20世纪的生命科学

选择字号:   本文共阅读 3393 次 更新时间:2000-07-07 11:10

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北大校长   许智宏教授  

从历史看,社会的全而进步越来越依赖科学技术的进步,而且这种依赖会越来越加强 ,在这样的条件下,我国提出“科教兴国”的战略,其意义是不言而喻的,我想从生命科学 的角度来说明定点。

20世纪最富创造性的科学发现:相对论、量子力学,DNA双螺旋结构、20世纪最具影响 的大科学计划:曼哈顿工程、阿波罗登月工程,人类基因组计划:

20世纪有时辉煌,但同样我们现在也面临着挑战: challenge:Big poplation (2000-1.3b;2030-1.6b) Food production Health Envivonment 生命科学的发展会越来越其他科学家,如物理学家、化学家、计算机学家的合作与加入 。 中国人口预计2030年将达到16亿,食物需求量上升30%将达到65000万吨,而对于这样一 个农业生产相对落后的国家而言,通过科学,尤其是生物科学的进步来推移农作物增长的要 求是很现实的。

同样我们还面临着环境问题,空气和水的污染问题。

从下面一些数据我们可以清楚地看到各国对生命科学的重视。

在美国科学院里,生物与医学方面的院士占43%,英国占40%。

美国NSF经费中5.11亿美元属于生命科学,而且生命科学大部分研究经费来源于国产卫 生研究院(NLH)。

下面是我们要讲的生命科学领域里五大前沿课题,包括有:人类基因组计划,遗传发育 和进化,脑功能研究,生物对环境的适应关系,生物工程。

一、人类基因组计划:

1978年完成第一个 菌体的全序列测定:5386kb,所用测序方法使英国Sanger第二次获 诺贝尔奖。

80年代中期,酝酿阶段。

1990年,美国能源部和NIH制定了人类基因组项目的第一个五年计划。目标:用15年完 成30亿碱基金序列(约有10万基因)测定,完成全部基因的定位,并开展模式生物基因组的研 究。1999年12月,《Nature》发表论文完成第22号染色体序列测定,3340万bp,编码545个 基因和134个“假基因”。论文署名的科学家216名,估计2003即可提前完成全序列测定。 我国承担了1%人类基因组的测序任务(位于第3号染色体短臂),这项任务目前已基本完 成。

其他生物的基因组研究:

·微生物:已完成26种提高生物的测序(其中11种与人类疾病有关)

·模式生物:线虫(1亿bp),98年完成。果蝇、拟南芥莱(分21.3-1.4亿bp)预计2000年 底完成,《Nature》1999年底第4条染色体1738万bp,3744基因,(239人署名),第2和染色 体1960万bp,4037基因1371署名。

·水稻基因组:3.4亿bp

同线性:水稻有最基本的基因块,在其他作物和小麦中可以找到相应部分。 研究课题:

·功能基因组:

·比较基因组:

·蛋白质组学(proteome)

·NDA芯片(DNA chips)

·生物信息学(bioimformatics)

二、遗传、发育和进化

·发育和分化的基传调控,曾经一段时间认为发育和遗传相互对立,现代科学研究表明 发育同样受遗传的控制。在一个研讨会上,提到这样一个问题,眼珠的颜色,头发的颜色是 受基因控制的,那么眼睛长在头上是否也受基因控制,现在对果蝇发育的研究已得出这是受 同源异型基因调控的。

·遗传、发育和进化的统一

·分子进化,进化生物学过去研究的是化石形态结构,现在已达到分子水平研究。 高等动物的发育的概念:植物和动物的差异,动物的形态在丕胎中已经孕育,而植物的 很多器官,像花在刚开始根本没有。

现在生命科学研究的一个热点是全能性问题,每个细胞是否有全套遗传信息,这也是克 隆重技术所解决的问题,早在1960年就有过克隆植物的成功例子,是克隆胡萝眩,于是人们 提出了动物的细胞核是否有全能性的问题,而多利单的成功解决了这一问题,成年的细胞核 同样具有全能性,克隆技术在培养高产转基因生物方面有着广泛的应用前景,还可用于器官 移植,丕胎杆细胞是最具遗传性的组织,杆细胞培养也成为一项应用。

从单细胞到植株再生:胡萝卜培植

果蝇发育模式:基因开发

动物中同源异型基因:是发育中最重要的,又具相当保守性。

Flower:花器官虽然形态、各异,但基本结构一样。

ABCMODEL:A:SEPALS B与A:PETALS C与B:STAMENS

C:CARPELS

去掉A后,依次为:CARPELS、STAMENS、STAMENS、CARPELS

去掉C后,依次为:SEPALS、PETALS、

去掉B后,依次为:SEPALS、SEPALS 、PARPELS、CARPELS

三、脑科学研究

  大脑是几百亿个神经元组成的一个庞大的信息处理系统,通过复杂的网络结构,达到语言记 忆,认认和情感的功能,脑科学研究是认识大脑的工作原理,揭示大脑的奥秘。   研究方面:

· 认识脑——阐明大脑功能

· 保护脑——征服脑疾病

· 创造脑——开发仿脑计算机 脑科学研究

· 阐明脑功能活动的基本过程

· 阐明脑发育,分化和神经元消元的机理

· 中枢神经损伤的修复及再生机理,神经系统疾病(老年神经系统疾病,毒品成瘾、神经系 统与免疫)

· 脑的高级功能(感知,运动控制学习记忆情绪,语言,意识) 四、生物对环境的适应

· 生物对环境变化的应答:变化来适应环境

· 信号传导:环境因素变化怎样转变成生物信号 · 生物多样性与环境:研究生物多样性衍化规律及环境对生物生长的影响。

五、生物工程  

· 农业:培养高产、优质抗病虫和逆境条件的动植物品种克隆动物。 器官移植:疾病诊断技术

· 环境:污染物处理 如在土壤中植入一些吸收重要属及对农作物生长有在的元素的东西。 这方面的例子有很多很多: 中国水稻育种就实现了两次大幅增产。 转基因农作物: 1983年首例转基因植物成功。1986年,请首先进行大田试验 1997年全球转基因作物田间试验已(达25000例) 1986年全球种植280万公顷,97年增至250万公顷,98年增到2780万公顷。 还有棉花、蓄茄、高水稻,弥猴桃,转基因鱼方面的例子。生物医药产物。 全球药品销售: 1997年2200亿美元 预计2000年:3300亿美元 2010年6000亿美元 国外大公司利润271-35% 我国:1997年 1100亿人民币 预计2000年 1500亿人民币 生物工程药物: Epoisn (Erygthvopoietin)红细胞生成素,美国Amgenwc公司每年生产3磅,每磅10亿美元( 黄金价格20万倍),促进血球的形成

· Angiostaion:血清中分离获得,抑制肿瘤表面毛细血管的形成抗肿瘤药物。  

· 人alfa-16干扰素 973-农业领域 973-人口与健康领域 973-资源环境领域 973-生命科学前沿领域 正在酝酿中的:DNA芯片,生物信息工程

· 21世纪是生命科学的世纪

· 生命科学已成为各门科学共同探讨的目标

· Life sciece for beter lite

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