分子生物學(xué)在醫(yī)藥中的研究進(jìn)展及應(yīng)用

1、分子生物學(xué)在醫(yī)藥中的研究進(jìn)展及應(yīng)用 韓靜靜摘要分子生物學(xué)是對(duì)生物在分子層次上的研究。這是一門(mén)生物學(xué)和化學(xué)之間跨學(xué)科的研究，其研究領(lǐng)域涵蓋了遺傳學(xué)、生物化學(xué)和生物物理學(xué)等學(xué)科。分子生物學(xué)主要致力于對(duì)細(xì)胞中不同系統(tǒng)之間相互作用的理解，包括DNA，RNA和蛋白質(zhì)生物合成之間的關(guān)系以及了解它們之間的相互作用是如何被調(diào)控的。分子生物學(xué)主要研究遺傳物質(zhì)的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯進(jìn)程中的分子基礎(chǔ)。分子生物學(xué)的中心法則認(rèn)為“DNA 制造 RNA，RNA 制造蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)反過(guò)來(lái)協(xié)助前兩項(xiàng)流程，并協(xié)助 DNA 自我復(fù)制”。分子生物技術(shù)也稱(chēng)之為生物工程，是現(xiàn)代生物技術(shù)的主要標(biāo)志，它是以基因重組技術(shù)和細(xì)胞融合技術(shù)為基礎(chǔ)，利

2、用生物體或者生物組織、細(xì)胞及其組分的特性和功能，設(shè)計(jì)構(gòu)建具有預(yù)期性狀的新物種或新品種以便與工程原理相結(jié)臺(tái)進(jìn)行生產(chǎn)加工為社會(huì)提供商品和服務(wù)的一個(gè)綜合性技術(shù)體系，其內(nèi)容包括基因工程技術(shù)、細(xì)胞工程技術(shù)、DNA測(cè)序技術(shù)、DNA芯片技術(shù)、酶工程技術(shù)等?，F(xiàn)代分子生物技術(shù)的誕生以70年代DNA重組技術(shù)和淋巴細(xì)胞雜交瘤技術(shù)的發(fā)明和應(yīng)用為標(biāo)志迄今已走過(guò)了30多年的發(fā)展歷程。實(shí)踐證明在解決人類(lèi)面臨的糧食、健康、環(huán)境和能源等重大問(wèn)題方面開(kāi)辟了無(wú)限廣闊的前景。受到了各國(guó)政府和企業(yè)界的廣泛關(guān)注。是21世紀(jì)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的先導(dǎo)。二十世紀(jì)生物醫(yī)學(xué)發(fā)展的主要特點(diǎn)之一是對(duì)生命現(xiàn)象和疾病本質(zhì)的認(rèn)識(shí)逐漸向分子水平深入。DNA雙螺旋結(jié)

3、構(gòu)的發(fā)現(xiàn)為分子醫(yī)學(xué)和基因醫(yī)學(xué)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。人們逐漸認(rèn)識(shí)到，無(wú)論健康或疾病狀態(tài)都是生物分子及其相互作用的結(jié)果，生物分子中起關(guān)鍵性作用者為基因及其表達(dá)產(chǎn)物蛋白質(zhì)，因此從本質(zhì)上說(shuō)，所有的疾病都可以被認(rèn)為是“基因病”。近十年來(lái)，分子生物技術(shù)已成為醫(yī)學(xué)領(lǐng)域最有力的研究工具，以下從基因工程技術(shù)、人類(lèi)基因組計(jì)劃與核酸序列測(cè)定技術(shù)、基因診斷與基因體外擴(kuò)增技術(shù)、生物芯片技術(shù)在醫(yī)學(xué)研究中為了解疾病的發(fā)生發(fā)展機(jī)制，診斷和藥物研制、開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：分子生物學(xué) 分子生物技術(shù) 醫(yī)藥 基因芯片 蛋白質(zhì)組學(xué)第一章 文獻(xiàn)綜述31.1 分子生物學(xué)發(fā)展史31.2 分子生物學(xué)與現(xiàn)代醫(yī)學(xué)41.2.2 分于生物納米技術(shù)在基因診

4、斷中的應(yīng)用5 分子納米技術(shù)在基因療法中的應(yīng)用51.2.4 分子生物芯片技術(shù)在醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)中的應(yīng)用51.3 藥學(xué)分子生物學(xué)51.4 分子生物學(xué)在中藥的研究61.4.1 中藥研究與基因組學(xué)6 DNA分子標(biāo)記技術(shù)與中藥新藥研發(fā)61.5 分子生物學(xué)在生藥學(xué)中的研究71.5.1 藥用動(dòng)植物遺傳多樣性的分子檢測(cè)與分子系統(tǒng)學(xué)研究71.5.2 代謝途徑基因工程與中藥材品質(zhì)定向調(diào)控71.5.3 生藥分子藥理學(xué)形成與發(fā)展71.5.4 分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展與分子生藥學(xué)方法的創(chuàng)新7第二章 分子生物學(xué)在醫(yī)藥中的應(yīng)用82.1 分子生物學(xué)在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用82.1.1 基因工程技術(shù)在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用82.1.2 基因芯片技術(shù)82.1.

5、3 分子生物學(xué)在檢驗(yàn)醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用92.1.4 分子生物學(xué)技術(shù)在病理診斷及研究中的應(yīng)用92.1.5 蛋白質(zhì)芯片在病理中的應(yīng)用102.2分子生物學(xué)在藥學(xué)中的應(yīng)用102.2.1 基因芯片用于藥物篩選102.2.2 生物工程與生物制藥10蛋白質(zhì)組學(xué)在藥學(xué)研究中的應(yīng)用11第三章 應(yīng)用前景12參考文獻(xiàn)13第一章 文獻(xiàn)綜述1.1 分子生物學(xué)發(fā)展史第二次世界大戰(zhàn)之后25年，這個(gè)時(shí)期雖然可以用自然科學(xué)的許多領(lǐng)域的迅猛發(fā)展加以表征，但是發(fā)生了最深遠(yuǎn)的和革命性的進(jìn)展的是生物學(xué)領(lǐng)域。這些年里,分子研究和生物化學(xué)研究的成熟和一體化,達(dá)到了連本世紀(jì)頭幾十年里最空談理論的機(jī)械論者都可能期望的深度和廣度。像胚胎學(xué)、遺傳學(xué)或進(jìn)

