基因工程技術(shù)的現(xiàn)狀和前景發(fā)展

基因工程技術(shù)的現(xiàn)狀和前景發(fā)展

摘要

從20世紀(jì)70年代初發(fā)展起來的基因工程技術(shù)，經(jīng)過30多年來的進(jìn)步與發(fā)展，已成為生物技術(shù)的核心內(nèi)容。許多科學(xué)家預(yù)言，生物學(xué)將成為21世紀(jì)最重要的學(xué)科，基因工程及相關(guān)領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)將成為21世紀(jì)的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)之一?；蚬こ萄芯亢蛻?yīng)用范圍涉及農(nóng)業(yè)、工業(yè)、醫(yī)藥、能源、環(huán)保等許多領(lǐng)域。

基因工程應(yīng)用于植物方面

農(nóng)業(yè)領(lǐng)域是目前轉(zhuǎn)基因技術(shù)應(yīng)用最為廣泛的領(lǐng)域之一。農(nóng)作物生物技術(shù)的目的是提高作物產(chǎn)量，改善品質(zhì)，增強(qiáng)作物抗逆性、抗病蟲害的能力。基因工程在這些領(lǐng)域已取得了令人矚目的成就。由于植物病毒分子生物學(xué)的發(fā)展，植物抗病基因工程也也已全面展開。自從發(fā)現(xiàn)煙草花葉病毒(TMV)的外殼蛋白基因?qū)霟煵葜?，在轉(zhuǎn)基因植株上明顯延遲發(fā)病時(shí)間或減輕病害的癥狀，通過導(dǎo)入植物病毒外殼蛋白來提高植物抗病毒的能力，已用多種植物病毒進(jìn)行了試驗(yàn)。

在利用基因工程手段增強(qiáng)植物對(duì)細(xì)菌和真菌病的抗性方面，也已取得很大進(jìn)展。植物對(duì)逆境的抗性一直是植物生物學(xué)家關(guān)心的問題。由于植物生理學(xué)家、遺傳學(xué)家和分子生物學(xué)家協(xié)同作戰(zhàn)，耐澇、耐鹽堿、耐旱和耐冷的轉(zhuǎn)基因作物新品種(系)也已獲得成功。植物的抗寒性對(duì)其生長(zhǎng)發(fā)育尤為重要?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)極地的魚體內(nèi)有一些特殊蛋白可以抑制冰晶的增長(zhǎng)，從而免受低溫的凍害并正常地生活在寒冷的極地中。將這種抗凍蛋白基因從魚基因組中分離出來，導(dǎo)入植物體可獲得轉(zhuǎn)基因植物，目前這種基因已被轉(zhuǎn)入番茄和黃瓜中。

隨著生活水平的提高，人們?cè)絹碓疥P(guān)注口味、口感、營(yíng)養(yǎng)成分、欣賞價(jià)值等品質(zhì)性狀。實(shí)踐證明，利用基因工程可以有效地改善植物的品質(zhì)，而且越來越多的基因工程植物進(jìn)入了商品化生產(chǎn)領(lǐng)域，近幾年利用基因工程改良作物品質(zhì)也取得了不少進(jìn)展，如美國(guó)國(guó)際植物研究所的科學(xué)家們從大豆中獲取蛋白質(zhì)合成基因，成功地導(dǎo)入到馬鈴薯中，培育出高蛋白馬鈴薯品種，其蛋白質(zhì)含量接近大豆，**提高了營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，得到了農(nóng)場(chǎng)主及消費(fèi)者的普遍歡迎。在花色、花香、花姿等性狀的改良上也作了大量的研究。

基因工程應(yīng)用于醫(yī)藥方面

目前，以基因工程藥物為主導(dǎo)的基因工程應(yīng)用產(chǎn)業(yè)已成為全球發(fā)展最快的產(chǎn)業(yè)之一，發(fā)展前景非常廣闊?；蚬こ趟幬镏饕?xì)胞因子、抗體、疫苗、激素和寡核甘酸藥物等。它們對(duì)預(yù)防人類的腫瘤、心血管疾病、遺傳病、糖尿病、包括艾滋病在內(nèi)的各種傳染病、類風(fēng)濕疾病等有重要作用。在很多領(lǐng)域特別是疑難病癥上，基因工程工程藥物起到了傳統(tǒng)化學(xué)藥物難以達(dá)到的作用。我們最為熟悉的干擾素(IFN)就是一類利用基因工程技術(shù)研制成的多功能細(xì)胞因子，在臨床上已用于治療白血病、乙肝、丙肝、多發(fā)性硬化癥和類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎等多種疾病。

目前，應(yīng)用基因工程研制的艾滋病疫苗已完成中試，并進(jìn)入臨床驗(yàn)證階段；專門用于治療腫瘤的“腫瘤基因?qū)棥币矊⒃诓痪猛瓿裳兄?，它可有目的地尋找并殺死腫瘤，將使癌癥的治愈成為可能。由中國(guó)、美國(guó)、德國(guó)三國(guó)科學(xué)家及中外六家研究機(jī)構(gòu)參與研制的專門用于治療乙肝、慢遷肝、慢活肝、丙肝、肝硬化的體細(xì)胞基因生物注射劑，最終解決了從剪切、分離到吞食肝細(xì)胞內(nèi)肝炎病毒，修復(fù)、促進(jìn)肝細(xì)胞再生的全過程。經(jīng)4年臨床試驗(yàn)已在全國(guó)面向肝炎患者。此項(xiàng)基因?qū)W研究成果在國(guó)際治肝領(lǐng)域中，是繼干擾素等藥物之后的一項(xiàng)具有革命性轉(zhuǎn)變的重大醫(yī)學(xué)成果。

基因工程應(yīng)用于環(huán)保方面

工業(yè)發(fā)展以及其它人為因素造成的環(huán)境污染已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了自然界微生物的凈化能力，已成為人們十分關(guān)注的問題?；蚬こ碳夹g(shù)可提高微生物凈化環(huán)境的能力。美國(guó)利用DNA重組技術(shù)把降解芳烴、萜烴、多環(huán)芳烴、脂肪烴的4種菌體基因鏈接，轉(zhuǎn)移到某一菌體中構(gòu)建出可同時(shí)降解4種有機(jī)物的“超級(jí)細(xì)菌”，用之清除石油污染，在數(shù)小時(shí)內(nèi)可將水上浮油中的2/3烴類降解完，而天然菌株需1年之久。也有人把Bt蛋白基因、球形芽孢桿菌、且表達(dá)成功。它能釘死蚊蟲與害蟲，而對(duì)人畜無害，不污染環(huán)境?，F(xiàn)已開發(fā)出的基因工程菌有凈化農(nóng)藥的DDT的細(xì)菌、降解水中的染料、環(huán)境中有機(jī)氯苯類和氯酚類、多氯聯(lián)苯的工程菌、降解土壤中的TNT炸藥的工程菌及用于吸附無機(jī)有毒化合物(鉛、汞、鎘等)的基因工程菌及植物等。

