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關(guān)鍵詞：分子生物學(xué)基因重組醫(yī)學(xué)基因工程

1.引言

國內(nèi)外研究情況與歷史背景

1953年沃森和克里克關(guān)于 DNA 分子空間結(jié)構(gòu)及其作為遺傳信息載體的著作的發(fā)表標(biāo)志著分子生物學(xué)的誕生。分子生物學(xué)的誕生是生物學(xué)的一個重要發(fā)展，標(biāo)志著生物科學(xué)對許多重大問題已開始由現(xiàn)象描述轉(zhuǎn)入到基本規(guī)律的闡明。雖然分子生物學(xué)的興起還不到 60 年，但是在分子生物學(xué)基礎(chǔ)研究領(lǐng)域內(nèi)取得的成果卻很顯著。分子生物學(xué)與醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)、生物工程等的關(guān)系十分密切。分子生物學(xué)的研究成果使不同生物體之間的基因轉(zhuǎn)移成為可能，在農(nóng)業(yè)上開辟了育種的新途徑，在醫(yī)學(xué)上有可能治療某些遺傳性疾病，在工業(yè)上形成了以基因工程為基礎(chǔ)的新興工業(yè)，從而有可能生產(chǎn)許多用常規(guī)技術(shù)從天然來源無法得到或無法大量得到的生物制品。

2.分子生物學(xué)的應(yīng)用列舉

2.1分子生物學(xué)在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用

（一）癌癥的研究即將出現(xiàn)重大的突破

癌基因的發(fā)現(xiàn)是近年來分子生物學(xué)研究的重大成果。過去在癌病因?qū)W上眾說不一的局面正在改善。由各種內(nèi)外因素導(dǎo)致癌基因激活或異常表達(dá)很可能就是癌癥發(fā)生的根本原因。癌基因本來是正常的基因成分之一，它的生理功能是什么？它是如何被調(diào)控的？異常表達(dá)和激活的機理是什么？癌基因產(chǎn)物和生長因子的關(guān)系是怎樣的？是否存在著反癌基因和生長的負(fù)調(diào)節(jié)因子？等等。這些問題都是當(dāng)前研究的熱點，正在取得日新月異的進展，與此有關(guān)的是艾滋?。ˋIDS）的研究受到世界范圍的密切關(guān)注如果分子生物學(xué)研究成果和社會性的預(yù)防措施能夠很好地結(jié)合起來，這個疾病的流行將會較快得到制止。

（二）遺傳病

隨著醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)研究的日益深入，有關(guān)遺傳病的一些概念正在發(fā)生變化。首先，這類疾病不再像過去認(rèn)為的那么罕見。至今發(fā)現(xiàn)按照孟德爾方式遺傳的遺傳病已達(dá)3000余種。如果估計到疾病易感性和基因變異的關(guān)系，則遺傳病范圍會更加擴大，例如易患心臟病、肺氣腫、高膽固醇血癥、糖尿病、變態(tài)反應(yīng)和胃潰瘍病等等的基因正在得到分離，甚至癌癥，有的學(xué)者認(rèn)為也可歸屬于遺傳病的范疇，其根本原因在于DNA的損傷。其次，基因探針技術(shù)正在逐步擴大產(chǎn)前診斷和遺傳病診斷的范圍。在治療上，過去一切對遺傳病的療法都只能是對癥的，從理論上講，只有基因療法才是治療遺傳病的唯一根治方法。

（三)藥物和疫苗

隨著基因工程的蓬勃興起而首先受益的產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域就是制藥工業(yè)。現(xiàn)在已經(jīng)有些多肽或蛋白質(zhì)藥物，如人胰島素、生長激素、干擾素等能夠通過“工程菌”大量生產(chǎn)，更多的藥物則正在開發(fā)之中。疫苗的研制正在極大地促進預(yù)防醫(yī)學(xué)的發(fā)展.例如，白細(xì)胞介素 2和β干擾素是兩種具有抗癌作用的蛋白質(zhì)，在其多肽鏈中各有三個半胱氨酸殘基，但只形成一對二硫鍵，由于分子中含有多余的一個半胱氨酸殘基，所以二個分子容易締結(jié)合成二聚體而失活，用定點突變法改變半胱氨酸的密碼子為絲氨酸密碼子，就可防止二聚體的形成，從而在不損害活性的情況下大大延長這兩個蛋白質(zhì)的半衰期，提高了療效。

2.2 分子生物學(xué)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用

分子生物學(xué)用于農(nóng)業(yè)， 已經(jīng)對農(nóng)作物的品種改良起了以前不可能 想象的重要影響。農(nóng)作物以及家畜品種的改良，現(xiàn)在可以用定向引人有關(guān)基因的方法進行，這就從根本上改變了過去盲目大量誘變?nèi)缓笤?從中進行篩選的傳統(tǒng)作法。 在農(nóng)作物中，已經(jīng)成功地對馬鈴薯進行了改造，不但使其獲得了抗病毒基因，也得到了高蛋白質(zhì)含量的馬鈴薯新品種。把一個蛋白水解酶抑制劑基因引人煙草之后，使得以煙葉為食的害蟲不能消化其中的蛋白質(zhì)，因而不能繁殖。這樣，這一品種就獲得了抗蟲害的能力。 雖然植物基因工程的應(yīng)用 還不是很久，但為農(nóng)作物的大量增產(chǎn)和品種改造，例如固氮基因的轉(zhuǎn)移等，提供了無法估量的發(fā)展前景。

2.3分子生物學(xué)在工業(yè)上的應(yīng)用

如今已經(jīng)產(chǎn)生了一種新興的工業(yè)， 即以基因工程為基礎(chǔ)的生產(chǎn)生物制品的工業(yè)。 它的基礎(chǔ)是從一種生物體分離編碼某個蛋白質(zhì)的基因，即DN斷，把這個基因人工重組到可以用發(fā)酵法大量生產(chǎn)的如大腸桿菌或酵母的基因中去，使其在大腸桿菌或酵母的細(xì)胞中得到表達(dá)，并達(dá)到大量生產(chǎn)的目的[2]。 新近發(fā)展起來的蛋白工程則是分離出某個蛋白質(zhì)的基因之后,再加以改造，根據(jù)三聯(lián)密碼，把這個DNA序列中編碼某一個氨基酸的密碼子，改變成為編碼另一個氨基酸的密碼子;或者用合成 DNA 的方法 直接合成基因。 從以上兩種方法都可以得到在天然界原來并不存在的 DNA，再用和上面所說的類似的方法，引人大腸桿菌或酵母的基因中進行表達(dá)，以達(dá)到大量生產(chǎn)的目的，得到具有新的特性的蛋白質(zhì)。

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關(guān)鍵詞：臨床分子生物學(xué)檢驗；實習(xí)帶教；實習(xí)生

近年來，隨著分子生物學(xué)理論的發(fā)展和技術(shù)的成熟，利用分子生物學(xué)技術(shù)作為醫(yī)學(xué)檢驗的重要檢測手段，已廣泛應(yīng)用于檢驗學(xué)科的各領(lǐng)域[1]。目前，全國多家醫(yī)院已建立了臨床基因擴增檢驗實驗室，不僅有力地推動了檢驗醫(yī)學(xué)從細(xì)胞水平向分子水平、基因水平的發(fā)展，也為本科生臨床分子生物學(xué)的實習(xí)提供了良好的平臺。我院于2002年建立了臨床基因擴增檢驗實驗室，于05年開展檢驗系本科生的臨床分子生物學(xué)帶教實習(xí)。作為一名教師，從起步時的摸索階段到如今的發(fā)展階段，對學(xué)生如何盡快牢固掌握分子生物學(xué)在臨床檢驗實踐中的應(yīng)用深有體會。在此，將對多年帶教工作中的經(jīng)驗以及發(fā)現(xiàn)的問題進行總結(jié)和分析，希望能夠為今后提高教師帶教質(zhì)量和保證學(xué)生實習(xí)效率給以借鑒。

1 制定帶教計劃和管理制度

新學(xué)年新生進入實驗室之前，應(yīng)根據(jù)學(xué)校制訂的檢驗專業(yè)學(xué)生的實綱擬定學(xué)生實習(xí)計劃并制訂相應(yīng)的規(guī)章制度。實習(xí)計劃主要是明確學(xué)生在臨床基因擴增檢驗實驗室實習(xí)期間的要求和學(xué)習(xí)內(nèi)容以及實習(xí)進程；規(guī)章制度主要包括實習(xí)生管理制度和考勤制度。同時教師需要對臨床分子生物學(xué)檢驗工作必備的理論知識和專業(yè)知識提出具體的要求，強調(diào)理論聯(lián)系實際在臨床應(yīng)用中的重要性。并在實習(xí)結(jié)束時做好考核記錄，以便及時發(fā)現(xiàn)帶教中的問題和不足，進一步改進帶教方法，同時為學(xué)生實習(xí)綜合考評提供依據(jù)。

2 崗前教育

實習(xí)生進入實驗室時，應(yīng)先介紹科室概況，人員結(jié)構(gòu)、設(shè)備配置、工作特點。并對職業(yè)道德進行宣傳教育，強調(diào)以人為本，樹立以患者為中心，全心全意為人民服務(wù)的宗旨。同時也應(yīng)加強法律意識的學(xué)習(xí)，增強法制觀念，防范醫(yī)療糾紛和醫(yī)療差錯的發(fā)生，以保證臨床工作的順利進行。教師應(yīng)以身說法，通過平常工作中的經(jīng)驗，給學(xué)生講述可能引起醫(yī)療糾紛的細(xì)節(jié)，并告知學(xué)生由于自己工作失誤將會給醫(yī)院、科室以及個人所帶來的不良后果。

分子生物實驗室的建立是有一系列嚴(yán)格要求和制度建立起的，所以在入科前，應(yīng)要求學(xué)生仔細(xì)閱讀實驗室編寫的質(zhì)量管理手冊，其中包括實驗室管理文件、標(biāo)準(zhǔn)操作程序（standard operation proceed，SOP）和生物安全手冊，讓學(xué)生充分了解分子生物學(xué)實驗室分區(qū)要求及各區(qū)的工作制度、傳染病防治、實驗室廢物處理以及生物安全防治[2]。最后，詳細(xì)介紹實驗室各種儀器設(shè)備的使用說明和日常保養(yǎng)，并讓學(xué)生養(yǎng)成登記各種記錄的習(xí)慣。

3 細(xì)致觀察，奠定實驗基礎(chǔ)

