生物信息学讲课四-20021009

null前言：2000年基因组研究的三个突出方面前言：2000年基因组研究的三个突出方面1. 干细胞作为基因组研究的重要选材 Celera Genomics And Geron Corporation Announce Collaboration For Human Pluripotent Stem Cell Genomics June 12, 2000 The objective of the collaboration is to identify and assign function to genes important in early human development, and to utilize the information to develop small molecule pharmaceuticals, protein therapeutics, cell and gene therapies, diagnostics, and tools for use in drug discovery and testing. 2. SNP研究的国际大协作 The SNP Consortium Ltd. is a non-profit foundation organized for the purpose of providing public genomic data. Its mission is to develop up to 300,000 SNPs distributed evenly throughout the human genome and to make the information related to these SNPs available to the public without intellectual property restrictions. 856,666 mapped SNPs, is now available. July 11, 2000 Human Genome Project and SNP Consortium Announce Collaboration 3. DNA芯片的广泛使用第一部分：SNP研究第一部分：SNP研究 DOE在一篇介绍SNP文章中写到： Why does one man live to celebrate his hundredth birthday with a glass of wine in one hand and a cigar in the other while another succumbs in midlife to cancer or heart disease? And why may one woman's breast cancer be effectively eradicated while another's shows no significant response to the same treatment? The explanations may reside in the cumulative effect of a small number of differences in DNA base sequence called single-nucleotide polymorphisms (SNPs), which underlie individual responses to environment, disease, and medical treatments. SNPs are the most common type of sequence variation. SNP研究是基因组领域理论成果走向应用的关键步骤。是联系基因型和表现型之间关系的桥梁。nullSNP: Single Nucleotide Polymorphisms HUMAN GENETIC DIVERSITY: The Ultimate Human Genetic Database Any two individuals differ in about 3 x 106 bases (0.1%). The population is now about 6 x 109. A catalog of all sequence differences would require 18 x 1015 entries. This catalog may be needed to find the rarest or most complex disease genes. nullSNP研究是人类基因组计划走向应用的重要步骤。SNP研究有很多优点：首先是SNP在基因组中分布相当广泛，近来的研究表明在人类基因组中每300bp就出现一次。但在已知SNP中，仅有不到1％的SNP造成蛋白的变化。大量存在的SNP位点，使人们有机会发现与各种疾病，包括肿瘤相关的基因组突变；从实验操作来看通过SNP发现疾病相关基因突变要比通过家系来得容易；有些SNP并不直接导致疾病基因的表达，但由于它与某些疾病基因相邻，而成为重要的标记。这样的标记有助于发现疾病基因；SNP在基础研究中也发挥了巨大的作用，比如，近年来对Y染色体SNP的分析，使得在人类进化、人类种群的演化和迁徙领域取得了一系列重要成果。 