6、化論那樣的以前在組織、細(xì)胞或群體水平上作了研究的領(lǐng)域,逐步地表明在特定的大分子的分子結(jié)構(gòu)方面具有共同的基礎(chǔ)。對(duì)于諸如蛋白質(zhì)和稍后的核酸分子的結(jié)構(gòu)和功能的研究,展示了探究生命系統(tǒng)微觀(guān)結(jié)構(gòu)的新前景,并且顯示了生物學(xué)廣闊的領(lǐng)域之間的新聯(lián)系,而生物學(xué)各個(gè)領(lǐng)域之間的共同基礎(chǔ),以前只是模糊地被人們推測(cè)過(guò)。當(dāng)本世紀(jì)四十年代至五十年代人們弄清了核酸是主要的遺傳物質(zhì)以及核酸通過(guò)指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成而發(fā)生作用的時(shí)候,有關(guān)遺傳的研究再次成為二十世紀(jì)生物學(xué)中的一個(gè)革命性的和占有主導(dǎo)地位的領(lǐng)域。摩爾根學(xué)派的工作已表明基因可以看作是有形的染色體的片段,但他們沒(méi)有試圖研究基因的分子性質(zhì)或任何有關(guān)基因的生化功能。這個(gè)問(wèn)題是確實(shí)存

7、在的,但探討它卻是不成熟的和難以弄清的。因此,當(dāng)適合于探討細(xì)胞內(nèi)特定分子的相互作用的研究工具和技術(shù)變得有效時(shí),遺傳學(xué)在二十世紀(jì)再次呈現(xiàn)出令人鼓舞的景象是不足為奇的。生物學(xué)現(xiàn)在的“分子生物學(xué)”不僅包括結(jié)構(gòu)和功能的要素,而且包括信息的要素。它關(guān)往生物學(xué)上的重要分子,比如蛋白質(zhì)或核酸的結(jié)構(gòu),從這些分子如何在細(xì)胞的新陳代謝中起作用以及它們?nèi)绾螖y帶特定的生物信息的方面關(guān)注這些分子的結(jié)構(gòu)問(wèn)題。物理學(xué)和結(jié)構(gòu)化學(xué)的方法比如結(jié)晶分子的X射線(xiàn)衍射,分子模型的建立,已經(jīng)應(yīng)用于分子結(jié)構(gòu)的研究,同時(shí)生物化學(xué)也應(yīng)用于確定細(xì)胞內(nèi)部大分子如何彼此相互作用、大分子如何與小分子相互作用的問(wèn)題。在歷史上,有三方面思路通向我們今天所

8、知道的分子生物學(xué)的形成:1.結(jié)構(gòu)方面與生物分子的結(jié)構(gòu)有關(guān),2. 生物化學(xué)方面:與生物分子如何在細(xì)胞新陳代謝和遺傳過(guò)程中相互作用的問(wèn)題有關(guān),3.信息方面:與信息如何從一代有機(jī)體傳遞到下一代并且信息如何轉(zhuǎn)譯為獨(dú)特的生物分子的問(wèn)題有關(guān)1。生物化學(xué)遺傳學(xué)細(xì)胞生物學(xué)生物物理學(xué)微生物學(xué)有機(jī)化學(xué)物理化學(xué) 相互滲透進(jìn)入細(xì)胞水平相互促進(jìn)20世紀(jì)中葉生物學(xué)引入生物大分子 分子生物學(xué) 圖一 分子生物學(xué)的發(fā)展過(guò)程在19世紀(jì)和20世紀(jì)隨著各個(gè)學(xué)科的發(fā)展，特別是生物化學(xué)、遺傳學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、生物物理學(xué)、微生物學(xué)、有機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)的發(fā)展，各個(gè)學(xué)科互相滲透，互相促進(jìn)荷香交融，而生物學(xué)的發(fā)展隨著這些學(xué)科在生物學(xué)中的應(yīng)用已經(jīng)從

9、物種、個(gè)體等層次上發(fā)展到細(xì)胞水平上，到了二十世紀(jì)中葉，隨著檢測(cè)儀器的快速發(fā)展，大分子如核酸、蛋白質(zhì)等物質(zhì)的鑒定，使得生物大分子引入到生物學(xué)中，隨后發(fā)展成分子生物學(xué)，如圖一。二十一世紀(jì)是生物學(xué)的世紀(jì)，同時(shí)生物學(xué)中的核心是分子生物學(xué)，在現(xiàn)在分子生物學(xué)對(duì)整個(gè)社會(huì)及人類(lèi)產(chǎn)生了重要的影響，分子生物學(xué)的核心就是通過(guò)生物的物質(zhì)基礎(chǔ)核酸、蛋白質(zhì)、酶等生物大分子的機(jī)構(gòu)、功能及其互相作用等運(yùn)動(dòng)規(guī)律的研究來(lái)闡明生物分子基礎(chǔ)，從而探討生命的奧秘，隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，特別是物理、化學(xué)、儀器分析的發(fā)展使得分子生物學(xué)的發(fā)展在分子水平上取得了巨大的進(jìn)步，人類(lèi)可以通過(guò)研究核酸、蛋白質(zhì)來(lái)闡述人類(lèi)自身發(fā)展的困難及在醫(yī)學(xué)中可以解釋很

10、多疑難雜癥。分子生物學(xué)的發(fā)展更加借助了現(xiàn)代社會(huì)十分關(guān)鍵的工具計(jì)算機(jī)，化學(xué)信息學(xué)通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬確定蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，從而使研究者更加生動(dòng)形象的了解蛋白質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。隨著分子生物學(xué)的快速發(fā)展，它已經(jīng)與其他學(xué)科結(jié)合，如生理學(xué)、微生物學(xué)、免疫學(xué)、病理學(xué)、藥理學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)等，尤其在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用，成為現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的重要基礎(chǔ)，而且發(fā)展了很多分支學(xué)科，例如分子細(xì)胞學(xué)、分子病毒學(xué)、分子診斷學(xué)、分子治療學(xué)、分子病理學(xué)、分子藥理學(xué)、生物制藥等。本論文將重點(diǎn)研究分子生物學(xué)在醫(yī)學(xué)及藥學(xué)中的應(yīng)用及研究進(jìn)展。1.2 分子生物學(xué)與現(xiàn)代醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)是當(dāng)前生命科學(xué)中發(fā)展最快的前沿領(lǐng)域，即是生命科學(xué)的領(lǐng)先學(xué)科，而且是與其他學(xué)科廣泛交叉于