實習(xí)期的前3d可擬定為觀察期，讓學(xué)生帶著問題去觀察老師的工作，老師也可以在日常工作中遇到難點和疑點問題時，向?qū)W生提出適當(dāng)?shù)膯栴}。學(xué)生回答問題時應(yīng)讓他們暢所欲言，老師再根據(jù)回答問題的情況結(jié)合解理論知識和老師的實踐工作經(jīng)驗，給予學(xué)生正確答案，最終解決問題。同時，學(xué)生在幾天的觀察中熟悉了解臨床基因擴增檢驗實驗室的整個工作流程，為接下來的動手操作打好基礎(chǔ)。

4 培養(yǎng)動手能力，增強質(zhì)量控制意識

臨床分子生物實驗是一個繁瑣復(fù)雜有序且細(xì)致的工作，從標(biāo)本接收、血清分離、DNA提取、擴增分析到報告發(fā)送每一個環(huán)節(jié)都不得有誤。且DNA擴增是成次方倍數(shù)增加的，所以為得到更精準(zhǔn)的結(jié)果，就必須有較好的質(zhì)量控制[3]。在實際工作中，許多教師會擔(dān)心學(xué)生操作時出錯， 凡事親力親為， 這樣減少了學(xué)生動手機會， 獨立操作能力得不到更好的發(fā)揮，失去了實習(xí)的真正目的。因此，我們在工作中應(yīng)該盡量給學(xué)生創(chuàng)造機會，相信學(xué)生能力大膽放手讓同學(xué)動手，但必須做好指導(dǎo)和監(jiān)督工作。耐心的指導(dǎo)學(xué)生操作，即時糾正學(xué)生的錯誤，并由淺入深地講述相關(guān)的理論知識和操作技能。同時，簽發(fā)報告也是一個不能忽略的環(huán)節(jié)，每一張報告單都影響著每位患者的診斷治療，要培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)真負(fù)責(zé)，一絲不茍的工作作風(fēng)。從每個標(biāo)本的接收、分檢、患者信息的錄入、檢驗、結(jié)果審核、報告簽發(fā)、結(jié)果保存等每個環(huán)節(jié)都要細(xì)心認(rèn)真有強烈的責(zé)任心，千萬不能張冠李戴，不能有一絲的疏忽，否則將可能造成不可挽回的損失。

5 注意教師帶教方式和態(tài)度

教師的帶教效果依賴于教師的個人素養(yǎng)和教師對專業(yè)知識的掌握程度。教師在工作中應(yīng)該嚴(yán)謹(jǐn)求實，一絲不茍，養(yǎng)成良好的工作生活習(xí)慣，起到為人師表、嚴(yán)以律己的表率作用。教師應(yīng)該不斷學(xué)習(xí)新知識、新技術(shù)，掌握該學(xué)科的最新動態(tài)及前沿，不斷提高自己的業(yè)務(wù)水平。在帶教的過程中多交流多溝通，取得學(xué)生的信任理解支持。這樣，學(xué)生對你所帶教的專業(yè)就會產(chǎn)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣，從而提高學(xué)習(xí)的積極性。在進行臨床帶教學(xué)習(xí)時， 教師要注意說話的語氣及態(tài)度，不能因為學(xué)生剛開始工作不熟練或因臨床工作繁重而對學(xué)生不耐煩，從而打擊學(xué)生的積極主動性， 甚至傷害學(xué)生自尊。使得學(xué)生對帶教老師的反感、憎恨或?qū)苟鵁o情緒認(rèn)真實習(xí)工作，導(dǎo)致實習(xí)質(zhì)量嚴(yán)重下降。

6 存在的問題

由于開設(shè)的臨床分子生物學(xué)實習(xí)剛剛起步，帶教經(jīng)驗尚有不足，在整個帶教過程中，因檢驗工作頻繁瑣碎， 且檢驗工作量不斷加大，教師忙于應(yīng)付日常的檢驗工作，使得帶教時間和精力不足，從而忽視了對實習(xí)學(xué)生的理論講授和操作示范， 使學(xué)生看得多，實踐動手操作少，從而使其獨立思考就更少。加之檢驗系學(xué)生分子生物學(xué)的理論基礎(chǔ)較差，在實驗室實習(xí)時間有限，導(dǎo)致實習(xí)期結(jié)束后學(xué)生不能完全熟練掌握分子生物學(xué)的臨檢技術(shù)[4]?？傊R床分子生物學(xué)檢驗實習(xí)帶教目前還處于摸索和實踐階段，教師要不斷提高自身業(yè)務(wù)素質(zhì)，不斷探索、實踐總結(jié)，把帶教工作開展得更有生氣、更有效果。

參考文獻：

[1]呂建新.分子診斷學(xué)在檢驗醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用前景[J].中華檢驗醫(yī)學(xué)雜志，2005，28（2）：137 139.

[2]周靜，高麗楓，劉青妍. 分子生物學(xué)檢驗技術(shù)教學(xué)方法改革初探 [J]. 赤峰學(xué)院學(xué)報， 2012， 28（2）：213-214.

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關(guān)鍵詞：分子生物學(xué)；植物抗性基因；基因組

生物學(xué)研究正進入一個前所未有的新時期。大量數(shù)據(jù)、信息的獲得，使得生物學(xué)研究各領(lǐng)域均有很大轉(zhuǎn)變，其中包括植物抗性基因的研究。目前基因組研究已開始對植物生物學(xué)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，再過數(shù)年，人們將從當(dāng)前的描述性研究很快過渡到從已有的大量數(shù)據(jù)信息中提出假說，經(jīng)計算機模擬分析，最后針對性地設(shè)計實驗來驗證新的基因分析方法。實驗將不再僅僅是分析基因――基因、蛋白質(zhì)――蛋白質(zhì)的相互作用，而是將獲取大量的RNAs，蛋白質(zhì)和相關(guān)代謝物等數(shù)據(jù)。

1 植物抗性基因研究現(xiàn)狀

1.1 植物自身抗性基因以等位基因系和基因簇形式存在

經(jīng)典遺傳學(xué)研究表明，在不同植物品系的同一基因位點上可能具有等位基因，這些等位基因?qū)Ω鞣N病原具有不同的特異性。此外，抗性基因往往在某一特定區(qū)域成簇存在。事實上，在特定的染色體區(qū)域常常不能分辨抗性基因位點上真正的等位基因和有關(guān)聯(lián)的成簇基因。利用具有不同抗性基因的植物進行雜交可以澄清這一問題。

1.2 植物抗性基因的作用機制

Flor是第一個在植物和病原中同時研究抗性遺傳的植物病理學(xué)家，他研究亞麻和亞麻銹病病菌之間的相互作用。通過這些研究，他提出了基因?qū)蚣僬f。研究表明，植物和病原的遺傳組成和一株植物成功地進行防御是密切相關(guān)的。植物―病原相互作用的專一性是由病原的一個顯性無毒基因產(chǎn)物和植物抗性基因產(chǎn)物間相互作用來決定的。因此，這兩個產(chǎn)物之間特異識別是植物抗性作用的基礎(chǔ)。這種識別觸發(fā)了進一步的生理防御作用并導(dǎo)致超敏細(xì)胞死亡和對病原具有毒性的分子的積累。

1.3 植物抗性基因克隆

植物抗性基因的克隆目前主要采用轉(zhuǎn)座子標(biāo)記和定位克隆的方法，迄今為止，用這2種方法已克隆出22種抗性基因，其中用定位克隆方法得到16種，用轉(zhuǎn)座子標(biāo)記法得到6種。最近，有人又提出利用抗性基因類似序列（resistancegeneanalogs）通過PCR來特異擴增抗性基因的方法。

1.4 轉(zhuǎn)基因改良植物脅迫耐性的困難及改進措施

盡管轉(zhuǎn)基因改良植物脅迫耐性已取得一些進展，目前仍存在以下困難：目的產(chǎn)物表達(dá)量不夠或時空表達(dá)不協(xié)調(diào)；目的產(chǎn)物翻譯后修飾（加工或折疊）不適當(dāng)，影響功能表達(dá)；目的酶所催化的代謝反應(yīng)前體物質(zhì)不足；細(xì)胞內(nèi)目的酶活性受制于pH、溫度及鹽離子濃度等因素；有些目的表達(dá)產(chǎn)物對宿主細(xì)胞產(chǎn)生毒副作用等。進一步改進措施有以下幾方面： ①選用來自近緣物種的目的基因；②構(gòu)建高效表達(dá)體系；③表達(dá)產(chǎn)物的胞內(nèi)區(qū)域化；④增加目的酶催化的前體物質(zhì)含量；⑤目的產(chǎn)物翻譯后修飾的調(diào)控；⑥抑制目的產(chǎn)物的副效應(yīng)。

2 植物抗性基因研究趨勢

基因的研究是指在許多基因同時存在的基礎(chǔ)上對多個基因同時進行研究，分析各自與它們之間的結(jié)構(gòu)與功能的相互關(guān)系。因而它至少涉及3個相關(guān)領(lǐng)域：結(jié)構(gòu)基因組――主要關(guān)心DNA堿基序列水平上的基因結(jié)構(gòu)；比較基因組――尋找種內(nèi)、種屬間產(chǎn)生基因結(jié)構(gòu)差異的分子基礎(chǔ)，以期獲取與目的性狀相關(guān)的基因；功能基因組――著重研究基因與其表達(dá)產(chǎn)物及功能活性的調(diào)控關(guān)系。結(jié)構(gòu)基因組是其它領(lǐng)域的基礎(chǔ)，比較基因組為功能基因組研究提供等位基因，蛋白質(zhì)組則是在蛋白質(zhì)水平上分析基因表達(dá)的功能基因組研究的派生分枝。生物信息學(xué)是在前面3者研究的基礎(chǔ)上，獲取、整理、綜合分析提取大量已有復(fù)雜生物數(shù)據(jù)的新學(xué)科，對相關(guān)學(xué)科的研究有很大的推動作用。

基因組學(xué)（Genomics）的出現(xiàn)，使生物學(xué)研究進入一個新的時期，即由僅對一個基因的研究轉(zhuǎn)向在基因組規(guī)模上同時對大量基因的結(jié)構(gòu)和功能進行系統(tǒng)的研究。無論從思想上還是技術(shù)方法上，基因組學(xué)已經(jīng)影響生命科學(xué)的各個領(lǐng)域，植物的抗逆性研究也不例外。利用基因組學(xué)的方法，不但可以挖掘大量的抗性基因，對其功能進行詳細(xì)的研究，而且有助于全面理解植物的抗逆機理，為利用遺傳工程提高植物抗性提供基礎(chǔ)。

