现代生命科学前沿专期末考试题

现代生命科学前沿专期末考试题

考试时间 1月13日14:00~16:00，地点：学院一、二教（如果坐不下再开微格教室），形式：闭卷，拉单桌，不允许携带任何资料。

1.论述当代生命科学五个方面的最新进展（30分）

a 神经生物学研究进展:2014年诺贝尔生理学或医学奖授予了发现构成大脑定位系统细胞的三位科学家.他们发现在实验动物经过某些特定位置时,位于海马附近内嗅皮质的另一些神经细胞被激活,这些脑区构成一个六边形网络,每个网格细胞在特定的空间图式中起作用.这些网格细胞共同构成一个坐标系,便于实验动物在三维空间的活动.这些研究解决了哲学家和科学家几个世纪来一直争论不休的一个问题,即大脑如何对我们周围空间产生地图,以及如何通过这个系统在复杂的环境中导航的.

b.细胞生物学研究进展:2006年,日本山中伸弥研究小组通过将逆转录病毒介导的Oct4, Sox2, Klf4及c-Myc四个基因转入鼠成纤维母细胞,将成体细胞重编程为具有多分化潜能的干细胞,并将该类干细胞命名为iPS细胞.2007年, 美国Thomson 实验室，俞君英博士报道了Oct4, Sox2,Nanog及Lin28 四个基因的转染可将人成纤维母细胞重编程为iPS细胞。2008年4 月, Hanna等将镰刀型红细胞贫血模型小鼠的皮肤成纤维细胞诱导为iPS细胞, 改善了小鼠的贫血症状。2008年9月, 美国哈佛大学采用iPS技术, 将人类胰腺细胞逆向分化为能分泌胰岛素的B细胞, 成功治愈了糖尿病小鼠。利用这些方法，可以避开伦理学的限制获得具有多能性的细胞,这为发育生物学和医学研究提供了更多可能的应用.

c.分子生物学研究进展:以半乳凝素-3为例,研究表明癌症患者血液中半乳凝素-3水平大幅升高.半乳凝素-3参与肿瘤细胞的增殖、粘附、侵袭、克隆存活以及肿瘤血管生成等过程.而一些半乳凝素-3抑制剂如乳糖基胺,乳糖基亮氨酸,酸碱修饰的柠檬

果胶等被证实具抗肿瘤作用.

d.生态学研究进展:以湿地生态为例.湿地兼有水陆两类生态系统的特征,因而具有多种生态功能和经济与社会价值.湿地已成为人类赖以生存和发展的自然资源宝库与生存环境。因此, 湿地科学研究受到越来越多的关注.主要研究进展在于研究湿地形成、发育、演化与退化,湿地生态系统的功能,湿地温室气体排放与全球变化,湿地生态系统健康与评价,湿地保护(包括生物多样性)与管理,湿地生态工程,泥炭地与泥炭开发利用,新技术、新手段与新方法应用.

e.遗传学研究进展:以表观遗传学研究为例.其研究的是在不改变DNA序列的前提下，通过某些机制引起可遗传的基因表达或细胞表现型的变化.例如DNA甲基化和组蛋白修饰，两者均能在不改变DNA序列的前提下调节基因的表达.2011年的相关研究已证实，mRNA甲基化对人体内能量平衡发挥着至关重要的作用，对RNA上的N6-甲基腺苷进行脱甲基治疗可控制FTO基因相关肥胖症，并因此而开创了RNA表观遗传学的相关领域.同时表观遗传学在人类健康,作物改良等方面均有重要作用,如在小麦远缘杂交或多倍体化中表现出明显的表观遗传变异.研究也揭示了作物发育过程中的表观遗传机制,这些都为加大农作物产量解决全球粮食问题提供机会.