90年代后期問世的DNA改組技術(shù)可以創(chuàng)新基因，并賦予表達(dá)產(chǎn)物以新的功能，創(chuàng)造出全新的微生物，如可將降解某一污染物的不同細(xì)菌的基因通過PCR技術(shù)全部克隆出來，再利用基因重組技術(shù)在體外加工重組，最后導(dǎo)入合適的載體，就有可能產(chǎn)生一種或幾種具有非凡降解能力的超級(jí)菌株，從而**地提高降解效率。四、前景展望由于基因工程運(yùn)用DNA分子重組技術(shù)，能夠按照人們預(yù)先的設(shè)計(jì)創(chuàng)造出許多新的遺傳結(jié)合體，具有新奇遺傳性狀的新型產(chǎn)物，增強(qiáng)了人們改造動(dòng)植物的主觀能動(dòng)性、預(yù)見性。而且在人類疾病的診斷、治療等方面具有革命性的推動(dòng)作用，對(duì)人口素質(zhì)、環(huán)境保護(hù)等作出具大貢獻(xiàn)。所以，各國(guó)政府及一些大公司都十分重視基因工程技術(shù)的研究與開發(fā)應(yīng)用，搶奪這一高科技制高點(diǎn)。其應(yīng)用前景十分廣闊。我國(guó)基因工程技術(shù)尚落后于發(fā)達(dá)國(guó)家，更應(yīng)當(dāng)加速發(fā)展，切不可坐失良機(jī)。

但是，任何科學(xué)技術(shù)都是一把“雙刃劍”，在給人類帶來利益的同時(shí)，也會(huì)給人類帶來一定的災(zāi)難。比如基因藥物，它不僅能根治遺傳性疾病、惡性腫瘤、心腦血管疾病等，甚至人的智力、體魄、性格、外表等亦可隨意加以改造；還有，克隆技術(shù)如果不加限制，任其自由發(fā)展，最終有可能導(dǎo)致人類的毀滅。還有，盡管目前的轉(zhuǎn)基因動(dòng)植物還未發(fā)現(xiàn)對(duì)人類有什么危害，但不等于說轉(zhuǎn)基因動(dòng)植物就是十分安全的，畢竟這些東西還是新生事物，需要實(shí)踐慢慢地檢驗(yàn)。轉(zhuǎn)基因生物和常規(guī)繁殖生長(zhǎng)的品種一樣，是在原有品種的基礎(chǔ)上對(duì)其部分性狀進(jìn)行修飾或增加新性狀，或消除原來的不利性狀，但常規(guī)育種是通過自然選擇，而且是近緣雜交，適者生存下來，不適者被淘汰掉。而轉(zhuǎn)基因生物遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了近緣的范圍，人們對(duì)可能出現(xiàn)的新組合、新性狀會(huì)不會(huì)影響人類健康和環(huán)境，還缺乏知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，按目前的科學(xué)水平還不能完全精確地預(yù)測(cè)。所以，我們要在抓住機(jī)遇，大力發(fā)展基因工程技術(shù)的同時(shí)，需要嚴(yán)格管理，充分重視轉(zhuǎn)基因生物的安全性。近兩年來我國(guó)化學(xué)生物學(xué)領(lǐng)域的突出進(jìn)展時(shí)間：2015-04-17來源：學(xué)術(shù)堂所屬分類：

應(yīng)用化學(xué)論文1.3重要靶標(biāo)、抑制劑和標(biāo)記物的發(fā)現(xiàn)

