生物技术进展（综述） .doc

生物技术进展综述摘要: 20多年来，生物技术不断取得重大进展，基因合成、扩增技术，基因修饰技术，基因克隆技术，基因芯片技术，基因治疗技术，以及新型表达载体等新技术新方法不断涌现；功能基因的分离、克隆和开发应用，基因药物，重组疫苗，生物反应器，转基因植物和动物技术等有了重大突破。特别是20世纪90年代以来，生物技术和生命科学基础研究不断取得重大进展，人类基因组序列“工作框架图谱”完成，被称为继原子弹、人类登月之后世界科技史上的第三个里程碑；模式生物拟南芥和水稻基因组图谱的公布，为植物改良、培育高产、优质、抗逆的农作物新品种奠定了基础；克隆羊“多利”的诞生，标志着利用动物体细胞进行无性繁殖已经成为现实；干细胞、组织工程研究的重大进展，为再生医学开拓出日益广阔的前景；全球已有60多个微生物基因组的序列图公布，威胁人类的主要疾病都可能找到新的治疗方法，人类的健康水平将跃上一个新的台阶。关键词:生物技术,分子生物学,基因工程近年来，一些发达国家和发展中国家已将生物技术产业作为国家发展战略，纷纷采取措施和对策，加速推进其发展。以生物技术为重点的第四次产业革命正在形成，生物技术产业已成为继it产业后国际经济竞争的又一热点领域。现代生物技术的发展都是同生命科学（特别是同微观生物学）的发展，同生命科学与其它学科的交叉和渗透密切联系在一起的，生物技术的进一步发展需要生命科学的继续推动。进入21世纪，生命科学的发展呈现出新的特点：首先，分子生物学在生命科学中居于主导地位，它带动了生物学各分支学科向分子水平深入发展，在分子水平上对细胞活动、遗传、发育和疾病的发生、发展、控制机理，以及脑功能等各种生命现象进行探索；其次，生命科学的研究模式发生了转变，随着生命科学本身的不断发展、对生命现象和活动认识的不断深入、并借助其它学科和技术，研究模式从单个实验室向集约型、规模化发展，大大加速了生命科学的发展速度；第三，分析与综合相结合、比较和实验相结合、微观与宏观相结合是目前生命科学研究的三大指导思想，生命科学的思想和方法正在从局部观向整体观拓展，人们对生命的认识有了新的视角；第四，生命科学和生物技术的发展在依托生命科学基础研究不断深入的同时，越来越依赖其它学科如数理科学、化学、信息和材料科学等提供的新理论、新技术和新突破，生命科学、生物技术与其它科学的交叉，将是21世纪生物技术发展的重要动力。 分子生物学是从分子水平研究生命本质为目的的一门新兴边缘学科，它以核酸和蛋白质等生物大分子的结构及其在遗传信息和细胞信息传递中的作用为研究对象，是当前生命科学中发展最快并正在与其它学科广泛交叉与渗透的重要前沿领域。分子生物学的发展为人类认识生命现象带来了前所未有的机会，也为人类利用和改造生物创造了极为广阔的前景。其中分子生物学主要包含以下三部分研究内容：1.核酸的分子生物学核酸的分子生物学研究核酸的结构及其功能。由于核酸的主要作用是携带和传递遗传信息，因此分子遗传学（moleculargenetics）是其主要组成部分。由于50年代以来的迅速发展，该领域已形成了比较完整的理论体系和研究技术，是目前分子生物学内容最丰富的一个领域。研究内容包括核酸/基因组的结构、遗传信息的复制、转录与翻译，核酸存储的信息修复与突变，基因表达调控和基因工程技术的发展和应用等。遗传信息传递的中心法则（centraldogma）是其理论体系的核心。2.蛋白质的分子生物学蛋白质的分子生物学研究执行各种生命功能的主要大分子蛋白质的结构与功能。