1、第一章 核酸與分子標志物 分子標志物（molecular biomarkers）是指可以反映機體生理、病理狀態的核酸、蛋白質（多肽）、代謝產物（metabolites）等生物分子，是生物標志物的一種類型。 /awards/1991clinical.htm核 酸脫氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid，DNA）核糖核酸（ribonucleic acid，RNA）DNA高級結構的形成分子生物學檢驗中，主要內容就是對DNA一級結構的分析，即DNA序列的分析DNA sequencing第一代：雙脫氧核苷酸末端終止法DNA sequencing第二代：焦磷酸測序（Pyrosequenci

2、ng）DNA sequencing第三代：單分子實時測序（Single Molecule Real Time Sequencing , SMRT)The DNA sequencing is done on a chip that contains many ZMWs (Zero-mode waveguide)Inside each ZMW, a single active DNA polymerase with a single molecule of single stranded DNA template is immobilized to the bottom The signal fr

3、om a phospho-linked nucleotide incorporated by the DNA polymerase is detected as the DNA synthesis proceeds which results in the DNA sequencing in real time Developed by Pacific Biosciences 15-minute, $100 human genome sequencing DNA sequencing開展個體化診斷與治療依賴于基因/基因組序列第一代測序技術：雙脫氧核苷酸末端終止測序法一個測序反應可讀有效長度：5

4、00bp 1000bp（1Kb）完成一個人基因組測序：3000000Kb（3000Mb）費用：20元3000000 6000萬元第二代測序技術：焦磷酸測序技術（高通量）Roche 454，運行1次可測 1000000Kb/1萬美元（3萬美元）Illmina，運行1次可測 2個人的基因組（3萬美元），8 day 第三代測序技術（納米、單分子、實時）費用：30億美元 3010萬美元？ 1000美元100美元測序時間： 15年 6周 1周 ？ 60分 15分 2022/8/3112RNACoding RNAmRNANon-Coding RNASmall RNAsTranscription RNAsr

5、RNAtRNAmiRNASnoRNASnRNApiRNARNA分類16s rRNA基因是進化遺傳研究的重要對象， 相對于細菌的表型鑒定， 16s rRNA基因檢測技術已成為細菌檢測和鑒定的使用廣泛和快速的工具；16S rRNA基因是存在于原核生物基因組上編碼rRNA相對應的DNA序列；16S rRNA基因長度是1.5kb， 具有高度保守性區域和高度特異性區域，特異性區域成為物種特異的標志序列。Tumor-derived miRNAs are detectable in plasma. Mitchell P S et al. PNAS 2008;105:10513-105182008 by Na

6、tional Academy of SciencesDetection of human prostate cancer by serum levels of tumor-associated miRNA miR-141. Mitchell P S et al. PNAS 2008;105:10513-105182008 by National Academy of Sciences基因的結構與功能基因的現代分子生物學概念是指編碼有功能的蛋白質多肽鏈或合成RNA必需的全部核酸序列，是核酸分子的功能單位。原核生物的基因結構示意圖終止子真核生物基因結構示意圖表觀遺傳（epigenetics）是指在

7、DNA序列不發生改變的情況下，基因功能出現可逆的、可遺傳的變化。表觀遺傳現象包括組蛋白修飾、DNA甲基化、RNA干擾等。 表觀遺傳與基因功能修飾類型組蛋白H3K4H3K9H3K14H3K27H3K79H4K20H2BK5單甲基化 + + + + + +雙甲基化 +三甲基化 + +/ 乙酰化 + +注：“+”代表激活，“”代表抑制DNA甲基化（DNA methylation）是指生物體在DNA甲基轉移酶（DNA methyltransferase，DNMT）的催化下，以S-腺苷甲硫氨酸（S-adenosyl methionine，SAM）為甲基供體，將甲基轉移到特定的堿基上的過程 CpG isl

8、and and CpG site 突變（mutation）是指DNA序列的改變或重排。從突變的尺度和性質上可以將其分為3類：染色體數目的改變（基因組突變）；染色體結構的改變（染色體突變）；涉及單個基因的突變，也就是我們通常所講的基因突變。 點突變RNA加工突變插入/缺失突變動態突變3000Full mutationPre-mutationNormalCAG repeat350520基因組（genome）是一個細胞或一種生物體的整套遺傳物質，包括基因和非編碼DNA。更準確地講，一個生物體的基因組是指一套染色體中的完整的DNA序列。 原核生物（prokaryote）是細菌、支原體、衣原體、立克次體

