生物信息学在毒理基因组学研究中的应用

毒理基因组学主要在基因组水平上研究机体对环境因子的应答反应,了解基因和环境交互作用在疾病发生中的作用。生物信息学与毒理基因组学研究的结合为环境与健康研究开辟了新的方法。本文对毒理基因组学的研究手段、意义及面临的挑战,生物信息学在毒理基因组学研究中的作用以及存在的问题和展望进行了综述。     

肿瘤表观基因组学研究进展

多年来遗传学改变一直是肿瘤研究的焦点,近来人们越来越认识到异常表观遗传修饰在肿瘤形成中所起的重要作用。表观遗传修饰包括DNA甲基化、组蛋白修饰等,其变异会导致基因转录异常。表观基因组学是在基因组水平上对表观遗传学改变的研究。文章主要介绍目前已知的肿瘤表观基因组学相关内容,阐述表观遗传修饰与肿瘤的紧密关系及异常表观遗传修饰作为生物标记在肿瘤诊断、预后及治疗方面的最新研究进展。     

环境基因组学的研究进展

本文系统地介绍了环境基因组学的基本概念和主流技术平台,及其在环境污染控制、健康风险检测与评价等方面地应用．并阐释了环境基因组学与环境蛋白组学、生物信息学之间的关系。环境基因组学在生物基因组水平上揭示了环境污染物与生物之间的相互作用,为维护人体与环境健康,进行分子水平遗传物质的检测与调控。奠定了理论基础与技术支持,目前已经成为控制环境污染,提高人体与环境健康质量的重要议题。     

营养基因组学的研究进展

伴随着基因组学、生物信息学等的迅猛发展及其在生命科学领域的应用,营养基因组学应运而生,并迅速成为营养学研究的新前沿。营养基因组学主要研究营养素和植物化学物质对人体基因的转录、翻译表达以及代谢机制,其可能的应用范围包括营养素作用的分子机制、营养素的人体需要量、个体食谱的制定以及食品安全等。本文重点介绍营养基因组学的研究内容与现状,并对今后的研究趋势作了展望。     

环境基因组学

目前人们对于微生物生物多样性的认识是带有偏颇的,偏向于那些可以在实验室中培养的微生物。但这种情况最近由于两篇文章的发表得到了改观。这两篇文章都成功地将基因组鸟枪法测序和环境微生物取样结合在一起,从两个环境样品中获得了大量的DNA序列。     

生态毒理基因组学和生态毒理蛋白质组学研究进展

将基因组学和蛋白质组学知识整合到生态毒理学中形成了生态毒理基因组学和生态毒理蛋白质组学.通过生态毒理基因组学和生态毒理蛋白质组学的研究能够在基因组和蛋白质组水平更深入理解毒物的作用机制,寻找更敏感、有效的生物标记物,形成潜在的强有力的生态风险评价工具.介绍了生态毒理基因组学和生态毒理蛋白质组学的研究进展,以及DNA芯片技术和2D-凝胶电泳技术在持久性有毒污染物的生态毒理学研究中的应用.     

环境与工业微生物基因组学研究进展

环境微生物是维持生态圈中能量和物质循环的重要因素之一,在各种污染物和有害物质的降解等方面发挥着重要作用,在进行能源生产和可再生利用等研究领域具有潜在应用价值．在超过150种被破译的非致病微生物基因组中,绝大多数是环境和工业细菌．随着新一代测序技术的投入使用和元基因组学方法的出现,国际上的微生物基因组方面的工作进入了高通量和高产出的阶段．我国已经完成全基因组测序的7株环境细菌中涵盖了嗜高温、嗜酸、耐高压、耐低压等各种极端环境微生物,研究人员从中发现了众多与环境和工业应用密切相关的代谢途径、遗传功能和生物酶,目前,国内多家单位相继启动了元基因组计划,必将使我国在环境和工业微生物基因组研究领域取得一大批原创成果．     

功能基因组学研究概述

21世纪是生物时代和信息时代,基因组学的研究已从结构基因组学转向功能基因组学,功能基因组学时代对于基因功能的研究也由单一基因转向大规模、批量分析。对功能基因组学及相关学科的概念作了概述,综述了功能基因组学的研究内容与方法,主要包括应用差异显示反转录PCR、基因表达序列分析（SAGE）、微点阵、蛋白质组学和生物信息学等方法来研究基因组表达概况、基因组多样性和模式生物学等。     

乳酸菌基因组学研究进展

乳酸菌（Lactic acid bacteria LAB）是指一类能够通过同型发酵或异型发酵而产生乳酸的细菌。它们一般呈革兰阳性,厌氧,无芽孢,耐酸。根据发酵形式的不同,乳酸菌可以分为两类：同型发酵的菌主要产物为乳酸,而异型发酵的菌除了乳酸还同时产生乙酸、乙醇、二氧化碳及甲酸等。乳酸菌广泛分布于自然界,与人类生活关系密切。在人类的胃肠道、口腔以及生殖道都能够找到一些正常生存的乳酸菌,它们被认为是胃肠道的正常菌群,对于维持肠道的完整性、免疫调节及抑制致病菌、抗感染方面具有重要作用。最近有证据显示乳酸菌还能够加强特异性及非特异性免疫。目前乳酸菌广泛应用于食品发酵、工业乳酸发酵以及医疗保健领域。对于乳酸菌的研究已经从最初的形态学研究发展为细胞水平和分子水平的研究。     

林木基因组学研究进展

林木基因组学研究进展迅速。结构基因组学方面,已构建了近40个主要造林树种的遗传连锁图谱,在不同树种中定位了30余个重要的数量性状位点,在部分树种中开展了基因组比较和综合图谱构建研究,杨树的全基因组测序已经完成,桉树的全基因组测序正在进行。功能基因组学方面,已分析了主要造林树种多种组织的转录组EST序列,对林木次生生长与木材形成、开花和抗寒性的形成等过程开展了功能基因组学研究。另外,探讨了林木基因组学研究的发展趋势,以期为我国林木基因组学研究提供有益的参考。     

MicroRNA在环境毒理学中的研究进展

MicroRNA（miRNA）是一类长为20～24nt的非编码单链小分子RNA,主要存在于真核生物中,具有组织特异性、无开放阅读框等特点,在转录或翻译水平调控基因表达,参与细胞增殖、分化、凋亡,并与炎症、肿瘤等疾病发生、发展密切相关。环境毒理学研究表明,当生物暴露于环境化学物质时,会引起相关miRNA表达发生变化,进而导致其靶基因表达发生改变。因此,有必要明确环境化学物质、miRNA和相关靶基因三者问的作用关系。在环境毒理学研究和环境监测中,miRNA可作为识别环境中化学物质基因毒性和致癌性的生物标记物,并可用于预测环境化学物质对生物体的毒性。     

水生动物金属硫蛋白分子毒理学研究进展

随着现代工业的迅速发展,重金属污染问题日益严重。重金属离子主要通过水及食物进入生物机体并累积,对机体的生长发育与新陈代谢产生危害。金属硫蛋白（MT）是一种低分子量、富含半胱氨酸的蛋白质,广泛存在于大多数生物体内,在必需金属元素稳态调节、非必需金属元素解毒以及抗氧化等过程中具有重要作用,因此,MT可作为检测水生生态系统中重金属污染的潜在生物标记,其分子毒理学已成为研究热点。综述了MT的结构、功能、分类与分布,以及鱼类、甲壳类和软体动物的MT分子毒理学研究概况。     

代谢组学技术及其在毒理学研究领域中的应用

代谢组学是近几年发展起来的对某一生物或细胞所有低分子量代谢产物进行定性和定量分析的一门新学科,其研究对象主要是生物体液,研究手段主要是核磁共振和质谱。简要综述了代谢组学的概念、代谢组学在毒理学研究领域中的应用、当前代谢组学研究中存在的问题及今后的发展趋势,并探讨了代谢组学在研究毒物作用机制、药物的临床前安全性评价、确定毒物作用靶器官及器官特异性新的生物标志物中的实际应用。     

Toxicology and genetic toxicology in the new era of "toxicogenomics": impact of "-omics" technologies.

