导图社区 常用分子生物学技术
- 307
- 25
- 8
- 举报
常用分子生物学技术
人民卫生出版社《分子生物学》常用分子生物学技术章节的总结整理，包括分子杂交技术、目的基因制备技术、基因敲除技术、RNA干扰技术等。
编辑于2022-01-22 22:21:57- 常用分子生物学技术
- 相似推荐
- 大纲
常用分子生物学技术
分子杂交技术
概念
分子杂交（molecular hybridization）
不同来源的核酸单链之间或蛋白质亚基之间由于结构互补而发生的非共价键的结合
核酸：包括不同的DNA片段之间，DNA片段与RNA片段之间，按照互补碱基配对而使不完全互补的两条多核苷酸相互结合
根据这一原理发展起来的各种技术统称为分子杂交技术
常用的杂交技术
Southern 印迹杂交（Southern Blotting）：DNA杂交
概述
具有一定同源性的两条核酸单链在一定的条件下，可按碱基互补的原则特异性地杂交形成双链
用于检测DNA，1975年由英国southern创建
限制性内切酶作用：将全基因组DNA酶切成许多小片段
操作过程

将待检测的DNA分子用/不用限制性内切酶消化后，通过琼脂糖凝胶电泳进行分离
将其变性，按其在凝胶中的位置转移到硝酸纤维素薄膜或尼龙膜上（印迹），固定后再与同位素或其他标记物标记的DNA或RNA探针进行反应。（如果待检物中含有与探针互补的序列，则二者通过碱基互补的原理进行结合）
游离探针洗涤后用自显影或其他合适的技术进行检测，从而显示处待检的片段及其相对大小
核酸探针类型
基因组DNA 探针
某一基因的全部或部分序列，或某一非编码序列
cDNA 探针
以mRNA 为模板经逆转录酶催化产生的与之互补的 DNA链
RNA探针
以DNA 两条链中的任意一条为模板转录生成RNA。具高杂交效率，但易于降解和标记方法复杂
寡核苷酸探针
短链探针（长度10-50个核苷酸）
应用
检测样品中的DNA及其含量，了解基因的状态（点突变，扩增重排等）
遗传病诊断
DNA图谱分析
检测样品中的DNA及其含量：先将DNA样品（含不同大小的DNA片段）先按片段长短进行分离，然后进行杂交。这样可确定杂交靶分子的大小及相对含量
PCR产物分析
Northern 印迹杂交（Northern Blotting）：RNA 杂交
概述
具有一定同源性的两条核酸单链在一定的条件下，可按碱基互补的原则特异性地杂交形成双链
用于检测RNA
Northern Blotting不需要酶切，可直接在变性电泳中进行
操作过程

在变性条件下（用甲基氢氧化银、乙二醛或甲醛使RNA变性，而不用NaOH，以避免RNA的2'-羟基水解。RNA变性后的RNA与NC膜的结合更好）将待检的RNA样品进行琼脂糖凝胶电泳
将在凝胶中的位置转移到硝酸纤维薄膜或尼龙膜上
固定后再与同位素或其他标记物的RNA探针进行反应
应用
检测目标mRNA分子的大小
检测目的基因在组织细胞中有无表达及表达水平如何
Western 印迹杂交（Western Blotting）：蛋白质杂交
概述
原理：将电泳分离后的细胞或组织中蛋白质从凝胶转移到固相支持物NC膜或PVDF膜上，然后用特异性抗体检测某特定抗原的一种蛋白质检测技术
对目的蛋白进行检测、分析以及相对定量的一种技术
基本流程

