程挑选无益细菌来取得高档的生物催化剂，从而进步操纵的产量[5-6]。原核生物采矿手艺也取得了敏捷成长。一样，差别范例的煤也会发生近似的生物转变，可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许转变成甲烷。人们经由历程生物信息学手艺手腕开采动力的新体例，可进步动力的采出率和降落开采难度。
经由历程生物信息学手艺改进生物基因，使之转变为生物动力，这是措置动力欠缺题方针路子之一。这首要经由历程生物催化剂的基因转变和代谢工程，操纵酶和细菌对生物体的碳氢化合物停止推陈出新优化，从而用于斥地出发生物乙醇等生物动力。
4．农作物基因阐发
对首要农作物及经济动物停止基因组阐发也须要生物信息学东西。比方，在动物基因组调控和布局研讨中，触及生物信息学的内容有：调控序列数据库；基因抒发的调控阐发；基因组序列辨认；基因布局瞻望，转录与翻译节制模子；大范围基因数据集阐发。
经由历程数据检索、序列对照、同源性阐发、布局瞻望等东西软件的操纵，可将阐发数据操纵于农作物情势动物研讨、种质资本保管、病虫害防治、作物遗传育种等[7]方面，从而为措置情势动物的基因组测序、掩护濒危种质资本、节制动动物病虫害和培养杰出高产的农作物种类方面供给靠得住保证。
5.疾病检测
基因组打算发生的基因及基因多态性数据与临床医学查验成果之间的干系须要操纵生物信息学的体例去阐发、去揭露，按照如许的阐发成果，迷信家可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许更切确地领会疾病发生的底子缘由，更切确地瞻望某小我患癌症、糖尿病或心脏病的可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许性，从而完全转变咱们诊断、医治和防备疾病的体例[8]。
6.小结与瞻望
生物信息学的成长将给性命迷信研讨带来较着的变更，将赞助人类熟悉性命的发源、退化、遗传和发育的实质，诠释人体心机和病理历程的份子底子，为人类疾病的瞻望、诊断、防备和医治供给公道和有用地体例或路子，同时还将对医药、卫生、食物、农业等财产发生庞杂的鞭策感化，乃至可以或许或许或许或许或许或许或许或许或许或许激起新的财产反动。21世纪是性命迷信的期间，生物信息学为性命迷信的成长供给了遍历和强无力的手艺撑持，鞭策者性命的敏捷成长。
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