11、滲透的重要前沿領(lǐng)域使得現(xiàn)代生命科學(xué)的內(nèi)涵和外延在不斷擴(kuò)大。二十一世紀(jì)醫(yī)學(xué)發(fā)展的主要特點(diǎn)之一是對(duì)生命現(xiàn)象和疾病本質(zhì)的認(rèn)識(shí)逐漸向分子水平深入。隨著基因克隆技術(shù)趨向成熟和基因涌序工作逐步完善，后基因時(shí)代逐步到來(lái)。人們逐漸認(rèn)識(shí)到無(wú)論健康或疾病狀態(tài)都是生物分子的相互作用的結(jié)果，生物分子起關(guān)鍵性作用。最近十年，分子生物技術(shù)已成為醫(yī)學(xué)領(lǐng)域極其有力的研究工具基因工程技術(shù)、人類(lèi)基因組計(jì)劃與核酸序列測(cè)定技術(shù)、基目診斷與基因體外擴(kuò)增技術(shù)、生物芯片拄術(shù)、分子納米技術(shù)在醫(yī)學(xué)研究中如了解疾病的發(fā)生發(fā)展機(jī)制、疾病診斷和藥物研制與開(kāi)發(fā)中得到廣泛應(yīng)用。同時(shí)，在結(jié)構(gòu)基因組學(xué)、功能基因組學(xué)和環(huán)境基因組學(xué)逢勃發(fā)展的形勢(shì)下。分子生物醫(yī)

12、學(xué)技術(shù)將會(huì)取得突破性進(jìn)展也給醫(yī)學(xué)帶來(lái)了嶄新的局面，為醫(yī)學(xué)事業(yè)的發(fā)展提供新的機(jī)遇。分子生物技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的前沿和熱點(diǎn)。分子生物學(xué)在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)中有很大的應(yīng)用，分子生物學(xué)在發(fā)病機(jī)制和藥學(xué)研究中的作用、分子生物學(xué)在疾病診斷中的作用、分子生物學(xué)在疾病治療中的作用、分子生物學(xué)在醫(yī)藥工業(yè)中的作用等這是現(xiàn)在科學(xué)家研究的熱點(diǎn)。下面簡(jiǎn)要介紹幾種分子生物學(xué)在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用。12.1 分子生物傳感器在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用分子生物傳感器是利用一定的生物或化學(xué)固定技術(shù)將生物識(shí)別元件(如酶、抗體、抗原、蛋白、核酸、受體、細(xì)胞、微生物、動(dòng)植物組織)固定在換能器上當(dāng)待測(cè)物與生物識(shí)別元件發(fā)生特異性反應(yīng)后，通過(guò)換能器將所產(chǎn)生的反應(yīng)結(jié)果轉(zhuǎn)

13、變?yōu)榭梢暂敵觥z測(cè)的電信號(hào)和光信號(hào)等，以此對(duì)待測(cè)物質(zhì)進(jìn)行定性和定量分析，從而達(dá)到檢測(cè)分析的目的。分子生物傳感器可以廣泛地應(yīng)用于對(duì)體藏中的散量蛋白、小分子有機(jī)物、核酸等多種物質(zhì)的檢測(cè)。在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)中這些項(xiàng)目是臨床診斷和病情分折的重要依據(jù)。能夠在體肉實(shí)時(shí)監(jiān)控的生物傳感器對(duì)于手術(shù)中或重癥監(jiān)護(hù)的病人都程有幫助。1.2.2 分于生物納米技術(shù)在基因診斷中的應(yīng)用基因診斷是利用分子雜交及熒光技術(shù)檢測(cè)DNA片段，已經(jīng)為基因診斷在臨床上的應(yīng)用帶來(lái)了巨大的發(fā)展前景。研究表明，利用納米技術(shù)如利用金納米微粒結(jié)合雜交DNA片段，很容易進(jìn)人機(jī)體細(xì)胞核，并與核內(nèi)染色體組臺(tái)具有較高的特異性，可以克服目前基因診斷所面臨的一些困

14、難和問(wèn)題。進(jìn)一步提高了基因診斷在實(shí)驗(yàn)室中的地位?？茖W(xué)家通過(guò)超順磁性氧化鐵納米粒脂質(zhì)體對(duì)肝癌的研究，提高了直徑3nm以下的腫瘤檢測(cè)率。結(jié)論表明，納米微粒對(duì)腫瘤早期發(fā)現(xiàn)、早期診斷具有重要意義。1.2.3分子納米技術(shù)在基因療法中的應(yīng)用基因治療是臨床治療學(xué)上的重大發(fā)展其基本原理是：質(zhì)粒DNA進(jìn)入目的細(xì)胞后，可以修復(fù)遺傳錯(cuò)誤，或可產(chǎn)生治療因子，如多肽、蛋白質(zhì)、抗原等，納米技術(shù)能使DNA通過(guò)主動(dòng)靶向作用定位于細(xì)胞。將質(zhì)粒DNA縮小到50200nm，帶上負(fù)電荷進(jìn)入到細(xì)胞核，插入到細(xì)胞核DNA的確切部位，起到對(duì)癥治療效果。同時(shí)分子納米技術(shù)能夠快速有救地確定基因序列、基因和藥物的體內(nèi)走向、傳進(jìn)和定位傳遞使臨床診