以基因組為研究對象的基因組學(xué)是常規(guī)的以基因為對象的分子生物學(xué)研究的一次飛躍。已有報道說明，基因組學(xué)方法在植物抗逆研究中的應(yīng)用處于起步階段，但隨著基因組學(xué)研究的發(fā)展，我們獲得大量與抗逆性有關(guān)的序列信息和生物功能信息，從而對植物抗逆復(fù)雜性會有更全面的理解。植物的抗逆性能往往不是由單基因決定的，而是由一系列相關(guān)的直接或間接作用的基因形成一個復(fù)雜的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。在這個復(fù)雜的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中，任何一個環(huán)節(jié)都可能是至關(guān)重要的。因而對植物抗逆性的提高，尤其對一些屬數(shù)量性狀的抗逆性，僅靠轉(zhuǎn)移一個基因得到耐逆植物有一定的難度，轉(zhuǎn)入一系列基因也許是必需的，即利用基因組工程，而不只是基因工程來提高植物抗性。基因組學(xué)的研究為植物抗逆遺傳工程提供大量的全新基因，從而為抗逆育種提供了更廣闊的前景。

3 展望

我們正經(jīng)歷一個快速發(fā)展的階段，與幾年前相比，已有許多那時想都不敢想的工具與能力。目前已開始從單個抗性基因的鑒定克隆轉(zhuǎn)移到抗性基因表型的全面分析?？梢灶A(yù)測，在不久的將來，不用通過實驗鑒定，我們在計算機上通過序列比較和功能模擬分析，就能預(yù)測新克隆的抗性基因的功能。大規(guī)模的新方法、新技術(shù)的應(yīng)用，將為我們獲取新抗性基因并使之變成可操作利用提供機會。

參考文獻

1 閻隆飛，張玉麟.分子生物學(xué)[M].中國農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社， 1997

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一、人類基因組計劃與基因組學(xué)

在榮膺1962年諾貝爾生理學(xué)醫(yī)學(xué)獎的沃森(JamesDeweyWatson)、克里克(FrancisHarryComp?tonCrick)和威爾金斯（MauriceHughFrederickWilkins),于1953年發(fā)現(xiàn)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)之后。相繼于1958年和1980年罕見地兩次榮獲諾貝爾化學(xué)獎的桑格（FrederickSanger),先后完整定序了胰島素的氨基酸序列和發(fā)明很重要的DNA測序方法，這些劃時代的杰出成就于20世紀(jì)后半葉完全“打開了分子生物學(xué)、遺傳學(xué)和基因組學(xué)研究領(lǐng)域的大門”。于是20世紀(jì)80年代形成了基因組學(xué)，在隨后20世紀(jì)90年代人類基因組計劃實施并取得很大進展后，基因組學(xué)取得了驚人的長足進展。

基因（gene)是DNA(脫氧核糖核酸）分子上具有遺傳特征的特定核苷酸序列的總稱，系具有遺傳物質(zhì)的DNA分子片段?；蛭挥谌旧w上，并在染色體上呈線性排列。基因不僅可以通過復(fù)制把遺傳信息傳遞給下一代，還可以使遺傳信息得到表達(dá)。例如不同人種之間頭發(fā)、膚色、眼睛、鼻子等不同，是基因差異所致。基因是生命遺傳的基本單位，不僅是決定生物性狀的功能單位，還是一個突變單位和交換單位。由30億個堿基對組成的人類基因組，蘊藏著生命的奧秘。

基因組（genomes)是一個物種的完整遺傳物質(zhì)，包括核基因組和細(xì)胞質(zhì)基因組。即基因組是生物體內(nèi)遺傳信息的集合，是某個特定物種細(xì)胞內(nèi)全部DNA分子的總和。顯然原先只關(guān)注單個基因是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，應(yīng)當(dāng)深入研究整個基因組，于是產(chǎn)生了基因組學(xué)。

基因組學(xué)（genomics)是專門從分子水平系統(tǒng)研究整個基因組的結(jié)構(gòu)（以全基因組測序為目標(biāo)）、功能（以基因功能鑒定為目標(biāo)）以及比較（基于基因組圖譜和序列分析對已知基因和基因的結(jié)構(gòu)進行比較）的分支學(xué)科。基因組學(xué)著眼于研究并解析生物體整個基因組的所有遺傳信息，突出特點是必須以整個基因組為研究對象，而不是只研究單個基因；同時還要研究如何充分利用基因在各個領(lǐng)域發(fā)揮作用?；蚪M學(xué)概括起來涉及基因作圖、測序和整個基因組功能分析的遺傳學(xué)問題。這門分支學(xué)科交叉融合了分子生物學(xué)、計算機科學(xué)、信息科學(xué)等,并以全新視角探究生長與發(fā)育、遺傳與變異、結(jié)構(gòu)與功能、健康與疾病等生物醫(yī)學(xué)基本問題的分子機制，同時提供基因組信息以及相關(guān)數(shù)據(jù)系統(tǒng)加以利用，進而解決生物、醫(yī)學(xué)和生物技術(shù)以及相關(guān)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的有關(guān)問題[3]?；蚪M學(xué)的主要目標(biāo)包括認(rèn)識基因組的結(jié)構(gòu)、功能及進化規(guī)律，闡明整個基因組所涵蓋遺傳物質(zhì)的全部信息及相互關(guān)系，為最終充分合理利用各種有效資源，以提供預(yù)防和治療人類疾病的科學(xué)依據(jù)。

人類基因組計劃（humangenomeproject，HGP)的確立和實施極大地促進了基因組學(xué)的發(fā)展。人類基因組計劃的提出，可追溯到尋求新方法解決日本廣島長崎原子彈幸存者及其后代的基因突變率檢測低于預(yù)期問題。1984年12月美國能源部資助召開的環(huán)境誘變和致癌物防護國際會議,第一次提出測定人體基因和全部DNA序列，并檢測所有的突變,計算真實的突變率。1985年6月，美國能源部正式提出了開展人類基因組測序工作，形成了“人類基因組計劃(HGP)”的初步草案。歷經(jīng)幾年醞釀與論證，1988年美國國會批準(zhǔn)撥款，支持這一被譽為完全可以與“曼哈頓原子彈計劃”、“阿波羅登月計劃”并列相比美的宏偉科學(xué)計劃。1990年正式啟動后，陸續(xù)擴展成為美國、英國、法國、德國、日本和中國共同參加的國際性合作計劃。2000年人類基因組工作框架圖（草圖）完成，是人類基因組計劃成功的標(biāo)志。

HGP這項規(guī)模宏大，跨國家又跨學(xué)科的大科學(xué)探索工程。旨在測定組成人類染色體（指單倍體）中所包含的30億個堿基對所組成的核苷酸序列，從而繪制人類基因組圖譜，并且辨識其載有的基因及其序列，達(dá)到破譯人類遺傳信息，解碼生命奧秘，探索人類自身的生、老、病、死規(guī)律，揭示疾病產(chǎn)生機制以提供疾病診治的科學(xué)依據(jù)。截至2005年，人類基因組計劃的測序工作已經(jīng)完成，但基因組學(xué)等研究工作一直在不斷深人和擴展。例如，2006年啟動了腫瘤基因組計劃力求揭示人類癌癥的產(chǎn)生機制以及癌癥預(yù)防與治療的新理念。當(dāng)下已經(jīng)邁進后基因組時代，從揭示生命所有遺傳信息轉(zhuǎn)移到在分子整體水平上對功能的研究（功能基因組學(xué)）。21世紀(jì)的生命科學(xué)以新姿態(tài)和新方法闊步向著縱深發(fā)展，同時有力推進了基礎(chǔ)與臨床醫(yī)學(xué)、生物信息學(xué)、計算生物學(xué)、社會倫理學(xué)等相關(guān)學(xué)科的蓬勃發(fā)展。為促進這些相關(guān)學(xué)科及其應(yīng)用的更好發(fā)展，尤其推動在人類健康與疾病、個性化醫(yī)療、農(nóng)業(yè)、環(huán)境、微生物等諸多領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，自2006年以來巳經(jīng)召開了十屆國際基因組學(xué)大會（ICG)。第10屆國際基因組學(xué)大會于2015年10月在中國深圳舉行,特別就臨床基因組學(xué)、生育健康、癌癥、衰老、精準(zhǔn)醫(yī)療、人工智能與健康、農(nóng)業(yè)基因組學(xué)、合成生物學(xué)、生命倫理和社會影響、相關(guān)組學(xué)及生物產(chǎn)業(yè)等熱點問題進行深人研討，展現(xiàn)了相關(guān)組學(xué)的旺盛活力。

二、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、代謝組學(xué)等與基因組學(xué)相輔相成

基因組學(xué)作為研究生物基因組的組成，組內(nèi)各基因的精確結(jié)構(gòu)、相互關(guān)系及表達(dá)調(diào)控的科學(xué)，又必須從系統(tǒng)生物學(xué)角度與方法，著眼于整體出發(fā)去研究人類組織細(xì)胞結(jié)構(gòu)、基因、蛋白質(zhì)及其分子間相互作用，并通過整體分析研究人體組織器官的功能代謝狀態(tài)，從而才能更有效地探索解決人類疾病發(fā)生機制及其診治與保健問題。

雖然人類基因組圖揭示了人類遺傳密碼，而對生命活動起調(diào)節(jié)作用的是蛋白質(zhì)。基因組研究本身不能體現(xiàn)蛋白質(zhì)的表達(dá)水平、表達(dá)時間、存在方式以及蛋白質(zhì)自身獨特活動規(guī)律等。因此，自從基因和基因組學(xué)問世以后，分子生物學(xué)的組學(xué)大家庭中，不斷延伸分化形成了相互密切關(guān)聯(lián)的轉(zhuǎn)錄組學(xué)（tmnscrip-tomics)、蛋白質(zhì)組學(xué)（proteomics)、代謝組學(xué)（metabo-lomics),以及脂類組學(xué)（lipidomics)、免疫組學(xué)（lmmu-nomics)、糖組學(xué)（glycomics)、RNA組學(xué)（RNAomics)等,這些相互密切關(guān)聯(lián)的組學(xué)構(gòu)成豐富的系統(tǒng)生物學(xué)以及組學(xué)生物技術(shù)基礎(chǔ)。

