分子生物學(xué)的研究報告及發(fā)展

1、. 分子生物學(xué)的應(yīng)用及開展摘要：本文在文獻(xiàn)檢索的根底上，對分子生物學(xué)的開展簡史，根本原理，研究領(lǐng)域等作了簡單介紹，闡述了分子生物學(xué)在人們?nèi)粘Ｉ钪械膽?yīng)用并結(jié)合藥學(xué)專業(yè)著重討論了其在藥學(xué)及中藥開發(fā)發(fā)面的應(yīng)用，并進(jìn)一步對分子生物學(xué)未來的研究技術(shù)、方向和前景做了展望。一 前言生物以能夠復(fù)制自己而區(qū)別于非生物。生命現(xiàn)象最根本的特征是進(jìn)展自我更新。進(jìn)展自我更新表達(dá)了一種最高級和最復(fù)雜的運動狀態(tài)。這種運動就是生物機體從環(huán)境中攝取物質(zhì)和能量，以更新本身的物質(zhì)組成，而山現(xiàn)生長、繁殖，在這樣的過程中保證了將自身的特征傳給歷代；同時也不斷地向環(huán)境輸送一些物質(zhì)和釋放能量。在生物機體的組成物質(zhì)中，防水分外，有各種無機

2、鹽類和各種有機化合物。其中生物大分子核酸和蛋白質(zhì)在進(jìn)展自我更新運動中，以其功能的重要性占第一位。為探索生命現(xiàn)象的本質(zhì)問題，產(chǎn)生了分子生物學(xué)這一學(xué)科1。分子生物學(xué)(molecular biology)是從分子水平研究生命本質(zhì)為目的的一門新興邊緣學(xué)科，它是研究核酸、蛋白質(zhì)等生物大分子的形態(tài)、構(gòu)造特征及其重要性、規(guī)律性和相互關(guān)系的科學(xué)，是當(dāng)前生命科學(xué)中開展最快并正在與其它學(xué)科廣泛穿插與滲透的重要前沿領(lǐng)域2。分子生物學(xué)的最終目標(biāo)是遠(yuǎn)大的，從產(chǎn)生根本細(xì)胞行為類型的各種分子的角度，來理解這五類行為類型：生長、分裂、分化、運動和相互作用。即分子生物學(xué)力圖完整地描述細(xì)胞大分子的構(gòu)造、功能和相互聯(lián)系，從而理解細(xì)

3、胞為什么要采取這種方式3。分子生物學(xué)作為一門新興的邊緣學(xué)科。它的迅速開展及其在整個生命科學(xué)領(lǐng)域的廣泛滲透和應(yīng)用，促使人們對生物學(xué)等生命科學(xué)的認(rèn)識從細(xì)胞水平進(jìn)入分子水平。在農(nóng)業(yè)、畜牧、林業(yè)、微生物學(xué)等領(lǐng)域開展十分迅速，如轉(zhuǎn)基因動植物等。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，為醫(yī)學(xué)診斷、治療及新的疫苗、新藥物研制等開辟了新的途徑，使醫(yī)學(xué)科學(xué)中原有的學(xué)科發(fā)生分化組合，醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)等新的學(xué)科分支不斷產(chǎn)生，使醫(yī)學(xué)科學(xué)發(fā)生了深刻的變革，不認(rèn)識到這一點就很難跟上科學(xué)開展的步伐。分子生物學(xué)的開展為人類認(rèn)識生命現(xiàn)象帶來了前所未有的時機，也為人類利用和改造生物創(chuàng)造了極為廣闊的前景。二 分子生物學(xué)開展簡史分子生物學(xué)的開展大致可分為三個階段

4、4-7：2.1準(zhǔn)備和醞釀階段19世紀(jì)后期到20世紀(jì)50年代初，是現(xiàn)代分子生物學(xué)誕生的準(zhǔn)備和醞釀階段。在這一階段產(chǎn)生了兩點對生命本質(zhì)的認(rèn)識上的重大突破：一是確定了蛋白質(zhì)是生命的主要根底物質(zhì)，二是確定了生物遺傳的物質(zhì)根底是DNA。這也為以后分子生物學(xué)的開展提供了理論根底。2.2現(xiàn)代分子生物學(xué)的建立和開展階段 這一階段是從50年代初到70年代初，以1953年Watson和Crick提出的DNA雙螺旋構(gòu)造模型作為現(xiàn)代分子生物學(xué)誕生的里程碑開創(chuàng)了分子遺傳學(xué)根本理論建立和開展的黃金時代。DNA雙螺旋發(fā)現(xiàn)的最深刻意義在于：確立了核酸作為信息分子的構(gòu)造根底;提出了鹼基配對是核酸復(fù)制、遺傳信息傳遞的根本方式；從