15、斷和治療過(guò)程效率得以提高。同時(shí)無(wú)機(jī)納米顆粒體積小，可在血管中隨血液循環(huán)，通過(guò)血管璧進(jìn)入各個(gè)臟器的細(xì)施中，作為新型非病毒型基因載體能有效介導(dǎo)DNA的轉(zhuǎn)導(dǎo)并使其在細(xì)胞內(nèi)高水平的表達(dá)，從而為基因表達(dá)，功能研究及基因治療提供了新的技術(shù)和手段。1.2.4 分子生物芯片技術(shù)在醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)中的應(yīng)用隨著分子生物學(xué)的發(fā)展及人們對(duì)疾病過(guò)程的認(rèn)識(shí)加鐸傳統(tǒng)的醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)技術(shù)已不能完全適應(yīng)微量、快速、準(zhǔn)確、全面的要求。所謂的生物芯片是指將大量探針?lè)肿庸潭ㄓ谥С治锷?通常支持物上的一個(gè)點(diǎn)代表一種分子探針)并與標(biāo)記的樣品雜交或反應(yīng)，通過(guò)自動(dòng)化儀器檢測(cè)雜交或反應(yīng)信號(hào)的強(qiáng)度而判斷樣品中靶分子的數(shù)量。在檢測(cè)病原苗方面由于大部分細(xì)菌、病毒

16、的基因組測(cè)序已完成，將許多代表每種微生物的特殊基因制成1張芯片通過(guò)反轉(zhuǎn)錄可檢測(cè)標(biāo)本中的有無(wú)病原體基因的表達(dá)及表達(dá)的情況以判斷病人感染病原及感染的進(jìn)程、宿主的反應(yīng)。由于P53抑癌基因在多數(shù)腫瘤中均發(fā)生突變因此其實(shí)是重要的腫瘤診斷靶基因2。1.3 藥學(xué)分子生物學(xué)分子生物學(xué)與藥學(xué)的應(yīng)用主要是藥物基因組學(xué)、藥物蛋白質(zhì)組學(xué)與現(xiàn)代藥物的結(jié)合，藥物基因組學(xué)是主要以闡明藥物代謝、藥物轉(zhuǎn)運(yùn)和藥物靶分子的基因多態(tài)性與藥物作用包括療效和毒副作用之間關(guān)系的一門(mén)科學(xué)，是一門(mén)新興的研究領(lǐng)域。通過(guò)研究基因多樣性，可以指導(dǎo)藥物設(shè)計(jì)、開(kāi)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)、疾病三者項(xiàng)鏈的橋梁科學(xué)，主要的研究比藥物基因

17、組學(xué)更復(fù)雜。分子生物學(xué)的新理論和新技術(shù) 滲入 藥學(xué)藥學(xué)研究領(lǐng)域 化學(xué) 誕生 藥學(xué)、化學(xué)藥學(xué)分子生物學(xué) 生命科學(xué) 圖二 藥學(xué)與分子生物學(xué)的關(guān)系在過(guò)去幾十年，藥物得到全面發(fā)展，現(xiàn)在市場(chǎng)上大部分藥物都是化學(xué)藥物，藥物的合成都是通過(guò)化學(xué)制藥，通過(guò)有機(jī)化學(xué)和藥物化學(xué)合成出目標(biāo)產(chǎn)物，通過(guò)篩選，選出具有藥物活性的，但是藥物通過(guò)化學(xué)合成得到，所以會(huì)有毒副作用，現(xiàn)在通過(guò)引進(jìn)分子生物學(xué)應(yīng)用到藥學(xué)中，得到新的研究方向即是藥學(xué)分子生物學(xué)，藥學(xué)分子生物學(xué)與化學(xué)、藥學(xué)、生命科學(xué)三部分，使得現(xiàn)在生物合成藥物得到快速發(fā)展，如圖二。1.4 分子生物學(xué)在中藥的研究1.4.1 中藥研究與基因組學(xué)人類(lèi)基因組學(xué)研究方法內(nèi)容與中醫(yī)學(xué)的整

18、體觀(guān)、辨證觀(guān)有很多相似之處。如基因組學(xué)研究是在過(guò)去對(duì)單個(gè)基因研究的基礎(chǔ)上認(rèn)識(shí)到基因之間相互聯(lián)系的復(fù)雜性，即一種疾病可能由多個(gè)基因的改變所致，而同一個(gè)基因的不同表達(dá)狀態(tài)又可能造成多種疾病。尤其是從結(jié)構(gòu)研究向功能研究方式的轉(zhuǎn)變，對(duì)基因之間相互聯(lián)系相互作用的日趨重視，反映出中醫(yī)藥學(xué)與基因組學(xué)在思維方法上的趨近特征，亦反映了分子生物學(xué)在中醫(yī)藥領(lǐng)域應(yīng)用的依據(jù)和前景。近來(lái)中醫(yī)藥基因組學(xué)已成為一個(gè)非常熱門(mén)的話(huà)題，有關(guān)部門(mén)在研討是否將中醫(yī)證候基因組學(xué)、中藥藥效）基因組學(xué)等列入重點(diǎn)或重大研究課題。試圖仿照人類(lèi)基因組的研究模式，研究并構(gòu)建中醫(yī)的某一個(gè)“證”或某一個(gè)中藥或方劑對(duì)人類(lèi)基因組的影響和改變的全息圖或?qū)?yīng)關(guān)

19、系。利于發(fā)現(xiàn)新穎和高效藥物，亦可用于藥物療效的客觀(guān)評(píng)價(jià)。1.4.2 DNA分子標(biāo)記技術(shù)與中藥新藥研發(fā)DNA分子標(biāo)記技術(shù)，亦稱(chēng)DNA分子診斷技術(shù)，是指通過(guò)直接分析遺傳物質(zhì)的多態(tài)性來(lái)診斷生物內(nèi)在基因排布規(guī)律及其外在性狀表現(xiàn)規(guī)律的技術(shù)。DNA分子標(biāo)記技術(shù)大致可分為兩大類(lèi)：一類(lèi)是以電泳技術(shù)和雜交技術(shù)為核心的分子標(biāo)記技術(shù)，如DNA指紋技術(shù)。另一類(lèi)是DNA擴(kuò)增技術(shù)和電泳技術(shù)為核心的分子診斷技術(shù)。在進(jìn)行新藥開(kāi)發(fā)和中藥資料研究中常需了解中藥有效成分的分布規(guī)律，以便尋找和開(kāi)發(fā)新藥源。DNA分子標(biāo)記技術(shù)可以像DNA分子標(biāo)記輔助性狀選擇一樣，以指導(dǎo)藥用有效成分方便、快速、正確地尋找與開(kāi)發(fā)利用。利用分子標(biāo)記技術(shù)，尋找

