現(xiàn)代生物技術

（feiyun39@126.com)向上帝挑戰(zhàn)----淺談現(xiàn)代生物學技術一、生物學發(fā)展簡史二、現(xiàn)代生物技術三、基因工程四、21世紀生命科學中的十大難題

報告內容（1）描述生物學階段（19世紀中葉以前）

主要從外部形態(tài)特征觀察、描述、記載各種類型生物，尋找他們之間的異同和進化脈絡達爾文《物種起源》（1859）寒武紀生命大爆發(fā)云南澄江動物群

（2）實驗生物學階段（19世紀中到20世紀中）利用各種儀器，通過實驗過程探索生命活動的內在規(guī)律。MendelPasteurFleming（青霉素)DNA是遺傳物質DNA雙螺旋結構的發(fā)現(xiàn)揭開了分子生物的新紀元（3）創(chuàng)造生物學階段（20世紀中葉以后）

分子生物學和基因工程的發(fā)展使人們有可能“創(chuàng)造”新的物種?，F(xiàn)代生物技術的特點（3）高投入和高利潤：借助于實驗室大量復雜的基礎研究工作，前期科研投入往往非常高，而其成果的收益也非常大。建立在實驗室研究基礎上的生物技術的發(fā)展已經(jīng)為人類帶來了巨大的利益和財富。（4）高挑戰(zhàn)性：人為地制造自然界前所未有的生物產(chǎn)品或生物物種，這些產(chǎn)品的安全性對現(xiàn)代技術是一種挑戰(zhàn)，對人類的倫理、人性的尊嚴也都是一種挑戰(zhàn)（1）高技術：精細和密集的復雜技術（2）高效能：突破自然的生殖隔離，可按人類的需要設計和改造生物的結構和功能，定向地組建具有特定性狀的新物種和新品系。能制造生產(chǎn)能力強大和滿足特殊需要的優(yōu)良的動物、植物和微生物品種，生物物種也有可能量身訂做。其效能是傳統(tǒng)技術難以相比的。

人口問題卻又是人類社會面臨的極大挑戰(zhàn)。

新生命的誕生使人們歡欣鼓舞人之初：被精子包圍的卵子人口70億13億多

研究人員培育的“超級水稻”在產(chǎn)量和蛋白質含量兩方面均優(yōu)于尋常品種

糧食

袁隆平指導栽培“超級稻”畝產(chǎn)926公斤創(chuàng)紀錄

健康

80年代，在美國發(fā)現(xiàn)第一例艾滋病，至今美國已有>106感染者。

E.Johnson是洛杉磯湖人隊球星，1991年被檢查出為HIV病毒陽性。兩個月時，因輸血染上艾滋病的男孩。

資源礦物能源（石油煤）必將枯竭，生物能源已在開發(fā)之中。很多不起眼的生物，很可能就是藥物、材料等的寶貴資源。墨西哥荒原中的仙人掌類植物一個20米直徑的水池年產(chǎn)4噸藻類，加工后可得相當于3000升柴油的燃料。

一英畝三角大戟可生產(chǎn)相當于50噸石油的燃料。生長在淡水和海水中的一種硅藻三角大戟

環(huán)境這是最早一份關于環(huán)境對生物種群影響的研究報告工業(yè)化前英國鄉(xiāng)村有很多白色蛾子停在布滿淡色苔蘚的樹皮上，不易被鳥發(fā)現(xiàn)；工業(yè)化后，黑色蛾子逐漸取而代之，因為黑煙污染了環(huán)境，黑色蛾子更易藏身。在體外對不同生物的遺傳物質（基因）進行剪切、重組、連接，然后插入到載體分子中（細菌質粒、病毒或噬菌體DNA)，轉入微生物、植物或動物細胞內進行無性繁殖，并表達出基因產(chǎn)物。（一）基因工程的定義1997年多利羊誕生使體細胞克隆哺乳動物成為可能沃爾小組成功克隆兩只恒河猴

