技術原理
46條人類染色體（22對常規染色體和二條性染色體），在它們的群體中間幾乎存在30億DNA鹼基對，它包含30000---40000蛋白質----編碼基因。這比期望的數量少得多----僅為蠕蟲或果蠅模型組織的二倍多。編碼區構成不到5%的基因組（剩餘DNA的功能還不清楚），某些染色體比其它染色體有更高的密度。
研究進展
經過10年的不懈努力，已經繪製出人類基因組的物理圖譜，基因組的編碼基因起著里程碑的指導意義。物理圖譜已為完成草圖順序提供了足有成效的框架結構以及直接輔助鑑別大約100個疾病基因。
特指的大多數遺傳性疾病是一個基因發生突變造成的。然而，面臨的最困難問題之一是找到基因如何影響諸如糖尿、哮喘、癌症、和精神病這類有複雜遺傳途徑的疾病原因。在所有的情況中，沒有哪個基因可對任何人疾病有影響作出肯定或否定的回答。在疾病顯露前，往往會發生多次突變。許多基因中的每個基因發生微妙變化都會影響到對疾病的敏感性。基因還會影響到一個人對環境如何反應。弄清問題的來龍去脈毫無疑問將（或全面）極好地提供足夠的幫助。
主要疾病
基因疾病癌症發生
正常情況下，細胞分裂，包括為發出細胞何時分裂指令而聯合工作的信號網路都是在嚴格控制條件下進行的。一旦細胞分裂失去控制，其不正常分裂為何經常發生？差錯為何被鎖定？在網路中，一個或更多個結節的突變能發生癌症，某些環境因素條件下會造成突變（例如吸菸）某些遺傳因素會造成突變，或兩者兼而有之。促進癌變的因素通常必須在一個人將要發生惡性成長前會加速起來：具有某些例外，一種危險不能獨立滿足癌症的形成。
癌症特徵的主要機理是：
1.損傷了DNA修復途徑
2.把正常基因轉化成癌基因
3.抑制癌症基因的功能失常。
乳腺癌
乳房癌在美國婦女中是癌症死亡的第二個主要原因，估計1997年美國有44190死亡，（290男性，43900女性）而卵巢癌比乳房癌死亡得少，但仍是所有女性癌症的4%，對這兩種類型癌症，存在清楚的遺傳聯繫。
1994年，兩個乳房癌基因得到論證，第17條染色體上的BRCA1和在第13條染色體上的BRCA2。在患者在各自攜帶BRCA1或BRCA2突變時，在他們生命的某一刻被診斷出患有乳房癌和卵巢癌的危險。還不清楚這些基因是什麼功能，直到對有關酵母蛋白質的研究才展現出它們的正常作用：它們參與修復受誘導輻射而受損害的雙螺鏇DNA，這就是為什麼在BRCA1或BRCA2突變後不再起修復作用的道理，使DNA複製造成更大偏差有利癌症生長。
儘管減少死亡率的最佳選擇是通過早期檢測（普查BRCA1和BRCA2還未推薦），然而，去尋找抗癌藥的新戰略不斷被開發。稱之為“合成致死篩選”最新方法在酵母菌和果繩組織中尋找新藥靶點，在酵母中研究的同樣方法幫助驗證BRCA1和BRCA2的功能，這就是在許多動物器官中研究治療的藥物也能套用於人類的想法。
淋巴癌
伯基特淋巴瘤（BURKITTLYMPHOMA）是一種癌的罕見形式主要影響中非的兒童，但此疾病也在其它地區有所報導，在非洲見到的類型，雖然致病機理不夠清楚，但似乎與EB（Epstein-Barr-virus）病毒的傳染有關。
伯基特淋巴癌起因於包括MYC基因在內的染色體易位。一種染色體易位意味著染色體受到破壞，易位至其它染色體上，在伯基特淋巴癌上經典的染色體易位發生在第8條染色體上，它是MYC基因的位置，因改變MYC的表達途徑，因此在控制細胞生長和增殖中破壞常規功能。
我們仍不能確知什麼原因引起染色體易位，然而，象如小鼠模型組織的研究正在使我們更好理解如何發生易位的，幫助我們理解這個過程為何影響到伯基特淋巴癌及其它諸如白血病的癌。
白血病癌
慢性骨髓白血病（CML）是一種以惡性白血病細胞取代骨髓為特徵的血細胞癌，在循環的血液中能找到許多白血病細胞，並能向脾、肝和其他器官擴散。