20、與藥用有效成分連鎖的基因或直接應(yīng)用控制該成分的基因標(biāo)記，尋求新資源。1.5 分子生物學(xué)在生藥學(xué)中的研究1.5.1 藥用動(dòng)植物遺傳多樣性的分子檢測(cè)與分子系統(tǒng)學(xué)研究遺傳多樣性是研究系統(tǒng)與進(jìn)化及分類(lèi)與鑒定的最根本的物質(zhì)基礎(chǔ)。然而，對(duì)于絕大多數(shù)藥用動(dòng)植物來(lái)說(shuō)，其遺傳背景研究幾乎是一個(gè)空白3。利用DNA分子遺傳標(biāo)記和基因組序列分析技術(shù)，從居群、分子乃至基因水平上，準(zhǔn)確刻劃藥用動(dòng)植物遺傳背景差異和親緣關(guān)系，進(jìn)而構(gòu)建基于葉綠體基因組基因和（或）核基因組基因序列分析的重要藥用動(dòng)植物系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)，將是分子生藥學(xué)基礎(chǔ)研究的重心。1.5.2 代謝途徑基因工程與中藥材品質(zhì)定向調(diào)控 次生代謝產(chǎn)物合成途徑的基礎(chǔ)研究將越來(lái)越

21、受到重視，特別是調(diào)控次生代謝產(chǎn)物的關(guān)鍵酶及其基因與抗病基因的定位、分離和克隆表達(dá)將尤為引人注目，并將成為分子生藥學(xué)研究中最富挑戰(zhàn)和前景的方向之一4。關(guān)鍵酶的確定和分離，不僅為利用生物技術(shù)手段操縱代謝途徑及中藥材品質(zhì)定向調(diào)控提供科學(xué)依據(jù)，而且，更為生藥生源學(xué)研究打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。1.5.3 生藥分子藥理學(xué)形成與發(fā)展近年來(lái)，中藥藥理方法學(xué)研究進(jìn)展頗快。隨著分子生物學(xué)與中藥藥理學(xué)的發(fā)展，生藥分子藥理學(xué)已現(xiàn)端倪。在分子和基因水平上，研究中藥有效成分或部位的作用機(jī)理、闡明中藥藥性理論及其可能的物質(zhì)，建立分子水平上的中藥活性檢測(cè)系統(tǒng)，或以受體和基因?yàn)榘悬c(diǎn)尋找新藥甚至開(kāi)展基因治療，將成為分子藥理學(xué)的重要課題。而

22、分子生物學(xué)技術(shù)特別是分子遺傳學(xué)和基因克隆技術(shù)，正是研究這一重要課題的關(guān)鍵性手段。受體和基因的結(jié)構(gòu)與功能及其在藥物作用下的變化，中藥作用的受體機(jī)理與受體的藥理學(xué)特性表達(dá)，中藥對(duì)基因表達(dá)調(diào)控與基因水平上的藥物篩選，藥物代謝酶及其基因的分離確定與中藥誘發(fā)的基因結(jié)構(gòu)異常分析等，將成為生藥分子藥理學(xué)研究中既富挑戰(zhàn)又有前景的新領(lǐng)域1.5.4 分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展與分子生藥學(xué)方法的創(chuàng)新包括分子遺傳標(biāo)記在內(nèi)的分子生物學(xué)技術(shù)在生藥學(xué)研究中方興未艾，但目前應(yīng)用研究主要表現(xiàn)在生藥鑒定方面，在生藥學(xué)研究深度和廣度方面尚存在很大的局限性。此外，目前常用于生藥鑒定的DNA分子遺傳標(biāo)記技術(shù)有RFLP,RAPD,AP-PCR

23、，AFLP等。但與已出現(xiàn)的幾十種分子遺傳標(biāo)記技術(shù)相比，只是其中的一小部分。隨著分子生物學(xué)的發(fā)展，一方面越來(lái)越多的分子生物學(xué)技術(shù)將滲透應(yīng)用在生藥學(xué)研究中，另一方面新的分子生物學(xué)技術(shù)將不斷問(wèn)世。 第二章 分子生物學(xué)在醫(yī)藥中的應(yīng)用2.1 分子生物學(xué)在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用2.1.1 基因工程技術(shù)在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用二十世紀(jì)七十年代初，由于基因重組技術(shù)得到發(fā)展，基因工程逐步發(fā)展成一套成熟的技術(shù)。將需要表達(dá)的產(chǎn)物的目的基因，經(jīng)分離、擴(kuò)增、拼接人一定的載體，然后植入表達(dá)用的菌體(大腸桿菌、酵母菌或真核細(xì)胞)，通過(guò)生物復(fù)制表達(dá)出所需的產(chǎn)物，經(jīng)分離純化，制成產(chǎn)品。這一過(guò)程從研究到工業(yè)化已逐步實(shí)現(xiàn)規(guī)范化，并與制藥工業(yè)結(jié)合起來(lái)，

24、形成規(guī)?；a(chǎn)。通過(guò)分離細(xì)胞mRNA逆轉(zhuǎn)并擴(kuò)增（RT-PCR）目的基因，經(jīng)純化后用基因重組技術(shù)拼接入載體，轉(zhuǎn)錄載體菌，構(gòu)建工程菌。用生物復(fù)制方法培育工程菌，從工程菌分泌液或包含體中分離表達(dá)產(chǎn)物，經(jīng)過(guò)變性和復(fù)性，取得表達(dá)產(chǎn)物的電泳圖譜或少量純品。經(jīng)分析鑒定證明表達(dá)產(chǎn)物是正確的。擴(kuò)大至中試規(guī)模，確定各步工藝的條件至取得一定量的產(chǎn)品，進(jìn)行審批所需的各項(xiàng)檢測(cè)及質(zhì)控，并進(jìn)行必要的生物驗(yàn)證。擴(kuò)大至滿(mǎn)足市場(chǎng)需要的生產(chǎn)規(guī)律，取得規(guī)律生產(chǎn)的效益。2.1.2 基因芯片技術(shù)基因芯片(genechip)又稱(chēng)DNA芯片、DNA微陣列，是將許多預(yù)先設(shè)計(jì)好的寡核苷酸或基因(cDNA)片段作為探針，有序地、高密度地(點(diǎn)與點(diǎn)之