5、而最后確定了核酸是遺傳的物質(zhì)根底，為認(rèn)識核酸與蛋白質(zhì)的關(guān)系及其在生命中的作用打下了最重要的根底。在此期間的主要進(jìn)展包括：遺傳信息傳遞中心法則的建立和對蛋白質(zhì)構(gòu)造與功能的進(jìn)一步認(rèn)識。2.3初步認(rèn)識生命本質(zhì)并開場改造生命的深入開展階段70年代后，以基因工程技術(shù)的出現(xiàn)作為新的里程碑，標(biāo)志著人類深入認(rèn)識生命本質(zhì)并能動改造生命的新時期開場。其間的重大成就包括：(1) 重組DNA技術(shù)的建立和開展。(2) 基因組研究的開展。(3) 單克隆抗體及基因工程抗體的建立和開展。(4) 基因表達(dá)調(diào)控機理。(5) 細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機理研究成為新的前沿領(lǐng)域。以上簡要介紹了分子生物學(xué)的開展過程，可以看到在近半個世紀(jì)中它是生命科

6、學(xué)圍開展最為迅速的一個前沿領(lǐng)域，推動著整個生命科學(xué)的開展。至今分子生物學(xué)仍在迅速開展中，新成果、新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，這也從另一方面說明分子生物學(xué)開展還處在初級階段。分子生物學(xué)已建立的根本規(guī)律給人們認(rèn)識生命的本質(zhì)指出了光明的前景，但分子生物學(xué)的歷史還短，積累的資料還不夠，要想進(jìn)一步開展分子生物學(xué)并使其更好的為人類效勞，都還要經(jīng)歷漫長的研究道路。可以說分子生物學(xué)的開展前景光芒燦爛，道路還會困難曲折。三 分子生物學(xué)的根本原理及研究領(lǐng)域3.1分子生物學(xué)的根本原理分子生物學(xué)的根本原理包括三方面的容8：(1) 構(gòu)成生物體的有機大分子的單體在不同生物體都是一樣的；(2)生物體一切有機大分子的建遵循共同的規(guī)律；(

7、3) *一特定生物體所擁有的核酸及蛋白質(zhì)決定了生物的屬性。3.2分子生物學(xué)的研究領(lǐng)域分子生物學(xué)主要包含以下幾局部研究容8：(1) 核酸的分子生物學(xué)。核酸的分子生物學(xué)研究核酸的構(gòu)造及其功能。由于核酸的主要作用是攜帶和傳遞遺傳信息，因此分子遺傳學(xué)是其主要組成局部。由于50年代以來的迅速開展，該領(lǐng)域已形成了比擬完整的理論體系和研究技術(shù)，是目前分子生物學(xué)容最豐富的一個領(lǐng)域。研究容包括核酸/基因組的構(gòu)造、遺傳信息的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄與翻譯，核酸存儲的信息修復(fù)與突變，基因表達(dá)調(diào)控和基因工程技術(shù)的開展和應(yīng)用等。遺傳信息傳遞的中心法則是其理論體系的核心。(2) 蛋白質(zhì)的分子生物學(xué)。蛋白質(zhì)的分子生物學(xué)研究執(zhí)行各種生命功

8、能的主要大分子蛋白質(zhì)的構(gòu)造與功能。盡管人類對蛋白質(zhì)的研究比對核酸研究的歷史要長得多，但由于其研究難度較大，與核酸分子生物學(xué)相比開展較慢。近年來雖然在認(rèn)識蛋白質(zhì)的構(gòu)造及其與功能關(guān)系方面取得了一些進(jìn)展，但是對其根本規(guī)律的認(rèn)識尚缺乏突破性的進(jìn)展。(3) 細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的分子生物學(xué)。細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的分子生物學(xué)研究細(xì)胞、細(xì)胞間信息傳遞的分子根底。構(gòu)成生物體的每一個細(xì)胞的分裂與分化及其它各種功能的完成均依賴于外界環(huán)境所賦予的各種指示信號。在這些外源信號的刺激下，細(xì)胞可以將這些信號轉(zhuǎn)變?yōu)橐幌盗械纳锘瘜W(xué)變化，例如蛋白質(zhì)構(gòu)象的轉(zhuǎn)變、蛋白質(zhì)分子的磷酸化以及蛋白與蛋白相互作用的變化等，從而使其增殖、分化及分泌狀態(tài)等發(fā)

9、生改變以適應(yīng)外環(huán)境的需要。信號轉(zhuǎn)導(dǎo)研究的目標(biāo)是說明這些變化的分子機理，明確每一種信號轉(zhuǎn)導(dǎo)與傳遞的途徑及參與該途徑的所有分子的作用和調(diào)節(jié)方式以及認(rèn)識各種途徑間的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機理的研究在理論和技術(shù)方面與上述核酸及蛋白質(zhì)分子有著嚴(yán)密的聯(lián)系，是當(dāng)前分子生物學(xué)開展最迅速的領(lǐng)域之一。(4) 癌基因與抑癌基因、肽類生長因子、細(xì)胞周期及其調(diào)控的分子機理等。從基因調(diào)控的角度研究細(xì)胞癌變也已經(jīng)取得不少進(jìn)展。分子生物學(xué)將為人類最終征服癌癥做出重要的奉獻(xiàn)。(5) 分子生物學(xué)技術(shù)：主要包括分子雜交技術(shù)、鏈反響技術(shù)、生物工程等。互補的核苷酸序列通過Walson-Crick堿基配對形成穩(wěn)定的雜合雙鏈分子DNA分子

10、的過程稱為雜交。雜交過程是高度特異性的,可以根據(jù)所使用的探針序列進(jìn)展特異性的靶序列檢測。聚合酶鏈反響技術(shù)簡稱PCR技術(shù)，是一種利用DNA變性和復(fù)性原理在體外進(jìn)展特定的DNA片斷高效擴增的技術(shù)，可檢出微量靶序列甚至少到1個拷貝。生物工程的包括五大工程，即基因工程、細(xì)胞工程、酶工程、蛋白質(zhì)工程和微生物工程。四分子生物學(xué)的實際應(yīng)用近幾年來，隨著人類基因組研究的完成，分子生物學(xué)技術(shù)也不斷完善，隨著基因組研究向各學(xué)科的不斷滲透，這些學(xué)科的進(jìn)展到達(dá)了前所未有的高度。分子生物學(xué)也越來越廣泛的應(yīng)用于人們的日常生活中。4.1分子生物學(xué)在農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用運用分子生物學(xué)的根本原理，生物品種的改進(jìn)速度更快、目標(biāo)更準(zhǔn)確，

11、甚至創(chuàng)造新物種，目前已經(jīng)出現(xiàn)了很多轉(zhuǎn)基因動物和轉(zhuǎn)基因植物。轉(zhuǎn)基因就是利用分子生物學(xué)技術(shù)，將*些生物的基因轉(zhuǎn)移到其它物種中去，改造生物的遺傳物質(zhì)，使其在性狀、營養(yǎng)品質(zhì)、消費品質(zhì)方面向人類所需要的目標(biāo)轉(zhuǎn)變9。4.2分子生物學(xué)在工業(yè)方面的應(yīng)用分子生物學(xué)在工業(yè)方面的應(yīng)用主要有：(1) 酶制劑：工業(yè)用酶的生產(chǎn)、酶的定向改造。(2) 食品工業(yè)上：氨基酸，助鮮劑，甜味劑，食品添加劑淀粉酶，纖維素酶等的生產(chǎn)。(3) 環(huán)境保護(hù)：其中生物傳感器可用于環(huán)境的監(jiān)測，利用分子生物技術(shù)可以對環(huán)境進(jìn)展生物修復(fù)。(4)化學(xué)與能源工業(yè)上：基因工程修飾過的淀粉及重組DNA技術(shù)生產(chǎn)酒精等石油替代品.4.3分子生物學(xué)在醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用

12、10-12(1) 分子生物學(xué)在*些發(fā)病機制方面的應(yīng)用。如遺傳性高脂血癥誘發(fā)的冠狀動脈粥樣硬化機制的研究，*些病毒致病作用乙肝與肝癌的研究等 (2) 基因診斷。所謂基因診斷是采用基因工程的方法來制備特異性的DNA探針,來對各種疾病進(jìn)展診斷的方法。這種方法對于與遺傳相關(guān)的疾病診斷特別準(zhǔn)確。在不久將來,DNA檢測將成為醫(yī)學(xué)的常用工具。用基因探針來查找病毒:現(xiàn)在有許多傳染病都是由病毒引起的。用常規(guī)的方法檢查病毒需要較長時間,用基因探針只要幾小時就可以檢查出病毒。例如肝炎病毒就可以用PCR技術(shù)或酶切電泳技術(shù)查找。(3) 基因治療。所謂基因治療就是用正確基因替換缺損基因。具體地說,就是取病人有缺陷的細(xì)胞在

13、體外導(dǎo)入正確的基因,以替換缺損的基因,然后輸入患者體或者用帶有正?；虻妮d體植入到有需要的組織中,使之表達(dá)出正確的蛋白質(zhì),從而得到治療。將來,基因療法可以變得更簡便、本錢更低。分子生物學(xué)的進(jìn)展向人們展示十分令人振奮的醫(yī)學(xué)前景,未來醫(yī)學(xué)將發(fā)生革命性變化,處處充滿生機與活力。4.4分子生物學(xué)在藥學(xué)方面的應(yīng)用過去和現(xiàn)在，發(fā)現(xiàn)新藥物作用靶位和受體是非常昂貴和漫長的，科學(xué)家只是依賴試錯法來實現(xiàn)其藥物研究和開發(fā)的目標(biāo)。人類基因組研究方案完成后將削弱試錯法在藥物研究和開發(fā)中的突出地位，進(jìn)而科學(xué)家可以直接根據(jù)基因組研究成果確定靶位和受體設(shè)計藥物。這將大大縮短藥物研制時間和大大降低藥物研制費用，從而從整體上動搖

14、人類制藥工業(yè)的現(xiàn)狀，使藥物的開發(fā)研究過度到基因制藥階段。利用重組DNA產(chǎn)生的工程菌來大量高效地合成人體活性多肽疾病的診斷、預(yù)防和治療，基因工程疫苗細(xì)菌疫苗、病毒疫苗、寄生蟲疫苗以及正在研制的癌癥疫苗。常見的利用DNA重組技術(shù)生產(chǎn)的藥物見表4-1：表4-1常見的重組藥物及功能重組藥物 功能促紅細(xì)胞生成素 刺激紅細(xì)胞生成生長因子(bFGF, EGF)刺激細(xì)胞生長與分化生長素 治療侏儒癥胰島素 治療糖尿病干擾素( 1b, 2a, 2b, )抗病毒感染及*些腫瘤白細(xì)胞介素 激活、刺激各類白細(xì)胞超氧化物歧化酶 抗組織損傷另外，藥物基因組學(xué)是主要以說明藥物代、藥物轉(zhuǎn)運和藥物靶分子的基因多態(tài)性與藥物作用包括

15、療效和毒副作用之間關(guān)系的一門科學(xué)，是一門新興的研究領(lǐng)域。研究的分子根底是基因多態(tài)性，因此可指導(dǎo)藥物設(shè)計、開發(fā)新藥及合理用藥。藥物蛋白質(zhì)組學(xué)是基因、蛋白質(zhì)、疾病三者相連的橋梁科學(xué)，其研究容比藥物基因組學(xué)更復(fù)雜。4.5分子生物學(xué)在中藥開發(fā)研究中的應(yīng)用中藥現(xiàn)代化研究,應(yīng)該大力借鑒和引入分子生物學(xué)的新觀念和新技術(shù),開展和完善自身理論體系,使傳統(tǒng)中藥的研究能夠與現(xiàn)代科技研究接軌,開創(chuàng)中藥現(xiàn)代化研究的新局面。分子生物學(xué)用于中藥研究主要有以下幾個方面:(1) 從分子生物學(xué)水平研究中藥藥理。采用分子生物學(xué)系統(tǒng)地說明中藥的作用機制是十分迫切和必要的,也是中藥現(xiàn)代化的重要組成局部。如蛋白質(zhì)組技術(shù)從細(xì)胞、分子水平研

16、究中藥控制細(xì)胞的路徑、對信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的干預(yù)及效應(yīng)的蛋白質(zhì)圖譜等,生物芯片、酵母雙雜交系統(tǒng)、噬菌體展示技術(shù)等可用于研究中藥如何調(diào)控機體的基因和蛋白質(zhì)的表達(dá)及其相互作用13,14。(2) 引入分子生物學(xué)技術(shù)與中藥新藥研制的創(chuàng)新，其中蛋白質(zhì)組技術(shù)在中藥新藥的創(chuàng)新和二次開發(fā)中具有廣闊的應(yīng)用前景13。(3) 應(yīng)用分子生物學(xué)技術(shù)于中藥鑒定。隨著分子生物學(xué)和基因工程技術(shù)的日趨成熟，通過基因工程分析手段，從遺傳物質(zhì)的DNA分子水平檢測生物遺傳多樣性并進(jìn)展分類與鑒定成為一個新的便捷、準(zhǔn)確的鑒定方法13,15。(4) 中藥毒副作用的分析。通過檢測化合物作用于細(xì)胞后基因的改變來研究其毒性,可到達(dá)省時、省力,且可減輕

17、對實驗動物的依賴13。(5) 瀕危中藥材的細(xì)胞培養(yǎng)、相關(guān)替代及道地中藥材功能基因組研究。在后基因組時代,通過功能基因組和蛋白質(zhì)組的研究,在了解遺傳信息表達(dá)和調(diào)控規(guī)律根底上,用控制遺傳信息的方式來促進(jìn)中藥材有效成分的細(xì)胞培養(yǎng)合成13。(6) 分子生物學(xué)與中藥基因組方案的研究。中藥基因組方案是將分子生物學(xué)、生物信息學(xué)等現(xiàn)代生物技術(shù)與其他現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)相結(jié)合來研究、開發(fā)中藥。其根本點就在于從基因組學(xué)的高度,從分子水平上來發(fā)現(xiàn)研究中藥的基因,尋找有效成分基因,將功能基因克隆表達(dá)并進(jìn)展工廠化生產(chǎn)或轉(zhuǎn)入植物進(jìn)展田間種植;尋找、發(fā)現(xiàn)和克隆表達(dá)那些用于合成具有生物活性的小分子有機物的酶基因;利用代酶工程在實驗室

18、合成這局部中藥有效成分。在這種研究中,將會運用到細(xì)胞工程技術(shù)、發(fā)酵工程技術(shù)、酶和蛋白質(zhì)工程技術(shù)、基因工程技術(shù)以及基因芯片技術(shù)等,尤其是基因工程與基因芯片技術(shù)13。利用分子生物學(xué)技術(shù)在中藥領(lǐng)域中的研究已經(jīng)取得了很大的成就,建立和完善了多種系統(tǒng)方法學(xué)。分子生物學(xué)、中藥基因組學(xué)及蛋白質(zhì)組學(xué)等應(yīng)運而生,使中藥正在走向世界。在今后的研究中應(yīng)大力借助于分子生物學(xué)技術(shù)對藥用植物的遺傳多樣性的分子檢測、中藥材品種的系統(tǒng)整理與質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化及藥用植物生物多樣性保護(hù)與生藥資源可持續(xù)利用等方面進(jìn)展更進(jìn)一步的研究。由此可見，生物技術(shù)必將在世界人口問題、 疾病問題、人的壽命問題、營養(yǎng)保健問題、農(nóng)業(yè)持續(xù)開展問題、資源再利用問

19、題、大氣污染問題、世界公害問題、干凈新能源問題等各方面問題的解決中起重要作用。五 分子生物學(xué)展望分子生物學(xué)的成就說明：生命活動的根本規(guī)律在形形色色的生物體中都是統(tǒng)一的。例如，不管在何種生物體中，都由同樣的氨基酸和核苷酸分別組成其蛋白質(zhì)和核酸。遺傳物質(zhì)，除*些病毒外，都是DNA，并且在所有的細(xì)胞中都以同樣的生化機制進(jìn)展復(fù)制。分子遺傳學(xué)的中心法則和遺傳密碼，除個別例外，在絕大多數(shù)情況下也都是通用的。分子生物學(xué)從分子水平深入探索生命與自然的奧秘，全面改造和改進(jìn)我們的生存環(huán)境與生存質(zhì)量。隨著社會與科學(xué)的不斷開展，分子生物學(xué)將在各學(xué)科之間廣泛滲透、相互促進(jìn)，不斷深入和開展。例如，它將全面滲透并推動細(xì)胞生

20、物學(xué)、神經(jīng)生物學(xué)和發(fā)育生物學(xué)的開展，促進(jìn)分類和進(jìn)化研究的進(jìn)展16。在應(yīng)用方面，生物膜能量轉(zhuǎn)換原理的說明，將有助于解決全球性的能源問題。了解酶的催化原理就能更有針對性地進(jìn)展酶的人工模擬，設(shè)計出化學(xué)工業(yè)上廣泛使用的新催化劑，從而給化學(xué)工業(yè)帶來一場革命。各種分子診療方法的應(yīng)用及重組藥物的開發(fā)將使人類克制更多的疾病，從基因調(diào)控的角度研究細(xì)胞癌變也已經(jīng)取得不少進(jìn)展，分子生物學(xué)將為人類最終征服癌癥做出重要的奉獻(xiàn)。轉(zhuǎn)基因食品的開展將解決人類的溫飽和營養(yǎng)問題未來的社會中，分子生物學(xué)理論將被進(jìn)一步完善，人類最終將會完全解開生命物質(zhì)這一謎團(tuán)并將其運用到生產(chǎn)、生活的各個方面。作為藥學(xué)的一名研究工作者，我們平時也應(yīng)注意分子