陳國(guó)強(qiáng)等在前期發(fā)現(xiàn)從腺花香茶菜中提取的腺花素(Adenanthin)能夠誘導(dǎo)白血病細(xì)胞分化的基礎(chǔ)上，成功地捕獲了它在細(xì)胞內(nèi)的靶蛋白———過氧化還原酶(peroxiredoxin)I/II，并依此闡釋了白血病細(xì)胞分化的新機(jī)理［7］。通過對(duì)腺花素進(jìn)行分子改造，并在明確其活性基團(tuán)后，合成生物素標(biāo)記的腺花素分子，他們借助蛋白質(zhì)組學(xué)和生物信息學(xué)技術(shù)平臺(tái)的支持，以生物素標(biāo)記的腺花素為“誘餌”，利用蛋白質(zhì)組學(xué)和生物信息學(xué)技術(shù)，在白血病細(xì)胞中“垂釣”腺花素可能結(jié)合的蛋白質(zhì)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，腺花素能夠與過氧化還原酶PrxI和PrxII共價(jià)結(jié)合，該工作對(duì)白血病的病理研究及治療都將起到極大的推動(dòng)作用。吳喬、林天偉、黃培強(qiáng)等發(fā)現(xiàn)了名為TMPA的化合物，能夠通過與吳喬等前期發(fā)現(xiàn)的與糖代謝調(diào)控密切相關(guān)的新靶點(diǎn)—Nur77的基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子的結(jié)合，使原先結(jié)合Nur77的LKB1得到分子釋放。后者能夠從細(xì)胞核轉(zhuǎn)運(yùn)到胞漿，并激活直接參與糖代謝調(diào)控的重要蛋白激酶AMPK，達(dá)到降低血糖目的。此外，他們還通過晶體結(jié)構(gòu)解析了Nur77-TMPA的復(fù)合物晶體，從原子水平上進(jìn)一步解釋了TMPA結(jié)合Nur77的構(gòu)象和精確位點(diǎn)，為今后設(shè)計(jì)和研發(fā)新型的糖尿病藥物提供了必不可少的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)［8］。該工作所發(fā)現(xiàn)的化合物TMPA或可成為一種新型糖尿病治療藥物的“雛形”，為未來新型糖尿病治療藥物的研發(fā)提供一個(gè)全新方向和路徑。楊財(cái)廣等［9］進(jìn)行了基于mＲNA中N6位甲基化修飾的腺嘌呤(N6-methyladenosine，m6A)去甲基化酶FTO結(jié)構(gòu)開展小分子調(diào)控的研究，首次獲得了對(duì)核酸去甲基化酶FTO具有酶活和細(xì)胞活性的小分子抑制劑。張翱、鎮(zhèn)學(xué)初等［10］針對(duì)帕金森氏病治療過程中出現(xiàn)的異動(dòng)癥進(jìn)行作用機(jī)制研究，闡明了5-羥色胺1A受體和FosB基因與異動(dòng)癥的關(guān)系，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)了同時(shí)靶向多巴胺D2和5-羥色胺1A受體的新型抗帕金森活性化合物。1.4天然產(chǎn)物分子的生物及化學(xué)合成譚仁祥等通過研究發(fā)現(xiàn)了螳螂腸道真菌(Daldiniaeschscholzii)產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)全新的Dalesconol類免疫抑制物及其獨(dú)特的“異構(gòu)體冗余現(xiàn)象”。在此基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)Dalesconol類免疫抑制物是由不同的萘酚通過酚氧游離基耦合產(chǎn)生的，同時(shí)發(fā)現(xiàn)其“異構(gòu)體冗余現(xiàn)象”很可能源于真菌漆酶引致的關(guān)鍵中間體優(yōu)勢(shì)構(gòu)象［11］。該成果不僅為此類免疫抑制物來源問題的解決奠定了重要基礎(chǔ)，而且為酚類合成生物學(xué)研究提供了新的思路和概念。萘啶霉素(NDM)、奎諾卡星(QNC)及Ecteinascidin743(ET-743)均屬于四氫異喹啉生物堿家族化合物，它們都具有顯著的抗腫瘤活性，其中ET-743已發(fā)展為第1例海洋天然產(chǎn)物來源的抗腫瘤新藥。這3種化合物都具有一個(gè)獨(dú)特的二碳單元結(jié)構(gòu)，其生物合成來源問題一直沒有得到解決。唐功利等［12］在克隆了NDM和QNC生物合成基因簇的基礎(chǔ)上，通過前體喂養(yǎng)標(biāo)記、體內(nèi)相關(guān)基因敲除-回補(bǔ)以及體外酶催化反應(yīng)等多種實(shí)驗(yàn)手段相結(jié)合的方式，闡明了二碳單元的獨(dú)特生源合成機(jī)制:NapB/D及QncN/L在催化功能上均屬于丙酮酸脫氫酶及轉(zhuǎn)酮醇酶的復(fù)合體，它們負(fù)責(zé)催化二碳單元由酮糖轉(zhuǎn)移至?；休d蛋白(ACP)上，而后經(jīng)過非核糖體蛋白合成(NＲPS)途經(jīng)進(jìn)入到最終的化合物中。這種將基礎(chǔ)代謝中的酮糖直接轉(zhuǎn)化為次級(jí)代謝所需要的二碳單元在非核糖體肽合成途徑中是首次報(bào)道。該研究結(jié)果也有助于揭示海洋藥物ET-743獨(dú)特的二碳單元生物合成來源，為非核糖體聚肽類天然產(chǎn)物的組合生物合成帶來新的前體單元。此外，他們還利用全基因組掃描技術(shù)定位了抗生素谷田霉素生物合成的基因簇，通過基因敲除結(jié)合生物信息學(xué)分析確定了基因簇邊界。谷田霉素可以抑制致病真菌，且對(duì)腫瘤細(xì)胞表現(xiàn)出極強(qiáng)的毒性(比抗腫瘤藥物絲裂霉素的活性高約1000倍);該家族化合物屬于DNA烷基化試劑，典型的結(jié)構(gòu)特征是吡咯吲哚環(huán)上的環(huán)丙烷結(jié)構(gòu)。在對(duì)突變株的發(fā)酵檢測(cè)中成功分離、鑒定了中間體YTM-T的結(jié)構(gòu)，并結(jié)合體外生化實(shí)驗(yàn)揭示了一類同源于糞卟啉原III-氧化酶(CoproporphyrinogenIIIoxidase)的甲基化酶以自由基機(jī)理催化YTM-T發(fā)生C-甲基化［13］，這是此類蛋白催化自由基甲基化反應(yīng)的首例報(bào)道，為下一步闡明YTM結(jié)構(gòu)中最重要的環(huán)丙烷部分生物合成途徑奠定了基礎(chǔ)。Pyrroindomycins(PTＲ)是能夠有效對(duì)抗各類耐藥病原體的一種天然產(chǎn)物，它含有1個(gè)環(huán)己烯環(huán)螺連接的tetramate這一獨(dú)特的結(jié)構(gòu)。劉文等［14］通過對(duì)PYＲ生物合成的研究揭示了2個(gè)新的蛋白質(zhì)，均能夠單獨(dú)在體外通過迪克曼環(huán)化反應(yīng)將N-乙酰乙酰基的-l-丙氨酰硫酯轉(zhuǎn)化成tetramate。這一工作揭示了一種通過酶的方式首先生成C—X(X＝O或N)鍵，然后再生成C—C鍵來構(gòu)建5元雜環(huán)的生物合成途徑。1.5金屬催化劑在活細(xì)胞及信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中的應(yīng)用利用化學(xué)小分子在活體環(huán)境下實(shí)現(xiàn)生物大分子的高度特異調(diào)控是化學(xué)生物學(xué)領(lǐng)域的前沿?zé)狳c(diǎn)問題之一。