轉(zhuǎn)錄組學(xué)是一門在整體水平上研究細(xì)胞中基因轉(zhuǎn)錄情況以及轉(zhuǎn)錄調(diào)控規(guī)律的分支學(xué)科。也即轉(zhuǎn)錄組學(xué)是從RNA水平研究基因表達(dá)的情況。轉(zhuǎn)錄組即一個活細(xì)胞所能轉(zhuǎn)錄出來的所有RNA的總和，是研究細(xì)胞表型和功能的一個重要手段。可見在整體水平上研究所有基因轉(zhuǎn)錄及轉(zhuǎn)錄調(diào)控規(guī)律的轉(zhuǎn)錄組學(xué)，乃是功能基因組學(xué)研究的重要組成部分。

蛋白質(zhì)組（proteome)是指一個基因、一個細(xì)胞或組織所表達(dá)的全部蛋白質(zhì)。而蛋白質(zhì)組學(xué)研究不同時間、空間發(fā)揮功能的特定蛋白質(zhì)及其群體;從蛋白質(zhì)水平上研究蛋白質(zhì)表達(dá)模式和功能模式及其機制、調(diào)節(jié)控制及蛋白質(zhì)群體中各個組分。蛋白質(zhì)組本質(zhì)上指的是在大規(guī)模水平上研究蛋白質(zhì)的特征，包括蛋白質(zhì)的表達(dá)水平，翻譯后的修飾，蛋白與蛋白相互作用等，由此獲得蛋白質(zhì)水平上的關(guān)于疾病發(fā)生，細(xì)胞代謝等過程的整體而全面的認(rèn)識。基因組相對穩(wěn)定，而蛋白質(zhì)組是動態(tài)的概念。研究蛋白質(zhì)組學(xué)是基因組學(xué)研究不可缺少的后續(xù)部分,也即生命科學(xué)進人后基因時代的特征。

代謝組學(xué)的概念源于代謝組，代謝組是指某一生物或細(xì)胞在一特定生理時期內(nèi)所有的低分子量代謝產(chǎn)物。代謝組學(xué)則是對某一生物或細(xì)胞在一特定生理時期內(nèi)所有低分子量代謝產(chǎn)物同時進行定性和定量分析的一門新分支學(xué)科。代謝組學(xué)以組群指標(biāo)分析為基礎(chǔ)，以高通量檢測和數(shù)據(jù)處理為手段，以信息建模與系統(tǒng)整合為目標(biāo)的系統(tǒng)生物學(xué)的一個分支。繼基因組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)之后新發(fā)展起來的代謝組學(xué)，是借助基因組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)的研究思想，對生物體內(nèi)所有代謝物進行定量分析，并尋找代謝物與生理病理變化的相對關(guān)系。基因組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)分別從基因和蛋白質(zhì)層面探尋生命的活動，而實際上細(xì)胞內(nèi)許多生命活動是發(fā)生在代謝物層面的。因此有研究者認(rèn)為“基因組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)告訴你什么可能會發(fā)生，而代謝組學(xué)則告訴你什么確實發(fā)生了”。所以，代謝組學(xué)迅速發(fā)展并滲透到諸多領(lǐng)域，例如疾病診斷、醫(yī)藥研制開發(fā)、營養(yǎng)食品科學(xué)、毒理學(xué)、環(huán)境學(xué)、植物學(xué)等與人類健康密切相關(guān)的各領(lǐng)域。

三、放射組學(xué)在交叉融合中應(yīng)運而生

2015年是倫琴發(fā)現(xiàn)X射線120周年，正如簡明不列顛百科全書所評價：X射線的發(fā)現(xiàn)“宣布了現(xiàn)代物理學(xué)時代的到來，使醫(yī)學(xué)發(fā)生了革命”W。近40多年來計算機科學(xué)技術(shù)的交叉融合，以X射線透射開始并不斷拓展許多種類型的醫(yī)學(xué)成像技術(shù)，又經(jīng)歷了數(shù)字化革命而呈現(xiàn)出跨越式發(fā)展。數(shù)字化醫(yī)學(xué)影像學(xué)已經(jīng)成為現(xiàn)代醫(yī)學(xué)不可或缺的重要手段和必不可少的組成部分。醫(yī)學(xué)影像學(xué)在保健査體、疾病預(yù)防、疾病篩査、早期診斷、病情評估、治療方法選擇、康復(fù)療效評價等，以及生命科學(xué)研究方面發(fā)揮了越來越大的不可替代作用。隨著多排螺旋CT、雙源CT、能譜CT、磁共振成像（MRI)、單光子和正電子計算機斷層顯像（SPECT與PET)、圖像融合一體機成像(PET/CT等等）諸多影像醫(yī)學(xué)新設(shè)備、新技術(shù)、新方法層出不窮，醫(yī)學(xué)影像學(xué)巳經(jīng)從結(jié)構(gòu)成像發(fā)展到功能成像，又邁向分子影像學(xué)的新階段。尤其進人21世紀(jì)后，分子影像學(xué)方興未艾地蓬勃發(fā)展，已經(jīng)成為分子生物學(xué)的重要手段。當(dāng)前數(shù)字化醫(yī)學(xué)影像學(xué)所形成的大數(shù)據(jù)又密切關(guān)聯(lián)到相關(guān)基因組學(xué)，應(yīng)運而生了放射組學(xué)（radiomicsV）。如果說20世紀(jì)驅(qū)動醫(yī)學(xué)影像學(xué)的發(fā)展主要是依靠物理學(xué)和計算機科學(xué)技術(shù)、電子工程科學(xué)技術(shù)等，而21世紀(jì)則迫切需要與醫(yī)學(xué)、分子生物學(xué)（包括基因組學(xué)等諸多組學(xué)）等相關(guān)學(xué)科進一步深人交叉融合相輔相成。

放射組學(xué)（亦有稱之為影像組學(xué)）、分子影像學(xué)完全是與基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)等相關(guān)組學(xué)彼此關(guān)聯(lián)并相互促進而不斷發(fā)展的。整合各種技術(shù)實現(xiàn)運用影像學(xué)手段顯示人體組織水平、細(xì)胞和亞細(xì)胞水平的特定分子,并能反映活體狀態(tài)下分子水平變化，從而對其生物學(xué)行為在分子影像層面進行定性和定量研究，無論在人體保健與疾病的診斷治療，或者在藥物研究開發(fā)，以及在基因功能分析與基因治療研究等方面，都凸顯了巨大優(yōu)勢和良好前景。

包含分子影像學(xué)的數(shù)字化醫(yī)學(xué)影像學(xué)迅速發(fā)展，可提供越來越豐富的多層次醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)資料，顯然必須加以深度發(fā)掘并充分利用這些極其龐大的數(shù)字化信息。通過放射組學(xué)研究，解碼隱含在醫(yī)學(xué)影像信息中的因患者的細(xì)胞、生理、遺傳變異等多因素共同決定的綜合影像信息，并客觀且定量化將其內(nèi)涵呈現(xiàn)在臨床診治、預(yù)后分析的整個過程，這無疑會成為臨床醫(yī)學(xué)具有重大意義的革命。應(yīng)運而生的放射組學(xué)，就是致力于應(yīng)用大量的自動化數(shù)據(jù)特征化算法將感興趣區(qū)域（regionofinterest,R0I)的影像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為具有高分辨率的可發(fā)掘的特征空間數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)分析是對大量的影像數(shù)據(jù)進行數(shù)字化的定量高通量分析，得到高保真的目標(biāo)信息來綜合評價腫瘤的各種表型（phenotypes),包括組織形態(tài)、細(xì)胞分子、基因遺傳等各個層次。例如近期文獻報道，放射組學(xué)可揭示腫瘤預(yù)測性的信號，能夠捕獲腫瘤內(nèi)在的異質(zhì)性，并與潛在的基因表達(dá)類型相關(guān)聯(lián)。

美國的國家癌癥研究所（NationalCancerInstitu?te,NCI),已經(jīng)建立量化研究網(wǎng)絡(luò)（quantitativere?searchnetwork,QIN)，旨在共享數(shù)據(jù)、算法和工具，以加速影像信息量化的合作研究網(wǎng)絡(luò)U5]。他們將放射組學(xué)的建設(shè)及應(yīng)用框架分為5部分:①圖像的獲取及重建;②圖像分割及繪制；③特征的提取和量化；④數(shù)據(jù)庫建立及共享；⑤個體數(shù)據(jù)的分析。當(dāng)然這些均是很有挑戰(zhàn)性的工作。

放射組學(xué)通過標(biāo)準(zhǔn)化的圖像獲取以及自動化的圖像分析等,能為疾病的診斷、預(yù)后及預(yù)測提供有價值的信息。近期的研究還提示放射組學(xué)能有效預(yù)測不同患者中的腫瘤基因異質(zhì)性等，可見放射組學(xué)有著廣闊應(yīng)用前景。四、發(fā)展相關(guān)組學(xué)更好共促精準(zhǔn)醫(yī)療

從基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、代謝組學(xué)等2直到新形成的放射組學(xué)，均是在相關(guān)學(xué)科交叉融合中，當(dāng)條件與時機發(fā)展到一定程度而瓜熟蒂落催生。

這些相互關(guān)聯(lián)的組學(xué)全部都兼?zhèn)渲鴮W(xué)科分化以及整合的特色。學(xué)科交叉融合根據(jù)發(fā)展需要分化催生出4新分支，而所有這些組學(xué)分支學(xué)科又都從系統(tǒng)生物學(xué)角度出發(fā)，注重對形成的分支學(xué)科自身整體開展研I究。正是如此辯證統(tǒng)一的現(xiàn)代科技發(fā)展特點，如同DNA的螺旋結(jié)構(gòu)一樣在不斷深化中而螺旋式上升，7推動科學(xué)技術(shù)向更深層次和更高水平發(fā)展。

篇5

關(guān)鍵詞：化學(xué) 生命科學(xué) 生物科學(xué)

中圖分類號：O-31 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）10（c）-0164-02

眾所周知，化學(xué)是自然科學(xué)的基礎(chǔ)，它貫穿于人類活動與環(huán)境的相互作用之中，與能源、材料、環(huán)境和人類生活緊密相連。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，化學(xué)又滲透到與人類健康密切聯(lián)系的生命科學(xué)領(lǐng)域，而成為21世紀(jì)最富有拓展力和生命力的科學(xué)領(lǐng)域之一[1]。因此，化學(xué)又被稱為是生命科學(xué)的語言。

1 化學(xué)在傳統(tǒng)學(xué)科中的地位

化學(xué)被稱為“中心科學(xué)”，在“數(shù)理化天地生”六門傳統(tǒng)科學(xué)中的占據(jù)重要地位。什么是“化學(xué)”呢？化學(xué)是自然科學(xué)的一種，是在分子、原子層次上研究物質(zhì)的組成、性質(zhì)、結(jié)構(gòu)與變化規(guī)律，創(chuàng)造新物質(zhì)的科學(xué)。