通過找到一種叫做PH染色體的不正常特殊染色體來常規診斷CML.PH，全稱為philadelphia，是一個城市名，因首先在該城發現不正常染色體而命名的PH染色體。PH染色體是在長臂染色體9號和22號之間發生基因易位或基因交換的結果。交換帶動兩個基因一起交換：在染色22上的BCR（破碎點簇區）,9號染色體上的原致癌基因ABC（Ahlesoon白血病毒），產生具有酪氨酸氨基轉移激酶活性融合蛋白雜交基因BCR-ABC編碼，它激活信號傳導途徑導致失控的細胞生長。
用小白鼠把含有BCR-ABC基因病毒傳染給小白鼠骨髓時，就製造出象CML疾病的模型，在另一種動物模型中已顯示出融合蛋白，把正常血前體轉化惡性腫瘤細胞.為了研究人類疾病，開發了封閉BCR-ABC的反叉低聚物（短DNA節片）（antisenseoligomers）它專門抑制形成白血病細胞，而不會影響正常細胞的發展。這些和其它實驗工藝可導致CML的治療。
腸癌
美國癌症協會估計美國在2000年新診斷出腸癌患將是93800名，其中47100人死亡。當按非常嚴格程式規律分裂的正常細胞失去控制時，各種類型的癌症都會發生，而環境因素肯定能引起癌症危險（例如吸菸、膳食和鍛鍊）。大多數癌也有基因基礎，確實幾百種基因和蛋白質包含在監視細胞分裂和DNA複製過程中，一種或多種基因或蛋白質的突變有時能導致失控癌細胞生長。
結腸癌是一種最普通的遺傳性癌綜合症。在結腸、直腸中有待發現的基因是：都在染色體2上的MSH2、MSH6和染色體3上的MHL1。正常情況下，這些基因的蛋白質產物幫助修復DNA複製產生的錯誤，一旦MSH2、MSH6和MLH1蛋白質產生突變，就不能正常工作，不能修復複製錯誤，導致危險的DNA，因此也就易產生結腸癌。
還不清楚的是,為什麼在可能產生癌的所有組織中，基因突變是基礎，然而對小老鼠和布魯爾酵母菌（brewer'syeast）中相對應基因的研究正在幫助我們進一步理解DNA修復的機理，並且環境因素的作用也可能易發生結腸癌。
肺癌
在美國，不管是男還是女，肺癌是癌症引起死亡的最普通原因，事實上，北美是世界上肺癌比例最高的地區。1997年大約178100被診斷出患肺癌，而粗略估計死亡者為160400人。患肺癌者五年存活率僅占14%是很悲哀的。自1940年以來肺癌死亡率對有20年吸菸史的男女性別各有不同增加。男性肺癌90%死亡和女性肺癌80%死亡都要歸因於吸菸。除吸菸是肺癌的主要危險因素外，某些如石棉類的工業物和環境因素也能引起肺癌。
小細胞肺癌是區別於其它類型的肺癌（發現癌症已發生轉移）,一年查出近110000癌症患者。1982在小細胞肺癌細胞絲中首先檢測出染色體。對於其它癌，觀察到控制細胞生長和分裂的各種分子的突變（癌基因和腫瘤——抑制基因）一個突變不可能導致癌成長。基本的研究進入這些分子的功能研究——它們為何和什麼時候起作用——這將幫助與肺癌和其它癌作鬥爭，並找到合適治療的線索。
惡性黑色素瘤
在1997年大約40300美國人被診斷出具有惡性黑色素瘤，黑色素瘤是一種最具攻擊性的皮膚癌。黑色素在具輕微色素皮膚人群中是最普通的，有黑色素瘤的人群是易發展成新黑色素瘤的高危人群。
在某些情況下，有家屬史的危險性。家屬遺傳中，9號染色體上CDKN2基因突變能構成對黑色素瘤的敏感性，稱為P16蛋白的CDKN2編碼是細胞分裂環中一種重要的調節基因，它起著在細胞分裂前終止從合成DNA中來的細胞分裂。P16一旦停止工作，皮膚細胞就失去控制細胞分裂環的制動閘，就會繼續無節制增生。增生至某一點能感到皮膚生長突然變化，或出現痣塊。
與黑色素瘤作鬥爭的最有力武器是：
1.預防:穿保護衣服和使用遮陽屏障