作為生物體內(nèi)含量最多的一類生物大分子，蛋白質(zhì)幾乎參與了所有的生命活動(dòng)，因此“在體”研究與調(diào)控其活性及生物功能意義重大。與發(fā)展較為成熟的蛋白質(zhì)活性抑制劑及相應(yīng)的“功能缺失性”研究相比，小分子激活劑對(duì)于研究蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能更為有效。這主要是因?yàn)楹笳呖梢栽诨罴?xì)胞及活體動(dòng)物、組織內(nèi)實(shí)現(xiàn)“功能獲得性”研究，從而為目標(biāo)蛋白質(zhì)在天然環(huán)境下的功能及其在生命活動(dòng)中扮演的角色提供更準(zhǔn)確和細(xì)致的信息。然而，通過小分子實(shí)現(xiàn)蛋白質(zhì)的原位激活是一項(xiàng)極具挑戰(zhàn)性的任務(wù)，目前大多數(shù)成功的例子都來源于大規(guī)模小分子庫(kù)篩選而獲得的針對(duì)某一特殊蛋白質(zhì)靶標(biāo)的“別構(gòu)劑”，而沒有一種廣泛適用于不同類型蛋白質(zhì)的普適性小分子激活策略。陳鵬課題組通過將基于鈀催化劑的“脫保護(hù)反應(yīng)”與非天然氨基酸定點(diǎn)插入技術(shù)相結(jié)合，首次利用小分子鈀催化劑激活了活細(xì)胞內(nèi)的特定蛋白質(zhì)［15］。該方法通過將一種帶有化學(xué)保護(hù)基團(tuán)的賴氨酸(炔丙基碳酸酯-賴氨酸，Proc-賴氨酸)以非天然氨基酸的形式定點(diǎn)取代目標(biāo)蛋白質(zhì)上關(guān)鍵活性位點(diǎn)的天然賴氨酸，使蛋白質(zhì)的活性處于“關(guān)閉“狀態(tài)。利用能夠高效催化“脫保護(hù)反應(yīng)”的鈀化合物，他們?cè)诨罴?xì)胞內(nèi)實(shí)現(xiàn)了蛋白質(zhì)側(cè)鏈的原位脫保護(hù)反應(yīng)(Proc-賴氨酸向天然賴氨酸的轉(zhuǎn)化)，使該蛋白質(zhì)重新回到“開啟”狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)“原位”激活。這一策略的優(yōu)勢(shì)在于將非天然氨基酸直接插入了目標(biāo)蛋白質(zhì)酶的催化活性位點(diǎn)，使其處于完全“關(guān)閉”的狀態(tài);而在激活過程中只要產(chǎn)生少量的處于“開啟”狀態(tài)的蛋白質(zhì)就足以對(duì)其功能及相關(guān)生物學(xué)功能進(jìn)行研究。利用這一技術(shù)，他們深入研究了一種細(xì)菌三型分泌系統(tǒng)的毒素效應(yīng)蛋白OspF(磷酸絲氨酸裂解酶)對(duì)宿主細(xì)胞內(nèi)的胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶(Erk)參與的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的影響，并證明了該方法可作為普適性平臺(tái)，為活細(xì)胞及活體內(nèi)的生物大分子激活提供了新的策略和工具。2基于蛋白質(zhì)和多肽的研究李艷梅課題組長(zhǎng)期致力于化學(xué)合成糖肽疫苗和免疫學(xué)研究，取得了一系列成果。現(xiàn)階段化學(xué)合成疫苗的研究主要存在兩大問題:一是需要尋找有效的特異性抗原，以區(qū)分正常組織和病變組織，二是需要尋找疫苗體系以打破免疫耐受，促進(jìn)機(jī)體免疫反應(yīng)。針對(duì)第1個(gè)問題，他們以MUC1糖肽為骨架，合成了具有不同糖基化修飾的腫瘤相關(guān)糖肽抗原。以牛血清白蛋白為載體，篩選表位，并研究構(gòu)效關(guān)系，發(fā)現(xiàn)T9位蘇氨酸的糖基化修飾對(duì)糖肽的免疫原性具有至關(guān)重要的影響。針對(duì)第2個(gè)問題，他們對(duì)疫苗進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化，通過T細(xì)胞表位、免疫刺激劑和自組裝片段等策略提高免疫反應(yīng)效果，設(shè)計(jì)合成了兩組分疫苗、三組分疫苗以及自組裝疫苗等一系列高效的疫苗，能夠產(chǎn)生高強(qiáng)度的IgG抗體，同時(shí)可以通過疫苗分子調(diào)節(jié)體液免疫和細(xì)胞免疫。這些疫苗產(chǎn)生的抗體能夠結(jié)合并通過補(bǔ)體依賴細(xì)胞毒性作用殺死瘤細(xì)胞。該研究為進(jìn)一步的疫苗研究打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)［16，17］。目前，治療癌癥的主要方法仍然是化療法。利用能夠特異性靶向癌細(xì)胞的藥物可以減少藥物的負(fù)效應(yīng)，提高癌癥患者的治愈率。不同類型的納米載體，如脂質(zhì)體類、多聚納米顆粒、嵌段共聚物膠團(tuán)和樹枝狀高分子，常用于抗癌藥物的靶向性釋放。為了更大地提高抗癌藥物的特異性釋放效率，多種方法被相繼開發(fā)，例如，將葉酸配體引入納米載體引導(dǎo)藥物靶向癌細(xì)胞的特定部位，將對(duì)生理特性的環(huán)境敏感分子(酸度敏感分子、溫控分子以及特定酶響應(yīng)分子)引入納米載體用于體內(nèi)特定環(huán)境的釋放。劉克良等［18］制備了外圍為疏水性含有葉酸修飾的聚乙二醇(PEG)而核心為超順磁性Fe3O4的納米藥物載體，并展示了該組裝體細(xì)胞內(nèi)酸性環(huán)境定點(diǎn)釋放ADＲ藥物的功能。非共價(jià)作用力是維持蛋白三維結(jié)構(gòu)的重要因素，小型多肽因結(jié)構(gòu)小和非共價(jià)相互作用位點(diǎn)少而難以形成穩(wěn)定的三維空間結(jié)構(gòu)。他們［19～21］利用多肽間相互作用催化分子間硫酯的胺解，制備了新型的共價(jià)偶聯(lián)的6HB多肽分子，并在多種條件下展示均具有高的熱穩(wěn)定性。該策略為穩(wěn)定多肽的三維結(jié)構(gòu)提供了新的思路?；瘜W(xué)方法能夠?qū)崿F(xiàn)原子水平精確控制蛋白質(zhì)的序列和結(jié)構(gòu)，是獲取特定修飾的生物體系難以表達(dá)的蛋白質(zhì)的一種重要手段。當(dāng)前使用最為廣泛的技術(shù)是以硫酯為合成子的自然化學(xué)連接反應(yīng)。然而，多肽硫酯因其高度的熱不穩(wěn)定性和反應(yīng)活性而不容易采用目前最為廣泛使用的Fmoc固相合成技術(shù)合成。劉磊等［22］利用烯胺的水解反應(yīng)，基于所提出的溶液中分子內(nèi)從N到S不可逆?；w移制備硫酯的策略，以多肽酰胺為底物，實(shí)現(xiàn)了Fmoc固相合成硫酯?；邗ｋ履軌蛟谌跛嵝詶l件下被亞硝酸轉(zhuǎn)化為酰基疊氮的特征，劉磊等發(fā)展了以多肽酰肼為結(jié)構(gòu)單元的合成蛋白質(zhì)的多肽酰肼連接技術(shù)［23］，結(jié)合保護(hù)基Tbeoc實(shí)現(xiàn)了全收斂酰肼連接制備蛋白質(zhì)［24］，并結(jié)合非天然氨基酸嵌入技術(shù)發(fā)展出蛋白質(zhì)半合成的新策略［25］。抑制病變蛋白Aβ聚集及解聚已成為治療阿爾茨海默癥(AD)的重要手段，受到人們的廣泛關(guān)注。大多數(shù)報(bào)道的Aβ抑制劑是有機(jī)小分子或肽。然而，這些抑制劑或不能穿透血腦屏障(BBB)，或缺乏與Aβ的識(shí)別能力，應(yīng)用受到限制。