生物技術(shù)進展（綜述）

1、生物技術(shù)進展綜述摘要: 20多年來，生物技術(shù)不斷取得重大進展，基因合成、擴增技術(shù)，基因修飾技術(shù)，基因克隆技術(shù)，基因芯片技術(shù)，基因治療技術(shù)，以及新型表達載體等新技術(shù)新方法不斷涌現(xiàn)；功能基因的分離、克隆和開發(fā)應(yīng)用，基因藥物，重組疫苗，生物反應(yīng)器，轉(zhuǎn)基因植物和動物技術(shù)等有了重大突破。特別是20世紀(jì)90年代以來，生物技術(shù)和生命科學(xué)基礎(chǔ)研究不斷取得重大進展，人類基因組序列“工作框架圖譜”完成，被稱為繼原子彈、人類登月之后世界科技史上的第三個里程碑；模式生物擬南芥和水稻基因組圖譜的公布，為植物改良、培育高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗逆的農(nóng)作物新品種奠定了基礎(chǔ)；克隆羊“多利”的誕生，標(biāo)志著利用動物體細(xì)胞進行無性繁殖已經(jīng)成為

2、現(xiàn)實；干細(xì)胞、組織工程研究的重大進展，為再生醫(yī)學(xué)開拓出日益廣闊的前景；全球已有60多個微生物基因組的序列圖公布，威脅人類的主要疾病都可能找到新的治療方法，人類的健康水平將躍上一個新的臺階。關(guān)鍵詞:生物技術(shù),分子生物學(xué),基因工程近年來，一些發(fā)達國家和發(fā)展中國家已將生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)作為國家發(fā)展戰(zhàn)略，紛紛采取措施和對策，加速推進其發(fā)展。以生物技術(shù)為重點的第四次產(chǎn)業(yè)革命正在形成，生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)已成為繼it產(chǎn)業(yè)后國際經(jīng)濟競爭的又一熱點領(lǐng)域?，F(xiàn)代生物技術(shù)的發(fā)展都是同生命科學(xué)（特別是同微觀生物學(xué)）的發(fā)展，同生命科學(xué)與其它學(xué)科的交叉和滲透密切聯(lián)系在一起的，生物技術(shù)的進一步發(fā)展需要生命科學(xué)的繼續(xù)推動。進入21世紀(jì)，生

3、命科學(xué)的發(fā)展呈現(xiàn)出新的特點：首先，分子生物學(xué)在生命科學(xué)中居于主導(dǎo)地位，它帶動了生物學(xué)各分支學(xué)科向分子水平深入發(fā)展，在分子水平上對細(xì)胞活動、遺傳、發(fā)育和疾病的發(fā)生、發(fā)展、控制機理，以及腦功能等各種生命現(xiàn)象進行探索；其次，生命科學(xué)的研究模式發(fā)生了轉(zhuǎn)變，隨著生命科學(xué)本身的不斷發(fā)展、對生命現(xiàn)象和活動認(rèn)識的不斷深入、并借助其它學(xué)科和技術(shù)，研究模式從單個實驗室向集約型、規(guī)?；l(fā)展，大大加速了生命科學(xué)的發(fā)展速度；第三，分析與綜合相結(jié)合、比較和實驗相結(jié)合、微觀與宏觀相結(jié)合是目前生命科學(xué)研究的三大指導(dǎo)思想，生命科學(xué)的思想和方法正在從局部觀向整體觀拓展，人們對生命的認(rèn)識有了新的視角；第四，生命科學(xué)和生物技術(shù)的發(fā)展

4、在依托生命科學(xué)基礎(chǔ)研究不斷深入的同時，越來越依賴其它學(xué)科如數(shù)理科學(xué)、化學(xué)、信息和材料科學(xué)等提供的新理論、新技術(shù)和新突破，生命科學(xué)、生物技術(shù)與其它科學(xué)的交叉，將是21世紀(jì)生物技術(shù)發(fā)展的重要動力。 分子生物學(xué)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，它以核酸和蛋白質(zhì)等生物大分子的結(jié)構(gòu)及其在遺傳信息和細(xì)胞信息傳遞中的作用為研究對象，是當(dāng)前生命科學(xué)中發(fā)展最快并正在與其它學(xué)科廣泛交叉與滲透的重要前沿領(lǐng)域。分子生物學(xué)的發(fā)展為人類認(rèn)識生命現(xiàn)象帶來了前所未有的機會，也為人類利用和改造生物創(chuàng)造了極為廣闊的前景。其中分子生物學(xué)主要包含以下三部分研究內(nèi)容： 1.核酸的分子生物學(xué) 

5、0;核酸的分子生物學(xué)研究核酸的結(jié)構(gòu)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)（moleculargenetics）是其主要組成部分。由于50年代以來的迅速發(fā)展，該領(lǐng)域已形成了比較完整的理論體系和研究技術(shù)，是目前分子生物學(xué)內(nèi)容最豐富的一個領(lǐng)域。研究內(nèi)容包括核酸/基因組的結(jié)構(gòu)、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，基因表達調(diào)控和基因工程技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用等。遺傳信息傳遞的中心法則（centraldogma）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)行各種生命功能的主要大分子蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)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