吳明杰小組：5只克隆豬蟲中之王---真正的大蟲新人類伙伴狗與鳥兼得？都不得！別惹我！現(xiàn)在可不比以前！你吃它還是它吃你？！鼠形獼猴桃人參果也會有吧？蛙狀蘿卜外源DNA在寄主細胞內可大量擴增，和高水平表達。1.跨物種性2.無性擴增外源基因到另一種不同的生物細胞內進行繁殖。（二）基因工程的特征制造帶有抗生素抗性基因或有產(chǎn)生病毒能力的基因的新型微生物有可能在人類或其它生物體內傳播。1.對環(huán)境的影響2.新型病毒的出現(xiàn)重新組合一種在自然界尚未發(fā)現(xiàn)的的生物性狀有可能給現(xiàn)有的生態(tài)環(huán)境帶來不良影響。（三）基因工程的安全隱患將腫瘤病毒或其它動物病毒的DNA引入細菌有可能擴大癌癥的發(fā)生范圍。4.人造生物擴散新組成的重組DNA生物體的意外擴散可能會出現(xiàn)不同程度的潛在危險。3.癌癥擴散是將克隆到的特殊基因導入受體植物，使之增加一些優(yōu)質性狀（高產(chǎn)、穩(wěn)定、優(yōu)質、抗蟲、抗病等）。（1）轉基因植物1.基因工程在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應用（四）基因工程的應用無冰晶細菌幫助草莓抗霜凍中國已經(jīng)批準進入大田的轉基因植物馬鈴薯：抗病毒、抗逆、高營養(yǎng)品質水稻：抗病毒、抗蟲、抗除草劑棉花：抗蟲玉米：抗蟲大豆：抗除草劑小麥：抗除草劑、高營養(yǎng)品質番茄：抗病、耐儲存甜椒：抗病辣椒：抗病毒煙草：抗病毒、抗蟲番木瓜：抗病毒矮牽牛：改變花色楊樹：抗蟲微生物：提高固氮效率將外源基因導入動物細胞，并在基因組內穩(wěn)定整合，遺傳給后代。使動物成為生物反應器生產(chǎn)有用的活性蛋白等。（2）

轉基因動物在乳汁中分泌人組織纖溶酶源激活物和尿激酶的轉基因小鼠；分泌a1抗胰蛋白酶的轉基因山羊等。把大鼠生長因子轉入小鼠得到巨大型的轉基因小鼠?；蚬こ滩皇前l(fā)現(xiàn)，而是創(chuàng)造。

基工的魅力只有想不到的沒有辦不到的四、21世紀生命科學中的十大難題Greatquestionsoftenmakegoodscience.Oneofthemostcreativequalitiesaresearchscientistcanhaveistheabilitytoasktherightquestions-NobelphysicslaureateDavidGross(2004).研究主要在模式動物中開展（線蟲、果蠅、非洲爪蟾、小鼠等），其中部分領域的研究已取得重要進展。利用模式動物進一步闡明神經(jīng)發(fā)育生物學的關鍵問題、研究人類重要疾病的發(fā)病機制，是現(xiàn)代生命科學研究的重要趨勢。指導預防和治療重大神經(jīng)發(fā)育缺陷性疾病。1.神經(jīng)發(fā)育：一個復雜而又遠未解決的難題2.生物學難題：生命是怎樣開始的?地球上一切生命最古老的共同祖先，即第一個能夠復制自身的原始細胞，是由構成宇宙間98％物質的六大元素組成的，它們是氫、氦、碳、氮、氧、氖。然而，這些無機元素是怎樣形成具有生命的原始細胞的?至今仍是一個謎。

3.醫(yī)學困境：人類可以徹底消滅疾病嗎?19世紀初期，醫(yī)生仍用放血等原始方法為病人治病，他們對麻醉劑、消毒、細菌等還一無所知。目前，人類對付疾病的能力，幾乎是毋庸置疑的，不少科學家相信在20年內，癌癥、艾滋病、瘧疾、精神錯亂等將被人類陸續(xù)征服。禽流感非典甲流NDM-1超級細菌4.腦科學難題：智能從何而來?

