21世紀(jì)的生命科學(xué)熱點(diǎn)與展望(1)

1、21世紀(jì)的生命科學(xué)熱點(diǎn)與展望人口膨脹、糧食短缺、環(huán)境污染、生態(tài)失衡、氣候異常、疾病肆虐、 醫(yī)藥衛(wèi)生（醫(yī)藥生物技術(shù)）醫(yī)藥衛(wèi)生（醫(yī)藥生物技術(shù)） 生命科學(xué)生命科學(xué) 農(nóng)林牧漁（農(nóng)業(yè)生物技術(shù)）農(nóng)林牧漁（農(nóng)業(yè)生物技術(shù)） 環(huán)境保護(hù)（環(huán)境生物技術(shù)）環(huán)境保護(hù)（環(huán)境生物技術(shù)） 二十一世紀(jì)是現(xiàn)代生物科學(xué)二十一世紀(jì)是現(xiàn)代生物科學(xué)的世紀(jì)，統(tǒng)計(jì)美國(guó)的世紀(jì)，統(tǒng)計(jì)美國(guó)“科學(xué)引文索科學(xué)引文索引引（SCI）”收錄的收錄的45004500余種學(xué)術(shù)余種學(xué)術(shù)刊物，發(fā)現(xiàn)有刊物，發(fā)現(xiàn)有23502350種左右為生物種左右為生物科學(xué)相關(guān)雜志！統(tǒng)計(jì)全世界引用科學(xué)相關(guān)雜志！統(tǒng)計(jì)全世界引用指數(shù)指數(shù)（Impact factor）在在10 10以上的以

2、上的超一流學(xué)術(shù)刊物，也發(fā)現(xiàn)超一流學(xué)術(shù)刊物，也發(fā)現(xiàn)80%80%左右左右是生物科學(xué)相關(guān)刊物。是生物科學(xué)相關(guān)刊物。學(xué)科雜志總數(shù)平均引用指數(shù)30雜志數(shù)總論化學(xué)物理數(shù)學(xué)生物22513817.811.822.018.219.100207引用指數(shù)在引用指數(shù)在10 10以上的超一流刊物分科比較以上的超一流刊物分科比較 人類(lèi)基因組計(jì)劃（人類(lèi)基因組計(jì)劃（HGP） 干細(xì)胞研究與發(fā)展前景干細(xì)胞研究與發(fā)展前景 克隆技術(shù)的發(fā)展克隆技術(shù)的發(fā)展人類(lèi)基因組計(jì)劃Human Genome Project染色體（Chromosome） 細(xì)胞有絲分裂時(shí)出現(xiàn)的、易被堿性染料細(xì)胞有絲分裂時(shí)出現(xiàn)的、易被堿性染料著色的絲狀或棒狀小體、由細(xì)長(zhǎng)的

3、染色質(zhì)纖著色的絲狀或棒狀小體、由細(xì)長(zhǎng)的染色質(zhì)纖絲盤(pán)旋折疊而成。染色體由核酸和蛋白質(zhì)組絲盤(pán)旋折疊而成。染色體由核酸和蛋白質(zhì)組成，是遺傳的主要物質(zhì)基礎(chǔ)。各種生物的染成，是遺傳的主要物質(zhì)基礎(chǔ)。各種生物的染色體有一定的數(shù)目、形狀和大小，人染色體色體有一定的數(shù)目、形狀和大小，人染色體有有4646條。條。核酸（Nucleic acid） 核酸是一類(lèi)由核苷酸組成的生物大分子核酸是一類(lèi)由核苷酸組成的生物大分子 正常生理狀態(tài)細(xì)胞內(nèi)含有兩種類(lèi)型的核正常生理狀態(tài)細(xì)胞內(nèi)含有兩種類(lèi)型的核酸酸DNADNA（脫氧核糖核酸脫氧核糖核酸）和和RNARNA（核糖核糖核酸核酸） 每一個(gè)核苷酸又由每一個(gè)核苷酸又由3 3個(gè)基本亞單位個(gè)

4、基本亞單位：堿基堿基、戊糖環(huán)、戊糖環(huán)（脫氧戊糖環(huán)脫氧戊糖環(huán)）和磷酸基團(tuán)和磷酸基團(tuán)。基因(Gene) 基因基因（genegene）是是19091909年丹麥生物學(xué)家年丹麥生物學(xué)家W.JohannsenW.Johannsen根據(jù)希臘文根據(jù)希臘文“給予生命給予生命”之之意創(chuàng)造的。意創(chuàng)造的。 現(xiàn)代分子生物學(xué)的基因概念：合成有功現(xiàn)代分子生物學(xué)的基因概念：合成有功能的蛋白質(zhì)或能的蛋白質(zhì)或RNARNA所必需的全部所必需的全部DNADNA序列序列（除部分病毒除部分病毒RNARNA），），即一個(gè)基因不僅包括即一個(gè)基因不僅包括編碼蛋白質(zhì)或編碼蛋白質(zhì)或RNARNA的核酸序列，還應(yīng)包括的核酸序列，還應(yīng)包括為保證轉(zhuǎn)錄所

5、必需的調(diào)控序列。為保證轉(zhuǎn)錄所必需的調(diào)控序列。生物學(xué)進(jìn)入基因組 (Genome)時(shí)代人類(lèi)基因組包括分布于人類(lèi)基因組包括分布于人人4646條染色體條染色體3030億核苷酸的億核苷酸的30,000-35,00030,000-35,000個(gè)基因個(gè)基因。人類(lèi)基因組計(jì)劃最終目的是人類(lèi)基因組計(jì)劃最終目的是測(cè)定基因組測(cè)定基因組的全部序列，弄清整個(gè)基因組的的結(jié)構(gòu)的全部序列，弄清整個(gè)基因組的的結(jié)構(gòu)、功能及其表達(dá)產(chǎn)物，徹底了解人類(lèi)生、功能及其表達(dá)產(chǎn)物，徹底了解人類(lèi)生命活動(dòng)本質(zhì)命活動(dòng)本質(zhì)。 這一計(jì)劃的科學(xué)意義重大，可與產(chǎn)生原子這一計(jì)劃的科學(xué)意義重大，可與產(chǎn)生原子彈的曼哈頓工程和人類(lèi)登月阿波羅飛行任彈的曼哈頓工程和人類(lèi)

6、登月阿波羅飛行任務(wù)相媲美，是當(dāng)前國(guó)際生物學(xué)、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域務(wù)相媲美，是當(dāng)前國(guó)際生物學(xué)、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域內(nèi)一項(xiàng)引人注目的工程，是人類(lèi)自然科學(xué)內(nèi)一項(xiàng)引人注目的工程，是人類(lèi)自然科學(xué)史上最重大的研究項(xiàng)目之一，將推動(dòng)整個(gè)史上最重大的研究項(xiàng)目之一，將推動(dòng)整個(gè)生命科學(xué)的發(fā)展生命科學(xué)的發(fā)展。人類(lèi)基因組計(jì)劃的意義生物與醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)研究生物與醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)研究基因診斷、基因療法、基因藥物基因診斷、基因療法、基因藥物帶動(dòng)一批高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶動(dòng)一批高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展人類(lèi)基因組計(jì)劃的啟動(dòng) 19851985年，美國(guó)能源部年，美國(guó)能源部（Department of Energy, DOE）提出，要將共包含約提出，要將共包含約3 310 109 9