25、間的距離一般小于500km)排列在玻璃、硅片或尼龍膜等載體上，制成DNA微陣列(DNAmicroarmy)，將待測(cè)樣品DNARNA通過(guò)PCRRTPCR擴(kuò)增、體外轉(zhuǎn)錄等技術(shù)摻入熒光標(biāo)記分子后，與位于芯片上的探針雜交，再通過(guò)激光共聚焦熒光掃描系統(tǒng)檢測(cè)探針?lè)肿与s交信號(hào)強(qiáng)度，并配以計(jì)算機(jī)對(duì)熒光信號(hào)進(jìn)行綜合分析后，即可獲得樣品中大量基因序列及表達(dá)的信息，由于常用硅芯片作為固相支持物，且在制備過(guò)程運(yùn)用了計(jì)算機(jī)芯片的制備技術(shù)，所以稱(chēng)之為基因芯片技術(shù)?；蛐酒N類(lèi)較多，根據(jù)微陣列上探針的不同，可分為寡核苷酸芯片和cDNA芯片兩類(lèi)。寡核苷酸芯片是將寡核苷酸原位合成或合成后固定在芯片上，曝露于標(biāo)記樣本DNA雜交，

26、根據(jù)雜交信號(hào)出現(xiàn)部位的寡核苷酸序列推測(cè)與其互補(bǔ)的DNA序列?？捎糜诨虬l(fā)現(xiàn)、突變檢測(cè)、表達(dá)監(jiān)控和遺傳制圖等。cDNA芯片是將cDNA固定在芯片上并曝露于一組標(biāo)記探針，可用于大尺度篩選和基因表達(dá)的研究。按照用途可分表達(dá)譜芯片、診斷芯片、指紋圖譜芯片、測(cè)序芯片、毒理芯片等?；蛐酒闹苽浞椒ㄒ部苫痉譃閮深?lèi)：一類(lèi)是原位合成；一類(lèi)是直接點(diǎn)樣。原位合成是指直接在芯片上用四種核苷酸合成所需的探針；而直接點(diǎn)樣是指將已經(jīng)合成好的探針定位在芯片上，待分析基因在與芯片結(jié)合探針雜交之前必須進(jìn)行分離、擴(kuò)增及標(biāo)記?；蛐酒夹g(shù)主要包括四個(gè)主要步驟：芯片制備、樣品制備、雜交反應(yīng)及信號(hào)檢測(cè)和結(jié)果分析。根據(jù)樣品來(lái)源、基因含

27、量及檢測(cè)方法和分析目的的不同，采用的基因分離、擴(kuò)增及標(biāo)記方法也各異。為了獲得基因的雜交信號(hào)必須對(duì)目的基因進(jìn)行標(biāo)記，目前采用的最普遍的是熒光標(biāo)記方法。用計(jì)算機(jī)控制的高分辨率熒光掃描儀可獲得結(jié)合于芯片上目的基因的熒光信號(hào)，通過(guò)計(jì)算機(jī)處理即可給出目的基因的結(jié)構(gòu)或表達(dá)信息。雜交條件的選擇與研究目的有關(guān)；多態(tài)性分析或基因測(cè)序時(shí)，每個(gè)核苷酸或突變位點(diǎn)都必須檢測(cè)出來(lái)；如果芯片僅用檢測(cè)基因表達(dá)，只需設(shè)計(jì)出針對(duì)基因中的特定區(qū)域的幾套寡核苷酸即可。表達(dá)檢測(cè)需要較長(zhǎng)的雜交時(shí)間，更高的樣品濃度和低溫度，這有利于增加檢測(cè)的特異性和低拷貝基因檢測(cè)的靈敏度。突變檢測(cè)需要鑒別出單堿基錯(cuò)配，需要更高的雜交嚴(yán)謹(jǐn)性和更短的時(shí)間。2

28、.1.3 分子生物學(xué)在檢驗(yàn)醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用上個(gè)世紀(jì)八十年代中期。分子生物學(xué)技術(shù)闖世。這種以核酸生化為基礎(chǔ)的新技術(shù)自發(fā)現(xiàn)以來(lái)，它已經(jīng)成為醫(yī)學(xué)領(lǐng)域不可離開(kāi)的最有價(jià)值的診療手段之一。做為檢驗(yàn)醫(yī)學(xué)的最新方法，它已廣泛應(yīng)用于檢驗(yàn)學(xué)科的各領(lǐng)域之中。分子生物學(xué)的核心技術(shù)是聚合酶鏈反應(yīng)(PCR)，在PCR問(wèn)世后十幾年的應(yīng)用中它又有了長(zhǎng)足的發(fā)展，依托該技術(shù)衍生出的多種反應(yīng)模式，如巢式和半巢式PCR、錨定PcR、恒溫PcR等，此外探針雜交技術(shù)、酶切指紋圖分析技術(shù)、序列分析、各種核酸定量技術(shù)、生物芯片等都已廣泛應(yīng)用于檢驗(yàn)的臨床和科研工作中。除檢測(cè)方法的創(chuàng)造和改進(jìn)外，用于檢測(cè)的試劑制備，走人了新的里程碑。上世紀(jì)末單克隆抗

29、體技術(shù)的發(fā)展，使檢驗(yàn)試劑特別是用于免疫專(zhuān)業(yè)上的試劑在質(zhì)上有了飛躍進(jìn)步；而依托分子生物學(xué)理論提出的基因生物工程技術(shù)，使我們對(duì)目的基因的克隆、構(gòu)建、轉(zhuǎn)錄、表達(dá)成為實(shí)驗(yàn)室可實(shí)施的技術(shù)，極大地提高了檢測(cè)試劑質(zhì)量和應(yīng)用范圍。分子生物學(xué)檢測(cè)方法涉足檢驗(yàn)醫(yī)學(xué)的各專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域。在臨床血液學(xué)中，血液病特別是白血病的分型，必需依賴(lài)分子生物學(xué)技術(shù)，已成為常規(guī)診療手段。而萁它出血性疾病為血友病的基因家系研究和優(yōu)生預(yù)測(cè)在我國(guó)取得讓世人矚目的成績(jī)。在妊床生物化學(xué)中，酶類(lèi)基因的調(diào)控，一些與人體生化反應(yīng)有關(guān)的物質(zhì)的甲基及其在疾病發(fā)生中的作用等均成為研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。在臨床微生物中，更是分子生物學(xué)最重要的用武之地，分子生物學(xué)的應(yīng)用可