6、多，但由于其研究難度較大，與核酸分子生物學(xué)相比發(fā)展較慢。近年來雖然在認(rèn)識蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)及其與功能關(guān)系方面取得了一些進展，但是對其基本規(guī)律的認(rèn)識尚缺乏突破性的進展。  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)胞內(nèi)、細(xì)胞間信息傳遞的分子基礎(chǔ)。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)生改變以適應(yīng)內(nèi)外環(huán)境的需要。信號轉(zhuǎn)導(dǎo)研究的目標(biāo)是

7、闡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)分子有著緊密的聯(lián)系，是當(dāng)前分子生物學(xué)發(fā)展最迅速的領(lǐng)域之一。   隨著人類基因組和其它模式生物基因組的破譯、后基因組時代的到來，確定所有的基因及其表達譜，了解基因所編碼的蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)、修飾加工和蛋白質(zhì)之間的相互作用等將是新的熱點問題。在生命科學(xué)和生物技術(shù)的發(fā)展中，基因組科學(xué)和技術(shù)正在并將繼續(xù)保持生物技術(shù)領(lǐng)域的主導(dǎo)力量，是當(dāng)前生命科學(xué)和生物產(chǎn)業(yè)的重要創(chuàng)新源泉?；蚬こ痰某霈F(xiàn)，作為生物技術(shù)發(fā)展史上的一

8、個里程碑，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始。其間的重大成就包括： 3.1 重組dna技術(shù)的建立和發(fā)展  分子生物學(xué)理論和技術(shù)發(fā)展的積累使得基因工程技術(shù)的出現(xiàn)成為必然。1967-1970年r.yuan和h.o.smith等發(fā)現(xiàn)的限制性核酸內(nèi)切酶為基因工程提供了有力的工具；1972年berg等將sv-40病毒dna與噬菌體p22dna在體外重組成功，轉(zhuǎn)化大腸桿菌，使本來在真核細(xì)胞中合成的蛋白質(zhì)能在細(xì)菌中合成,打破了種屬界限；1977年boyer等首先將人工合成的生長激素釋放抑制因子14肽的基因重組入質(zhì)粒，成功地在大腸桿菌中合成得到這14肽；1978

9、年itakura（板倉）等使人生長激素191肽在大腸桿菌中表達成功；1979年美國基因技術(shù)公司用人工合成的人胰島素基因重組轉(zhuǎn)入大腸桿菌中合成人胰島素。至今我國已有人干擾素、人白介素2、人集落刺激因子、重組人乙型肝炎疫苗、基因工程幼畜腹瀉疫苗等多種基因工程藥物和疫苗進入生產(chǎn)或臨床試用，世界上還有幾百種基因工程藥物及其它基因工程產(chǎn)品在研制中，成為當(dāng)今農(nóng)業(yè)和醫(yī)藥業(yè)發(fā)展的重要方向，將對醫(yī)學(xué)和工農(nóng)業(yè)發(fā)展作出新貢獻。 基因診斷與基因治療是基因工程在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域發(fā)展的一個重要方面。1991年美國向一患先天性免疫缺陷?。ㄟz傳性腺苷脫氨酶ada基因缺陷）的女孩體內(nèi)導(dǎo)入重組的ada基因，獲得成功。我國也在1

10、994年用導(dǎo)入人凝血因子基因的方法成功治療了乙型血友病的患者。在我國用作基因診斷的試劑盒已有近百種之多。基因診斷和基因治療正在發(fā)展之中。3.2 基因組研究的發(fā)展   目前分子生物學(xué)已經(jīng)從研究單個基因發(fā)展到研究生物整個基因組的結(jié)構(gòu)與功能。1977年sanger測定了x174-dna全部5375個核苷酸的序列；1978年fiers等測出sv-40dna全部5224對堿基序列；80年代噬菌體dna全部48,502堿基對的序列全部測出；一些小的病毒包括乙型肝炎病毒、艾滋病毒等基因組的全序列也陸續(xù)被測定；1996年底許多科學(xué)家共同努力測出了大腸桿菌基因組dna的全序列長4x

11、106堿基對。測定一個生物基因組核酸的全序列無疑對理解這一生物的生命信息及其功能有極大的意義。1990年人類基因組計劃（humangenomeproject）開始實施，這是生命科學(xué)領(lǐng)域有史以來全球性最龐大的研究計劃，將在2005年時測定出人基因組全部dna3x109堿基對的序列、確定人類約5-10萬個基因的一級結(jié)構(gòu)，這將使人類能夠更好掌握自己的命運。 3.3單克隆抗體及基因工程抗體的建立和發(fā)展   1975年kohler和milstein首次用b淋巴細(xì)胞雜交瘤技術(shù)制備出單克隆抗體以來，人們利用這一細(xì)胞工程技術(shù)研制出多種單克隆抗體，為許多疾病的診斷和治療提