化學(xué)不僅是重要的基礎(chǔ)科學(xué)之一，也是一門以實驗為基礎(chǔ)的科學(xué)?；瘜W(xué)作為基礎(chǔ)學(xué)科在自身快速的發(fā)展的同時，也推動了其他學(xué)科和技術(shù)的發(fā)展。例如，核酸化學(xué)的研究成果使今天的生物學(xué)從細(xì)胞水平提高到分子水平，建立了分子生物學(xué);對地球、月球和其他星體的化學(xué)成分的分析，得出了元素存在的規(guī)律，發(fā)現(xiàn)了星際空間有簡單化合物的存在，為天體演化和現(xiàn)代宇宙學(xué)提供了實驗資源，還豐富了自然辯證法的內(nèi)容。在新物質(zhì)的創(chuàng)新性研究中，要想得到精確的物質(zhì)結(jié)構(gòu)必須進行精準(zhǔn)的化學(xué)實驗。在我國古代，道家為尋求長生不老藥煉制“不老仙丹”，甚至希望能“點石成金”，這些聽起來似乎有些不可思議，但從理論上來講，他們卻成了研究物質(zhì)化學(xué)變化的先驅(qū)。前人所用的研究方法即是“實驗”法，只是限于當(dāng)時科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展水平，對物質(zhì)組成的了解和實驗技術(shù)的掌握尚不足，導(dǎo)致這些開創(chuàng)性的研究工作成為后人的“笑談”。隨著科技和人類認(rèn)知的發(fā)展，作為我國四大發(fā)明的“火藥”被發(fā)明。據(jù)記載，“火藥”是煉丹的副產(chǎn)品。此外，陶器和玻璃的發(fā)明與制作都是古人在長期的生產(chǎn)活動中，利用化學(xué)反應(yīng)進行的實踐活動。著名化學(xué)家拉瓦錫，早在200多年前就用定量試驗的方法測定了空氣成分。這些在客觀上為化學(xué)學(xué)科的建立積累了研究基礎(chǔ)。

2 生命科學(xué)的研究范疇及發(fā)展前景

2l世紀(jì)是信息與生命科學(xué)的時代。那么，何為生命科學(xué)呢？生命科學(xué)是研究生命現(xiàn)象及其規(guī)律的科學(xué)。雖然至今學(xué)界對于生命的概念仍未有清楚的認(rèn)識，但基本上，生命具有與化學(xué)成分同一性的特征，具備嚴(yán)整有序的結(jié)構(gòu)，能夠自我新陳代謝并產(chǎn)生應(yīng)激性和運動等特征[2]。

就生命科學(xué)的起源而言，它并不是近代才產(chǎn)生的。在人類出現(xiàn)文明的初期，生命與非生命的差異就被人類認(rèn)識到，并開始對生物進行觀察、描述，留下了大量的材料。17世紀(jì)以前，由于科學(xué)技術(shù)水平的限制以及神學(xué)對人們思想的禁錮，古老的生物學(xué)始終停留在觀察和描述階段。到18世紀(jì)，伴隨自然科學(xué)的發(fā)展，生物學(xué)的積累已經(jīng)達(dá)到了一定程度，對生物進行分門別類的研究成為主要課題。19世紀(jì)，隨著物理學(xué)和化學(xué)的發(fā)展，新技術(shù)被不斷應(yīng)用于生物研究，使生物學(xué)由描述性的學(xué)科發(fā)展成為實驗性的學(xué)科。1838―1839年，德國植物學(xué)家施萊登和動物學(xué)家施旺分別通過對植物和動物細(xì)胞的研究，提出了細(xì)胞學(xué)說。這一學(xué)說的提出，使生命科學(xué)的研究由宏觀水平深入到微觀水平，對于揭示生命運動規(guī)律起到了不可估量的積極作用。1865年，遺傳學(xué)的奠基人孟德爾發(fā)現(xiàn)了生物性狀遺傳的兩個基本定律，標(biāo)志著遺傳學(xué)的誕生。20世紀(jì)初，美國遺傳學(xué)家摩爾根在基因概念的基礎(chǔ)上，進一步提出了基因定位于染色的基因?qū)W說，生物學(xué)的發(fā)展出現(xiàn)了質(zhì)的飛躍。

到20世紀(jì)后半葉，生命科學(xué)在分子生物學(xué)領(lǐng)域取得了前所未有的突破。具體表現(xiàn)在學(xué)科分支細(xì)化和深化，各近代學(xué)科間的交叉加強，從而產(chǎn)生了一系列的邊緣學(xué)科。如研究基因及其表達(dá)的分子遺傳學(xué)，研究生物大分子的結(jié)構(gòu)與功能、生物體內(nèi)化學(xué)變化的生物化學(xué)等等。20世紀(jì)70年代以后，生物工程、克隆技術(shù)、PCR技術(shù)構(gòu)成了現(xiàn)代生物技術(shù)的核心。

3 化學(xué)對生命科學(xué)的貢獻

3.1 化學(xué)學(xué)科分類及研究內(nèi)容

按照學(xué)科分類，現(xiàn)代化學(xué)包括無機化學(xué)、有機化學(xué)、物理化學(xué)、分析化學(xué)與高分子化學(xué)等五門學(xué)科。

無機化學(xué)研究的是除碳?xì)浠衔镏獾囊磺形镔|(zhì);有機化學(xué)研究的是所有的碳化合物;物理化學(xué)是應(yīng)用物理的原理、方法研究化學(xué)的現(xiàn)象以便用數(shù)學(xué)的語言定量地描述化學(xué)的有關(guān)信息;分析化學(xué)是定性確定各種物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)以及定量表示物質(zhì)組分的含量;高分子化學(xué)是研究高分子化合物合成和反應(yīng)的學(xué)科，包括各種聚合反應(yīng)理論，新的聚合和改性方法、高分子基團反應(yīng)等。

3.2 化學(xué)對生命科學(xué)的貢獻

3.2.1 無機化學(xué)與對生命科學(xué)的貢獻

早期化學(xué)領(lǐng)域的研究無不是以無機化學(xué)為基礎(chǔ)的。如法國的拉瓦錫、英國的玻意爾和道爾頓、俄國的門捷列夫等，他們的研究都是以無機物質(zhì)的變化、反應(yīng)和性質(zhì)為研究對象的。20世紀(jì)發(fā)展起來的各化學(xué)理論也是從研究無機物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和價鍵開始的。無機化學(xué)在自身發(fā)展的同時，與其他學(xué)科的交叉與融合進一步加強。無機化學(xué)與生命科學(xué)交叉使人們不僅僅關(guān)注技術(shù)配合物與生物大分子相互作用及其模擬，而且從活性分子、活體細(xì)胞和組織等多個層次研究無機物質(zhì)與生命體相互作用的分子機理，熱力學(xué)和動力學(xué)平衡、代謝過程，同時，更加關(guān)注生物啟發(fā)的無機智能材料在生物體自修復(fù)、生物信息響應(yīng)和傳導(dǎo)及生物免疫體系構(gòu)筑中應(yīng)用的研究[3]。

3.2.2有機化學(xué)對生命科學(xué)的貢獻

有機化學(xué)學(xué)科是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的重要基礎(chǔ)學(xué)科，并已滲透到生命科學(xué)領(lǐng)域。有機化學(xué)在揭示物質(zhì)結(jié)構(gòu)的本質(zhì)的同時，促進了生命科學(xué)等相關(guān)學(xué)科和邊緣學(xué)科的發(fā)展，同時，生命科學(xué)又為有機化學(xué)的發(fā)展提供了豐富的研究內(nèi)容。生物的多樣性使有機化學(xué)的研究充滿了活力，有機分子的生物功能也充分反映了兩學(xué)科之間的同源和緊密聯(lián)系。20世紀(jì)60年代，我國科學(xué)家在世界上首次合成了具有生物活性的蛋白質(zhì)―― 牛胰島素，隨后80年代又合成了酵母丙氨酸轉(zhuǎn)移核糖核酸，這是在揭示生物體生命過程的化學(xué)本質(zhì)上取得的重大成就。

20世紀(jì)后半期，復(fù)雜生命現(xiàn)象的研究進入分子水平。從DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)到人類基因組計劃，有機化學(xué)的理論和方法在生命科學(xué)的發(fā)展中起了重要作用。美國著名生物化學(xué)家、諾貝爾生理學(xué)和醫(yī)學(xué)獎獲得者阿瑟?科恩伯格指出：“現(xiàn)今分子生物學(xué)的成就其實屬于化學(xué)”，“生命實際上是一個化學(xué)過程”，“人類的形態(tài)和行為就如同它的起源，它與環(huán)境的相互作用和它的命運一樣，都是由一系列各負(fù)其責(zé)的化學(xué)反應(yīng)來決定的”?？梢姡袡C化學(xué)在生命科學(xué)的發(fā)展過程中起著非常積極的作用。

3.2.3 生物化學(xué)對生命科學(xué)的貢獻

19世紀(jì)以來，化學(xué)理論和技術(shù)介入到生物學(xué)領(lǐng)域，建立起“生物化學(xué)”這一新學(xué)科。生物化學(xué)是的主要任務(wù)是了解生物的化學(xué)組成和它們的化學(xué)活動。生物化學(xué)從早期對生物總體組成的研究，進展到對生物的各種組織和細(xì)胞成分的精確分析，使得生物學(xué)研究逐漸從宏觀的描述水平深入到微觀的分子水平，極大地促進了生物科學(xué)的發(fā)展。

生命科學(xué)基礎(chǔ)研究中最活躍的前沿包括：生物化學(xué)和分子生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、發(fā)育生物學(xué)、神經(jīng)生物學(xué)、免疫學(xué)、生態(tài)學(xué)。由這些前沿引伸出的核心問題的探索包括：生命的起源，物種和生態(tài)系統(tǒng)的進化，遺傳發(fā)育及其在基因組和表觀基因組層面的調(diào)控、蛋白質(zhì)的分類、結(jié)構(gòu)與功能、細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)行為與腦的認(rèn)知等[4]，這些核心問題都包含著急待解決的化學(xué)問題。生命科學(xué)和生物技術(shù)的研究與開發(fā)也成為了當(dāng)今世界最為活躍的科技領(lǐng)域。

4 結(jié)語

生命活動的基礎(chǔ)是生物體內(nèi)物質(zhì)分子運動，有學(xué)者認(rèn)為可以“把生命理解成化學(xué)”。雖然，生命過程不能簡單地還原為簡單的化學(xué)過程，但研究生命過程的化學(xué)機理，從分子層次上來了解生命問題的本質(zhì)，揭示生命運動的規(guī)律，將會對人類認(rèn)識生命提供基礎(chǔ)。作為本科學(xué)生，不僅要學(xué)習(xí)化學(xué)知識與技能，更重要的是通過學(xué)習(xí)過程訓(xùn)練科學(xué)方法和思維，培養(yǎng)科學(xué)精神和品德。

參考文獻

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篇6

關(guān)鍵詞：醫(yī)學(xué)檢驗 進展 臨床

醫(yī)學(xué)檢驗是一門多學(xué)科交叉，相互滲透的新興學(xué)科。近年來，隨著科學(xué)和醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)的發(fā)展，人們對疾病的認(rèn)識越來越深入。為了準(zhǔn)確診斷疾病，為臨床治療提供科學(xué)依據(jù)，檢驗工作者必須做出更準(zhǔn)確的檢驗結(jié)果協(xié)助臨床診斷和鑒別診斷各種疾病。醫(yī)學(xué)檢驗范圍十分廣泛，其中有臨床生化檢驗、臨床微生物檢驗、免疫學(xué)、寄生蟲學(xué)、形態(tài)學(xué)、血清學(xué)檢驗。

1醫(yī)學(xué)檢驗的進展

1.1分子生物學(xué)技術(shù)的應(yīng)用。分子生物學(xué)的進展給檢驗醫(yī)學(xué)帶來了巨大的變化，使得檢驗醫(yī)學(xué)也從細(xì)胞水平進入了分子水平。將分子生物學(xué)技術(shù)應(yīng)用到臨床檢驗診斷學(xué)，對疾病診斷深入到基因水平，稱為基因診斷?；蛟\斷技術(shù)主要包括核酸分子雜交技術(shù)、聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（PCR）技術(shù)、基因多態(tài)性分析技術(shù)、單鏈構(gòu)象多態(tài)性（SSCP）分析技術(shù)、熒光原位雜交染色體分析（FISH）技術(shù)、波譜核型分析（SKY）技術(shù)以及蛋白質(zhì)組技術(shù)等。

1.2生物芯片技術(shù)?；蛐酒母拍瞵F(xiàn)已泛化到生物芯片、微陣列、DNA芯片，甚至蛋白芯片。基因芯片集成了探針固相原位合成技術(shù)、照相平板印刷技術(shù)、高分子合成技術(shù)、精密控制技術(shù)和激光共聚焦顯微技術(shù)，使得合成、固定高密度的數(shù)以萬計的探針分子以及對雜交信號進行實時、靈敏、準(zhǔn)確的檢測分析變得切實可行。

1.3流式細(xì)胞儀的應(yīng)用。流式細(xì)胞儀（FCM）有別于普通細(xì)胞計數(shù)儀的方面在于它不僅能夠進行細(xì)胞計數(shù)和簡單的三分群或五分群，而且能夠?qū)?xì)胞亞型進行檢測。臨床上，F(xiàn)CM主要應(yīng)用于免疫學(xué)和血液病學(xué)方面。它克服了傳統(tǒng)免疫技術(shù)難以準(zhǔn)確定量的不足，可應(yīng)用于外周血T淋巴細(xì)胞亞群的測定，對器官移植后的排斥反應(yīng)進行監(jiān)測；用于肺泡灌洗液中T淋巴細(xì)胞亞群的測定，能夠快速、準(zhǔn)確的測定細(xì)胞表面抗原的表達(dá)，為多種肺部疾病的診斷和發(fā)病機制提供重要信息。FCM還可同時檢測T細(xì)胞總數(shù)、Th細(xì)胞和Ts細(xì)胞，結(jié)果準(zhǔn)確、報告迅速，國外已用來進行HIV的常規(guī)檢測。FCM在血液病方面主要是對白血病進行分型，可以克服傳統(tǒng)免疫熒光鏡檢法中人為因素的干擾和細(xì)胞計數(shù)少等造成的誤差，使之更為快速和精確。FCM還可進行淋巴瘤的免疫分型、白血病微小殘留病變和化療效果監(jiān)測、骨髓移植和干細(xì)胞移植的監(jiān)測等。用FCM檢測活化血小板表面受體是近來血栓研究的一項重要技術(shù)。

1.4發(fā)光免疫分析技術(shù)。臨床上，發(fā)光免疫分析技術(shù)主要應(yīng)用于甲狀腺疾病相關(guān)免疫檢測、生殖內(nèi)分泌激素檢測、心肌蛋白的檢測和貧血指標(biāo)的檢測等。該技術(shù)以其靈敏度高（可達(dá)10～18mol/L）、檢測速度快、操作簡便、所使用試劑對人體無危害的優(yōu)點，成為非放射性免疫分析技術(shù)中最具有發(fā)展前景的方法之一。

1.5現(xiàn)場即時檢驗。隨著急救醫(yī)學(xué)的發(fā)展，在急診科對危重患者的救治中快速檢驗很有必要。這種需求刺激了相關(guān)科學(xué)和技術(shù)的進步，給予了現(xiàn)場快速檢驗的新生。

1.6細(xì)菌耐藥檢測。由于抗生素的普遍使用，臨床病原菌對抗生素的耐藥情況越來越嚴(yán)重，并出現(xiàn)了ESBL、MRSA等廣譜耐藥菌。因此，盡早選擇敏感的抗生素對控制感染和節(jié)約醫(yī)療成本至關(guān)重要。臨床微生物室不僅需要分離鑒定感染標(biāo)本中的病原菌，而且應(yīng)該進行藥物敏感實驗，為臨床醫(yī)生選擇抗生素提供依據(jù)。

1.7自動散射比濁分析的應(yīng)用。散射比濁分析儀主要檢測的是血漿、體液中的特定蛋白系列，包括免疫球蛋白系列、補體系統(tǒng)、急性時相反應(yīng)蛋白系列、炎性反應(yīng)蛋白系列、載脂蛋白系列、尿微量蛋白系列和小分子藥物等。這些蛋白成分的檢測，可為臨床提供有效的病理生理指標(biāo)，作為臨床診斷、判斷治療效果和分析預(yù)后的依據(jù)。

2醫(yī)學(xué)檢驗的臨床應(yīng)用

臨床生物化學(xué)檢驗和試驗數(shù)據(jù)主要用于：①揭示疾病的基本原因和機制，如動脈粥樣硬化，糖尿病及代謝性疾病等；②根據(jù)發(fā)病機制，建立合理治療，如針對苯丙酮尿癥患者給予低苯丙氨酸飲食；診斷特異性疾病，如利用肌紅蛋白、肌鈣蛋白診斷心肌梗死；③為某些疾病的早期診斷提供篩選試驗，如測定血中甲狀腺素和促甲狀腺素用以診斷新生兒先天性甲狀腺機能減退癥；④監(jiān)測疾病的病情好轉(zhuǎn)、惡化、緩解或復(fù)發(fā)等，如利用肝功能試驗對肝臟疾患進行診斷和治療監(jiān)測；⑤治療藥物監(jiān)測。即根據(jù)血液以及其他體液中的藥物濃度，調(diào)整劑量，保證藥物治療的有效性和安全性；⑥輔助評價治療效果，如測定血中癌胚抗原含量監(jiān)測結(jié)腸癌的治療效果；⑦遺傳病產(chǎn)前診斷，降低出生缺陷病的發(fā)病率。

臨床微生物學(xué)是檢驗醫(yī)學(xué)的亞專業(yè)之一，其綜合了臨床醫(yī)學(xué)、病原生物學(xué)和免疫學(xué)、臨床抗生素學(xué)和醫(yī)學(xué)流行病學(xué)等幾方面的知識和技能，對感染性疾病進行快速、準(zhǔn)確的診斷，密切結(jié)合臨床提出及時有效的治療方案，防止微生物產(chǎn)生耐藥性和醫(yī)院內(nèi)感染的發(fā)生。

3 醫(yī)學(xué)檢驗的局限性分析

3.1 非連續(xù)性的檢驗與疾病的不斷變化性之間存在矛盾。檢驗是一時的行為、是非連續(xù)性的反映，所檢查的結(jié)果只表現(xiàn)了疾病的瞬間；始終難以消除的是檢驗所具有的點的表現(xiàn)力與疾病變化的線的連續(xù)性之間的矛盾。因此，絕不能將檢驗的結(jié)果看成是疾病變化的全過程。

3.2 同一項檢驗結(jié)果有可能是這種病也可能是那種病。如果檢驗出來的癥狀與患者所患疾病是相一致的，那么根據(jù)檢驗的結(jié)果診斷疾病就不會出現(xiàn)差錯，但往往存在同一項檢驗結(jié)果為多項疾病所共有的情況，X光線表現(xiàn)的特征就可見于完全不同的疾病。

3.3 醫(yī)學(xué)檢驗的危險性。因病理檢驗需從患者身體摘取病變組織，因而危險性會時常降臨，除非患者有嚴(yán)重的病情，離開這些檢驗結(jié)果就難以弄清病因，這樣才能進行病理檢驗。

4總結(jié)

醫(yī)學(xué)檢驗是醫(yī)療科技高度發(fā)達(dá)的情況下臨床醫(yī)師在診斷疾病過程中所依賴的重要手段，但鑒于檢驗結(jié)果的影響因素復(fù)雜多變。因此，需要提高檢驗師、護士和臨床醫(yī)師的責(zé)任意識和專業(yè)技術(shù)水平是醫(yī)療機構(gòu)利用現(xiàn)代醫(yī)療科技正確診斷和治療疾病的重要途徑。

篇7

關(guān)鍵詞:植物藥材;ITS序列;DNA條形碼鑒定

中圖分類號:R285.5 文獻標(biāo)識碼:A 文章編號:1673-7717(2010)04-0737-02

[FQ(9。25,X-W]

收稿日期:2009-11-26

基金項目:國家科技部資助項目(2005DKA21004);遼寧省教育廳資助項目(2009A496)

作者簡介:許亮(1978-),男,遼寧沈陽人,講師,博士研究生,主要從事中藥生藥的教學(xué)與科研研究。

通訊作者:康廷國(1955-),男,山東壽光人,教授,博士研究生導(dǎo)師,研究方向:中藥品質(zhì)評價與中藥新藥開發(fā)研究。Tel:041187586028,Email:kangtg@lnutcm.省略。

ITS(internal transcribed spacer)是核糖體DNA上的內(nèi)轉(zhuǎn)錄間隔區(qū),位于18S 和26SrDNA 基因之間,被5.8S 基因分為兩段即ITS1和ITS2,見圖1。ITS 區(qū)包括5.8S rDNA 在內(nèi)的總長度為600-700bp,其中5.8S rDNA 的長度非常保守,一般為163bp 或164bp ,ITS1和ITS2 的長度也比較保守,但核苷酸序列變化較大,可以提供豐富的系統(tǒng)學(xué)信息。ITS1和ITS2作為非編碼區(qū),受外界環(huán)境因素的影響較小,承受的選擇壓力較小,進化速度較快,核苷酸序列變化較大,且其變異以相互獨立的點突變?yōu)橹?是rDNA中的中度保守區(qū),可為屬以下水平的研究提供較豐富的變異位點和信息位點的系統(tǒng)學(xué)信息。這使ITS序列十分適宜進行各種分子操作,已成為最廣泛的應(yīng)用于被子植物系統(tǒng)發(fā)育和進化研究的核基因標(biāo)記之一,并取得了一系列重要進展[1-3]。

圖1植物核糖體DNAITS的基本結(jié)構(gòu)

1 ITS序列與植物DNA條形碼鑒定的關(guān)系

DNA條形碼(DNA barcoding)是利用一段標(biāo)準(zhǔn)的DNA序列作為標(biāo)記來實現(xiàn)快速、準(zhǔn)確和自動化的物種鑒定,類似于超市利用條形碼掃描區(qū)分成千上萬種不同的商品。已成為生物物種鑒定的新方向,受到世界40多個國家130多個組織中傳統(tǒng)生物分類學(xué)家、分子生物學(xué)家和生物信息學(xué)家等多學(xué)科專家的關(guān)注。加拿大動物學(xué)家Paul Hebert首先倡導(dǎo)將條形碼編碼技術(shù)應(yīng)用到生物物種鑒定中,他對動物界11門13320個物種的線粒體細(xì)胞色素C氧化酶亞基(Cytocheome c oxidase Ⅰ,COⅠ)比較分析,提出可以采用單一的基因片段來代表生物種,作為物種的條形碼[4-5],因此他被稱為DNA條形編碼之父。但由于COⅠ基因在植物中的進化速率遠(yuǎn)慢于在動物中的進化速率,對于大多數(shù)植物不適合作為DNA條形碼鑒定的編碼基因。

ITS序列在被子植物中的長度變異很小,ITS1和ITS2的長度均不足300bp,PCR擴增及測序簡單易行,特別是PCR直接測序法的誕生,極大地推動了ITS在被子植物科內(nèi),尤其是近緣屬間及種間關(guān)系研究中的應(yīng)用,成為系統(tǒng)與進化植物學(xué)研究中的重要分子標(biāo)記[6],隨著現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展,使在分子水平上快速準(zhǔn)確地鑒定中藥材成為可能,應(yīng)用ITS序列作為植物類中藥材的DNA條形碼,為有效遏制各種假冒偽劣藥材提供了極為有力的先進的技術(shù)支持。

中藥材鑒定方法如基原鑒定、性狀鑒定、顯微鑒定、理化鑒定、色譜法鑒定等,在中藥材鑒定和評價其質(zhì)量研究中發(fā)揮了重要作用,但隨著現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展,涌現(xiàn)了多種中藥材DNA分子鑒定技術(shù),DNA條形碼技術(shù)具有4個顯著的特點:①DNA 條形碼直接利用DNA序列進行物種的鑒定,基于生物的基因型,具有獨一無二的可重復(fù)性;②DNA條形碼序列具有通用性,在不同物種之間具有可比性,在全球物種鑒定中可以形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),也更利于對植物系統(tǒng)進化的研究;③DNA 條形碼只需一對或幾對通用引物;④在技術(shù)發(fā)展成熟的基礎(chǔ)上,根據(jù)DNA 條形碼鑒定技術(shù)設(shè)計生產(chǎn)“便攜式中藥鑒定分析掃描儀”,任何人可以實時完成物種鑒定工作[7]。

作為DNA條形碼的編碼基因應(yīng)符合以下標(biāo)準(zhǔn):①具有足夠的變異性以區(qū)別不同的物種,同時具有相對的保守性;②必須是一段標(biāo)準(zhǔn)的DNA序列來盡可能的鑒別不同的種群;③應(yīng)該包含足夠的系統(tǒng)進化信息以定位物種在系統(tǒng)中的位子;④應(yīng)該具有高度的保守性以便于通用引物的設(shè)計;⑤應(yīng)該足夠的短以便于有部分降解的DNA的擴增[8]。對于動物來源的藥材可以根據(jù)COI基因設(shè)計通用引物,而對于植物來源的中藥材ITS序列可以作為候選的編碼基因。

2 ITS序列在中藥材鑒別上的應(yīng)用

由于ITS 區(qū)域具有較多的堿基信息,在長度上具有較好的保守性,因此該片段特別適合于屬、組級的系統(tǒng)發(fā)育和分類研究。尤其能為中藥材的分子鑒定提供依據(jù)。毛善國等[9],車建等[10]分別通過ITS序列的測定進行了番紅花及其混淆品的有效鑒別研究。劉春生等[11]通過基于核DNA ITS序列對細(xì)辛藥材的基源及分子鑒定進行了研究。閆坤等[12]通過ITS序列對地黃屬種間的親緣關(guān)系進行了研究。馬玉花等[13]對中國不同地區(qū)的杜仲rDNA的ITS序列進行了分析測序。蔡金娜等[14]對中國不同地區(qū)的蛇床進行了rDNA ITS序列分析。宋葆華等[15]對中國莧屬nrDNA的ITS序列分析并對其系統(tǒng)學(xué)意義進行了研究。武瑩等[16]通過ITS序列鑒別了5種習(xí)用柴胡。郝明干等[17-18]采用rDNA ITS的序列分析對中藥材白花蛇舌草進行了有效的分子鑒定。趙志禮等[19]進行了山姜屬中藥草豆蔻和益智nrDNA ITS區(qū)序列的測定。趙等[20]綜述了核rDNA ITS序列在植物種質(zhì)資源鑒定中的應(yīng)用。趙志禮等[21]綜述了核糖體DNA ITS區(qū)序列在植物分子系統(tǒng)學(xué)研究中的具有重要的價值。唐先華等[22]進行了睡蓮類植物ITS nrDNA序列的分子系統(tǒng)發(fā)育分析。陳生云等[23]用nrDNA ITS序列探討?yīng)M蕊龍膽屬及其近緣屬(龍膽科)的系統(tǒng)發(fā)育。李國強等[24]對中藥蓼大青葉及其偽品的nrDNA ITS區(qū)序列進行了測定分析。ITS序列在生物學(xué)、分子生態(tài)學(xué)、生物進化的研究領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用,陳士林等[7]學(xué)者認(rèn)為植物來源的中藥材可以根據(jù)rDNA ITS序列作為該藥材的DNA條形碼進行生物鑒定等。

3 基于ITS序列的植物類藥材鑒定研究前景展望

隨著分子生物學(xué)的飛速發(fā)展,人們將會對ITS區(qū)序列及其植物分子系統(tǒng)學(xué)價值有更廣泛深入的研究。對于以ITS序列不能明顯鑒別的植物藥,可以通過與18S rDNA,葉綠體matK、rbcL和trnH-psbA等多個標(biāo)記基因聯(lián)合應(yīng)用進行。目前植物總DNA的提取方法已比較完善,可從長期貯存的標(biāo)本中進行提取、擴增與測序,使中藥材的分子鑒別在方法學(xué)上得到保證。以ITS序列為編碼基因,進行植物類藥材的DNA條形碼鑒別及進一步設(shè)計生產(chǎn)使用“便攜式中藥鑒定分析掃描儀”,必將前景廣闊。

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篇8

關(guān)鍵詞：微生物；血栓；溶栓藥物

心肌梗死、動靜脈血栓栓塞等心血管疾病是造成全球人口死亡的主要原因之一。目前臨床上使用的溶栓藥物主要是組織型纖溶酶原激活劑、尿激酶等纖溶酶原激活劑。盡管應(yīng)用廣泛，這些藥物價格昂貴、對纖維蛋白的特異性較低、出血危險等限制了這些藥物的使用，因此有待開發(fā)更為理想的溶栓藥物。微生物是溶栓藥物的重要來源，其種類繁多、代謝產(chǎn)物多樣化、生長周期短、生產(chǎn)成本低等特點，為篩選新型溶栓活性物質(zhì)提供了豐富的資源。

1 幾種重要的微生物源溶栓藥物

1.1鏈激酶 1949年研究人員從β-溶血鏈球菌的發(fā)酵產(chǎn)物中發(fā)現(xiàn)鏈激酶（Streptokinase， SK），其分子量為47kD，由414個氨基酸組成，是最早應(yīng)用于臨床的溶栓類藥物。SK通過與纖溶酶原以1：1的比例結(jié)合成SK-纖溶酶原復(fù)合物，然后暴露活化位點，激活纖溶酶原成為纖溶酶，從而進行血栓溶解。臨床應(yīng)用表明SK有效且冠狀脈開通率高，但因具有天然的抗原性而時有嚴(yán)重的免疫反應(yīng)發(fā)生，且極短的半衰期極大的影響藥效作用的發(fā)揮。

1.2 葡激酶 葡激酶（Staphylokinase， SaK）是由溶源性金黃色葡萄球菌分泌產(chǎn)生的一種由四種纖溶酶原激活因子構(gòu)成的蛋白質(zhì)家族，分子量均為16.5kD。SaK在血漿中同樣是與纖溶酶原形成復(fù)合物，激活纖溶酶原成為纖溶酶并溶解血栓。大量動物血栓模型實驗顯示， SaK溶解動脈血栓的效果要明顯優(yōu)于SK。SaK具有極強的纖維蛋白特異性，當(dāng)無纖維蛋白或血栓時，SaK-纖溶酶原復(fù)合物很快被2-抗纖溶酶滅活而不激活纖溶系統(tǒng)。雖然到目前為止尚未見SaK引起過敏反應(yīng)的報道， 但SaK來源于細(xì)菌，仍然有著潛在的免疫原性。