2.早期檢查及早發現皮膚生長變化或出現新的生長。因為在P16途徑中其它成分功能障礙也會影響其它癌變，所以通過研究P16的分子生物學可把黑色素瘤與其它類型癌區分開來。
內分泌腫瘤
多發性內分泌腺瘤形成（MEN）是一種由導致增生（非正常性組合或增加組織中正常排列細胞的數量）及由分泌系統中兩個至更多成分的功能亢進（過剩功能）。因為它們把激素釋放至血流中，所以內分泌腺在人體區別於其它器官。激素是跟隨血液流動控制和指令各種器官功能的有力化學物質。正常情況下，內分泌腺體釋放的激素是仔細平衡以滿足人體需要，當一個人有MEN時，特殊的內分泌腺體例如甲狀腺體、胰腺體、垂體腺趨向於過度活躍，當這些腺體過度驅動時，導致這樣的結果：血液中過多的鈣（導致腎結石或腎危害）、疲勞、虛弱、肌肉或骨骼疼痛、便秘、消化不良和骨胳纖細。
已發現多年的染色體Ⅱ上的MEN1基因於1997年有更精細的圖譜。
多發性神經纖維瘤
多發性神經纖維瘤型2（NF2）是一種聽力神經上以良性腫瘤發展為特徵的罕見遺傳障礙疾病。此疾病還以惡性中樞神經系統腫瘤的發展為特徵。
NF2基因已複製於染色體22上，所以也稱為“抑制腫瘤基因“，象其它腫瘤抑制基因一樣（例如P53和Rb）。NF2的正常功能是對細胞生長和分裂起制動閘作用，確信細胞不會無控制地分裂，就如它們腫瘤中控制細胞分裂一樣。NF2突變削弱它自己的功能，並解釋了在多發性神經纖維瘤患者中觀察到的臨床症狀。NF-2具有常規染色體顯性遺傳特徵，即意味著男女性別受影響機會均等，受到父母影響的每個兒童有50%遺傳基因的機會。
我們正在通過深入研究多發性神經纖維瘤型2及設計小白鼠模型組織的研究，掌握更多有關NF2基因的功能，但仍不知NF2在細胞中確實的分子功能。雖然蛋白質類似於：cytoskeletonmembrance聯結著蛋白質的ERM家系。有關2緊密夥伴的進一步研究工作將有助於確認未來藥物治療的潛在特殊目標。
P53基因
P53基因象Rb基因，是一種腫瘤抑制基因，例如它的活動終止腫瘤的形成，如果一個從他（她）的父母那裡遺傳到P53的一個功能性拷貝，那么他們就易感染癌，並常在成熟早期的各個組織中發展幾個獨立的腫瘤，但這條件是罕見的就如所知道Li-fraumeni綜合症那樣，然而在大多數腫瘤類型中發現了P53突變，並有助於形成腫瘤的分子活動的複雜網路。
P53基因已被定位於染色體17，在細胞中P53蛋白結合DNA。它依次刺激另一個基因，結果產生細胞之間起分裂作用的P21蛋白——刺激蛋白（cdk2）。當P21和cdk2絡合時，細胞不能通過下一步細胞分裂,突變的P53不能以有效方式長久連結至DNA上，因此P21蛋白質不會有效地為細胞分裂起到“停止信號“的作用，細胞分裂失控形成腫瘤。藉助於小白鼠為人類癌症闡明癌症生長的分子機理，已採用有力的”基因叩開“工藝。確存在P53所有正常功能大量的信息量及它在人類癌症中的突變表達，大量反映它在人類癌症發病機制中起關鍵作用的信息。P53恰是一種達到腫瘤形成頂點的網路事件中的一種成分。
胰腺癌
胰腺是負責產生激素胰島素的，同時還有其它物質，它還對蛋白質的消化起到關鍵作用。在美國1997年估計增長27000名胰腺癌患者，其中28100名死於該疾病。
大約90%胰腺癌患者失去一部分染色體18，在1996年，從死於胰腺癌病人身上發現了腫瘤表達基因DPC4（smad4）所以DPC4可能在胰腺癌中起到作用，在脊椎動物存在Smad蛋白質的全部家系中，包含設計途徑的轉化生長因素——Beta（TGT-Beta）的信號傳導,另一種表達基因是P53和Rb，如果發生突變或缺乏基因組，就能引起各種組織的癌細胞生長。
DPC4（smad4）同系化合物存在於蠕蟲（caenorhabditiselegans）老鼠和果蠅中（drosuphila）.