nullnullnull几个最重要的SNP数据库 几个最重要的SNP数据库 1．SNP Consortium's database (http://snp.cshl.org/index.html ) SNP Consortium是由Wellcome Trust、11个制药厂以及IBM和Motorola共14个单位组成的非赢利机构，它资助Stanford人类基因组中心、Washington大学（St. Louis）医学院、Sanger Centre和Whitehead生物医学研究所的4个中心从事SNP研究。而数据库则是由冷泉港实验室维护。其最新版本中（May 2001）包含有1,034,034个SNP, 它们全部被锚定到人类基因组的工作草图上，其染色体分布(见word 文件）。 这一数据库是可以免费下载的。 nullStatistics for the January 2001 Release Mapping Summary by Chromosome (The SNP Consortium's database ) The 856,666 SNPs (cumulative) in this data release were mapped to chromosomes as follows: Chrom SNPs Chrom SNPs 1 68197 12 36916 2 75001 13 36309 3 61512 14 29687 4 62127 15 25219 5 57435 16 22889 6 52611 17 19005 7 42070 18 27215 8 41216 19 11337 9 40436 20 16660 10 39695 21 11264 11 47031 22 12017 X 17848 Y 607 Unassigned 2362 null2、NCBI SNP database (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/SNP/overview.html) 这一数据库是由美国国立卫生研究院（NIH）的国家人类基因组研究所和国家生物技术信息中心共同建立和维护的。到2001年9月12日该数据库共收录了3,053,511 个SNP，其中人的SNP 有3,052,574。将这些数据进行整理，去掉冗余，使每个SNP都是唯一的。此时的SNP被称为reference SNP或refSNP,对每个这样的SNP都设定一个标号，称为rs ID。整理后，人类的refSNP总数为1,805,951。 这一数据库也是可以免费下载的。 nullThe Human Genic Bi-Allelic Sequences Database (HGBASE)：它是由一个欧洲协作组构建的。参加这一协作组的有瑞典的卡罗林研究所、英国的欧洲生物信息研究所（EBI）和德国的欧洲分子生物学实验室。这一数据库收录了人基因组中所有已知的序列变化，包括：SNPs、序列的插入和缺失(Indels)、简单重复序列等。其网址是：http://hgbase.cgr.ki.se/。 The Human Gene Mutation Database（HGMD）[ 29 ]：它是由Pfizer、Macmillan和Sun Life三家公司资助，由D.N.Cooper等构建的，并和Celera公司合作。当前它存有在1,069个人类基因上发现的23,345个突变。这一数据库的网址是：http://www.hgmd.org/ 或 http://archive.uwcm.ac.uk/uwcm/mg/hgmd0.html。 nullThe Allele Frequency Database(ALFRED)：它是人类群体等位基因频率数据库。由耶鲁大学遗传系J.R.Kidd等构建。当前它存有人类等位基因频率表3561份，SNP 233个。其网址是：http://alfred.med.yale.edu/alfred/index.asp。 The Protein Mutant Database(PMD)：它不是核酸突变数据库，而是蛋白突变数据库。库中收录了蛋白质特定位点的氨基酸突变信息，以及这些突变对蛋白质结构功能的影响。这一数据库是由DDBJ(DNA Databank of Japan)构建的。现存有突变记录23,167条，代表了115,766个氨基酸突变。这一数据库的网址是： http://pmd.ddbj.nig.ac.jp/。 null除了上述通用SNP数据库外，还有各种与肿瘤SNP相关的专门数据库。如： The Androgen Receptor Mutations Database:它是男性激素受体基因突变的专门数据库，其中包括了前列腺癌的该基因突变位点。其网址是： http://www.mcgill.ca/androgendb/。 Breast Cancer Mutation Data Base (BIC)：它收录了与乳腺癌相关的基因突变和SNP。网址为： http://www.nhgri.nih.gov/Intramural_research/Lab_transfer/Bic/。 The Human p53 database：它收录了发生在各种肿瘤中的p53突变。