9、、螺旋體、放線菌和藍綠藻等原始生物的總稱，是最簡單的細胞生物體，也是引起人類感染性疾病的重要病原體。 （一）原核生物基因組特征1原核生物基因組較小2原核生物的類核（nucleoid）結構 3原核生物的操縱子（operon）結構4原核生物的結構基因5具有編碼同工酶的基因 6含有可移動DNA序列質粒（plasmid）是指細菌細胞染色體以外，能獨立復制并穩定遺傳的共價閉合環狀分子。 質粒是自行復制單位，有多個拷貝者，稱為松弛型質粒（relaxed plasmid）；僅含一個或幾個拷貝者，稱為嚴緊型質粒（stringent replication）。 利用同一復制系統的不同質粒通常不能在同一菌株內穩定

10、共存，當細胞分裂時就會分別進入不同的子代細胞，這種現象叫做質粒的不兼容性（incompatibility）。而利用不同復制系統的質粒（如F和Col EI）可以在同一菌株內穩定共存，所以這些質粒具有兼容性（compatibility）。 質粒類型F質粒 (Fertility plasmids) 編碼細菌性菌毛R質粒 (Resistance plasmids) 編碼細菌耐藥性Col質粒(colciogenic plasmid) 編碼大腸桿菌素代謝質粒(Metabolic plasmid) Vi質粒(virulence plasmids) 編碼細菌毒力因子R質粒(R plasmid)接合型抗藥質粒：

11、由抗藥轉移因子（RTF）和抗藥決定子或稱抗藥基因（RDF）組成非接合型抗藥質粒：沒有抗藥轉移因子，只有抗藥基因（RDF）致育性和抗藥性導致它們成為傳染性抗藥因子FFFF-F質粒的接合攜帶耐藥基因的轉座元件 核酸類型基因組組成病毒舉例DNA ：雙鏈DNA病毒（dsDNA）單純皰疹病毒、EB病毒、天花病毒、人乳頭瘤病毒：單鏈DNA病毒（ssDNA）貓細小病毒RNA：雙鏈RNA病毒（dsRNA）輪狀病毒：單股正鏈RNA病毒（+ssRNA）脊髓灰質炎病毒、甲肝病毒、柯薩奇病毒、冠狀病毒、風疹病毒、丙型肝炎病毒：單股負鏈RNA病毒 （-ssRNA）流感病毒、麻疹病毒、埃博拉病毒、狂犬病毒DNA/RNA：

12、單股正鏈RNA病毒（逆轉錄）（ssRNA-RT）人類免疫缺陷病毒：雙鏈DNA病毒（逆轉錄）(dsDNA-RT)乙型肝炎病毒巴爾的摩病毒分類及舉例病毒基因組的特點1基因組大小相差很大：HBV：3.2kb 痘病毒：300 kb2核酸結構多樣性：DNA 或RNA 單鏈或雙鏈 合環狀分子或線性分子3基因組有重疊基因4基因組中基因操縱子結構噬菌體X174基因組的重疊結構 7. 多為單倍體，即每個基因只出現一次8. 相關基因叢集: 功能上相關的基因排列在一起9. 含有不規則結構基因基因之間無間隔區. mRNA5端無帽子結構. 結構基因本身無翻譯起始序列.5. 基因有連續的和間斷的 (有內含子) 6編碼序列

13、90%(基因組)人類基因組 1單一序列 又稱非重復序列，在基因組中僅有單一拷貝或少數幾個拷貝，約占到人類基因組的50%，絕大多數的蛋白質編碼基因為單一序列，但是單一序列大部分不編碼，長度一般在幾個kb以下，分布在各種重復序列之間。2重復序列 人類基因組中的重復序列可以根據其組織形式分為兩種：串聯重復序列（tandem repeats）和分散重復序列（interspersed repeats），前一種成簇的存在于染色體的特定區域，后一種分散存在于染色體的位點上。 串聯重復序列：人類基因組中10%15%是串聯重復序列，以各自的核心序列（重復單元）首尾相連多次重復，長度可達105bp106bp，為高

14、度重復序列，又稱為簡單序列DNA，或衛星DNA（satellite DNA）， 小衛星DNA（minisatellite DNA）微衛星DNA（microsatellite DNA） 可變數目串聯重復（variable number of tandem repeats，VNTR） 短串聯重復（short tandem repeat，STR）簡單序列重復（simple sequence repeats，SSR） 散在重復序列：散在重復序列為中度重復序列，可分為三種類型：第一種為長散在核元件（long interspersed nuclear element，LINE）和短散在核元件（short interspersed nuclear element，SINE），也稱為非LTR或polyA反轉錄轉座子（non-LTR 或polyA retrotransposons）；第二種為LTR反轉錄轉座子（LTR-retroposons），也稱為反轉錄病毒樣元件（retrov