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目录 2

第一篇 基因组序列 2

第1章　基因组序列的获取和分析 2

1.1　基因组学的定义 2

1.1.1　什么是基因组学？ 2

1.1.2　全基因组是如何测序的？ 3

数学备忘录1.1　什么是E-Value？ 6

1.1.3　为什么数据库中有那么多不完整序列？ 8

1.1.4　我们如何来理解所有这些碱基的含义呢？ 12

1.1.5　我们能预测蛋白质的功能吗？ 14

1.1.6　不同物种中基因的保守性 16

1.1.7　怎样才能知道哪个碱基构成了基因？ 19

1.1.8　基因可以生产多少蛋白质？ 21

本节小结 23

1.2　我们从人类基因组测序草图中学到了什么？ 23

1.2.1　人类基因组第一草图概况 23

1.2.2　人类基因组第一草图的初步结论 23

数学备忘录1.2　你怎样用一条直线来拟合数据？ 26

1.2.3　我们能否描述一个典型的人类基因？ 27

1.2.4　什么时候数据会足够多？ 32

1.2.5　基因组能否在不改变基因序列的情况下调节基因的表达？ 34

本节小结 38

本章总结 38

参考文献 38

2.1　基因组的进化 40

2.1.1　真核生物是如何起源的？ 40

第2章　基因组序列解答有趣的问题 40

数学备忘录2.1　引用计数的差别是否显著？ 43

2.1.2　人类的起源 53

数学备忘录2.2　怎么知道进化树是正确的？ 56

本节小结 59

2.2　基因组鉴定 59

2.2.1　我们怎样检查生物武器？ 59

2.2.2　DNA能存活多久？ 63

2.2.3　肺结核是怎样进入北美的？ 65

2.2.4　怎样鉴定新疾病？ 69

本节小结 74

2.3　生物医学基因组研究 74

2.3.1　我们能利用基因组序列制造新疫苗吗？ 74

2.3.2　我们能够开发出新型抗生素吗？ 77

2.3.3　我们能够发明新型药物吗？ 79

2.3.4　我们怎么会对致命的大肠杆菌感兴趣？ 83

数学备忘录2.3　我们怎么才能判断碱基组成是否不同？ 83

本节小结 85

本章总结 86

参考文献 86

第3章　基因组变异 88

3.1　环境因素案例分析 88

3.1.1　基因组多样性能影响全球变暖吗？ 89

数学备忘录3.1　如何衡量遗传变异？ 92

数学备忘录3.2　群体如何建模？ 94

本节小结 95

3.2　人类基因组变异 96

3.2.1 人类基因组有多大差异？ 96

数学备忘录3.3　所有SNP都真的是SNP吗？ 99

3.2.2　我们为何关注SNP？ 100

3.2.3　SNP引起疾病的案例 103

3.2.4　在非疾病QTL中存在由SNP导致的变化吗？ 106

3.2.5　为什么SNP如此狂热？药物基因组学！ 109

本节小结 111

3.3　最终的基因组表型——死亡 112

3.3.1 我们为什么衰老？ 112

3.3.2　延长寿命有隐含的成本吗？ 113

3.3.3　细菌也有基因组的利弊平衡吗？ 115

本节小结 117

3.4　基因组变异的伦理后果 117

3.4.1　基因改造生物有害吗？ 118

3.4.2　遗传检测有益吗？ 121

3.4.3　复杂基因组的简单应用存在吗？ 126

本节小结 129

本章总结 130

参考文献 130

第二篇 基因组表达 134

第4章 DNA芯片基础研究 134

4.1 DNA芯片简介 134

4.1.1　我的“家酿”怎么了？ 135

数学备忘录4.1 怎样对数据进行处理以避免分数比值？ 143

数学备忘录4.2　怎样评估表达模式的相似性？ 144

数学备忘录4.3　怎样进行基因聚类？ 146

4.1.2　从经受外界环境变化的酵母身上，我们能够了解到什么？ 160

4.1.3　为什么有些基因有很多拷贝而其他基因则没有？ 164

4.1.4　启动子怎么调控基因表达？ 165

4.1.5　启动子可以逆向工作吗？ 167

本节小结 169

4.2　DNA芯片的其他应用 169

4.2.1 为什么许多无关的基因会拥有相同的表达谱？ 169

数学备忘录4.4　比较基因表达矩阵列有什么用？ 170

4.2.2　细胞能够对自己的基因加以验证吗？ 174

本节小结 180

本章总结 180

参考文献 181

第5章 DNA芯片的应用研究 183

5.1　癌症和基因组芯片 183

5.1.1　有更好地诊断癌症的方法吗？ 184

数学备忘录5.1　什么是签名基因？如何使用签名基因？ 187

5.1.2　能否用生物芯片对乳腺癌也进行分类呢？ 191

5.1.3　癌细胞中的基因组发生了什么样的变化呢？ 195

本节小结 199

5.2　使用DNA芯片改进卫生保健 199

5.2.1　为什么肺结核疫苗效果减弱？ 200

5.2.2　这种药真的有效吗？ 203

5.2.3　我们能否预知何种药物对不同的癌症有效？ 209

5.2.4　脂肪的积累会发生什么？ 213

本节小结 221

本章总结 221

参考文献 222

第6章　蛋白质组学 224

6.1　前言 225

6.1.1　所有这些蛋白质能做什么？ 225

6.1.2　不同的培养条件下需要哪些不同的蛋白质？ 232

数学备忘录6.1　如何得知样品中有足够数量的细胞？ 234

6.1.3　人体缺乏某些蛋白质能够存活吗？ 237

本节小结 238