根據(jù)骨骼化石、原始的石器工具、原始人類的遺址，科學家提出了許多人類智能起源的解釋，但這些解釋都帶有很大的猜測成分。關于智能的起源目前仍然是個難解的謎，然而科學家相信：21世紀，人類將進入偉大的大腦時代。知識經(jīng)濟時代的到來，正需要一個“偉大的大腦時代”相適應。

大腦左半球的神經(jīng)纖維組成的網(wǎng)格結構獼猴大腦的擴散光譜核磁共振：神經(jīng)纖維直角交叉的三維結構5.威脅人類健康的十大醫(yī)學難題

1、十心臟器質性病變

2、癌癥

3、腦血管?。òǜ哐獕阂幌盗邪Y狀）

4、肺結核

5、糖尿病系列病癥

6、免疫缺陷病

7、血液病

8、慢性腎衰

9、運動神經(jīng)元疾病

10、艾滋病

西方醫(yī)學界在本世紀初提出了威脅人類健康的十大醫(yī)學難題，他們經(jīng)過了100年的嘗試，沒有成功，基本失敗了。

6.作為生命基礎的蛋白質的結構能確定嗎?目前我們不能根據(jù)純粹的理論基礎來闡明蛋白質的形狀，用實驗方法確定蛋白質結構是十分繁瑣的事情。隨著已解出的蛋白質結構的增多以及科學家開發(fā)出蛋白質基本結構分類的更加精細的方法，生物化學家將能不斷地利用計算機來模擬新發(fā)現(xiàn)的蛋白質的結構。

7.能合成人工生命形式嗎?美國克萊格.文特爾研究所宣布，在實驗中制造出世界首個完全由人造基因指令控制的人造生命，使人類的能力拓展到可以操縱自然世界，將來可制造有特殊功能的生物，在生產(chǎn)疫苗及潔凈能源等領域大派用場。

絲狀支原體絲狀亞種：植入的DNA片段包含約850個基因，而人類DNA圖譜上共有約2萬個基因。

耗時15年花費3.1億

哈佛實踐倫理學教授列庫斯說：“文特爾打開了人類歷史的大門，窺探它的未來。他向上帝的角色邁進：創(chuàng)造自然界中從沒存在過的生命。這種可能雖然遠在未來，卻是真實和意義重大。但是，所要面對的風險也是前所未有的?！?/p>

8.能否準確地再建人類種群史?隨著DNA序列數(shù)據(jù)日益容易積累，人類種群之間的關系將越來越清楚，從而揭示相互融合的歷史以及隔離和遷徙的時期。種族和人種表現(xiàn)出主要是社會和文化思想上的差異，從科學上講，將發(fā)現(xiàn)類型間不存在明顯的根本界限。雖然我們知道人類似乎具有顯著的多樣性，但過去10年的研究表明，我們人類種群比眾多其他種群更單一。遺傳數(shù)據(jù)證明觀點：現(xiàn)代人類相對較近地(也許在10到20萬年前)起源于非洲，然后逐漸擴散到世界其余地區(qū)。9.社會將對遺傳知識爆炸式增長作何反應?科學進步和向往簡樸、更自然的生活方式將產(chǎn)生矛盾，它們之間的緊張狀態(tài)，可能將隨著基因組學越來越多地滲入我們的日常生活而加劇。倡導回歸自然的反技術運動可能會因遺傳科學的全部新發(fā)現(xiàn)而熄滅嗎?遺傳信息和技術將為改良衛(wèi)生和減輕痛苦提供巨大的機會。但任何技術都伴隨著風險，并且技術的作用越大，風險也越大。如何評價遺傳信息的爆炸式增長?。人類胚胎，在母體自從由單一細胞開始，直到33天大。其四肢末端的形狀像魚鰭。人類胚胎而54天大時，足中出現(xiàn)了跟骨和距骨，其形態(tài)與兩億六千萬年前一種有某些哺乳動物特征的爬行動物相似。人類胚胎而68天大時，這兩個足骨的形態(tài)介于爬行類和哺乳類之間。人類胚胎而72天大時，兩個足骨的形態(tài)與出現(xiàn)于8000萬年前的有胎盤哺乳動物相似。10.能弄清基因如何決定哺乳動物發(fā)育的細節(jié)嗎?科學家已證實了幾條基本規(guī)律:1.一種復雜結構可以通過一系列比較簡單的中間階段來完成演化