网址为： http://metalab.unc.edu/dnam/des_p53.htm The VHL Mutation Database：它是抑癌基因VHL突变数据库。VHL基因存在于3p25-26，它与von Hippel-Lindau氏症、肾细胞癌(RCC)、间质细胞瘤以及小细胞肺癌有关。其网址是 http://www.umd.necker.fr:2005/。 nullMajor databases * The SNP Consortium * dbSNP - A Database of Single Nucleotide Polymorphisms * HGBASE - human genic bi-allelic sequences - SNPs * The Human Gene Mutation Database - HGMD (Cardiff) * Single Nucleotide Polymorphisms in the Human Genome * Human SNP Database * ALFRED - Allele Frequency Database * Mutation Database Website * Universal Mutation Database * Protein Mutation Database Specific gene locus databases * The Androgen Receptor Mutations Database * Antithrombin Mutation Database Homepage * Asthma Gene Database * Breast Cancer Mutation Data Base (BIC) * BCGD - The Breast Cancer Gene Database * BIOMDB - Database of mutations causing tetrahydrobiopterin deficiencies * Blood Group Antigen Mutation Database * BTKbase - agammaglobulinemia XLA-causing mutations * The European CD40L Defect Database (CD40Lbase) * Database of Human Type I and Type III Collagen Mutationsnull * Emery-Dreifuss Muscular Dystrophy Mutation Database * Factor VII Mutation Database * GPCRmut, The G Protein-Coupled Receptors mutant database * GPCRDB: Information system for G protein-coupled receptors (GPCRs) * GRAP Mutant Database (GPCRs, Family A) * Haemophilia B Mutation Database * HAMSTeRS - Haemophilia A Mutation, Search, Test and Resource Site * Human HPRT database * Hypertrophic Cardiomyopathy mutation database * LDLR Mutation Database * Long QT syndrome database * Marfan Database * MutRes - List of Mutation Resources * Neuronal Ceroid Lipofuscinoses (NCL) Mutations * PAH Genes and alleles (PAHDB) * Human p53 database * p53 gene mutations * Somatic p53 mutations in human tumors and cell lines. * Database of germline p53 mutations * p53link - P53 database integration * PAX2 * PAX6 mutation database * Schindler Disease * VHL Mutation Database * VMD2 Mutation Database * von Willebrand Factor (vWF) Database * WS-associated WRN mutationsnull第二部分：大规模基因功能表达谱的分析 随着人类基因组测序逐渐接近完成，人们自然会提出如下的问题：即使我们已经获得了人的完整基因图谱，那我们对人的生命活动能说明到什么程度呢？人们进一步提出了一系列由上述数据所不能说明的问题，例如：基因表达的产物是否出现与何时出现；基因表达产物的量是多少；是否存在翻译后的修饰过程，若存在是如何修饰的；基因敲除（knock-out）或基因过度表达的影响是什么；多基因差异表达与表现型关系如何等等。概括这些问题，其实质应该是：知道了核酸序列和基因，我们依然不知道它们是如何发挥功能的，或者说它们是如何按照特定的时间、空间进行基因表达的，表达量有多少。 microarraysmicroarraysAffymetrix Oligos Don’t have to know sequence Glass slides Pat brown nullnull通常芯片数据分析有如下的一些步骤，它们的每一步都与生物信息学相关： Scanning（扫描）：读取芯片上的光密度。因为芯片上的点都是被荧光染料标记的（一般有红、绿两种颜色），荧光强度就代表了基因的表达量； Gridding（网格化）：确定芯片每一个杂交点的位置。具体说来，它要做三件事情，即：发现每一个杂交点；按照信号的强弱等级分割信号和背景的边界；分别读取信号和背景的光强度。 nullNormalization（标准化）：对所有信号进行标准化，使光密度值能正确代表基因表达量。这是芯片数据分析中非常重要的一步。为什么要对数据进行标准化呢？这是因为很多因素都可影响芯片上的光密度，如：载体（象玻璃）表面不干净、染料不纯、空气中的灰尘污染；背景光的照射方式；光点大小以及对不同的杂交点荧光效率不同等； Clustering（聚类）：将具有相同特征（如：相同功能、相同表达趋势）的基因聚集在一起。这只是芯片分析方法的一个代表，不同的方法还有很多。常用的方法有：Clustering 方法，也称聚类方法，它是无监管的学习方法。这是芯片分析中使用最广泛的方法[ 30，31 ]，它比较适合分析具有某种共同表达特征的数据，象，由共同细胞类型产生的芯片数据，例如：对照和样品来自同一组织； nullClassification方法，也称分类方法，它是有监管的学习方法[ 32]。它非常适用于基因按其生物学功能分类的情况，例如：肿瘤的分类[ 33 ]；多变量统计也是芯片数据的常用分析方法[ 34 ]。其中单组分分析和多维标度可有效地减低系统的维数。这种方法常用于分析信号贫乏的数据集[ 35 ]来探测特定基因的表达概率[ 36 ]。尽管发展了很多方法，但基因表达模式的研究才刚刚开始，大量的问题尚未解决，例如：目前的分析还只能停留在一类基因或一组基因上，还不能有效地区分它们之间的关联，同时也很难获取非常重要也很有兴趣的若干低表达基因象，转录因子以及受体的信息。为此，将基因表达数据与序列数据、pathway数据以及生物医学实验数据结合起来共同分析可能是未来的发展趋势。 null用于基因芯片分析的重要软件有： TIGR(The Institute for Genomic Research)芯片数据分析软件包[ 41 ]：它由三个软件组成。MultipleExperimentViewer (TMEV)是用Java语言设计的。用于对芯片数据标准化及进行聚类和距离代数的分析。本软件还有图形显示界面。但要运行此软件必须Sun JRE 和 J3D 1.2版本以上的系统； ArrayViewer是一个简化的芯片数据分析软件，用于设备条件不允许使用TMEV时； Spotfinder是用于芯片信号收集和图象处理的。它是用C和C++写成在 PC Windows NT/98环境下运行的。这些软件是可以下载的。 Stanford大学Brown实验室芯片数据分析软件：该实验室最早建立了实用的Microarray设备及其运行软件[ 42 ]，在生物芯片的研究领域取得了一系列重要成果。同时也搜集了主要的芯片数据分析软件[ 43 ]，包括： ScanAlyze 用于荧光图象的处理； SMD Package用于原始数据的储存和标准化； Cluster、XCluster 用于多层次聚类分析和构建自组织图； SAM 用于有监管的学习过程； TreeView 用于从分析结果建图； KNNimpute 用于评估缺失的芯片信息。 EBI(欧洲分子生物学研究所)的表达数据分析工具[ 44 ]：是该实验室正在建立与完善的一套大型软件系统。其功能包括：聚类分析，特征模式发现，图象可视化，浏览基因分类信息，萃取调控序列，研究蛋白相互作用以及将分析结果连接到其他工具等。具体模块有：EPCLUST（Expression Profile data CLUSTering）用于聚类分析；URLMAP用于将分析结果连接到其他工具；EP:GO用于浏览基因分类信息；GENOMES用于提取ORF和基因上游序列等；EP:PPI用于研究蛋白相互作用；PATMATCH用于将特征模式匹配到序列；SPEXS（Sequence Pattern EXhaustive Search）用于序列模式的详细搜索；SEQUENCE LOGO用于信息可视化。 芯片数据分析软件还很多，在参考文献[ 48 ]中还给出了几个相关网站供参考。 芯片实验数据的存储相对比较分散，分布在很多相关的研究机构和公司。从Brown实验室[ 49 ]和NCBI的GEO(Gene Expression Omnibus)网点[ 50 ]可取得典型的基因表达谱数据集。 null尽管芯片技术有极为广泛的前景，但对海量芯片数据的分析依然存在很多尚未解决的问题。如：（1）芯片上光密度数据标准化的理论方法研究。 为了保证芯片上每一个杂交点的光密度值都能正确地代表基因产物的表达量，需要在整个芯片范围内同时对所有点的光密度值进行标准化。这是一个多点非线性的拟合问题，当前虽有很大进展，但仍需发展新的理论方法。(2) 含有大量无定义元的大规模矩阵数据处理的方法研究：当根据信噪比对芯片数据进行筛选时，可能有约60%杂交点的数值不可靠，要舍去，这样就导致大量矩阵元无定义。