尽管人类对蛋白质的研究比对核酸研究的历史要长得多，但由于其研究难度较大，与核酸分子生物学相比发展较慢。近年来虽然在认识蛋白质的结构及其与功能关系方面取得了一些进展，但是对其基本规律的认识尚缺乏突破性的进展。3.细胞信号转导的分子生物学细胞信号转导的分子生物学研究细胞内、细胞间信息传递的分子基础。构成生物体的每一个细胞的分裂与分化及其它各种功能的完成均依赖于外界环境所赋予的各种指示信号。在这些外源信号的刺激下，细胞可以将这些信号转变为一系列的生物化学变化，例如蛋白质构象的转变、蛋白质分子的磷酸化以及蛋白与蛋白相互作用的变化等，从而使其增殖、分化及分泌状态等发生改变以适应内外环境的需要。信号转导研究的目标是阐明这些变化的分子机理，明确每一种信号转导与传递的途径及参与该途径的所有分子的作用和调节方式以及认识各种途径间的网络控制系统。信号转导机理的研究在理论和技术方面与上述核酸及蛋白质分子有着紧密的联系，是当前分子生物学发展最迅速的领域之一。 随着人类基因组和其它模式生物基因组的破译、后基因组时代的到来，确定所有的基因及其表达谱，了解基因所编码的蛋白质的空间结构、修饰加工和蛋白质之间的相互作用等将是新的热点问题。在生命科学和生物技术的发展中，基因组科学和技术正在并将继续保持生物技术领域的主导力量，是当前生命科学和生物产业的重要创新源泉。基因工程的出现，作为生物技术发展史上的一个里程碑，标志着人类深入认识生命本质并能动改造生命的新时期开始。其间的重大成就包括：3.1 重组dna技术的建立和发展分子生物学理论和技术发展的积累使得基因工程技术的出现成为必然。1967-1970年r.yuan和h.o.smith等发现的限制性核酸内切酶为基因工程提供了有力的工具；1972年berg等将sv-40病毒dna与噬菌体p22dna在体外重组成功，转化大肠杆菌，使本来在真核细胞中合成的蛋白质能在细菌中合成,打破了种属界限；1977年boyer等首先将人工合成的生长激素释放抑制因子14肽的基因重组入质粒，成功地在大肠杆菌中合成得到这14肽；1978年itakura（板仓）等使人生长激素191肽在大肠杆菌中表达成功；1979年美国基因技术公司用人工合成的人胰岛素基因重组转入大肠杆菌中合成人胰岛素。至今我国已有人干扰素、人白介素2、人集落刺激因子、重组人乙型肝炎疫苗、基因工程幼畜腹泻疫苗等多种基因工程药物和疫苗进入生产或临床试用，世界上还有几百种基因工程药物及其它基因工程产品在研制中，成为当今农业和医药业发展的重要方向，将对医学和工农业发展作出新贡献。基因诊断与基因治疗是基因工程在医学领域发展的一个重要方面。1991年美国向一患先天性免疫缺陷病（遗传性腺苷脱氨酶ada基因缺陷）的女孩体内导入重组的ada基因，获得成功。我国也在1994年用导入人凝血因子基因的方法成功治疗了乙型血友病的患者。在我国用作基因诊断的试剂盒已有近百种之多。基因诊断和基因治疗正在发展之中。3.2 基因组研究的发展目前分子生物学已经从研究单个基因发展到研究生物整个基因组的结构与功能。1977年sanger测定了x174-dna全部5375个核苷酸的序列；1978年fiers等测出sv-40dna全部5224对碱基序列；80年代噬菌体dna全部48,502碱基对的序列全部测出；一些小的病毒包括乙型肝炎病毒、艾滋病毒等基因组的全序列也陆续被测定；1996年底许多科学家共同努力测出了大肠杆菌基因组dna的全序列长4x106碱基对。测定一个生物基因组核酸的全序列无疑对理解这一生物的生命信息及其功能有极大的意义。