2.分析上述五个方面中，其中一方面对生命科学发展的作用（30分）

神经生物学是一门研究神经系统的结构和功能的科学。大脑的结构和功能是自然科学研究中最具有挑战性的课题。近代自然科学发展的趋势表明，21世纪的自然科学重心将在生命科学，而神经生物学和分子生物学将是21世纪生命科学研究中的两个最重要的领域，必将飞速发展。分子生物学的奠基人之一，诺贝尔奖获得者沃森宣称：“20世纪是基因的世纪，21世纪是脑的世纪。”作为生命科学的一个分支学科，神经生物学是比较特殊的。它的研究离不开生命科学的一些基本研究材料与方法。神经生物学

的材料与生物学的其它学科一样，是动物,神经生物学的研究方法同样离不开核酸的分析与蛋白质的分析，分子生物学的PCR、免疫组化、western blot也是神经生物学的主要研究方法。但除此之外，神经生物学有它自身的特点，那就是神经科学所要重点研究器官——脑是高等生物最复杂的，同时神经元几乎是最难培养的细胞，所以神经生物学研究更需要一些特殊的研究方法.基于它的这些特殊性,神经生物学的发展必然要求生命科学各学科的交叉.首先需要阐明神经递质的存贮、释放、调节等一系列精细过程,这就要求确定更多的新离子通道及其氨基酸序列,形成更准确的通道分类模式，揭示不同通道的家族关系,在这一过程中不仅促进了信号转导通路的发现和发展,同时也会发现许多新的神经调制方式.而且鉴于目前的进展主要是在低等动物的简单神经系统上取得的，人们必须去发展新的技术和方法，在分子水平上去探索高等动物复杂神经系统的发生、发育规律,这也极大的促进了分子水平研究方法的进展.其次,从目前研究步伐来看,可以预测大部分遗传神经系统疾病在个体的未来表达或定位其缺损基因,这就要求对这些基因致病的分子机制有更加深入的了解;最后,由于神经生物学的研究材料是脑,对其高级功能的研究还在初级阶段,对于精神现象变幻莫测的多样性，还缺乏有力的研究工具,这就是说，人们必须创立一系列新方法，包括若干新原理的方法，跨越不同的组构层次，把神经活动的基本过程与脑高级功能关联起来。这些要求都会促进不同研究工具不同研究方法的出现,这些都极大的促进了生命科学各个方面的进步.

3. 3.阐述上述五个方面中，其中一方面对社会的贡献（40分）

神经生物学，21世纪的明星学科。从上个世纪90年代以来，世界科研强国加快了对神经生物学研究的投入。各国先后推出脑计划.今后几十年内可以预示到的神经科学突破性的进展可能包括：

①在分子到行为的各层次上阐明学习、记忆与认知等活动的基础；

②很快会发现与阐明一系列与记忆、行为有关的基因与基因产物；

③神经细胞的分化与神经系统的发育研究会有重大进展；

④脑机能在理论上的进展与突破会促进新一代智能计算机与智能机器人的研制；

⑤一系列神经性疾病与精神病的病因可望在神经生物学研究中得到解释。

神经生物学有许多人类非常感兴趣的话题如智力形成之迷,毒品上瘾之迷及各种神经疾病之迷.这当中尤其重要的是阿兹海默症,这种神经疾病在发达国家的死亡率已经排在了第三位。人类的文明是建立在物质冗余的基础上的，那么人类文明越是高，物质越是冗余，像阿兹海默这类的病就越是会引起重视。阿尔茨海默症是一种中枢神经系统变性病，起病隐袭，病程呈慢性进行性，是老年期痴呆最常见的一种类型。主要表现为渐进性记忆障碍、认知功能障碍、人格改变及语言障碍等神经精神症状，严重影响社交、职业与生活功能。AD的病因及发病机制尚未阐明，特征性病理改变为β淀粉样蛋白沉积形成的细胞外老年斑和tau蛋白过度磷酸化形成的神经细胞内神经原纤维缠结，以及神经元丢失伴胶质细胞增生等。这种神经性疾病在老年人中发病率高且几乎不能治愈,严重影响了老年人的健康并对社会发展起负面作用.随着神经生物学的发展,虽然研究手段方法技术尚不成熟,治愈AD仍道阻且长,但现在针对AD的研究日益增多,相应的缓解病症的药物接连上市,同样的,还存在一系列其他的神经性疾病在吞噬人类的健康影响社会的进步,而神经生物学作为21世纪的明星学科必将在政府和社会的大力支持下稳步发展,为缓解治愈更多的疾病提供更多方法.总之，神经生物学研究给传统生物技术带来了彻底的革新，而且其应用范围仍然在不断加深、扩大，前景是十分诱人的,对社会的贡献是巨大的。它等待着更多的科研工作者去探索，去实践，从而取得更大的成就。