如何处理这种数据也要发展新方法。（3）．大规模基因功能表达谱数据挖掘和知识发现：这是表达谱研究成功与否的关键。只有找到成百上千个表达水平发生变化基因之间在实现生物功能上的关联，才能充分揭示基因功能表达谱数据蕴含的丰富信息。 null功能基因组信息分析的进一步工作必然是获取基因调节网络的知识。这在肿瘤研究中尤其重要，因为肿瘤往往是多基因病，只有了解了这些基因的内在关系后，才能对其病理有根本的认识，也才能有好的诊断、治疗 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 。在基因调节网络这一领域已有了一些探索。 下一步，随着多层次、多类型的海量信息的增加，功能基因组研究将朝着复杂系统的方向发展，即：探讨生物系统中各部分、各层次的相互作用，从而进入系统生物学的领域。 null蛋白质芯片的概念虽然在上一世纪八十年代就已提出，但进展较为缓慢。它主要研究蛋白与蛋白以及蛋白与配体（药物）的相互作用。近年来有了一定进展，哈佛大学的一个研究组已实现了包括一万多个蛋白样品的玻璃载体芯片。蛋白芯片研制的最大困难是同时得到数以万记的纯样品并保持它们的天然构象。 null 蛋白质组学技术和基因芯片技术一样是功能基因组的研究手段，与基因芯片不同的是，它是在蛋白质水平获取基因功能表达谱。由于它使用二维凝胶电泳和测序质谱，所以在分析软件和数据库的使用上与基因芯片有所不同。按照蛋白质组的研究过程，使用的分析软件和数据库有：1.二维凝胶电泳分析，用于从胶图上鉴定蛋白位点；2.蛋白识别，用于从质谱相关数据，象，电荷数、分子量、氨基酸组分、序列标识和MS指纹图确定蛋白；3.DNA和蛋白质序列相互转换，包括通过EST的序列延长；4.序列相似性比较；5.特定模式的发现，象：预测信号肽、糖基化位点、磷酸化位点、酶切位点等；6.序列物理化学性质分析，象，PI、消光系数、疏水性等；7.二级结构预测；8.空间结构预测；9.膜蛋白过膜区预测；10.蛋白质亚细胞定位；11.蛋白代谢Pathway;12.蛋白相互作用等。相关网站有：http://www.expasy.ch/melanie/；http://www.expasy.ch/tools/; http://prospector.ucsf.edu/ucsfhtml3.4/msfit.htm; http://psort.nibb.ac.jp/; http://ecocyc.org; http://www.ebi.ac.uk/proteome/; 等。 Protein Identification: HPLC-MS-MSProtein Identification: HPLC-MS-MSMass/Charge Tandem Mass SpectrumMass/ChargeProteinsPeptidesOne PeptideB-ions / Y-ionsProtein Identification: HPLC-MS-MSProtein Identification: HPLC-MS-MSMass/Charge Tandem Mass SpectrumMass/ChargeProteinsPeptidesOne PeptideB-ions / Y-ionsnull二级质谱中的离子种类二级质谱中的离子种类nullnullnullBasic Difficulty #1Basic Difficulty #1It is unknown whether an ion is a B-ion or an Y-ion.Mass / ChargeAbundance (100%)2005088.033100400175.113274.112361.121430.213448.225Peptide Mass 429.212 DaltonsNC-Spectrum Graph: A Feasible Path (1)NC-Spectrum Graph: A Feasible Path (1)  0429.22N0C0174.11273.11 87.10360.12C1N1C2N2Definition: A feasible path is a path from N0 to C0 that goes through exactly one node for each pair (either Nj or Cj).a feasible pathSWRb-ions根据以上三个步骤从二级质谱中确定是哪个蛋白根据以上三个步骤从二级质谱中确定是哪个蛋白能否做到真正的De Novo呢 不依赖于已知数据库null蛋白质组鸟枪法策略蛋白质组鸟枪法策略用不同的酶水解同一蛋白得到不同的片断 用De Novo方法测出蛋白质的片断 将这些片断进行拼接 给出较长（甚或全长）的蛋白序列。 从而做到真正的database-independed蛋白测序。nullProteinpeptidesAssembleCutting Site蛋白质组鸟枪法的可行性蛋白质组鸟枪法的可行性我们目前得到最大的正确片断是8个氨基酸肽段。至少也能得到4个氨基酸肽段。 氨基酸有20种，在序列拼接中我们可以只利用2－3个氨基酸的信息。因此序列是可以延长的。 第三部分；干细胞研究进展的权威评述第三部分；干细胞研究进展的权威评述August 9, 2001 at 9:00 pm 美国总统布什在白宫宣布允许资助干细胞研究 June 17, 2001 NIH report 222pages, 总结了1200论文，并与国内、国外专家广泛讨论 http://www.nih.gov/news/stemcell/scireport.htm null 生物学领域两项新进展的结合 国际上很多新闻单位都把基因组和干细胞的研究进展评为2000国际十大科技成果。很快这两项研究就结合在一起了。 "Celera's agreement with Geron is important because we will be using human pluripotent stem cells-the most basic form of human cells that contain a diverse set of genes not expressed in high abundance in other cells-as a source to better understand the human genome," said J. Craig Venter, Ph.D., Celera's president and chief scientific officer. "By combining Celera's high-throughput sequencing facility, computational power, and bioinformatics expertise with Geron's human pluripotent stem cell technology, our goal is to enable the development of new approaches to prevent, diagnose and treat some of our most devastating diseases such as heart disease, Parkinson's disease, and cancer." null干细胞是功能基因组研究的最佳选材 1. 是各种不同组织和细胞类型的共同的源; 2. 可代表个体发育的各个阶段; 3. 是人体材料但很少涉及伦理学和法律学问题； 4. 具有重要的应用价值。null一、几个基本概念 干细胞：A stem cell is a cell from the embryo, fetus, or adult that has, under certain conditions, the ability to reproduce itself for long periods or, in the case of adult stem cells, throughout the life of the organism. It also can give rise to specialized cells that make up the tissues and organs of the body. 干细胞是具有无限期产生各种分化细胞能力的细胞。它是各种干细胞的统称。通常认为干细胞有几个主要特征： 它们是未分化的，但具有分化成各种特定细胞的能力； 它们可无限地分裂产生大量后裔; 其子细胞有两种命运，保持为干细胞或分化为特定细胞。 null干细胞分类干细胞分类Totipotent stem cell: 全能干细胞, 如受精卵 pluripotent stem cell: 多能干细胞，如囊胚中的内囊细胞 multipotent stem cell: 专能干细胞，如造血干细胞null1998年美国有两个小组分别培养出了人多能( pluripotent )干细胞： James A. Thomson在 Wisconsin大学领导一个研究小组从人胚胎组织中培养出了干细胞株。他们使用的方法是：人卵体外受精后，将胚胎培育到囊胚阶段，提取 inner cell mass细胞，建立细胞株。经测试这些细胞株的细胞表面 marker 和酶活性，证实它们就是胚胎干细胞。用这种方法，每个胚胎可取得15－20个细胞用于培养。 John D. Gearhart在 Johns Hopkins大学领导另一个研究小组也从人胚胎组织中建立了干细胞株。他们的方法是：从受精后5－9周人工流产的胚胎中提取生殖母细胞( primordial germ cell )。由此培养的细胞株，证实具有巨能干细胞的特征。 当前有另外的六个实验室使用不同的分离和培养条件也得到了人的多能( pluripotent )干细胞。 null干细胞培养过程干细胞培养过程null二：干细胞研究的一些最新成果二：干细胞研究的一些最新成果1. Dr. Ira Black of the University of Medicine and Dentistry of New Jersey reported the stem cells, treated with growth factors and antioxidants in tissue culture experiments, quickly divided into two cells - another stem cell and a nerve cell. Black and his colleagues were able to turn 80 percent of the bone marrow cells taken from rats and humans into nerve cells. 2. The Macklis group in HMS was able to induce stem cells deep in the cerebral cortex of adult mice to replace damaged neurons. The new neurons grew from already present immature precursor cells into fully formed, connected, and mature replacements. 成年个体的干细胞研究成年个体的干细胞研究成体干细胞研究是干细胞研究中最激动人心的部分。它可以有效地防止组织排斥，可以避免伦理学、法律系方面的争论。 1. 成体干细胞是否具有胚胎干细胞那样的分化潜力？ 大量的动物实验 证明 住所证明下载场所使用证明下载诊断证明下载住所证明下载爱问住所证明下载爱问 了成体干细胞具有很强的分化能力。如：Recent experiments in mice suggest that when neural stem cells were placed into the bone marrow, they appeared to produce a variety of blood cell types. Studies with rats have indicated that stem cells found in the bone marrow were able to produce liver cells. 下边的几个最新的研究成果进一步说明包括人在内的高等生物的成体干细胞依然有明确的分化能力。null成体干细胞：An adult stem cell is an undifferentiated cell that occurs in a differentiated tissue, renews itself, and becomes specialized to yield all of the specialized cell types of the tissue from which it originated. 来源：骨髓，血液，眼睛的网膜和角膜，脑，骨骼肌，牙髓，肝，皮肤，胃肠道内层，胰腺。最丰富的来源是从骨髓，血液分离的造血干细胞。With A Song In Their Heads -- Birth of new brain cells induced in birds With A Song In Their Heads -- Birth of new brain cells induced in birds 从成年小白鼠未发育的脑干细胞转变为肌肉细胞 Angelo Vescovi 和 Giulio Cossu, 在 the Institute for Stem Cell Research in Milan 2000 9 20 他们也用成年人志愿者的神经干细胞实现了同样的工作从成年小白鼠未发育的脑干细胞转变为肌肉细胞 Angelo Vescovi 和 Giulio Cossu, 在 the Institute for Stem Cell Research in Milan 2000 9 20 他们也用成年人志愿者的神经干细胞实现了同样的工作nullnull可塑性(Plasticity): Plasticity is the ability of an adult stem cell from one tissue to generate the specialized cell type(s) of another tissue. 克隆能力(Clonality): A single cell is capable of developing an array of cell types, or whether multiple stem cell types, that when grown together, are capable of forming multiple cell types. 三、使用干细胞可以从事哪些研究 三、使用干细胞可以从事哪些研究 1、移植研究(Restoring Vital Body Functions, 重建活体功能) 目前证明干细胞可以替换受严重疾病损坏的细胞，因而具有治疗某些人类疾病的潜力。它们包括：Parkinson’s病，糖尿病，慢性心脏病，晚期肾脏病，肝脏病，肿瘤。对生存期很短的疾病干细胞移植是无效的。 当前的研究集中在对神经系统疾病的处理上, 如脊髓损伤, 硬化症, Parkinson’s 症，Alzheimer’s症。另一个集中点是与胰腺组织相关的干细胞移植。 某些误解： A、提取的干细胞可直接用于病人。 提取的干细胞在被诱导分化之前不适合用于患者。这方面的关键问题是：如何使干细胞分化到指定的细胞群，同时在移植后控制它们的发育和增殖。 B、成体干细胞可现成地用于治疗。 除造血干细胞外，很多在实验室培育的成体干细胞并不是全都充分分化的。为了安全起见，使用前必须纯化。 null另外，干细胞作为外来者被受体拒绝的可能性也是很大的。为此需要对干细胞、受体的免疫系统或两者进行修饰。 