1990年人类基因组计划（humangenomeproject）开始实施，这是生命科学领域有史以来全球性最庞大的研究计划，将在2005年时测定出人基因组全部dna3x109碱基对的序列、确定人类约5-10万个基因的一级结构，这将使人类能够更好掌握自己的命运。3.3单克隆抗体及基因工程抗体的建立和发展1975年kohler和milstein首次用b淋巴细胞杂交瘤技术制备出单克隆抗体以来，人们利用这一细胞工程技术研制出多种单克隆抗体，为许多疾病的诊断和治疗提供了有效的手段。80年代以后随着基因工程抗体技术而相继出现的单域抗体、单链抗体、嵌合抗体、重构抗体、双功能抗体等为广泛和有效的应用单克隆抗体提供了广阔的前景。3.4 基因表达调控机理分子遗传学基本理论建立者jacob和monod最早提出的操纵元学说打开了人类认识基因表达调控的窗口，在分子遗传学基本理论建立的60年代，人们主要认识了原核生物基因表达调控的一些规律，70年代以后才逐渐认识了真核基因组结构和调控的复杂性。1977年最先发现猴sv40病毒和腺病毒中编码蛋白质的基因序列是不连续的，这种基因内部的间隔区（内含子）在真核基因组中是普遍存在的，揭开了认识真核基因组结构和调控的序幕。80-90年代，使人们逐步认识到真核基因的顺式调控元件与反式转录因子、核酸与蛋白质间的分子识别与相互作用是基因表达调控根本所在。3.5 细胞信号转导机理研究成为新的前沿领域细胞信号转导机理的研究可以追述至50年代。sutherland1957年发现camp、1965年提出第二信使学说，是人们认识受体介导的细胞信号转导的第一个里程碑。70年代中期以后，癌基因和抑癌基因的发现、蛋白酪氨酸激酶的发现及其结构与功能的深入研究、各种受体蛋白基因的克隆和结构功能的探索等，使近10年来细胞信号转导的研究更有了长足的进步。目前，对于某些细胞中的一些信号转导途径已经有了初步的认识，尤其是在免疫活性细胞对抗原的识别及其活化信号的传递途径方面和细胞增殖控制方面等都形成了一些基本的概念，当然要达到最终目标还需相当长时间的努力。随着我国综合国力的增强和加入世界贸易组织，特别是我国生物技术水平的大幅度提高，“自主、创新”已经成为主要奋斗目标。而实现自主创新的关键在于加强生物技术的相关基础研究。90年代后期，我国启动了“国家重大基础性研究计划”（973计划），在组织工程、重要疾病创新药物先导结构的发现和优化、严重创伤早期全身性损害及组织修复、严重传染病防治、心脑血管疾病发病和防治、细胞重大生命活动、衰老机理与老年疾病防治、生殖健康、脑功能和脑重大疾病、方剂关键科学问题、恶性肿瘤发生与发展、疾病基因组学理论和技术体系的建立、干细胞、重大疾病相关蛋白组学、出生缺陷防治、肿瘤转移与细胞增殖等领域开展基础研究。目前，我们已经在某些国际生物技术基础研究的领域中占据了有利的位置，正在不断冲击国际前沿水平，与发达国家争夺有关领域的学科“制高点”。通过加强在功能基因组学、蛋白质组学、生物芯片、组织工程、动植物生物反应器、基因工程药物与疫苗、基因诊断与治疗，以及动植物转基因技术、生物农药、生物肥料和生物安全等方面的原始创新性工作，生物技术将为我国的国民经济发展做出更大的贡献。参考文献:(1) (摩洛哥)阿尔贝.萨松.生物技术与发展.科学技术文献出版社 1991.10：4244(2) 李志琼. 生物技术.中国科学技术出版社 1994.11: 204212(3) 王爱琳.生物科学参考资料.科学出版社 1988.3: