生命科学研究进展

生命科学研究进展

关键词：生物技术;第二代人造学；生物新药；生物固氮

摘要: 论述了生命科学研究进展, 介绍了世界各国在现代生物技术研究方面的进展,阐述了我国在第二代人造学的新突破和世界采用现代生物技术研究生物应答变更因子类新药的成功，介绍了生物固氮能力研究的新进展及新发现。

生命科学以生命为研究对象，基于对生命现象观察和实验的基础上的庞大的生命科学体系。

目前，普遍认为现代生命科学系统的建立开始于16世纪。他的基本特征是人们对生命现象的研究牢固地植根于观察和实验的基础上，以生命为对象的生物分支学科相继建立，逐渐形成一个庞大的生命科学体系。现代生命科学可以说是从形态学创立开始的。1453年比利时医生维萨里（Andreas Vesalius 1514~1564）的名著《人体的结构》发表不仅标志着解剖学的建立，并直接推动了以血液循环研究为先导的生理分支学科的形成，其标志是1628年，英国医生哈维（William Harvey 1578～1657）发表了他的名著《心血循环论》。解剖学和生理学的建立为人们对生命现象的全面研究奠定了基础。

18世纪以后，随着自然科学全面蓬勃地发展，生命科学业进入它的辉煌发展阶段。生命科学重要得分支相继建立，其中以细胞学、进化论和遗传学为主要代表，构成了现代生命科学的基石。

19世纪前后，生命科学的重大成就还包括其他一些重要的发现和分支学科的建立。解剖学和细胞学促使人们对生物发育现象的研究获得了长足的进步，并由此建立了实验胚胎学。胚胎学实现了对各种代表生物的形态发育过程的组织学和细胞学的研究，绘制了有史以来最精美的生物学图谱。魏斯曼（August Weismann,1839~1914）关于生物发育的种质学说推动了遗传学的建立。

在19世纪中，法国科学家巴斯德（Louis Paster，1822～1895）创立了微生物学。微生物学直接导致了医学疫苗的发明和免疫学的建立，推动了生物化学的进展，并为分子生物学的出现准备了条件。生物化学的辉煌发展出现在20世纪的前叶到中叶，围绕能量和生物大分子物质代谢的研究，发现了生物以三磷酸循环卫枢纽的有着复杂超循环结构的代谢途径，和以电子传递和氧化磷酸化为中心的生物能量获取、利用的基本方式。

分子生物学的建立是生命科学进入20世纪最伟大的成就。遗传学的研究预示了生物遗传载体分子的存在，而DNA双螺旋结构的发现（J.D.Watson,F.Crick,1953）直接导致了对生物DNA－RNA－蛋白质中心法则（central dogma）的揭示。人们因此探索到了生命运作的基础框架和生物世代更替的联系方式。从此，以基因组成、基因表达和遗传控制为核心的分子生物学的思想和研究方法迅速的深入到生命科学的各个领域，极大地推动了生命科学的发展。

生物芯片

“生物芯片”实际上是一种微型多参数生物传感器。它通过在一微小的基片表面固定大量的分子识别探针，或构建微分析单元和系统，实现对化合物、蛋白质、核酸、细胞或其它生物组分准确、快速、大信息量的筛选或检测。基因芯片，又称DNA微探针阵列（microarray），是一种最重要的生物芯片。它集成了大量的密集排列的基因探针,通过与被检测的核酸序列互补匹配，进行序列测定。基因芯片能够在同一时间内分析大量的基因，实现生物基因信息的大规模检测。基因芯片的重要性可以与50年代把单个晶体管组装成集成电路芯片相比，

它将会对廿一世纪生命科学和医学的发展产生无法估计的影响。基因芯片可以大大推进包括人类(后)基因组计划在内的各类基因组研究；通过比较不同个体或物种之间以及同一个体在不同生长发育阶段、正常和疾病状态下基因转录及其表达的差异, 寻找和发现新的基因，研究它们在生物体发育、遗传、进化等过程中的功能；基因芯片可为研究基因调控网络及其机理，揭示不同层次多基因协同作用的生命过程提供手段，将在研究人类重大疾病如癌症, 心血管病等相关基因及作用机理方面发挥巨大的作用。基因芯片的相关技术包括：基因芯片的制备技术，靶基因的制备、杂交和检测，基因芯片设计和杂交图象分析等生物信息学问题，以及基因芯片的应用。

分子生物学

分子生物学是当代生命科学基础研究中的前沿，开辟了现代生物学的全新局面，在另一方面它又使生物学以空前主动的势态，对人类物质生产和社会生活产生重大影响。

1973年重组DNA获得成功，开创了基因工程，以此为基础，生物技术作为前途远大的高新技术产业在世界范围兴起，生物工程将成为现代化的大工业，与此同时还极大的推动了医学和农业科学的实践，在这些领域中正展示出广阔的应用前景。它包括以下几个研究热点课题：

（1）结构生物学：研究生物大分子，特别是蛋白质的结构测定，以及功能的关系。1959年1993年科学家正式提出结构生物学的时代已经到来。

（2）新生肽链的折叠：蛋白质分子要有一定的结构才能体现生物学功能，翻译过程所产生的多肽链是如何产生具有生物活性的蛋白质的问题，是蛋白质折叠研究的热点之一，我国的科学家称之为第二遗传密码。

（3）人类基因组计划（HGP）

HGP由美国在1990年提出并实施，计划在15年时间，即到2005年，投入30亿美元，完成人类全部24条染色体的30亿个碱基序列测定，主要的任务包括遗传图谱、物理图谱、序列图谱、基因图谱等，目前，该计划将提前至2003年完成。HGP与曼哈顿原子弹计划和阿波罗登月计划并称为三大科学计划。

（4）转基因作物、动物

（5）膜结构与信号转导

脑科学

在生命科学乃至所有科学中，有关脑的高级功能是最令人感兴趣的。在过去一个世纪内，脑科学的研究取得了突飞猛进的发展，所取得的成果超过了以往的总和。特别是上个世纪后半叶，在学习与记忆机制、视觉信息加工、神经系统发育、精神和神经疾病、人工智能等领域取得了重大进展。脑科学是一门综合性的学科，需要用整合的方法将分子、细胞、器官、行为等多个层次，利用分子生物学技术、计算机技术等多种手段来进行研究。

脑研究正处在一种革命性的变化之中，对脑的功能在细胞和分子水平上所做出的重要发现正使我们逐渐认识基本的神经生理事件如何转绎为行为。脑科学中发生的技术上的革命，已经有可能在无创伤的条件下仔细分析活的大脑，确定因患某些神经疾患而受损的脑区域，并开始了解记忆过程的复杂结构。另一方面，数学、物理学、计算机科学的进展，已使人们成功的设计了神经网络模型，并模拟其动态相互作用。分子生物学和分子遗传学的发展已开始为某些神经精神疾患的诊治提供有效的手段，正是这些进展所提式的广阔前景，在科学家的倡议下，国际上90年代已被命名为“脑的十年”以大力促进神经科学的蓬勃发展。中国提出了“脑功能及其细胞和分子基础”的研究项目，并列入了国家的“攀登计划”。

脑科学的研究已经被公认是21世纪生命科学研究的重要课题。美国101届国会通过一个议案：“命名1990年1月1日开始的十年为脑的十年”，欧共体成立了“欧洲脑的十年委员会”及脑研究联盟（有主页）；日本推出了“脑科学时代”计划纲要。美国国立健康研究