2、治疗基因的传送系统(Therapeutic Delivery Systems) 科学家正探索将干细胞作为载体把基因传送到特定组织，同时也正在实验通过干细胞把药物运送到癌变组织。 3、探测早期发育中的染色体畸变 用于监测儿童肿瘤的早期发生。 4、检测药物的有效性 5、基础研究 毫无疑问胚胎干细胞是了解胚胎个体发育基本事件的关键工具。也是了解某些基因或分子, 象：生长因子、营养成分对发育过程影响的有力工具。四、对人的多能(Pluripotent)干细胞现在都了解些什麽四、对人的多能(Pluripotent)干细胞现在都了解些什麽1、在实验室使用培养基时，这些细胞可生长两年； 2、这些细胞株具有正常的染色体数目，并可分化出三 个胚层的各种细胞类型（已知的200多种细胞类型）； 3、具有活性的端粒酶和相对较长的端粒，这表明它们可 以复制很多代； 4、从培养的人多能干细胞分化出的细胞已实现： 胰岛样细胞可以分泌胰岛素； 心肌细胞具有收缩活力； 神经细胞能产生化学介质； 生成各种血细胞； 5、目前国际上已有30个多能干细胞株； 6、Human embryonic cells 和 embryonic germ cells 具有不 同的增殖与分化潜能。五、对人的成体(Adult)干细胞现在都了解些什麽五、对人的成体(Adult)干细胞现在都了解些什麽1、已在如下组织中找到了成体干细胞： 脑，骨髓，外周血，血管，骨骼肌，皮肤和消化系统的上皮细胞，角膜，视网膜，牙髓，肝和胰腺。也就是在三个胚层都发现了干细胞。 2、在体内成体干细胞可以长期增殖而不分化。也能产生具有特定功能的成熟细胞。 3、成体干细胞是稀少的，因此很难鉴别、分离和纯化。在培养条件下它们很难维持长期增殖而不分化，所以不易得到足够数量的细胞用于移植。 4、来自骨髓的干细胞是研究最多的成体干细胞，现已用于临床来修复血和免疫系统的各种组分。 造血(hematopoietic)干细胞用于血细胞和免疫细胞；间质(stromal)干细胞用于形成骨，软骨和脂肪。 脐带血是造血干细胞的丰富来源，它与来自骨髓和外周血的干细胞没有本质区别。null5、在脑中，特别在海马已鉴别出几群成体干细胞，但功能未知。 6、当前确定成体干细胞的方法主要是依赖于细胞表面的标记(marker)。 7、对成体干细胞的可塑性已有如下实验证据： 血与骨髓干细胞(hematopoietic)可以分化出三类主要脑细胞(神经原，少突细胞和星形胶质细胞) ，骨骼肌细胞，心肌细胞和肝细胞； 骨髓基质干细胞(stromal)可以分化出骨骼肌细胞，心肌细胞，脂肪，骨和软骨； 脑的干细胞可以分化出骨骼肌细胞和血细胞； 8、当前还没有充分证据说明成体干细胞是多能(pluripotent)的。 六、成体干细胞和胚胎干细胞有哪些相似之处？六、成体干细胞和胚胎干细胞有哪些相似之处？1、所有干细胞都能自复制，并能产生具有特定功能的分化细胞，如：心、脑、骨骼等细胞； 2、当将各种干细胞移植到免疫系统被抑制的动物体内时，它们都能增殖与分化； 但人的免疫系统对成体干细胞和胚胎干细胞有什么样的反应，科学界研究的还少。这是将干细胞用于治疗时必须十分注意的事情。七、成体干细胞和胚胎干细胞有哪些不同之处？七、成体干细胞和胚胎干细胞有哪些不同之处？1、最基本的不同是它们的来源。胚胎干细胞是来自胚胎和胎儿；成体干细胞来自人体的多种组织; 2、非常明确，胚胎干细胞是多能的(pluripotent)，它们能分化成为三个胚层的任何组织。但对成体干细胞，如果把它们放在其正常存在的组织中（脑，骨髓，消化系统的上皮内层细胞等）它们能产生出这种组织的各类细胞。如果把它们从正常的环境中取出，放到其他环境中，它们是否具有胚胎干细胞的分化潜力呢？当前还没有确定的答案，一些结果是相互矛盾的； 3、在培养条件下，胚胎干细胞可以同时分化产生具有多种细胞类型的细胞丛。但成体干细胞没有看到这种现象。如果把培养器中的胚胎干细胞注射到免疫系统被抑制的小鼠体内时，能产生良性畸胎瘤，它是多种部分分化细胞类型的混合物。所以科学家不赞成把未分化的胚胎干细胞用于治疗。成体干细胞是否会发生类似的情况，现在还不清楚； 4、在实验室，胚胎干细胞可以增殖而不分化维持很多代，因而可产生大量的干细胞用于临床和基础研究。但成体干细胞很难保持增殖而null 不分化。人从血液和骨髓分离的造血干细胞就是一个例子，尽管它们在移植到人和动物体内时，能很好地增殖，但在实验室培养时却经常失败。因此成体干细胞应用时的主要问题是得到足够的数量； Predicting the future of stem cell applications is impossible, particularly given the very early stage of the science of stem cell biology. What is the evidence that specialized cells generated from human stem cells can replace damaged or diseased cells and tissues? Currently, there are more questions than answers. The answers clearly lie in conducting more research. null谢谢大家！