能夠靶向結(jié)合Aβ，進(jìn)而抑制Aβ聚集的藥物成為本領(lǐng)域目前研究的重點(diǎn)。利用自主設(shè)計(jì)細(xì)胞熒光篩選體系，結(jié)合化學(xué)、分子生物學(xué)、生物化學(xué)、生物物理和現(xiàn)代波譜學(xué)等手段，曲曉剛等發(fā)現(xiàn)一些特殊結(jié)構(gòu)類型聚金屬氧酸鹽能夠調(diào)控AD病變蛋白Aβ的聚集，抑制效果與聚金屬氧酸鹽的結(jié)構(gòu)、所帶電荷數(shù)及體積密切相關(guān)。研究成果作為封面文章發(fā)表在德國(guó)《Angew．Chem．Int．Ed．》［24］并被《C＆ENNews》作為亮點(diǎn)給予報(bào)道。此外，他們最新研究發(fā)現(xiàn)，具有鋅指結(jié)構(gòu)的2個(gè)三螺旋金屬超分子化合物能夠有效地抑制Aβ聚集，并已獲得專利授權(quán)。進(jìn)一步研究表明，這2個(gè)金屬超分子化合物能夠特定地結(jié)合在α/β-不一致伸縮區(qū)域，抑制Aβ的細(xì)胞毒性。體內(nèi)研究表明，這些化合物可改善轉(zhuǎn)基因小鼠模型的空間記憶障礙，并降低腦內(nèi)不溶性Aβ的水平。同時(shí)，該化合物還能解聚已經(jīng)形成的Aβ聚集體。這表明金屬超分子化合物不僅可以預(yù)防早期AD的發(fā)生，還具有緩解AD的作用，并已獲專利授權(quán)。這將為設(shè)計(jì)和篩選金屬超分子化合物作為Aβ抑制劑提供新的途徑。工作作為封面文章發(fā)表在《Chem．Sci．》［27］，并被英國(guó)皇家化學(xué)會(huì)《ChemistryWorld》以“新超分子阿爾茨海默癥藥物(NewsupramolecularAlzheimer'sdrugs)”［26］為題給予亮點(diǎn)報(bào)道。劉揚(yáng)中等［29］開展了金屬配合物抑制結(jié)核菌內(nèi)的蛋白剪接功能的研究，發(fā)現(xiàn)結(jié)核菌內(nèi)一些酶通過Intein的蛋白剪接被活化，抑制蛋白剪接將抑制結(jié)核菌的生長(zhǎng)。高等生物不具有Intein，因而Intein是抗結(jié)核菌藥物的理想靶點(diǎn)。通過體外蛋白剪接實(shí)驗(yàn)和細(xì)胞實(shí)驗(yàn)證實(shí)，順鉑在結(jié)核菌的作用靶點(diǎn)是Intein蛋白。王江云課題組［30］通過擴(kuò)展基因密碼子，實(shí)現(xiàn)了具有光點(diǎn)擊活性的非天然氨基酸環(huán)丙烯賴氨酸在哺乳動(dòng)物中的基因編碼。光照條件下，特異位點(diǎn)整合了環(huán)丙烯賴氨酸的蛋白質(zhì)與小分子四唑化合物發(fā)生環(huán)加成反應(yīng)，生成熒光活性基團(tuán)，從而實(shí)現(xiàn)了時(shí)空可控的對(duì)哺乳動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)蛋白特異位點(diǎn)的標(biāo)記。此外，該課題組和陸藝課題組利用非天然氨基酸的定點(diǎn)插入，首次實(shí)現(xiàn)了用18kD的肌紅蛋白模擬呼吸鏈中重要膜蛋白復(fù)合物細(xì)胞色素c氧化酶。該工作首次提供了細(xì)胞色素c氧化酶中保守翻譯后修飾Tyr-His功能的直接證據(jù)，是蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)領(lǐng)域的重要進(jìn)展，并有望在生物能學(xué)中獲得重要應(yīng)用［31］。電子傳遞(ET)涉及生物體內(nèi)許多重要的生化過程，王江云課題組及龔為民課題組通過基因密碼子擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)在活細(xì)胞中編碼螯合金屬的非天然氨基酸3-吡唑基酪氨酸，為研究生物大分子中的光致電子轉(zhuǎn)移現(xiàn)象以及利用生物元件實(shí)現(xiàn)高效可控的光致電荷分離提供了有力的工具。這為蛋白動(dòng)態(tài)構(gòu)象變化研究提供了新的研究手段，為利用合成生物學(xué)手段生產(chǎn)可再生能源提供了新的研究思路，為金屬蛋白設(shè)計(jì)提供了新的工具。該項(xiàng)研究成果以內(nèi)封面文章的形式發(fā)表于德國(guó)《Angew．Chem．Int．Ed．》［32］。作為哺乳動(dòng)物體內(nèi)酸性最強(qiáng)的器官，胃所含的強(qiáng)酸性胃液(pH為1～3)是人和動(dòng)物抵御絕大多數(shù)微生物病菌的一道天然屏障。然而，腸道病原菌能夠在強(qiáng)酸性的胃液下存活，并進(jìn)而造成腸道感染。陳鵬等［33］通過在蛋白中定點(diǎn)嵌入含有光交聯(lián)基團(tuán)的非天然氨基酸系統(tǒng)地捕獲了一種酸性分子伴侶蛋白在酸脅迫下的“客戶蛋白”，并依此闡釋了大腸桿菌抵御胃酸的機(jī)理，理解大腸桿菌的抗酸性機(jī)理將極大地加深我們對(duì)這類病原菌的認(rèn)識(shí)，為今后發(fā)展新型抗生素奠定基礎(chǔ)。結(jié)果發(fā)表后《C＆ENNews》作了專題報(bào)道。其后，他們進(jìn)一步運(yùn)用非天然氨基酸編碼技術(shù)成功地在腸致病性大腸桿菌、志賀氏菌及沙門氏菌中實(shí)現(xiàn)了光交聯(lián)及疊氮非天然氨基酸的定點(diǎn)嵌入，為病原菌侵入宿主細(xì)胞的機(jī)理研究打下基礎(chǔ)［34］。此外，他們結(jié)合在蛋白中定點(diǎn)嵌入末端為烯烴的非天然氨基酸及Thiol-ene反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了藥用蛋白質(zhì)定點(diǎn)的標(biāo)記及PEG化修飾，為藥用蛋白的化學(xué)改性提供了新途徑［35］。3糖化學(xué)生物學(xué)的進(jìn)展寡糖化合物的合成是制約糖科學(xué)發(fā)展的瓶頸之一。葉新山等利用“糖基供體預(yù)活化”策略，將添加劑控制的立體選擇性糖基化方法應(yīng)用于葡萄糖和半乳糖硫苷供體的糖基化反應(yīng)中，實(shí)現(xiàn)了路易斯酸控制的高α-立體選擇性糖基化反應(yīng)［36］;并將該策略成功應(yīng)用于傷寒Vi抗原寡糖重復(fù)片段的合成［37］。俞飚等對(duì)一價(jià)金催化的以糖基鄰炔基苯甲酸酯為供體的糖基化方法的機(jī)理［38］進(jìn)行了深入研究，并進(jìn)一步用于藥用分子Digitoxin［39］和皂苷類化合物［40］的合成;他們還首次實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)復(fù)雜的含脫氧糖單元的抗生素LandomycinA的合成［41］。發(fā)展糖化學(xué)生物學(xué)研究的新方法至關(guān)重要。陳興課題組［42］報(bào)道了一種具有細(xì)胞靶向性的非天然糖代謝標(biāo)記新方法。他們將非天然糖包裹在靶向性脂質(zhì)體內(nèi)，并通過受體介導(dǎo)的細(xì)胞內(nèi)吞，將非天然糖傳輸?shù)教囟ǖ募?xì)胞內(nèi)，進(jìn)入細(xì)胞的非天然糖通過糖代謝途徑修飾于細(xì)胞表面聚糖上，最后可通過生物正交反應(yīng)進(jìn)行成像和檢測(cè)。