以固相载体上的蛋白质或多肽作为抗原，与对应的抗体起免疫反应，再与酶或同位素标记的第二抗体起反应，经过底物显色或放射自显影以检测电泳分离的特异性目的基因表达的蛋白成分
显色方法
放射自显影
底物化学发光ECL
底物荧光ECF
底物DAB呈色
特点
Western Blot采用的是聚丙烯酰胺凝胶电泳，被检测物是蛋白质，“探针”是抗体，“显色”用标记的二抗
WB 结合了凝胶电泳的高分辨率和固相免疫测定的特异敏感等多种优点，可检测到低至1-5ng（最低可到10-100pg)中等大小的靶蛋白，免疫印迹克服了聚丙烯酰胺凝胶电泳后直接在凝胶上进行免疫学分析的弊端极大地提高了器利用率、分辨率和灵敏度。使其成为使用最广泛的免疫化学方法之一
应用
免疫印迹法具有分析容量大、敏感度高、特异性强等优点，是检测蛋白质特性、表达与分布的一种最常用的方法
免疫印迹常用于鉴定某种蛋白，并能对蛋白进行定性和半定量分析
如组织抗原的定性定量检测、多肽分子的质量测定及病毒的抗体或抗原检测等
应用于基因在蛋白水平的表达研究、抗体活性检测和疾病早期诊断等多个方面
原位杂交（In situ hybridization)
概述
原理：将特定标记的已知顺序DNA或者RNA为探针与细胞或组织切片中核酸进行杂交，从而对特定核酸顺序进行精确定量定位的过程
原位杂交也可以用于检测蛋白质分子
原位杂交可以在细胞标本或组织标本上进行。始于20世纪60年代
原位杂交为显示特定的核酸序列或蛋白分子必须具备3个重要条件
组织、细胞的固定
具有能与特定片段互补的核苷酸序列（即探针）、抗体等
有与探针或抗体等结合的标记物
荧光原位杂交，Fluorescence in situ hybridization，FISH

是原位杂交技术大家族中的一员，因其所用探针被荧光物质标记（间接或直接）而得名
基本原理
荧光标记的核酸探针在变性后与已变性的靶核酸在退火温度下复性；通过荧光显微镜观察荧光信号。可在不改变被分析对象（即维持其原位）的前提下对靶核酸进行分析。
DNA荧光标记探针是其中最常用的一类核酸探针。利用此探针可对组织、细胞或染色体中的DNA进行染色体及基因水平的分析
荧光标记探针不对环境构成污染，灵敏度能得到保障，可进行多色观察分析，因而可同时使用多个探针，缩短因单个探针分开使用导致的周期过程和技术障碍
常用的多种原位杂交技术
免疫组织化学
免疫细胞化学
免疫荧光（组织、细胞）
放射免疫
RNA原位杂交（RNA Scope）
生物芯片（Biochip或bioarray）
概述
有蛋白芯片或基因芯片，它们起源于DNA杂交探针技术与半导体工业技术相结合的结晶。根据生物分子间特异相互作用的原理，将生化分析过程集成于芯片表面，从而实现对DNA、RNA、多肽、蛋白质以及其他生物成分的高通量快速检测
该技术指将大量探针分子固定于支持物上后与带荧光标记的DNA或其他样品分子（例如蛋白，因子或小分子）进行杂交，通过检测每个探针分子的杂交信号强度进而获取样品分子的数量和序列信息
分类
基因芯片(genechip)（又称DNA芯片）
测序原理是杂交测序方法，即通过与一组已知序列的核酸探针杂交进行核酸序列测定的方法，在一块基片表面固定了序列已知的靶核苷酸的探针。当溶液中带有荧光标记的核酸序列，与基因芯片上对应位置的核酸探针产生互补匹配时，通过确定荧光强度最强的探针位置，获得一组序列完全互补的探针序列。据此可重组出靶核酸的序列
蛋白质芯片（Protein chip）
是一种高通量的蛋白功能分析技术，可用于蛋白质表达谱分析，研究蛋白质与蛋白质的相互作用，甚至DNA－蛋白质、RNA－蛋白质的相互作用，筛选药物作用的蛋白靶点等
对固相载体进行特殊的化学处理，再将已知的蛋白分子产物固定其上（如酶、抗原、抗体、受体、配体、细胞因子等），根据这些生物分子的特性，捕获能与之特异性结合的待测蛋白，经洗涤、纯化，再进行确认和生化分析
细胞芯片
整个细胞布置在玻璃表面上从而制得细胞芯片
利用生物芯片技术研究细胞，在细胞的代谢机制、细胞内生物电化学信号识别传导机制、细胞内各种复合组件控制以及细胞内环境的稳定等方面，都具有其他传统方法无法比拟的优越性
组织芯片(tissue chip)
又称组织微阵列(tissue microarray,TMA)，将数十至上千个小组织整齐地排列在一张载玻片上而制成的组织切片, 主要用于研究同一种基因或蛋白质分子在不同细胞或组织中表达的情况
应用
生物芯片技术可广泛应用于疾病诊断和治疗、药物筛选、农作物的优育优选、司法鉴定、食品卫生监督、环境检测、国防、航天等许多领域
为获得重要生命信息（如未知蛋白组分、序列、体内表达水平、生物学功能、与其他分子的相互调控关系、药物筛选、药物靶位的选择等）提供有力的技术支持
目的基因制备技术
目的基因（Target gene）
已被或欲被分离、改造、扩增和表达的特定基因或DNA片段
目的基因的直接分离
物理化学分离法
根据不同DNA或RNA分子特性的差异，采用密度梯度离心、分子杂交等方法将目的基因分离出来
限制性核酸内切酶酶切分离
对于已知序列的DNA分子，根据DNA分子上的酶切位点进行切割，然后分离所需片段
免疫法分离编码特异性蛋白基因
核糖体沿mRNA进行转译时产生多肽链，通过特异性抗体与核糖体-mRNA-多肽链复合体结合，然后分离纯化抗体-核糖体-mRNA-多肽链复合体，获得特定基因的mRNA
酶促反转录分离特定基因
在反转录酶的作用下，合成双链DNA，获得一定大小的基因片段
制备技术
聚合酶链式反应（PCR）
生物体外的特殊DNA复制，能将微量的DNA大幅增加。一种用于放大扩增特定的DNA片段的分子生物学技术
PCR扩增原理

