生命科学研究进展

2010年以来的重大生命科学研究进展

摘要生命科学以其固有的特性和规律担负着二十一世纪新兴科学的光荣使命，经过近20年的发展，整个生命科学研究发生了根本变化。生命科学的研究对象和问题与经济社会之间的关系越来越紧密，比如人类健康、农业生产、人类居住环境等。近几年来生命科学发展更是令人瞩目，丹尼索瓦人基因组、用干细胞制造卵子、通过X射线激光解析蛋白质结构、基因组精密工程以及“DNA元素百科全书”计划，五项生命科学研究进展入选2012年《科学》杂志评选的年度十大科学进展。

关键词生命科学进展基因组干细胞

自第一次工业革命开始，科学技术就在人类的发展史上稳稳地占据了重要的地位，科学技术对社会发展影响的加强，能够促进那些与人类自身生活质量和环境改善等密切相关的领域，生命科学以其固有的特性和规律担负着二十一世纪新兴科学的光荣使命，现如今经济科技高速发展，然而人类社会中也产生了或多或少的问题，生命科学则正在以其科学性和人文性为人类社会服务着。

经过近20年的发展，整个生命科学研究发生了根本变化。一方面，随着研究的深入与细化，不断揭示出复杂生命现象背后的分子机制；另一方面，研究趋向于从系统角度认识微观层面。今生命科学基础研究呈现两大特点。随着研究的不断深入，研究的复杂度越来越大、研究周期变长，研究者的分工更加细化，研究者之间的合作和配合增加。比如疾病基因的鉴定，初期的生命科学基础研究主要研究单基因疾病，而现在则集中在多基因复杂疾病。研究难度的加大必然导致研究周期变长——许多重要成果来自于研究者十数年乃至更长时间的研究积累。生命科学的研究对象和问题与经济社会之间的关系越来越紧密，比如人类健康、农业生产、人类居住环境等。

一、2010年以来世界重大生命科学进展

2012年底，美国《科学》评选了2012年十大科学进展，生命科学研究成果引人注目，其中有五项都是生命科学领域的研究进展，它们分别为丹尼索瓦人基因组、用干细胞制造卵子、通过X射线激光解析蛋白质结构、基因组精密工程以及“DNA元素百科全书”计划。生命科学的研究不只是在2012年才被评选进十大科学进展，2011年我们也可以看到十大科学进展中生命科学的身影，一项艾滋病研究位于榜首，其次人类起源之谜，光合蛋白II，微生物组新发现，重要的疟疾疫苗，清除衰老细胞、马铃薯基因组测序完成等占据了十项重大

科研进展的六项。2010年的十大科学进展中生命科学中仍然占有很重的分量他们分别是合成人工基因组、尼安德特人基因组的研究、艾滋病毒预防、外显子测序及疾病基因的研究、核糖核酸的重新编码、“基因剔除大鼠”的研究。从这些研究所占的比重，我们看到生命科学在科学发展中的重要作用，生命科学的发展将对人类的生活产生深远的影响。除了评选出的重大生命科学进展之外，2012年完成的大猩猩基因组测序、多国科学家完成的西红柿基因组测序；2011年的完成马铃薯基因组测序、南非发现最古老的水和微生物、育出单倍体胚胎干细胞、人工合成真核生物部分基因组也是生命科学领域的重大科学进展。

二、2010年以来中国生命科学重大进展

与《科学》杂志相对应，科学网每年都会评选中国科学十大进展，生命科学的研究同样榜上有名，2012年中国厦门大学与养生堂万泰公司联合研制的“重组戊型肝炎疫苗（大肠埃希菌）”成为了世界上第一个用于预防戊型肝炎的疫苗。这是全世界戊肝预防与控制领域的一个重大突破。课题组与企业合作，进行了三期临床试验。其中，第三期试验在10万健康人群中接种。戊肝在发展中国家的发病率和死亡率都很高，因此该戊肝疫苗临床试验是非常令人鼓舞的。

由华中农业大学的科研人员，经过一年多的努力，破解了甜橙基因“密码”，完成了甜橙基因组拼接与注释，获得了较高质量的甜橙基因组。华中农业大学此次甜橙基因组测序采用全基因组鸟枪法（WGS）策略，进行双末端测序，得到数据总量约为200Ｇ，拼接后的序列覆盖87%的柑橘基因组，获得注释的基因近3万个。虽然这一研究没有入选科学网的十大科技进展，但是这是中国自主完成的第一个果树作物基因组序列图谱，也是世界上目前最为完整的甜橙全基因组序列图谱。