在daosophila中，當缺少DPC4基因時有許多發展性的缺陷，而且同系物smad4突變的鼠胚胎在胚胎髮育7.5天前就死亡，由於減少了細胞增殖減小了鼠尺寸，對這些有機體模型的研究將有助於闡明smad4和有關人類蛋白的作用。
前列腺癌
前列腺癌在美國是導致美國男性死亡的死二位原因。1998年美國男性中診斷出患前列腺癌的大約39200名。前列腺癌的死亡率美籍非洲男性是美籍白種人的兩倍多，前列腺癌死亡率隨年齡增長而增長，前列腺癌患者的75%是在65歲以上被診斷出來的。
儘管前列腺癌的高度流行，很少知道有某些男性對此病的遺傳性感染原因，大量的研究指出家庭更是主要的危性因素，它可能對全部前列腺癌估計起到5~10%的作用。
最重要的突破之一可能是在稱之為HPC1的表達基因在染色體1上發現,對前列腺癌的敏感位置，它可解釋500例前列腺癌有關HPC1的情況。接下去一步是克隆腸基因，一旦研究掌握順序，他們將能探索HPC1順序與以前來自人類和動物的蛋白比較，這將提供HPC1在細胞起功能作用的線索，提供找到藥物點的潛在起始點。
RS癌症基因
癌症發生在人體組織中的細胞生長分化失去控制和混亂時，而不會有兩種癌是遺傳性完全一致的(甚至在同一組織類型中),正常細胞生長只存在很少的途徑能發生差錯，不正常途徑之一是刺激細胞生長的基因出現超常活躍,這種異動的基因稱為”致癌基因”。
Ras是一種在染色體11上被發現的致癌基因，它以開關的作用幫助傳播信息，當細胞表面的受體刺激時(例如,激素),Ras被打開,並發出細胞生長的指令，如果細胞表面的受體沒受到刺激的話，Ras是處於休眠狀態.大約30%的癌症是由於發生Ras突變，結果充當開關作用的Ras永久地打開著，不管細胞表面的受體是被激活或不被激活一直指令細胞不顧一切地生長。
單個致癌基因通常不足以把一種正常細胞轉變為癌細胞，只有許多不同的基因中發生多種突變才會產生癌細胞.為了闡明導致癌細胞的複雜網路關係，小鼠常用作人類疾病的模型，它將促使我們理解和確認新藥和治療的可能目標。
成視網膜細胞瘤
成視網膜細胞瘤發生在幼兒身上，影響一歲的兒童達20000名，腫瘤從未成熟視網膜----擔負檢測光和顏色的眼睛部分----發展而來。既有遺傳的也有非遺傳的成視網膜細胞瘤，形式以遺傳而言,複合腫瘤都是在眼睛中，而非遺傳性的僅一隻眼睛受到一個腫瘤的影響。
在遺傳型中，一種稱之為Rb的基因從染色體13中喪失，由於Rb的缺乏似乎與成視網膜細胞瘤有關，所以可認為Rb在正常細胞中的作用是抑制腫瘤的形成。Rb在人體的所有細胞中找到，它在正常條件下通過防止某些調節蛋白不發生觸發DNA複製的方式對細胞分裂環起制動閘作用。如果失去了Rb細胞就會在無控制狀態下反覆複製自己，最終形成腫瘤。