12、供了有效的手段。80年代以后隨著基因工程抗體技術(shù)而相繼出現(xiàn)的單域抗體、單鏈抗體、嵌合抗體、重構(gòu)抗體、雙功能抗體等為廣泛和有效的應(yīng)用單克隆抗體提供了廣闊的前景。 3.4 基因表達調(diào)控機理  分子遺傳學(xué)基本理論建立者jacob和monod最早提出的操縱元學(xué)說打開了人類認(rèn)識基因表達調(diào)控的窗口，在分子遺傳學(xué)基本理論建立的60年代，人們主要認(rèn)識了原核生物基因表達調(diào)控的一些規(guī)律，70年代以后才逐漸認(rèn)識了真核基因組結(jié)構(gòu)和調(diào)控的復(fù)雜性。1977年最先發(fā)現(xiàn)猴sv40病毒和腺病毒中編碼蛋白質(zhì)的基因序列是不連續(xù)的，這種基因內(nèi)部的間隔區(qū)（內(nèi)含子）在真核基因組中是普遍存在的，揭開了認(rèn)識真核

13、基因組結(jié)構(gòu)和調(diào)控的序幕。80-90年代，使人們逐步認(rèn)識到真核基因的順式調(diào)控元件與反式轉(zhuǎn)錄因子、核酸與蛋白質(zhì)間的分子識別與相互作用是基因表達調(diào)控根本所在。3.5 細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機理研究成為新的前沿領(lǐng)域   細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機理的研究可以追述至50年代。sutherland1957年發(fā)現(xiàn)camp、1965年提出第二信使學(xué)說，是人們認(rèn)識受體介導(dǎo)的細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的第一個里程碑。70年代中期以后，癌基因和抑癌基因的發(fā)現(xiàn)、蛋白酪氨酸激酶的發(fā)現(xiàn)及其結(jié)構(gòu)與功能的深入研究、各種受體蛋白基因的克隆和結(jié)構(gòu)功能的探索等，使近10年來細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的研究更有了長足的進步。目前，對于某些細(xì)胞中的一些信

14、號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑已經(jīng)有了初步的認(rèn)識，尤其是在免疫活性細(xì)胞對抗原的識別及其活化信號的傳遞途徑方面和細(xì)胞增殖控制方面等都形成了一些基本的概念，當(dāng)然要達到最終目標(biāo)還需相當(dāng)長時間的努力。 隨著我國綜合國力的增強和加入世界貿(mào)易組織，特別是我國生物技術(shù)水平的大幅度提高，“自主、創(chuàng)新”已經(jīng)成為主要奮斗目標(biāo)。而實現(xiàn)自主創(chuàng)新的關(guān)鍵在于加強生物技術(shù)的相關(guān)基礎(chǔ)研究。90年代后期，我國啟動了“國家重大基礎(chǔ)性研究計劃”（973計劃），在組織工程、重要疾病創(chuàng)新藥物先導(dǎo)結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)和優(yōu)化、嚴(yán)重創(chuàng)傷早期全身性損害及組織修復(fù)、嚴(yán)重傳染病防治、心腦血管疾病發(fā)病和防治、細(xì)胞重大生命活動、衰老機理與老年疾病防治、生殖健康、腦功能和

15、腦重大疾病、方劑關(guān)鍵科學(xué)問題、惡性腫瘤發(fā)生與發(fā)展、疾病基因組學(xué)理論和技術(shù)體系的建立、干細(xì)胞、重大疾病相關(guān)蛋白組學(xué)、出生缺陷防治、腫瘤轉(zhuǎn)移與細(xì)胞增殖等領(lǐng)域開展基礎(chǔ)研究。目前，我們已經(jīng)在某些國際生物技術(shù)基礎(chǔ)研究的領(lǐng)域中占據(jù)了有利的位置，正在不斷沖擊國際前沿水平，與發(fā)達國家爭奪有關(guān)領(lǐng)域的學(xué)科“制高點”。通過加強在功能基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、生物芯片、組織工程、動植物生物反應(yīng)器、基因工程藥物與疫苗、基因診斷與治療，以及動植物轉(zhuǎn)基因技術(shù)、生物農(nóng)藥、生物肥料和生物安全等方面的原始創(chuàng)新性工作，生物技術(shù)將為我國的國民經(jīng)濟發(fā)展做出更大的貢獻。參考文獻:(1) (摩洛哥)阿爾貝.薩松.生物技術(shù)與發(fā)展.科學(xué)技術(shù)文獻出版社 1991.10：4244(2) 李志瓊. 生物技術(shù).中國科學(xué)技術(shù)出版社 1994.11: 204212(3) 王愛琳.生物科學(xué)參考資料.科學(xué)出版社