30、謂百花齊放。對(duì)于些難于捕捉的病原微生物及新病原微生物的確認(rèn)，分子生物學(xué)技術(shù)打開(kāi)了識(shí)別它們的禁區(qū)，微生物的亞群分析對(duì)臨床治療和監(jiān)測(cè)提供了有應(yīng)用價(jià)值的信息，涉及微生物種類(lèi)之廣泛，應(yīng)用之有效，信息之有時(shí)均達(dá)到前所未有的高度。在臨床免疫方面，涉及參與大體免疫反應(yīng)的基因調(diào)節(jié)，人體各類(lèi)自身免疫病在基因水平上的病因分析及調(diào)控表達(dá)都是分子生物學(xué)參與免疫檢測(cè)的契臺(tái)點(diǎn)?？傊?，分子生物學(xué)技術(shù)在檢驗(yàn)各專(zhuān)業(yè)學(xué)科中應(yīng)用的廣泛程度是任何技術(shù)所不能比擬的。2.1.4 分子生物學(xué)技術(shù)在病理診斷及研究中的應(yīng)用目前，分子生物學(xué)技術(shù)廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)各學(xué)科。應(yīng)用到以病變組織或細(xì)胞的形態(tài)學(xué)觀(guān)察為主的傳統(tǒng)的病理學(xué)后，使得的病理學(xué)研究和診斷深

31、入到基因水平，從遺傳學(xué)的角度揭開(kāi)疾病的本質(zhì)，為科研和臨床輔助診斷做出了巨大的貢獻(xiàn)。熒光原位雜交(fluorescencein situ hybridization，F(xiàn)ISH)在病理中的應(yīng)用是應(yīng)用熒光素等標(biāo)記的探引與組織細(xì)胞中待測(cè)核酸反應(yīng)形成雜交體，用熒光顯微鏡或激光共聚焦顯微鏡觀(guān)察信號(hào)表達(dá)主要用于分裂中期或分裂間期細(xì)胞核的染色體分析。FISH技術(shù)靈敏性高，克服了免疫組化中假陽(yáng)性高的問(wèn)題。2.1.5 蛋白質(zhì)芯片在病理中的應(yīng)用蛋白質(zhì)芯片，又稱(chēng)蛋白質(zhì)陣列或蛋白質(zhì)微陣列，是指以用標(biāo)記了熒光的蛋白質(zhì)或其他分子作用于以蛋白質(zhì)分予作為配基，有序同定在同相載體表面形成的微陣列，經(jīng)熒光掃描等測(cè)定芯片上各點(diǎn)的熒光

32、強(qiáng)度，來(lái)分析蛋白質(zhì)之間或蛋白與其它分子之問(wèn)的相互作用。這是一種高通最、高靈敏度、高特異性且微型化的蛋白質(zhì)分析技術(shù)，對(duì)疾病的早期病理診斷有一定的作用。2.2分子生物學(xué)在藥學(xué)中的應(yīng)用2.2.1 基因芯片用于藥物篩選 如何分離和鑒定藥物的有效成分是目前新藥開(kāi)發(fā)遇到的重大障礙，基因芯片技術(shù)是解決這一障礙的有效手段，它能夠大規(guī)模地篩選，在藥物和基因之間架起一座橋梁，從基因水平解釋藥物的作用機(jī)制，即可以利用基因芯片分析用藥前后機(jī)體的不同組織、器官基因表達(dá)的差異，從而發(fā)現(xiàn)一組病癥相關(guān)基因和藥物效應(yīng)基因作為藥物篩選靶標(biāo)。如果用mRNA構(gòu)建 cDNA表達(dá)文庫(kù)，然后用得到的肽庫(kù)制作肽芯片，則可以從眾多的藥物成分中

33、篩選到起作用的部分物質(zhì)。如果用 cDNA作為探針的基因芯片，則可進(jìn)行反義寡核苷酸類(lèi)藥物的篩選。或者，利用RNA ，單鏈 DNA有很大的柔性，能形成復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)，更有利與靶分子相結(jié)合，可將核酸庫(kù)中的 RNA或單鏈 DNA固定在芯片上，然后與靶蛋白孵育，形成蛋白質(zhì) RNA或蛋白質(zhì)DNA 復(fù)合物，可以篩選特異的藥物蛋白或核酸，因此基因芯片技術(shù)和 RNA庫(kù)的結(jié)合在藥物篩選中將得到廣泛應(yīng)用。2.2.2 生物工程與生物制藥分子生物學(xué)理論和技術(shù)的發(fā)展極大地推動(dòng)了藥物的研制。在傳統(tǒng)的化學(xué)藥物和中草藥之外，形成了生物制藥這一新興領(lǐng)域，生物工程的幾大領(lǐng)域均在生物制品方面取得了巨大進(jìn)展。目前世界采用基因工程技術(shù)制

34、備的多肽藥物已打100種以上，如人胰島素、人生長(zhǎng)激素、干擾素、白介素、集落刺激因子等。蛋白質(zhì)工程在過(guò)去主要采用化學(xué)方法對(duì)純化蛋白質(zhì)進(jìn)行結(jié)構(gòu)改造，制備出有特殊功能的蛋白質(zhì)，現(xiàn)在主要應(yīng)用基因工程技術(shù)，從改造目的基因的結(jié)構(gòu)入手，在受體細(xì)胞中表達(dá)不同結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)。微生物工程又稱(chēng)為發(fā)酵工程，是利用微生物特定性狀，使微生物產(chǎn)生有用物質(zhì)或直接用于工業(yè)化生產(chǎn)的技術(shù)。用重組DNA技術(shù)創(chuàng)造抗生素新品種已獲得進(jìn)展。運(yùn)用重組DNA技術(shù)不僅可以創(chuàng)造新的抗生素而且可以提高產(chǎn)量。2.2.3 蛋白質(zhì)組學(xué)在藥學(xué)研究中的應(yīng)用2.2.3.1蛋白質(zhì)組學(xué)識(shí)別和驗(yàn)證藥物作用的靶點(diǎn)新藥研究是一個(gè)不斷推陳出新的過(guò)程，新的藥物作用靶點(diǎn)就是體現(xiàn)