以单链DNA为模板，4种dDNA为底物，在模板3'末端有引物存在的情况下，用酶进行互补链的延伸，多次反复的循环能使微量的模板DNA得到极大程度的扩增
PCR反应程序

反转录PCR（reverse transcription-PCR, RT-PCR）

是聚合酶链式反应（PCR）的一种广泛应用的变形。在RT-PCR中，一条RNA链被逆转录成为互补DNA，再以此为模板通过PCR进行DNA扩增
检测目的基因在特定组织或细胞中mRNA的表达丰度
由一条RNA单链转录为互补DNA（cDNA）称作“逆转录”，由依赖RNA的DNA聚合酶（逆转录酶）来完成。随后，DNA的另一条链通过脱氧核苷酸引物和依赖DNA的DNA聚合酶完成，随每个循环倍增，即通常的PCR。原先的RNA模板被RNA酶H降解，留下互补DNA
RNA酶H：将DNA/RNA杂合链中的RNA链分离出来并分解
RT-PCR的关键步骤是在RNA的反转录，要求RNA模版为完整的且不含DNA、蛋白质等杂质。所以RNA是否提取成功是RT-PCR检测中的关键
常用的反转录酶
鸟类成髓细胞性白细胞病毒（avian myeloblastosis virus，AMV）逆转录酶
莫罗尼鼠类白血病病毒（moloney murine leukemia virus，MMLV）逆转录酶
在完成逆转录过程之后,通过PCR进行定量分析，随着技术的发展，real-time PCR（实时荧光PCR）或ddPCR（数字PCR）技术也被用来做定量分析，它们比普通PCR进行定量分析时灵敏度更高，定量更精确。
Real Time PCR检测方法
荧光染料嵌合法