2011年中国生命科学的研究也有重大进展。杂交水稻之父袁隆平院士指导的超级稻第三期目标亩产900公斤高产攻关获得成功。杂交水稻大面积亩产900公斤，这是世界杂交水稻史上迄今尚无人登临的一个高峰，也是袁隆平带领中国专家迎战世界粮食问题的新课题。此前，由袁隆平院士领衔的科研团队，先后在1999年、2005年，成功攻克超级杂交稻大面积亩产700公斤、800公斤两大世界难关，使中国杂交水稻超高产研究保持世界领先地位。

复旦大学脑科学研究院马兰教授研究团队经3年多研究，发现一种在体内广泛存在的蛋白激酶GRK5，在神经发育和可塑性中有关键作用。这一发现揭示了GRK5在神经系统中的功能，以及调节神经元形态和可塑性的新机制，也给神经元发育异常引起的孤独症和唐氏综合征等疾病的治疗和药物研发提供了新的思路。很多影响认知的疾病，比如孤独症、精神发育迟缓、脆性综合征、唐氏综合征等都伴有神经元形态发育的异常。这一研究发现GRK5具有促进神经元形态发育的新功能，证明GRK5是一个促进神经网络形成、调节脑学习记忆等功能的重要蛋白质，为神经元发育异常引起的精神障碍的治疗和药物研发提供了新靶点。

中国工程院院士、医学免疫学国家重点实验室主任曹雪涛课题组及其合作者的研究论文，报通过深度测序技术进行人正常肝脏、病毒性肝炎肝脏、肝硬化肝脏和人肝癌microRNA 组学分析，发现了microRNA-199表达高低与肝癌患者预后密切相关，证明microRNA-199

能靶向抑制促肝癌激酶分子PAK4而显著抑制肝癌生长，从而为肝癌的预防判断与生物治疗提供了新的潜在靶标。该工作面向我国重大疾病防治需求和医学界目前普遍重视的转化医学研究，是集基础研究、生物技术与临床标本和病人资料分析等多家单位和学科交叉合作的成果。

以上三项重大研究进展同样都列与2011年科学网评选的十大科学进展，中国生命科学进展不单单是网站的评选结果中的几个，还有许多中国科学家的研究也另我们感到高兴。

中科院近代物理研究所承担的“重离子治癌关键科学技术问题研究”项目的实施，使我国成为世界上第4个开展重离子治癌研究的国家。项目组在兰州重离子加速器冷却环主环的实验区Ⅰ建立了重离子束流治癌配送系统，建立了一个满足临床研究的深层肿瘤治疗终端，并实现了重离子束深层肿瘤治疗过程中束流特性的实时监控，并与兰州军区总医院、甘肃省肿瘤医院等合作，完成了103例浅层肿瘤患者和45例深层肿瘤患者的临床治疗试验，疗效显著，无明显不良反应。

回头看这些重大的科学进展我们可以看到这些重大的研究主要集中于基因组的研究、病毒的研究及干细胞的研究的等三大方面。本文将以2012年入选的重要的研究进展为主，对今2010年以来入选10大科学进展的研究进行简单介绍。

三、2012年世界重大科学进展介绍

1. 丹尼索瓦人基因组测序完成

德国莱比锡的马普人类进化研究所（Max Plancklnstitute for Evolutionary Anthropology）的研究团队利用一片指骨中化石中提取的DNA，这枚指骨发现于西伯利亚南部的丹尼索瓦山洞中，是这个类群目前已知的唯一的化石。因为他们只有来自该指骨的极小的材料样品，该研究团队研发出了一种解开DNA链使得其2股中的每1股都能用来产生测序用分子的处理方法。这种方法使得该团队得到了极其完整的基因组序列（30X），它类似于研究人员能够从现代人基因组中所获得的序列。基因组序列显示，这类人是一种已经灭绝的、未知的人群，即丹尼索瓦人。和他们的姐妹尼安德特人一样，丹尼索瓦人是已经灭绝的人类中，和我们现代人最接近的类群。该基因组被测序的丹尼索瓦人携带有当今人类的与黝黑皮肤、棕色头发和棕色眼睛相关的等位基因。研究人员还制作了一个发生在与丹尼索瓦人分叉之后的人类基因组新近变化的一览表，即现代人所特有的变化。研究人员说，丹尼索瓦人本身的基因多元性极低，但这可能并非由近亲交配所致。鉴于随着时间的推移丹尼索瓦人呈现的广泛的地理范围，有可能他们的种群在开始时相当小但却成长很快，且没有时间令基因的多元性增加。