張延等［43］建立了一種從復(fù)雜生物樣品中分離富集糖基化蛋白的新方法，開發(fā)了一種具有選擇性富集疊氮標(biāo)記O-糖基化多肽及蛋白的炔基修飾納米磁珠，通過炔基與疊氮基團(tuán)之間的點(diǎn)擊反應(yīng)富集帶有疊氮標(biāo)記的糖蛋白，通過DTT及TCEP等的還原作用將磁珠結(jié)構(gòu)上的二硫鍵切斷，從而將富集的糖蛋白從磁珠上解離，再通過SDS、LC-MS等技術(shù)對(duì)這些糖基化蛋白進(jìn)行鑒定。王鵬課題組與美國(guó)西北大學(xué)Mrksich教授合作［44］，發(fā)展了一種糖基轉(zhuǎn)移酶快速鑒定的新方法。該方法結(jié)合了高通量基因克隆技術(shù)、無細(xì)胞蛋白表達(dá)技術(shù)、自組裝單層糖芯片技術(shù)以及在線質(zhì)譜分析技術(shù)，將7種糖基供體與近100種細(xì)胞外表達(dá)的糖基轉(zhuǎn)移酶分別放到含有23種不同糖基受體的芯片上進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)后沖洗糖芯片并使用全自動(dòng)的在線質(zhì)譜檢測(cè)系統(tǒng)分析結(jié)果，超過3萬個(gè)的反應(yīng)可在幾天內(nèi)完成。糖類化合物在藥學(xué)上的用途一直吸引著研究者的興趣。葉新山等［45］對(duì)腫瘤相關(guān)天然糖抗原STn進(jìn)行結(jié)構(gòu)修飾，發(fā)現(xiàn)某些經(jīng)適當(dāng)修飾后的抗原具有更高的免疫原性，所產(chǎn)生的抗體能識(shí)別天然抗原，并且與表達(dá)STn抗原的腫瘤細(xì)胞相作用，從而為抗腫瘤糖疫苗的研究提供了新的路徑。他們［46］還設(shè)計(jì)合成了幾種N-烷基二脫氧氮雜糖化合物，這些氮雜糖化合物能夠抑制ConA誘導(dǎo)的小鼠脾T淋巴細(xì)胞的增殖;進(jìn)一步研究表明，這種抑制效應(yīng)源于它們對(duì)細(xì)胞因子IFN-γ和IL-4分泌的抑制;然后進(jìn)行了動(dòng)物水平的皮膚移植實(shí)驗(yàn)，結(jié)果顯示這些氮雜糖類化合物能夠延長(zhǎng)小鼠皮膚移植后皮片的存活時(shí)間。這些結(jié)果為新型免疫抑制劑的研制提供了希望。4核酸化學(xué)生物學(xué)的進(jìn)展隨著化學(xué)、生物學(xué)和醫(yī)學(xué)研究的發(fā)展和融合，現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)大量重大疾病，如惡性腫瘤、遺傳疾病等，都與核酸相關(guān)。核酸不僅是遺傳基因信息的載體，同時(shí)基因信息調(diào)控的正確與否與生命體的正常生理功能和健康與疾病有密切的聯(lián)系。而且，機(jī)體受各因素影響發(fā)生基因變異到形態(tài)學(xué)或生理功能發(fā)生病變，是一個(gè)多階段的改變累積過程。端粒DNA和端粒酶與人的壽命和癌癥等疾病密切相關(guān)，已成為癌癥治療的特殊靶標(biāo)。曲曉剛等［47］發(fā)現(xiàn)，碳納米管可以通過穩(wěn)定人端粒i-motif結(jié)構(gòu)來抑制端粒酶的活性，此實(shí)驗(yàn)結(jié)果第一次證實(shí)單壁碳納米管(SWNT)干擾端粒功能。這為SWNT的生物醫(yī)學(xué)效應(yīng)和i-motifDNA的生物學(xué)重要性提供了新的認(rèn)識(shí)。周翔等［48］發(fā)現(xiàn)G-四鏈體能夠誘導(dǎo)DNA鏈間的交換，這種高度選擇性的鏈交換反應(yīng)揭示了基因重組和DNA修復(fù)的一種全新機(jī)制。譚錚等［49］鑒定得到了一個(gè)端粒DNA結(jié)合蛋白，該蛋白能夠與端粒、端粒酶相互作用，提高端粒酶延伸端粒DNA的催化活性和進(jìn)行性。在DNA甲基化方面，周翔等［50］設(shè)計(jì)了系列鹵代銨鹽衍生物，可以高選擇性識(shí)別DNA鏈中的5-甲基胞嘧啶，這種精確的識(shí)別還可以區(qū)分5-甲基胞嘧啶和5-羥甲基、5-醛基胞嘧啶，有望融合下一代測(cè)序方法為表觀遺傳學(xué)的研究提供了有力的工具和新的突破。任勁松等［51］首次將適體DNA同時(shí)用作介孔硅封蓋試劑和癌細(xì)胞靶向試劑，結(jié)合化學(xué)療法、光熱療法和成像于一體系，用于癌癥診斷和治療，該工作作為封面文章發(fā)表在《Adv．Mater．》上。他們［52］還通過納米金可視化的方法對(duì)微量端粒酶活性進(jìn)行快速檢測(cè)。這些針對(duì)miＲNA、端粒酶、循環(huán)腫瘤細(xì)胞的研究對(duì)于目前癌癥的快速診斷和早期預(yù)警提供了技術(shù)支撐。ＲNA干擾近年來一直被認(rèn)為可用于新一代生物制藥技術(shù)，各國(guó)政府及制藥巨頭投入巨大，但小核酸生物制藥一直受到核酸穩(wěn)定性、脫靶效應(yīng)及給藥性差等因素制約。梁子才、席真等［53］通過深入研究小核酸在人血清中的穩(wěn)定性，發(fā)現(xiàn)血清中ＲNaseA具有雙鏈ＲNA限制性內(nèi)切酶性質(zhì)，是造成小核酸血清不穩(wěn)定性的主要因素，并發(fā)現(xiàn)對(duì)雙鏈siＲNA中熱切位點(diǎn)的單堿基修飾可以極大提高小核酸血清穩(wěn)定性。他們進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，利用普適性堿基對(duì)雙鏈siＲNA進(jìn)行單點(diǎn)突變，可以極大提高ＲNA干擾中雙鏈siＲNA的鏈選擇性，降低siＲNA的脫靶效應(yīng)［54］。通過研究siＲNA的體內(nèi)不對(duì)稱性選擇機(jī)制而設(shè)計(jì)合成的超高效siＲNA可以達(dá)到pmol/L級(jí)的ＲNA干擾活性［55］。5分析方法和手段的進(jìn)展徐濤和徐平勇等在超高分辨率成像領(lǐng)域取得重要研究成果。近期發(fā)展的超高分辨率成像技術(shù)(F)PALM/STOＲM能夠在納米尺度展示生物分子的精確定位，是蛋白質(zhì)研究和熒光成像領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)。然而，現(xiàn)有的熒光蛋白限制了當(dāng)前(F)PALM/STOＲM等超高分辨成像技術(shù)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用。為了進(jìn)一步完善和優(yōu)化現(xiàn)有的超高分辨成像方法，發(fā)展具有普適性和顏色多樣的新型光激活熒光蛋白(PAFPs)至關(guān)重要。但是與傳統(tǒng)的光不敏感熒光蛋白(比如GFP，ＲFP)領(lǐng)域相比較，可逆光轉(zhuǎn)化熒光蛋白ＲSFP的發(fā)展較為滯后，品種較少。他們通過一種光轉(zhuǎn)化熒光蛋白mEos2的隨機(jī)突變，獲得了一系列具有光開關(guān)功能的綠色熒光蛋白，改善了現(xiàn)階段光開關(guān)熒光蛋白(ＲSFP)發(fā)展滯后、品種單一的問題。其中的mGeos-M因其具有十分優(yōu)異的單分子特性，有望成為替代Dronpa的新一代超高分辨率顯微成像分子探針［56］。此外，為了解決膜蛋白的標(biāo)記問題，同時(shí)發(fā)展綜合性質(zhì)更佳的熒光蛋白探針，他們［57］通過晶體結(jié)構(gòu)解析和定點(diǎn)突變，獲得了2個(gè)真正單體熒光蛋白:mEos3.1和mEos3.2。進(jìn)一步的研究顯示，mEos3具有成熟時(shí)間短、亮度高的特性。用于單分子定位時(shí)具有很高的標(biāo)記密度和光子產(chǎn)出，在超高分辨成像中比當(dāng)前所有PAFPs都表現(xiàn)出色。