The unprecedented advances in molecular biology during the last two decades have resulted in a dramatic increase in knowledge about gene structure and function, an immense database of genetic sequence information, and an impressive set of efficient new technologies for monitoring genetic sequences, genetic variation, and global functional gene expression. These advances have led to a new sub-discipline of toxicology: "toxicogenomics". We define toxicogenomics as "the study of the relationship between the structure and activity of the genome (the cellular complement of genes) and the adverse biological effects of exogenous agents". This broad definition encompasses most of the variations in the current usage of this term, and in its broadest sense includes studies of the cellular products controlled by the genome (messenger RNAs, proteins, metabolites, etc.). The new "global" methods of measuring families of cellular molecules, such as RNA, proteins, and intermediary metabolites have been termed "-omic" technologies, based on their ability to characterize all, or most, members of a family of molecules in a single analysis. With these new tools, we can now obtain complete assessments of the functional activity of biochemical pathways, and of the structural genetic (sequence) differences among individuals and species, that were previously unattainable. These powerful new methods of high-throughput and multi-endpoint analysis include gene expression arrays that will soon permit the simultaneous measurement of the expression of all human genes on a single "chip". Likewise, there are powerful new methods for protein analysis (proteomics: the study of the complement of proteins in the cell) and for analysis of cellular small molecules (metabonomics: the study of the cellular metabolites formed and degraded under genetic control). This will likely be extended in the near future to other important classes of biomolecules such as lipids, carbohydrates, etc. These assays provide a general capability for global assessment of many classes of cellular molecules, providing new approaches to assessing functional cellular alterations. These new methods have already facilitated significant advances in our understanding of the molecular responses to cell and tissue damage, and of perturbations in functional cellular systems.As a result of this rapidly changing scientific environment, regulatory and industrial toxicology practice is poised to undergo dramatic change during the next decade. These advances present exciting opportunities for improved methods of identifying and evaluating potential human and environmental toxicants, and of monitoring the effects of exposures to these toxicants. These advances also present distinct challenges. For example, the significance of specific changes and the performance characteristics of new methods must be fully understood to avoid misinterpretation of data that could lead to inappropriate conclusions about the toxicity of a chemical or a mechanism of action. We discuss the likely impact of these advances on the fields of general and genetic toxicology, and risk assessment. We anticipate that these new technologies will (1) lead to new families of biomarkers that permit characterization and efficient monitoring of cellular perturbations, (2) provide an increased understanding of the influence of genetic variation on toxicological outcomes, and (3) allow definition of environmental causes of genetic alterations and their relationship to human disease. The broad application of these new approaches will likely erase the current distinctions among the fields of toxicology, pathology, genetic toxicology, and molecular genetics. Instead, a new integrated approach will likely emerge that involves a comprehensive understanding of genetic control of cellular functions, and of cellular responses to alterations in normal molecular structure and function.     

假基因的组成、分布及其分子进化

假基因（pseudogene）是指基因组中与正常基因序列相似,但是缺乏功能的DNA序列.通过序列同源性搜索,可以收集基因组中假基因的群体特性、染色体分布和同源家族等特性.假基因很好地保留了数百万年前基因组中祖先基因的分子记录,被视为＂基因化石＂,因此假基因在进化和比较基因组学中是重要的资源.应用假基因和基因比较体系,可以探究生物基因的进化史和基因组稳定性.如：用Ka/Ks比值确定假基因的自然选择压、物种亲缘关系和进化距离,分析假基因自身的进化趋势,探讨DNA突变的成因等.