成視網膜細胞瘤如果不治療，幾乎是致命的，但如果早期診斷並採用現代方法治療。其生存率超過90%，由於Rb基因在所有細胞類型中均能找到，所以Rb腫瘤抑制分子機理的研究將洞察許多癌的進展，而不單指成視網膜細胞瘤。
基因與人類疾病
在1900年時，人類平均壽命還只有36歲；到了2000年，這一數字已翻了一倍以上，增至80歲。儘管生命得到了延長，但疾病的陰影卻從出生就伴隨著我們直到死亡，揮之不去。長期以來，科學家一直致力於解開人體為什麼會患病這個難題。事實上，除了外傷、極度營養缺乏等狀況，絕大部分人類疾病都是由遺傳因素和環境因素共同作用所引起的。而基因作 為生命個體最為獨特的標記，其結構和功能出現異常往往是疾病發生的重要原因，這就是通常所說的基因突變。據美國國家人類基因組研究所估計，人體基因數目約為5萬到10萬個。目前已知人類大約有4000多種疾病與基因有關，其中約1000多種引起人類各種疾病的基因已得到確認。基因突變可以發生在體細胞中，也可以發生在生殖細胞中。發生在體細胞中的突變一般是不能傳遞給後代的，而發生在生殖細胞中的突變則可以直接傳遞給後代。絕大多數的人類遺傳病，都是由基因突變造成的。19世紀出現於英國王室並通過聯姻波及歐洲各王室的血友病，可算是歷史上最著名的家族性遺傳病例。血友病原意是“嗜血的病”，病人由於缺乏凝血因子，容易出血不止，一旦出現外傷就要靠緊急輸血以挽救生命，因此不得不“以血為友”。血友病僅出現於男性，但卻通過女性傳給她們的子女。當時的英國女皇維多利亞就是血友病基因攜帶者，她的九個子女中，三女兒愛麗斯和小女兒比阿特麗斯也是攜帶者。愛麗斯嫁給了德意志帝國黑森大公爵的孫子，並將血友病基因遺傳給了女兒艾琳和亞歷山大。艾琳與德國皇帝的兒子結婚，又將血友病基因帶到普魯士家族中。亞歷山大嫁給俄國沙皇尼古拉二世，並將血友病遺傳給了自己的沙皇兒子，四個女兒也成了可能的攜帶者。比阿特麗斯的一個孫女也是攜帶者，嫁給西班牙國王阿方索八世，結果造成血友病基因在西班牙王族的流傳。血友病屬於一種單基因遺傳病，是由於單個基因ＤＮＡ序列中某個鹼基對的改變造成的。由於血友病基因隨Ｘ染色體傳遞，因此在遺傳過程中可能“丟失”。而今的英國女王伊利莎白二世是維多利亞之子愛德華七世的後裔。愛德華七世無血友病，他的後代也得以倖免。伊莉莎白二世的丈夫菲利普親王雖是愛麗斯的大女兒的子孫，幸運的是其大女兒也不是攜帶者，因此今天的英國王族也就不再受血友病之害了。典型的單基因遺傳病還包括亨廷頓舞蹈病、夜盲症、並指及多指畸形、過敏性鼻炎、白化病、高度遠視、高度近視、紅綠色盲等。不過，相對於單基因遺傳病，多基因遺傳病則更為常見，患病人群也更為廣泛，例如先天性心臟病、糖尿病、哮喘、精神分裂症、肺結核、重症肌無力、痛風、低及中度近視、牛皮癬、類風濕性關節炎、斜視、躁狂抑鬱性精神病等都屬於此類。多基因遺傳病往往是由多個基因的變異和環境的影響而致病，也稱為多因素和多基因疾病。