楊弋等［58］發(fā)明了一種簡(jiǎn)單實(shí)用的光調(diào)控基因表達(dá)系統(tǒng)，將可以廣泛應(yīng)用于基礎(chǔ)研究領(lǐng)域，并可能用于光動(dòng)力治療，這是我國(guó)科學(xué)家在合成生物學(xué)與光遺傳學(xué)前沿領(lǐng)域獲得重要突破。通過合成生物學(xué)的方法，他們成功開發(fā)出一種簡(jiǎn)單、穩(wěn)定、容易使用的光調(diào)控基因表達(dá)系統(tǒng)。該系統(tǒng)稱為L(zhǎng)ightOn系統(tǒng)，由1個(gè)光調(diào)控的轉(zhuǎn)錄因子和含有目的基因的轉(zhuǎn)錄單元構(gòu)成。在藍(lán)光存在的情況下，轉(zhuǎn)錄因子能夠迅速被激活，從而啟動(dòng)目的基因的轉(zhuǎn)錄與表達(dá)。利用該系統(tǒng)在小鼠活體內(nèi)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，他們成功實(shí)現(xiàn)了紅色熒光蛋白在小鼠肝臟的指定區(qū)域的光控表達(dá)。此外，他們課題組［59］還開發(fā)了一系列檢測(cè)NADH的遺傳編碼熒光探針。方曉紅、郭雪峰等［60］利用具有G4構(gòu)象的DNA適配體分子構(gòu)建了功能化的單分子器件，實(shí)現(xiàn)了對(duì)凝血酶的高選擇性的可逆檢測(cè)，最低檢測(cè)濃度可達(dá)2.6amol/L(～88ag/mL)。與微流控技術(shù)相結(jié)合，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了對(duì)單個(gè)生物結(jié)合過程的在線檢測(cè)，從而發(fā)展了一種高特異性、高靈敏度的在線生物檢測(cè)的可行性技術(shù)。該方法也提供了單個(gè)蛋白質(zhì)分子檢測(cè)的新思路。顏曉梅等［61］通過對(duì)噬菌體進(jìn)行基因改造，構(gòu)建了雙砷染料-四半胱氨酸重組噬菌體體系，成功地應(yīng)用于細(xì)菌的靈敏、特異檢測(cè)。由于噬菌體只能在活菌中繁殖，而且重組四半胱氨酸標(biāo)簽中的半胱氨酸必須處于還原態(tài)才能與雙砷染料牢固結(jié)合，因此可以利用細(xì)菌胞漿的還原環(huán)境，通過對(duì)重組噬菌體四半胱氨酸的檢測(cè)實(shí)現(xiàn)死菌和活菌的區(qū)分。噬菌體入侵活的宿主菌并在其體內(nèi)快速繁殖，噬菌體衣殼蛋白所表達(dá)的四半胱氨酸片段與后續(xù)加入的跨膜雙砷染料結(jié)合，發(fā)出強(qiáng)烈的熒光，單個(gè)活細(xì)菌的信號(hào)可用流式細(xì)胞儀或熒光顯微鏡靈敏檢測(cè)。陳鵬課題組發(fā)展了一種強(qiáng)酸性環(huán)境下的活細(xì)胞pH熒光探針［62］。由于傳統(tǒng)的基于熒光蛋白或熒光小分子的pH探針在酸性條件下不夠穩(wěn)定或細(xì)胞內(nèi)定位困難，無法適用于對(duì)強(qiáng)酸性環(huán)境下的活細(xì)胞進(jìn)行探測(cè)。他們通過將酸性分子伴侶蛋白質(zhì)和熒光小分子相結(jié)合，成功用于檢測(cè)活體內(nèi)強(qiáng)酸性環(huán)境的pH熒光探針，并分別在革蘭氏陰性細(xì)菌及哺乳細(xì)胞表面做了展示。楊朝勇等［63］發(fā)展了一種基于l-DNA分子信標(biāo)(l-MB)的安全、穩(wěn)定、準(zhǔn)確的細(xì)胞內(nèi)的納米溫度計(jì)。根據(jù)該探針?biāo)O(shè)計(jì)的溫度敏感的發(fā)夾結(jié)構(gòu)和熒光共振能量轉(zhuǎn)移的原理，它能夠用于對(duì)活細(xì)胞內(nèi)的溫度進(jìn)行測(cè)量，將成為一個(gè)無創(chuàng)、準(zhǔn)確地獲取細(xì)胞內(nèi)的溫度的有力工具。6化學(xué)生物學(xué)領(lǐng)域的部分國(guó)際研究熱點(diǎn)和前沿以及我國(guó)科學(xué)家的貢獻(xiàn)6.1以細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)為主線的化學(xué)生物學(xué)研究蓬勃發(fā)展在G蛋白偶聯(lián)受體、TGF-β受體、Wnt、NFκB等信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的分子機(jī)理及其與細(xì)胞增殖、分化、凋亡及遷移等生命活動(dòng)的關(guān)系的化學(xué)生物學(xué)研究方面都取得了突破性的進(jìn)展，涌現(xiàn)了若干高水平的研究成果。我國(guó)科學(xué)家也在急性髓系白血病(AML)細(xì)胞凋亡的機(jī)制和治療手段、抑制TGFβ受體活性的小分子及機(jī)理研究、酸敏感離子通道的動(dòng)力學(xué)行為和通道門控功能、干細(xì)胞多能性的維持機(jī)制及相應(yīng)的誘導(dǎo)因子的發(fā)現(xiàn)等方面取得突破。6.2生物活性分子的合成方法取得進(jìn)展在直接利用天然小分子探針的同時(shí)，科學(xué)家們還發(fā)展了高效的天然產(chǎn)物組合庫(kù)合成方法，復(fù)雜天然糖綴合物及寡糖的化學(xué)合成方法，環(huán)肽及帶有不同修飾基團(tuán)的多肽的合成方法，利用合成生物學(xué)合成活性分子等。在合成生物活性小分子或生物大分子方面所取得的這些成果極大地推動(dòng)了我國(guó)化學(xué)生物學(xué)的發(fā)展。6.3現(xiàn)代分析技術(shù)和方法在化學(xué)生物學(xué)研究中的重要性日益彰顯各種原位、實(shí)時(shí)、高靈敏、高選擇、高通量的新方法和新技術(shù)在國(guó)際上不斷涌現(xiàn)，我國(guó)科學(xué)家對(duì)此也做出了巨大貢獻(xiàn)。例如，在生物分子檢測(cè)探針和生物傳感器方面，發(fā)展了多種適合于實(shí)時(shí)檢測(cè)活細(xì)胞中金屬離子、自由基、活性氧等重要生物活性分子的光學(xué)探針，發(fā)展了細(xì)胞表面糖基和聚糖等的原位檢測(cè)傳感器。開發(fā)了基于化學(xué)抗體-核酸適配體的蛋白質(zhì)、核酸檢測(cè)新方法，藥物小分子或小分子配體與蛋白質(zhì)復(fù)合物結(jié)構(gòu)和分子識(shí)別的質(zhì)譜分析和光學(xué)檢測(cè)等新方法。在單分子水平的分析檢測(cè)方面，發(fā)展了能在活細(xì)胞狀態(tài)監(jiān)測(cè)蛋白質(zhì)亞基組成和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過程中蛋白質(zhì)動(dòng)態(tài)行為的單分子熒光成像法、分析蛋白質(zhì)聚集狀態(tài)的單分子熒光光譜法，以及能在細(xì)胞上實(shí)時(shí)檢測(cè)配體-受體的作用力和復(fù)合物穩(wěn)定性的單分子力譜法。6.4在時(shí)間與空間上對(duì)細(xì)胞內(nèi)的分子過程與新陳代謝進(jìn)行成像與控制的技術(shù)這些技術(shù)可為復(fù)雜生物學(xué)問題的解析提供重要的工具，是國(guó)際上的研究前沿與熱點(diǎn)。我國(guó)科學(xué)家針對(duì)細(xì)胞代謝研究的技術(shù)瓶頸問題，發(fā)明了系列特異性檢測(cè)核心代謝物NADH的基因編碼熒光探針，實(shí)現(xiàn)了活細(xì)胞各亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)中對(duì)細(xì)胞代謝的動(dòng)態(tài)檢測(cè)與成像，不僅可為細(xì)胞、發(fā)育等基礎(chǔ)研究提供創(chuàng)新方法，也為癌癥和代謝類疾病的機(jī)制研究與創(chuàng)新藥物發(fā)現(xiàn)提供了有力工具。在此基礎(chǔ)上，利用合成生物學(xué)與化學(xué)生物學(xué)方法，開發(fā)出由光調(diào)控的轉(zhuǎn)錄因子和含有目的基因的轉(zhuǎn)錄單元構(gòu)成的基因表達(dá)系統(tǒng)，為發(fā)育、神經(jīng)生物學(xué)的復(fù)雜生物學(xué)問題解析提供有力研究工具。6.5計(jì)算化學(xué)和計(jì)算生物學(xué)取得明顯進(jìn)展計(jì)算化學(xué)與計(jì)算生物學(xué)在生命科學(xué)和藥學(xué)研究中的應(yīng)用在國(guó)際上受到了極大的關(guān)注。我國(guó)科學(xué)家較快地將計(jì)算化學(xué)和計(jì)算生物學(xué)應(yīng)用于化學(xué)生物學(xué)研究，開展了不少開創(chuàng)性的研究和有特色的工作，取得了一些具有重要?jiǎng)?chuàng)新性的成果。其中，在以小分子為探針進(jìn)行藥物靶標(biāo)預(yù)測(cè)和生物分子功能研究、生物分子模擬應(yīng)用、生物網(wǎng)絡(luò)和化學(xué)小分子對(duì)于生物系統(tǒng)的作用以及蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)等方面都取得了一些創(chuàng)新性成果。7化學(xué)生物學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)化學(xué)生物學(xué)經(jīng)過十多年的發(fā)展正在成為一門具有自身特點(diǎn)和內(nèi)涵的學(xué)科，將成為研究生命科學(xué)問題的重要手段及創(chuàng)新藥物研究的重要工具。以下就未來化學(xué)生物學(xué)發(fā)展的趨勢(shì)加以展望。7.1化學(xué)生物學(xué)的方法與技術(shù)7.1.1探針分子的發(fā)現(xiàn)分子探針是一類能與其他分子或者細(xì)胞結(jié)構(gòu)相結(jié)合，幫助獲得重要生物大分子在細(xì)胞中的定位、定量信息或進(jìn)行功能研究的分子工具。7.1.2生物正交化學(xué)發(fā)展能夠在活細(xì)胞環(huán)境下進(jìn)行但不干擾細(xì)胞內(nèi)在生化過程的化學(xué)分子工具及其化學(xué)反應(yīng)。7.1.3生物標(biāo)記與成像通過具有高靶標(biāo)親和力或者生物正交化學(xué)反應(yīng)能力的分子探針標(biāo)記特定物質(zhì)，對(duì)生物過程進(jìn)行細(xì)胞和分子水平的定性和定量研究。7.1.4生物分子的光調(diào)控通過遠(yuǎn)程光源誘發(fā)生物分子上所連光活性基團(tuán)的反應(yīng)，從而對(duì)生物分子實(shí)現(xiàn)具有時(shí)空分辨率的結(jié)構(gòu)及功能調(diào)控，并發(fā)現(xiàn)動(dòng)態(tài)生命體系中新的分子機(jī)制。7.2生物大分子的化學(xué)生物學(xué)7.2.1核酸化學(xué)生物學(xué)在分子水平上研究核酸的結(jié)構(gòu)、功能及作用機(jī)理，運(yùn)用核酸探針研究和調(diào)控細(xì)胞生命活動(dòng)，并在研究過程中強(qiáng)調(diào)化學(xué)方法與化學(xué)手段的運(yùn)用與創(chuàng)新。7.2.2蛋白質(zhì)與多肽化學(xué)生物學(xué)在分子水平上研究蛋白質(zhì)與多肽分子的結(jié)構(gòu)、功能及生物學(xué)、醫(yī)學(xué)應(yīng)用，并在研究過程中強(qiáng)調(diào)化學(xué)方法與化學(xué)手段的運(yùn)用與創(chuàng)新。7.2.3糖、脂化學(xué)生物學(xué)運(yùn)用化學(xué)方法與技術(shù)，在分子水平上研究糖和脂這兩類生物分子的結(jié)構(gòu)與功能，探索糖、脂在生命過程中的基本規(guī)律，促進(jìn)糖、糖綴合物和脂的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用。7.2.4生物大分子的修飾與功能運(yùn)用化學(xué)生物學(xué)方法與技術(shù)研究生物大分子的化學(xué)修飾、機(jī)理、調(diào)控基因表達(dá)等生物功能。7.3計(jì)算化學(xué)生物學(xué)活性分子設(shè)計(jì)理論及應(yīng)用;生物分子功能的理論預(yù)測(cè);生物網(wǎng)絡(luò)計(jì)算與模擬;生物體系分子動(dòng)態(tài)學(xué)以及生命體系的人工設(shè)計(jì)與模擬等。7.4細(xì)胞化學(xué)生物學(xué)7.4.1探針分子與生物大分子的相互作用發(fā)展特異識(shí)別生物大分子的化學(xué)探針，并利用該特異性結(jié)合調(diào)控生物大分子生理功能的探索是化學(xué)生物學(xué)研究的一項(xiàng)重要內(nèi)容。7.4.2信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過程的分子識(shí)別利用化學(xué)生物學(xué)方法和技術(shù)，研究重要信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路以及這些過程中的重要生物大分子在細(xì)胞生理和病理?xiàng)l件下的作用機(jī)制。7.4.3細(xì)胞重編程過程的小分子調(diào)控將小分子化合物用于干細(xì)胞的自我更新、定向分化及體細(xì)胞重編程等方面的研究是國(guó)際上干細(xì)胞研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)問題，也是采用化學(xué)生物學(xué)策略進(jìn)行干細(xì)胞研究的優(yōu)勢(shì)所在。7.4.4非編碼ＲNA體系的小分子調(diào)控非編碼ＲNA體系的小分子調(diào)控是通過設(shè)計(jì)、合成、篩選等手段，開發(fā)出能夠特異性地識(shí)別、結(jié)合非編碼ＲNA并調(diào)控非編碼ＲNA生理功能的活性小分子，以期實(shí)現(xiàn)小分子在非編碼ＲNA相關(guān)生物學(xué)、醫(yī)學(xué)問題中的研究與應(yīng)用。7.5藥物發(fā)現(xiàn)的化學(xué)生物學(xué)基礎(chǔ)癌癥、心血管疾病、神經(jīng)退行性疾病、代謝性疾病、免疫疾病、病毒和病菌感染等重大疾病的藥物靶標(biāo)和先導(dǎo)化合物的開發(fā)。7.6化學(xué)生物學(xué)的應(yīng)用7.6.1生物標(biāo)志物與疾病診斷的化學(xué)生物學(xué)研究可以標(biāo)記系統(tǒng)、器官、組織、細(xì)胞及亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)