35、其新穎性的標(biāo)志之一。如果以人類(lèi)主要的 100-150種疾病進(jìn)行粗略估計(jì)，人體內(nèi)可能存在的藥物靶點(diǎn)約有 3000-15000個(gè)，而統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，目前的藥物靶點(diǎn)不到 500個(gè)，這說(shuō)明還有大量的未知靶點(diǎn)等待我們?nèi)ラ_(kāi)發(fā)。大多數(shù)藥物靶點(diǎn)都是在生命活動(dòng)中扮演重要角色的蛋白質(zhì)，如酶，受體，激素等。通過(guò)蛋白質(zhì)組學(xué)的方法比較疾病狀態(tài)和生理狀態(tài)下蛋白質(zhì)表達(dá)的差異，就有可能找到有效的藥物作用靶點(diǎn)。蛋白質(zhì)組學(xué)探索藥物的耐藥機(jī)制，抗生素自問(wèn)世以來(lái)，使傳染性疾病的死亡率大大降低，挽救了無(wú)數(shù)人的生命。但是，越來(lái)越多的病原微生物出現(xiàn)耐藥性，給藥物特別是抗生素的應(yīng)用提出了嚴(yán)峻的考驗(yàn)。病原微生物、腫瘤細(xì)胞和機(jī)體的耐藥性的形成與多

36、種蛋白質(zhì)改變的關(guān)系更為密切，因而研究給藥后敏感細(xì)胞株和耐藥細(xì)胞株差異表達(dá)的蛋白質(zhì)對(duì)于了解藥物的耐藥機(jī)制顯得尤為重要。2.2.3.2 蛋白質(zhì)組學(xué)用于藥物作用強(qiáng)度及藥物毒理學(xué)研究新藥的主要藥效學(xué)評(píng)價(jià)的目的是明確受試化合物的作用強(qiáng)度和特點(diǎn)，與已知藥物相比有何特點(diǎn)，是否值得進(jìn)一步評(píng)價(jià)。通常要求作出藥物的量效關(guān)系曲線(xiàn)，求出半數(shù)有效量（ED50）再與已知的同類(lèi)藥比較。如果用蛋白質(zhì)的表達(dá)水平來(lái)替代效應(yīng)參數(shù)，將會(huì)使這一標(biāo)準(zhǔn)更加精確有效。蛋白質(zhì)組學(xué)的另一應(yīng)用就是研究藥物毒理學(xué)，方法是比較正常細(xì)胞和給藥后細(xì)胞的蛋白質(zhì)表達(dá)豐度的變化。經(jīng)典實(shí)驗(yàn)是在研究環(huán)孢素A（cycloporine A，CsA）的腎臟毒性時(shí)，用Cs

37、A處理小鼠后，在2-DE圖譜上發(fā)現(xiàn)其腎臟蛋白中一種鈣結(jié)合蛋白下調(diào)5，而生理狀態(tài)下，這種鈣結(jié)合蛋白參與鈣離子的結(jié)合和轉(zhuǎn)運(yùn)。當(dāng)它在腎臟的表達(dá)豐度減弱時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致腎小管鈣化，影響其他物質(zhì)的代謝，產(chǎn)生腎臟毒性。目前，蛋白質(zhì)組學(xué)用于研究藥物引起肝腎毒性的作用機(jī)制的例子不勝枚舉，fountoulakis等6和ruepp等7就分別研究了對(duì)乙酰氨基酚的肝臟毒性機(jī)制。經(jīng)過(guò)初步研究，已有學(xué)者嘗試用特異表達(dá)的蛋白質(zhì)作為信號(hào)分子來(lái)研究藥物產(chǎn)生肝毒性的分子機(jī)制8。 第三章 應(yīng)用前景如此繁多的納米材料及納米產(chǎn)品將被納米技術(shù)拓寬應(yīng)用領(lǐng)域，同時(shí)也為提高生物醫(yī)藥技術(shù)、尋找和開(kāi)發(fā)生物醫(yī)藥材料、合成理想的藥物提供了充足的技術(shù)保證。

38、未來(lái)發(fā)展目標(biāo)是根據(jù)需要組合原子或分子制造植物和動(dòng)物，將極大地沖擊以至改變?nèi)祟?lèi)傳統(tǒng)的生活和生產(chǎn)方式。生物納米材料應(yīng)用分子生物學(xué)。生命有機(jī)體給了人們以啟示，通過(guò)細(xì)菌的不斷繁殖，可以看到，只要給予空間和一些普通的物質(zhì)(如垃圾)。分子體系就能復(fù)制出它們本身。這就使我們想到，一個(gè)能收集原子并按照指令把它們裝配起來(lái)的裝置也可能再生。這也許需要一臺(tái)計(jì)算機(jī)對(duì)它發(fā)出指令，還需要一盤(pán)程序帶來(lái)貯存這些指令，然而它自身就會(huì)復(fù)制出一臺(tái)一模-樣的計(jì)算機(jī)和程序帶，從而復(fù)制出整個(gè)裝置來(lái)。每復(fù)制一次，再生體就增加一倍。這種幾何級(jí)數(shù)的增加只要幾個(gè)小時(shí)至幾天，一個(gè)極其微小的再生體就可能把1噸原料及某些燃料變成1噸幾乎能制造萬(wàn)物的總裝配機(jī)。這些機(jī)器可能進(jìn)一步用來(lái)制造其它產(chǎn)品，如小型計(jì)算機(jī)，高強(qiáng)度金剛石纖維工業(yè)用合成肌肉供打碎巖石和分離純金屬用的分子機(jī)器等。生物學(xué)家已經(jīng)利用分于機(jī)器研究細(xì)胞，他們還用酶幫助鑒定化學(xué)藥物，用抗體標(biāo)示蛋白質(zhì)，利用病毒注射器把DNA引入到細(xì)菌里去。隨著分子機(jī)器和計(jì)算機(jī)的