7、堿基對(duì)的人類(lèi)基因組全部堿基序列堿基對(duì)的人類(lèi)基因組全部堿基序列分析清楚；分析清楚； 19861986年，美國(guó)宣布啟動(dòng)年，美國(guó)宣布啟動(dòng)“人類(lèi)基因組計(jì)劃人類(lèi)基因組計(jì)劃（Human Genome Project, HGP）”。人類(lèi)基因組計(jì)劃的發(fā)展 19991999年年12 12月月1 1日，首條人類(lèi)染色體完成測(cè)序日，首條人類(lèi)染色體完成測(cè)序，人類(lèi)第，人類(lèi)第2222號(hào)染色體號(hào)染色體DNA全序列測(cè)定宣全序列測(cè)定宣布完成。布完成。 20002000年年4 4月月6 6日，美國(guó)日，美國(guó)Celera遺傳信息公司遺傳信息公司宣布，該公司已破譯出一名實(shí)驗(yàn)者的完宣布，該公司已破譯出一名實(shí)驗(yàn)者的完整遺傳密碼。整遺傳密碼。

8、 20002000年年5 5月，科學(xué)家聚集美國(guó)冷泉港，宣月，科學(xué)家聚集美國(guó)冷泉港，宣布人類(lèi)基因組草圖的完成。布人類(lèi)基因組草圖的完成。6國(guó)科學(xué)家組成的國(guó)家人類(lèi)基因組中心主要研究比例 美國(guó)美國(guó)：WASHMIT等等7 7家研究中心，貢獻(xiàn)率為家研究中心，貢獻(xiàn)率為5454。 英國(guó)英國(guó)：SANGER一家研究中心，貢獻(xiàn)率為一家研究中心，貢獻(xiàn)率為3333。 日本：日本：RIKEN等兩家研究中心，貢獻(xiàn)率為等兩家研究中心，貢獻(xiàn)率為7 7。 法國(guó)法國(guó)：GENOSCOPE研究中心，貢獻(xiàn)率為研究中心，貢獻(xiàn)率為2.82.8。 德國(guó)：德國(guó)：IMB等等3 3家研究中心，貢獻(xiàn)率為家研究中心，貢獻(xiàn)率為2.22.2。 中國(guó)：北京華

9、大研究中心、國(guó)家南北方基因研究中國(guó)：北京華大研究中心、國(guó)家南北方基因研究 中心等三家，貢獻(xiàn)率為中心等三家，貢獻(xiàn)率為1 1。 二二000000年六月二十六日克林頓宣布年六月二十六日克林頓宣布人類(lèi)基因組草圖繪制完成人類(lèi)基因組草圖繪制完成 這是人類(lèi)基因組計(jì)劃首席科學(xué)家、這是人類(lèi)基因組計(jì)劃首席科學(xué)家、 美國(guó)國(guó)家人類(lèi)基因組研究所所長(zhǎng)美國(guó)國(guó)家人類(lèi)基因組研究所所長(zhǎng) 弗朗西斯弗朗西斯柯林斯在介紹情況?？铝炙乖诮榻B情況。 人類(lèi)基因組草圖基本信息 由由31.6531.65億億bp組成組成 含含33.533.5萬(wàn)基因萬(wàn)基因 與蛋白質(zhì)合成有關(guān)與蛋白質(zhì)合成有關(guān) 的基因占的基因占2%2%人類(lèi)基因組人類(lèi)基因組人類(lèi)蛋白質(zhì)人類(lèi)

10、蛋白質(zhì) 61%61%與果蠅同源與果蠅同源 43%43%與線蟲(chóng)同源與線蟲(chóng)同源 46%46%與酵母同源與酵母同源人類(lèi)基因組研究成果表明1. 1.基因數(shù)量少得驚人基因數(shù)量少得驚人2. 2.人類(lèi)基因組中存在人類(lèi)基因組中存在“熱點(diǎn)熱點(diǎn)”和大片和大片“荒漠荒漠”3.3.三分之一為三分之一為“垃圾垃圾”DNA4. 4.種族歧視毫無(wú)根據(jù)種族歧視毫無(wú)根據(jù)5. 5.男性基因突變比例更高男性基因突變比例更高中國(guó)人類(lèi)基因組計(jì)劃 19931993年，中國(guó)人類(lèi)基因組計(jì)劃（年，中國(guó)人類(lèi)基因組計(jì)劃（CHGP）啟動(dòng)，首先開(kāi)展了啟動(dòng)，首先開(kāi)展了“中華民族基因組中中華民族基因組中若干位點(diǎn)基因結(jié)構(gòu)的研究若干位點(diǎn)基因結(jié)構(gòu)的研究”。 1

11、9971997年，我國(guó)啟動(dòng)了年，我國(guó)啟動(dòng)了“重大疾病相關(guān)基因重大疾病相關(guān)基因的定位、克隆、結(jié)構(gòu)與功能研究的定位、克隆、結(jié)構(gòu)與功能研究”項(xiàng)目項(xiàng)目。 之后，在之后，在上海上海和和北京北京相繼成立了國(guó)家人相繼成立了國(guó)家人類(lèi)基因組南、北兩個(gè)中心。類(lèi)基因組南、北兩個(gè)中心。中國(guó)人類(lèi)基因組計(jì)劃研究成果1. 1. 1%1%測(cè)序任務(wù)，測(cè)序任務(wù)， 第三條染色體第三條染色體30003000萬(wàn)萬(wàn)bp2. 2. 精確度精確度99.99%99.99%3.3. 發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)142142個(gè)基因，個(gè)基因， 其中其中8080個(gè)為預(yù)測(cè)基因個(gè)為預(yù)測(cè)基因人類(lèi)基因組計(jì)劃1%測(cè)序中國(guó)實(shí)驗(yàn)室后基因組時(shí)代序幕拉開(kāi) 哈佛大學(xué)科學(xué)家麥克貝斯說(shuō)，人哈佛

12、大學(xué)科學(xué)家麥克貝斯說(shuō)，人類(lèi)基因組圖譜并沒(méi)有告訴我們所有基類(lèi)基因組圖譜并沒(méi)有告訴我們所有基因的因的“身份身份”以及它們所編碼的蛋白以及它們所編碼的蛋白質(zhì)。人體內(nèi)真正發(fā)揮作用的是蛋白質(zhì)，質(zhì)。人體內(nèi)真正發(fā)揮作用的是蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)扮演著構(gòu)筑生命大廈的蛋白質(zhì)扮演著構(gòu)筑生命大廈的“磚塊磚塊”角色，其中可能藏著開(kāi)發(fā)疾病診斷方角色，其中可能藏著開(kāi)發(fā)疾病診斷方法和新藥的法和新藥的“鑰匙鑰匙”。 基因組: 人類(lèi)細(xì)胞中的全部基因 蛋白組: 由全套基因組編碼控制 的蛋白質(zhì) 藥物基因組: 即為一個(gè)病人的基 因組對(duì)單個(gè)藥物反應(yīng)的相互關(guān)系 人類(lèi)基因組、蛋白組和藥物基因組 是生命科學(xué)研究路上的三個(gè)階段 干細(xì)胞研究與發(fā)展前景

13、長(zhǎng)期以來(lái)，人類(lèi)一直在研究和尋找能治長(zhǎng)期以來(lái)，人類(lèi)一直在研究和尋找能治愈各種疾病、抗衰老甚至長(zhǎng)生不老的方法。愈各種疾病、抗衰老甚至長(zhǎng)生不老的方法。 隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，尤其是干細(xì)隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，尤其是干細(xì)胞的研胞的研 究，人類(lèi)的這些幻想正在逐步變成究，人類(lèi)的這些幻想正在逐步變成現(xiàn)實(shí)?，F(xiàn)實(shí)。 19981998年，美國(guó)年，美國(guó)科學(xué)科學(xué)雜志將干細(xì)胞的雜志將干細(xì)胞的研究成果列在十大科學(xué)進(jìn)展的首位。研究成果列在十大科學(xué)進(jìn)展的首位。細(xì)胞是機(jī)體組成的基本單位細(xì)胞是機(jī)體組成的基本單位干細(xì)胞的定義 干細(xì)胞干細(xì)胞（Stem cell）即起源細(xì)胞。在細(xì)胞的即起源細(xì)胞。在細(xì)胞的分化過(guò)程中，細(xì)胞往往由于高度化

14、分而完全失分化過(guò)程中，細(xì)胞往往由于高度化分而完全失去了再分裂的能力，最終衰老死亡。機(jī)體在發(fā)去了再分裂的能力，最終衰老死亡。機(jī)體在發(fā)展適應(yīng)過(guò)程中為了彌補(bǔ)這一不足，保留了一部展適應(yīng)過(guò)程中為了彌補(bǔ)這一不足，保留了一部分未分化的原始細(xì)胞。分未分化的原始細(xì)胞。 因此，干細(xì)胞是一類(lèi)具有自我更新和分化因此，干細(xì)胞是一類(lèi)具有自我更新和分化潛能的細(xì)胞。潛能的細(xì)胞。干細(xì)胞的分類(lèi) 全能干細(xì)胞全能干細(xì)胞 多能干細(xì)胞多能干細(xì)胞 單能干細(xì)胞單能干細(xì)胞按分化潛能按分化潛能按發(fā)育狀態(tài)按發(fā)育狀態(tài)胚胎干細(xì)胞胚胎干細(xì)胞成體干細(xì)胞成體干細(xì)胞全能干細(xì)胞：全能干細(xì)胞： 具有形成完整個(gè)體的分化潛具有形成完整個(gè)體的分化潛能。如胚胎干細(xì)胞能。

15、如胚胎干細(xì)胞（ES細(xì)胞細(xì)胞）多能干細(xì)胞：多能干細(xì)胞： 具有分化出多種細(xì)胞組織的具有分化出多種細(xì)胞組織的潛能。如造血干細(xì)胞、神經(jīng)潛能。如造血干細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞。細(xì)胞。單能干細(xì)胞：?jiǎn)文芨杉?xì)胞： 只能向一種或兩種密切相關(guān)只能向一種或兩種密切相關(guān)的細(xì)胞類(lèi)型分化。如上皮組的細(xì)胞類(lèi)型分化。如上皮組織基底層的干細(xì)胞，肌肉中織基底層的干細(xì)胞，肌肉中的成肌細(xì)胞。的成肌細(xì)胞。胚胎干細(xì)胞 ES細(xì)胞是一種高度未分化細(xì)胞。它具有發(fā)育的全能性，能分化出成體動(dòng)物的所有組織和器官，包括生殖細(xì)胞。研究和利用ES細(xì)胞是當(dāng)前生物工程領(lǐng)域的核心問(wèn)題之一。在未來(lái)幾年，ES細(xì)胞移植和其它先進(jìn)生物技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用很可能在移植醫(yī)學(xué)領(lǐng)域引發(fā)革命性

16、進(jìn)步。成體干細(xì)胞 成年動(dòng)物的許多組織和器官，比成年動(dòng)物的許多組織和器官，比如表皮和造血系統(tǒng)，具有修復(fù)和再生如表皮和造血系統(tǒng)，具有修復(fù)和再生的能力。成體干細(xì)胞在其中起著關(guān)鍵的能力。成體干細(xì)胞在其中起著關(guān)鍵的作用。在特定條件下，成體干細(xì)胞的作用。在特定條件下，成體干細(xì)胞或者產(chǎn)生新的干細(xì)胞，或者按一定的或者產(chǎn)生新的干細(xì)胞，或者按一定的程序分化，形成新的功能細(xì)胞，從而程序分化，形成新的功能細(xì)胞，從而使組織和器官保持生長(zhǎng)和衰退的動(dòng)態(tài)使組織和器官保持生長(zhǎng)和衰退的動(dòng)態(tài)平衡。平衡。 干細(xì)胞的用途 治療遺傳性疾病和惡性腫瘤治療遺傳性疾病和惡性腫瘤。 以干細(xì)胞為種子培育成某些以干細(xì)胞為種子培育成某些組織和器官，用

17、于移植醫(yī)學(xué)組織和器官，用于移植醫(yī)學(xué)。 抗衰老，延年益壽?？顾ダ希幽暌鎵?。干細(xì)胞工程干細(xì)胞工程核移植核移植去核胚胎干細(xì)胞去核胚胎干細(xì)胞組裝胚胎干細(xì)胞組裝胚胎干細(xì)胞組織干細(xì)胞組織干細(xì)胞各種組織器官各種組織器官體體外外誘誘導(dǎo)導(dǎo)培培養(yǎng)養(yǎng)干細(xì)胞治療的進(jìn)展 科學(xué)家們認(rèn)識(shí)到干細(xì)胞可能成為一種科學(xué)家們認(rèn)識(shí)到干細(xì)胞可能成為一種“拯救生拯救生命命”的有效的疾病治療手段。的有效的疾病治療手段。 例如：小劑量純化的造血干細(xì)胞足可使患者骨例如：小劑量純化的造血干細(xì)胞足可使患者骨髓再生，可以避免腫瘤病人進(jìn)行自體骨髓移植髓再生，可以避免腫瘤病人進(jìn)行自體骨髓移植時(shí)所致的瘤細(xì)胞（尤其是白血病細(xì)胞）污染。時(shí)所致的瘤細(xì)胞（尤其是

18、白血病細(xì)胞）污染。 例如：成熟的神經(jīng)系統(tǒng)中存在的干細(xì)胞，在某例如：成熟的神經(jīng)系統(tǒng)中存在的干細(xì)胞，在某些因素誘導(dǎo)作用下，可增殖和定向分化，給神些因素誘導(dǎo)作用下，可增殖和定向分化，給神經(jīng)退行性疾?。ㄈ缗两鹕喜。?、骨髓損傷患經(jīng)退行性疾病（如帕金森氏?。?、骨髓損傷患者帶來(lái)新的希望。者帶來(lái)新的希望。造血干細(xì)胞 造血干細(xì)胞是體內(nèi)各種血細(xì)胞的唯一來(lái)源，它主要存在于骨髓、外周血、臍帶血中。 造 血干細(xì)胞的移植是治療血液系統(tǒng)疾病、先天性遺傳疾病以及多發(fā)性轉(zhuǎn)移性腫瘤疾病的最有效方法。 與骨髓移植和外周血干細(xì)胞移植相比，臍血干細(xì)胞移植的長(zhǎng)處在于無(wú)來(lái)源的限制，對(duì)HLA配型要求不高，不易受病毒或腫瘤的污染。神經(jīng)干細(xì)胞 神經(jīng)干細(xì)胞的研究尚處初級(jí)階段。理論上講，任何一種中樞神經(jīng)疾病都可歸結(jié)為神經(jīng)干細(xì)胞功能的紊亂。給帕金森氏綜合癥患者的腦內(nèi)移植含有多巴胺生成細(xì)胞的神經(jīng)細(xì)胞，可治愈部分患者的癥狀。蘇州干細(xì)胞治療中心蘇州干細(xì)胞治療中心造血干造血干/ /祖細(xì)胞祖細(xì)胞免疫細(xì)胞免疫細(xì)胞（DC+TDC+T）心肌干細(xì)胞心肌干細(xì)胞神經(jīng)干細(xì)胞神經(jīng)干細(xì)胞克隆技術(shù)的發(fā)展克隆來(lái)源與英語(yǔ)克隆來(lái)源與英語(yǔ)“clone”或或“cloning”的音的音譯，曾譯為無(wú)性生殖或無(wú)性繁殖