6.2　蛋白质三维结构 238

6.2.1　蛋白质的结构能否揭示它的功能？ 238

6.2.2　我们能利用结构来发展更好的药物吗？ 241

6.2.3　单个蛋白质能致命吗？ 242

本节小结 244

6.3　蛋白质相互作用网络 244

6.3.1　哪些蛋白质之间发生相互作用？ 245

6.3.2　如何对蛋白质相互作用进行测量？ 245

数学备忘录6.2　Sup35是蛋白质相互作用网络的中心蛋白质吗？ 249

6.3.3　有可能在蛋白质组水平上了解蛋白质间的相互作用吗？ 251

6.4.1　怎样知道什么蛋白质存在？ 254

6.4　蛋白质测量 254

本节小结 254

6.4.2　白细胞杀死病原体过程中蛋白质发挥什么作用？ 259

6.4.3　每个蛋白在细胞中存在多少拷贝？ 261

6.4.4　我们能制造蛋白质芯片吗？ 269

6.4.5　所有细胞地位是等同的吗？ 273

6.4.6　蛋白质组的产物是什么？ 277

本节小结 280

本章总结 280

参考文献 281

第三篇 全基因组观点 284

第7章　单基因中的基因组回路 284

7.1　解析基因组回路 285

7.1.1　基因组如何控制个体基因？ 285

7.1.2　基因如何控制它的转录地点、时间和数量？ 288

7.1.3　模块G的作用是什么？ 295

7.1.4　能否将工程学和计算机科学中的概念应用到基因当中去？ 307

本节小结 310

7.2　整合单基因回路 311

7.2.1　如何描述已知的基因组回路？ 311

7.2.2　技术提示 312

7.2.3　有可能将蛋白质相互作用和DNA结合信息做成回路图吗？ 312

本节小结 313

本章总结 313

参考文献 314

第8章　整合基因组回路 315

8.1　简单整合回路 316

8.1.1　基因能够形成转换开关并作出转换选择吗？ 316

数学备忘录8.1　随机模型怎样应用于细胞过程中？ 317

8.1.2　人类能够构建基因转换开关吗？ 322

8.1.3　人类能够利用转换开关构建生理周期时钟吗？ 324

8.1.4　如果转换开关的噪音很多，那么多细胞生物如何发育呢？ 327

8.1.5　冗余性：拥有多拷贝基因真的会带来福音吗？ 328

本节小结 330

8.2　复杂整合回路 330

8.2.1　回路对于学习很重要？ 331

数学备忘录8.2　预测稳态行为可能吗？ 338

8.2.2　通过分析癌症回路我们能够更好地了解它吗？ 346

8.2.3　如果回路是相互连接的，那么基因之间是否也是连接的呢？ 350

本节小结 355

本章总结 355

参考文献 356

9.1　基因组学：一个新的前景？ 357

第9章　全基因组回路建模 357

9.1.1　参与人员：谁在研究系统生物学？ 358

9.1.2　通讯的质量：系统生物学家提什么问题？ 359

9.2　我们能够用系统的方法对整个真核生物建模吗？ 359

9.2.1　基因组学和蛋白质组学的比较 364

9.2.2　建立系统模型 365

9.2.3　讯息的背景 368

9.3　系统生物学会走向繁荣吗？ 369

本章总结 370

参考文献 370

10.1　首先要关心的问题 372

10.1.1　第一阶段：临床表现 372

第10章　我的孩子究竟怎么了？ 372

第四篇 从遗传学到基因组学：对于医学案例的研究 372

10.1.2　第二阶段：家庭病史研究 374

10.1.3　第三阶段：染色体组型及连锁分析 374

10.1.4　第四阶段：DNA序列分析 377

本节小结 378

10.2　了解这一疾病的下一步工作 379

10.2.1 我们需要一个动物模式系统 379

10.2.2 同时检索出的另一种蛋白究竟是什么？ 379

10.2.3　Utrophin蛋白是否也参与了肌营养不良症的形成？ 380

10.2.4　Dystrophin蛋白究竟具有什么样的功能？ 381

数学备忘录10.1 这幅图究竟有什么特别？ 383

10.2.5 为什么DMD的病人在出生3年后就会发生肌肉坏死？ 384

10.2.6　是否可能患有DMD症却不出现肌营养不良的症状呢？ 385

10.2.7　如果他们的dystrophin基因是正常的，那他们为什么会出现肌营养不良的症状呢？ 386

数学备忘录10.2　很不可能是什么意思？ 387

数学备忘录10.3　cGMP的产生是否增多了？ 402

本节小结　你最终的想法 404

本章总结 404

参考文献 405

第11章　为什么我们不能只通过服食一颗药丸来实现减肥计划 407

对知识的渴望 407

10月21日，星期六，早上7∶30 407

周六图书馆早上8:30开门 408

为体重的动态平衡构建模型 409

克隆肥胖基因 410

肥胖蛋白leptin的功能检测 414

是该去和祖母解释的时间了 414

祖母给我留了家庭作业！ 416

本章总结 426

参考文献 427

第12章　为什么我们不能治愈更多的疾病？ 428

如何开发一种新药 428

提出问题和解决问题 428

焦点一：作用位点，作用位点，还是作用位点 429

焦点二：运输载体 429

焦点三：特异性——“如果那个地方没有出现破损，就不要去修理它” 432

数学备忘录12.1　什么是正确的剂量？ 433

蝾螈的眼睛？ 436

不要医治症状，而要医治病因 438

本章总结 441

参考文献 442

词汇表 443