荧光探针法

RT-PCR的指数扩增是一种很灵敏的技术，可以检测很低拷贝数的RNA。RT-PCR广泛应用于遗传病的诊断，并且可以用于定量监测某种RNA的含量
cDNA文库
cDNA library :以特定的组织或细胞mRNA为模板，逆转录形成的互补DNA（cDNA）与适当的载体（常用噬菌体或质粒载体）连接后转化受体菌形成重组DNA克隆群，这样包含着细胞全部mRNA信息的cDNA克隆集合称为该组织或细胞的cDNA文库
是指某生物某一发育时期所转录的mRNA 全部经反转录形成的cDNA 片段与某种载体连接而形成的克隆的集合
cDNA文库特点：有组织或细胞特异性，是研究工作中最常使用到的基因文库
cDNA文库比基因组DNA文库小得多，能够比较容易从中筛选克隆得到细胞特异表达的基因
高等生物一般具有10^5种左右不同的基因,但在一定时间阶段的单个细胞或个体中,都仅有15%左右的基因得以表达,产生约15000种不同的mRNA分子.可见,由mRNA出发的cDNA克隆,其复杂程度要比直接从基因组克隆简单得多
对真核细胞来说，从基因组DNA文库获得的基因与从cDNA文库获得的不同
cDNA文库构建的原理和方法
构建的经典方法是用Oligo(dT)作逆转录引物，或者用随机引物，给所合成的cDNA加上适当的连接接头，连接到适当的载体中获得文库
基本步骤
mRNA的提纯，获取高质量的mRNA是构建高质量的cDNA文库的关键步骤之一
cDNA第一条链的合成。
cDNA第二条链的合成。
双链cDNA的修饰。
双链cDNA的分子克隆。
cDNA文库的扩增。
cDNA文库鉴定评价。
基因敲除技术
原理
基因敲除（knockout）是用含有一定已知序列的DNA片段与受体细胞基因组中序列相同或相近的基因发生同源重组,整合至受体细胞基因组中并得到表达的一种外源DNA导入技术
目的：针对某个序列已知但功能未知的序列，改变生物的遗传基因，令特定的基因功能丧失作用，从而使部分功能被屏蔽，并可进一步对生物体造成影响，进而推测出该基因的生物学功能
根据实验目的不同，可进行：全基因敲除，条件性基因敲除，基因敲进，诱导性基因敲除等
利用同源重组构建基因敲除动物模型的基本步骤
基因载体的构建
把目的基因和与细胞内靶基因特异片段同源的DNA 分子都重组到带有标记基因(如neo 基因，TK 基因等)的载体上，成为重组载体
ES 细胞的获得
胚胎干细胞，最常用的是鼠，其他遗传背景的胚胎干细胞系也逐渐被发展应用
同源重组
将重组载体通过一定的方式(电穿孔法或显微注射)导入同源的胚胎干细胞(ES cell)中，使外源DNA 与胚胎干细胞基因组中相应部分发生同源重组，将重组载体中的DNA 序列整合到内源基因组中，从而得以表达。一般地，显微注射命中率较高，但技术难度较大，电穿孔命中率比显微注射低，但便于使用
选择筛选已击中的细胞
常用的方法是正负筛选法（PNS法），标记基因的特异位点表达法以及PCR 法。将筛选出来的靶细胞导入鼠的囊胚中，再将此囊胚植入假孕母鼠体内，使其发育成嵌合体小鼠
表型研究
通过观察嵌和体小鼠的生物学形状的变化进而了解目的基因变化前后对小鼠的生物学形状的改变，达到研究目的基因的目的
得到纯合体
由于同源重组常常发生在一对染色体上中一条染色体中,所以如果要得到稳定遗传的纯合体基因敲除模型，需要进行至少两代遗传
基因敲除技术主要应用于动物模型的建立，而最成熟的实验动物是小鼠

RNA干扰技术
作用机制

起始阶段
siRNA的形成阶段
dsRNA激活细胞内一组特定蛋白质识别dsRNA，其中核酸内切酶Dicer将dsRNA解旋并裂解为21-25nt大小的小干扰RNA（small interfering RNA,siRNA）
RNA诱导的沉默复合物（RNA-induced silencing complex,RISC)形成阶段
生成的siRNA和RNAi特异性酶结合形成RISC（RNA-induced silencing complex），具有序列特异性核酸内、外切酶和解旋酶活性，能特异地降解与siRNA同源的靶mRNA
效应阶段
siRNA引导RISC与同源性的mRNA结合，切断mRNA，起到特异地抑制基因表达的效果
作用特点
高度特异性
RNAi具有很高的特异性，只降解与之序列相应的单个内源基因的mRNA
高效性
RNAi抑制基因表达具有很高的效率，相对很少量的dsRNA分子（数量远远少于内源mRNA的数量）就能完全抑制相应基因的表达，是以催化放大的方式进行的
需要siRNA介导
dsRNA不得短于21个碱基。长链dsRNA也在细胞内被Dicer酶切割为21 bp左右的siRNA，并siRNA来介导mRNA切割
对靶基因位点的选择性
CRISPR/Cas9系统介导的基因组编辑技术
基因定点修饰
研究基因功能的重要手段之一，也可被用于人类遗传性疾病的治疗，因此这类技术成为现代分子生物学的研究热点
CRISPR技术是近年来兴起的继锌指核酸酶和TALENs技术的第三代基因编辑技术。是某些细菌在遭到病毒入侵后，能够把病毒基因的一小段存储到自身的 DNA 里一个称为 CRISPR 的存储空间。当再次遇到病毒入侵时，细菌能够根据存写的片段识别病毒，将病毒的DNA切断而使之失效
日本科研组于1987年发现大肠杆菌碱性磷酸酶基因附近存在串联间隔重复，之后发其广泛存在于细菌和古细菌基因组
2002年首次将其命名为CRISPR
2005年，发现CRISPR的间隔序列和细菌内一些染色体外的遗传物质高度同源，因此推测，这可能与细菌抵抗外源基因入侵有关。2006年，利用生物信息学分析，其可能以类似RNAi的方式行使功能
CRISPR/Cas系统的结构和组成

CRISPR：clustered regularly interspaced short palindromic repeats，成簇的规律性间隔的短回文重复序列
结构
是一个特殊的DNA重复序列家族，广泛分布与细胞和古细菌基因组中
CRISPR位点通常有短的高度保守的重复序列（repeats)组成，重复序列的长度通常21-48bp，重复序列之间被26-72bp间隔序列（spacer)隔开。CRISPR通过这些间隔序列与靶基因识别
Cas 家族

存在与CRISPR位点附近，是一种双链DNA核酸酶，能在guide RNA 引导下对靶位点进行切割
CRISPR/Cas9系统的作用机制
适应性阶段
直接重复序列（repeat）被易变的DNA序列间隔开组成CRISPR序列，此时的DNA序列称为spacer。Cas蛋白切割外来DNA片段，外来DNA片段称为protospacer，然后将其整合到CRISPR序列上，这时外来DNA片段更名为spacer
表达阶段
CRISPR序列经过转录、切割成为成熟的crRNA
干扰阶段
crRNA招募Cas效应蛋白复合物特异性切割病毒同源性DNA
简单的CRISPR/Cas9为例

系统由三个部分组成
反式激活 CRISPR RNA （tracrRNA）基因
CAS 基因
CRISPR 重复（repeay）-间隔（spacer）基因
这三部分转录生成Tracr RNA，Cas9蛋白，还有Pre-crRNA（pre-spacer containing RNA，即spacer containing RNA前体）
转录后，Cas9将traceRNA与pre-crRNA配对后，由核糖核酸酶III在重复序列处切割。然后这个由crRNA-tracrRNA-Cas9组成的复合体就成为了可以被crRNA导航靶向性的被激活的核酸内切酶。
这个被激活的复合体会在细菌内部随机的来寻找适合的PAM进行外来DNA筛查。
根据对PAM序列的识别，Cas9-RNA复合体将PAM后10-12碱基位的DNA解旋审查。如果被审查的DNA序列与crRNA序列匹配，Cas9内切酶中的HNH核酸酶结构域就会将其切断；同时Cas9中RuvC-like核酸酶结构区域将另一条互补链切段
分子间的相互作用概述
DNA和蛋白质相互作用
DNA迁移率变动分析
目的
鉴定分析参与基因表达调控的DNA元件
分离并鉴定这些顺式元件特异性结合的蛋白质因子
实验方法
凝胶阻滞实验（Gel retardation assay) , 又称DNA迁移率变动实验或条带阻滞实验
体外研究DNA与蛋白质相互作用的一种特殊的凝胶电泳技术
在凝胶电泳中，由于电场的作用，裸露的DNA分子向正极移动距离的大小是同其分子量对数成反比。如果DNA分子结合蛋白质，那么由于分子量增加在凝胶中的迁移会受到阻滞，向正极移动的距离相应缩短，在凝胶中出现滞后的条带
方法
用32P标记待测的DNA片段（probe)
同细胞蛋白质提取物一起温育
将温育后的样品加到非变性的PAGE中，在控制使蛋白质仍与DNA保持结合状态的条件下进行电泳分离
用放射自显影技术显影放射性标记的DNA条带位置
结果

如果细胞蛋白提取物中不存在可与32P标记的探针DNA结合的蛋白质，那么所有的32P都将集中在凝胶底部；反之，将会形成DNA-蛋白质复合物，由于凝胶阻滞的原因，其特有的32P标记的探针DNA条带都将滞后出现在靠近凝胶顶部的位置
酵母单杂交技术

研究蛋白质和特定DNA序列相互作用的技术方法
许多真核生物的转录激活区域由物理和功能上独立的DNA结合区和转录激活区组成
将已知的特定顺式作用原件构建到最基本启动子（ Pmin）上游，把报告基因连接到Pmin下游
编码待测转录因子cDNA与已知酵母转录激活结构域融合表达载体导入酵母细胞，该基因产物如果能够和顺式作用原件结合，就能激活Pmin启动子，使报告基因得到表达
染色体免疫沉淀分析（Chromatin immunoprecipitation，ChIP）

生物体内，在相应的基因碱基序列没有发生变化的情况下，一些生物体的表型却发生了改变。这是DNA及其染色质环境的稳定改变，这些可遗传的变化并不涉及DNA序列的突变
在不影响DNA序列的情况下改变基因组的修饰，不仅可以影响个体的发育，而且还可以遗传下去。这类变异称为“表观遗传修饰”，并且被认为是导致遗传物质一致的孪生子出现个体差异的主要原因
在活细胞状态下固定蛋白质－DNA复合物，并将其随机切断为一定长度范围内的染色质小片段，然后通过免疫学方法沉淀此复合体，特异性地富集目的蛋白结合的DNA片段，通过对目的片断的纯化与检测，从而获得蛋白质与DNA相互作用的信息，真实反映DNA与蛋白质的动态结合
蛋白质与蛋白质相互作用
酵母双杂交技术（Yeast two-hybrid system）

将待研究的两种蛋白质分别克隆（融合）到酵母表达质粒的转录激活因子（如GAL4等）的DNA结合结构域（DNA-BD）和转录激活域（AD）上，构建成融合表达载体，从表达产物分析两种蛋白质相互作用的系统
测定蛋白质的结合作用
反式转录激活因子，例如酵母转录因子 GAL4在结构上是组件式，往往由两个或两个以上结构上可以分开，功能上相互独立的结构域构成，其中有DNA结合功能域 (DNA-BD) 和转录激活结构域 (DNA-AD) 。这两个结合域将它们分开时仍分别具有功能，但不能激活转录，只有当被分开的两者通过适当的途径在空间上较为接近时，才能重新呈现完整的GAL4转录因子活性，并可激活上游激活序列（upstream activating sequence,UAS）的下游启动子，使启动子下游基因得到转录

用处
发现新的与已知蛋白互作的蛋白
鉴定两个蛋白之间的相互作用
确定蛋白相互作用的区域
串联亲和纯化
构建含有目的基因的载体，使目的基因与2个不同的表位标签融合表达，如Flag、HA、His、CBP、SBP等等。采用Flag-HA双标签载体；载体转染细胞并表达融合蛋白“Flag-HA-诱饵蛋白”；细胞裂解提取总蛋白，经anti-flag树脂和anti-HA树脂的两步纯化和洗脱，更大限度去除了假阳性蛋白。洗脱液进入质谱仪，分析鉴定与诱饵蛋白具有相互作用的蛋白
免疫共沉淀（Co-Immunoprecipitation，co-IP）

细胞在非变性条件下被裂解时，完整细胞内存在的许多蛋白质－蛋白质间的相互作用被保留了下来
用预先固化在argarose beads上的蛋白质A的抗体免疫沉淀A蛋白时，那么与A蛋白在体内结合的蛋白质B也能一起沉淀下来。再通过蛋白变性分离，对B蛋白进行检测，进而证明两者间的相互作用
在细胞裂解物中加入抗体，抗体可与已知抗原形成特异的免疫复合物，若存在与已知抗原相互作用的蛋白质，则免疫复合物中应包含这种蛋白质，经过洗脱，收集免疫复合物，然后分离该蛋白质，对该蛋白质分析
特点
相互作用的蛋白质都是经翻译后修饰的，处于天然状态
蛋白的相互作用是在自然状态下进行的，可以避免人为的影响
可以分离得到天然状态的相互作用蛋白复合物
药物组学
药物基因组学（Pharmacogenomics）
药物基因组学（Pharmacogenomics），研究基因变异（DNA和RNA）所致的不同疾病对药物的不同反应，即研究基因序列的多态性与药物效应多样性之间的关系。并在此基础上研制出新药或新的用药方法，这一新概念被称为药物基因组学。是基因功能学与分子药理学的有机结合
药物基因组学以药物效应及安全性为目标, 研究各种基因突变与药效及安全性的关系
为患者或者特定人群寻找合适的药物，药物基因组学强调个体化；因人制宜
主要研究内容
基于药物反应的遗传多态性提出来的，药物遗传多态性表现为药物代谢酶的多态性、药物和受体的多态性和药物靶标的多态性等
药物基因组学选择在药物起效、活化、排泄等过程相关的候选基因进行研究，鉴定基因序列的变异，估计它们在药物作用中的意义，用统计学原理分析基因突变与药效的关系。将基因的多态性与药物效应个体多样性紧密联系在一起，以药物效应剂安全性为目标，研究各种基因突变与药效及安全性之间的关系，并使相应的研究结果更易与在临床得到应用
研究方法
基因组范围内遗传标志物和药物反应表型之间的关联研究
SNP是基因组关联研究最常用的标志之一
单核苷酸多态性 (single nucleotide polymorphism，SNP)，不同个体基因组DNA序列上单个碱基的差异
平均每1,000个核苷酸可能出现一次，意味着一个人的基因组中大约有4到5百万个SNP
基因变异可导致疾病表现和药物反应的多样性
推测人类基因组序列约有100万个SNP，可分布在编码区、内含子和启动子等区域。因此，进行多基因药理学特性相关研究是，SNP可作为涵盖整个基因组的标志物
自然界中，某一群体同种生物常在某些方面有所不同，存在两种或两种以上变异型的现象，成为多态性（polymorphism）。多态性的产生是多个不同等位基因作用的结果
同一位置上的每个碱基类型叫做一个等位位点。除性染色体外,每个人体内的染色体都有两份。一个人所拥有的一对等位位点的类型被称作基因型( genotype )
位于一条染色体上或某一区域的一组相关联的SNP等位位点被称作单体型(haplotype)
SNP在药物基因组学研究中的应用
SNPs 可以精细地反映个体的遗传差异,SNPs 位点与个体的药物反应进行相关分析,从而确定基因在药物作用中的功能和意义。这样既可以根据患者的遗传特性设计治疗方案,实现“个性化治疗”,提高药效，降低药物的毒副作用,又可以在临床
药物基因组学区别于一般意义上的基因学，它不是以发现人体基因组基因为主要目的，而是相对简单地运用已知的基因理论改善病人的治疗。以药物效应及安全性为目标，研究各种基因突变与药效及安全性的关系
因为药物基因组学是研究基因序列变异及其对药物不同反应的科学，所以它是研究高效、特效药物的重要途径，通过它为患者或者特定人群寻找合适的药物，药物基因组学强调个体化；因人制宜，有重要的理论意义和广阔的应用前景
药物转录组学（transcriptomics）
在特定生理条件下，某个物种或特定细胞类型产生的所有RNA集合
药物蛋白质组学（proteomics）
通过对比健康状态与疾病状态的细胞或组织的蛋白质组表达差异，用于药物研究或药物受体的研究或药物治疗前后蛋白质表达状况的总体，以评价药物类似物的结构与活性关系，寻找高活性的药物
药物代谢组学（Pharmaco-metabonomics）
以代谢组学为平台, 通过给药前生物样本的代谢轮廓分析预测给药后的药物反应表型