1.3納豆激酶 納豆激酶（Nattokinase， NK）是在納豆發(fā)酵過程中由納豆枯草桿菌產(chǎn)生的一種絲氨酸蛋白酶，由Sumi等在1987年發(fā)現(xiàn)。NK的分子量為27.7kD，在pH6～12.5的范圍內(nèi)穩(wěn)定，熱穩(wěn)定性好，甚至在酸性環(huán)境下酶活也不會完全喪失，并已經(jīng)從枯草桿菌中獲得了其基因aprN。在臨床實驗中，口服NK膠囊能明顯縮短優(yōu)球蛋白溶解時間。NK具有纖溶活性外，還纖溶酶原激活劑，對交聯(lián)纖維蛋白有很強的水解活性，但對纖維蛋白原卻并不敏感，所以不易引起出血?；贜K來源于食源性微生物，無任何毒副作用，原料來源豐富，因而有很大的開發(fā)價值。

2 來源于其他微生物的溶栓藥物

2.1來源于鏈霉菌的纖溶酶 鏈霉菌是多數(shù)抗生素生產(chǎn)的重要菌種，次級代謝產(chǎn)物豐富，可同時分泌多種蛋白酶，且為非致病菌，因此研究該種菌產(chǎn)生的活性物質(zhì)具有重要的實際意義。

中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院篩選到產(chǎn)多種纖溶活性成分的鏈霉菌Y4051，并分離出了單亞基多肽鏈蛋白酶SW-1，可以直接降解纖維蛋白和纖維蛋白原，但不具有纖維蛋白特異性，可能造成系統(tǒng)性纖溶，因此在使用上受到一定限制。Chitte等2由鏈霉菌SD-5分離出來一種纖溶酶原激活劑，其相對分子量為35kD，最適pH值和溫度分別為8和55°C，它的一大優(yōu)點是在工業(yè)上有可能在較低的成本下進行大規(guī)模生產(chǎn)。鞠秀云等3從鏈霉菌XZNUM00004發(fā)酵液中純化得到絲氨酸蛋白酶SFE1，其相對分子質(zhì)量為20kDa，最適pH和最適溫度分別為7.8和35℃。SFE1纖溶活性高且有耐熱的優(yōu)點，能夠快速水解纖維蛋白原的三條鏈。Mander等4分別從三株鏈霉菌菌株CS624、CS684和CS628發(fā)酵液中分離得到三種纖溶酶FES624、FP84和FP28，其中FP28的相對分子質(zhì)量為17.6kDa，是目前為止報道的鏈霉菌產(chǎn)生的最小的纖溶酶，可在兩小時內(nèi)分別水解纖維蛋白原的三條鏈，體外動物實驗表明其具有很好的溶栓活性，在未來可發(fā)展成為有前景的溶栓藥物。Uesugi等5從鏈霉菌中得到一種絲氨酸蛋白酶SOT，體外實驗結(jié)果表明，SOT的纖溶活性是纖溶酶的18倍，同時也具有纖溶酶原激活劑活性。SOT能夠迅速水解纖維蛋白原的A（-和B（-鏈，與納豆激酶具有纖溶協(xié)同效應(yīng)，可作為一種有效的溶栓劑用來進行血栓的治療。

2.2海洋假單胞菌產(chǎn)生的溶栓活性物質(zhì) 海洋微生物具有耐高壓、噬低溫、耐鹽等生理特性，被認(rèn)為是獲取具有新型理化性質(zhì)物質(zhì)的又一重要來源。劉晨光等從海洋假單胞菌中提取得到一種分子量21kD的纖溶酶，最適pH值和最適溫度分別為8和50℃，且該酶具有降解苯甲酰-L-精氨酸乙酯鹽酸鹽的活性。對于該酶還需對其結(jié)構(gòu)、催化特征以及毒理藥效作用等作進一步研究，為進一步開發(fā)為新藥和發(fā)酵工業(yè)生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)。

2.3其他 天津科技大學(xué)分離出一株中國根霉 12#，劉曉蘭等利用紫外線-氯化鋰復(fù)合誘變的方式，得到酶產(chǎn)量較出發(fā)菌株提高32.9%的穩(wěn)定高產(chǎn)正突變株，并通過固體發(fā)酵分離純化得到分子量為18.0kD的纖溶酶，有直接降解纖維蛋白和纖溶酶原激活劑的的雙重溶栓作用。Wodeuk等6從芽孢桿菌CK-114的發(fā)酵產(chǎn)物中分離純化得到了枯草激酶CK，其分子量為28.2kD，最適pH值為7.0，且熱穩(wěn)定性較好，具有纖溶活性和促纖溶活性。目前CK已在許多動物模型中表現(xiàn)出較理想的體內(nèi)溶栓效果。此外Lee等7還從密環(huán)菌發(fā)酵物中分離到具溶纖作用的金屬蛋白酶，分子量為21kD，其最適pH值和溫度分別為6和 33°C，能有效水解纖維蛋白原。

3 分子生物學(xué)研究

目前國內(nèi)外正致力開發(fā)新一代溶栓劑，如用蛋白質(zhì)工程手段分子改造，通過定點突變或改變相關(guān)結(jié)構(gòu)域等手段提高對纖維蛋白的特異性、延長半衰期以及發(fā)展導(dǎo)向性溶栓功能等。

1992年Nadamura等8確定了納豆激酶的基因序列和 氨基酸序列，為從基因工程角度提高納豆激酶的產(chǎn)量和活性提供了可能。2003年彭勇等克隆了豆豉溶栓酶基因，又將α-淀粉酶啟動子及信號肽與豆豉溶栓酶基因前肽及成熟肽序列融合，并將純化標(biāo)簽His-Tag與豆豉溶栓酶基因融合，通過金屬親合柱進行純化，簡化純化步驟，提高回收率。不同溶栓酶間存在很高的同源性，解析這些酶的空間結(jié)構(gòu)并用生物信息學(xué)確定酶的功能氨基酸，可通過定點突變改造基因以提高酶比活和纖維蛋白特異性。利用 DNA 重排等定向進化手段來改造纖溶酶， 將可以提高纖溶酶產(chǎn)品的功效。

4 結(jié)論及展望

隨著現(xiàn)代生物化學(xué)與分子生物學(xué)的發(fā)展，人們越來越關(guān)注微生物產(chǎn)生的溶栓活性物質(zhì)，對產(chǎn)生大量蛋白酶的微生物進行篩選，并進行分離純化、功能研究與開發(fā)，以及通過不同的分子生物學(xué)手段對蛋白酶結(jié)構(gòu)及基因進行改造，重組表達(dá)出優(yōu)化溶栓物質(zhì)，降低副反應(yīng)，獲得工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)，將成為這一領(lǐng)域今后的研究方向。

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關(guān)鍵詞：藥物篩選;分子印跡技術(shù);高通量篩選技術(shù);生物芯片技術(shù);生物信息學(xué)技術(shù)

藥物篩選是應(yīng)用適當(dāng)?shù)姆椒ê图夹g(shù)根據(jù)特定的目的對藥物進行優(yōu)選的過程。藥物的種類很多，從大量的藥物中找出對特定疾病有針對性治療作用的藥物是個復(fù)雜的過程。傳統(tǒng)的藥物篩選一般是采用生物學(xué)方法，也就是將藥物與相應(yīng)的病原作用，能夠有效抑制病原生長或?qū)σ延胁≡袣缱饔玫募礊橛行幬?。然而對于由病毒或?xì)菌引起的具有強傳染性的疾病此種方法是一項既繁瑣，危險性大又對實驗條件要求極高的工作。因此，應(yīng)建立非生物學(xué)方法來替代傳統(tǒng)生物學(xué)方法。所謂的非生物學(xué)藥物篩選方法即在不接觸傳染性病原的情況下進行藥物篩選。篩選的方法可以是間接的篩選藥物，如分子印跡法、生物信息學(xué)法;也可以是獲得病原的相應(yīng)結(jié)合靶點來選取有效藥物，如高通量篩選技術(shù)和生物芯片技術(shù)。本文將對非生物學(xué)藥物篩選方法進行簡要綜述[1]。

1分子印跡技術(shù)

分子印跡技術(shù)也叫分子烙印技術(shù)或分子模板技術(shù)(molecularimprintingtechnique,MIT)，是一種模擬抗原與抗體相互作用的人工生物模板技術(shù)。分子印跡聚合物(molecularlyimprintedpolymers，MIPs)也就是由分子印跡技術(shù)制備出來的，具有高效、穩(wěn)定、使用壽命長等優(yōu)點。在對映體和異構(gòu)體的分離[2，3]、固相萃取[4，5]、緩控釋給藥系統(tǒng)[6]、臨床藥物分析、膜分離技術(shù)[7]、模擬酶催化[8]、化學(xué)仿生傳感器[9]等領(lǐng)域中MIPs都展現(xiàn)了良好的應(yīng)用前景。MIPs的制備過程為：①在溶劑(致孔劑)中將模板分子和功能單體按照一定比例混合后一定條件下進行反應(yīng)，通過共價鍵或非共價鍵作用形成可逆的模板分子-功能單體復(fù)合物;②加入交聯(lián)劑、引發(fā)劑，使模板-功能單體復(fù)合物通過聚合反應(yīng)在模板分子周圍形成高交聯(lián)的剛性聚合物;③將模板分子(印跡分子)從聚合物中洗脫解離出來，這樣在聚合物的骨架上便留下了一個對模板分子有“預(yù)定”選擇性的識別空位?？瘴恢泻芯_排列的與模板分子官能團相互補的由功能單體提供的功能基團[10]。分子印跡聚合物中的空位和模板分子形狀、大小完全一樣,從而實現(xiàn)對模板分子的特異性識別。印跡聚合過程如圖1所示[11]。MIT具有分子識別性強、固定相制備簡便快速、操作簡單、性質(zhì)比較穩(wěn)定(耐酸堿、耐高溫、高壓等)、溶劑消耗量小、模板和MIPs都可以回收再利用等優(yōu)點。

應(yīng)用分子印跡技術(shù)，根據(jù)已篩選出的對相應(yīng)病原有抑制作用的化合物作為模板建立生物法替代篩選模型。一方面可以避免與病原的直接接觸，增強安全性;二是可以在普通實驗室進行實驗，實驗條件要求低;三是有針對性的選擇有效藥物成分，縮短了篩選時間和實驗強度;四是精確有效篩選。如中草藥含的化合物結(jié)構(gòu)類型多樣，含量懸殊且許多成分是未知的，因此從中分離純化有效成分是一項費時費力的工作，而且容易丟失微量的有效成分。為了盡快從中草藥中尋找出高效的實體藥物及各配方的有效成分，以及將中藥推向國際市場并從中發(fā)現(xiàn)療效顯著的符合歐美市場要求的新藥，就可以應(yīng)用分子印跡技術(shù)來達(dá)到這個目的。謝建春等[12]以駱駝蓬種籽中抗腫瘤活性化合物哈爾滿作為模板,用非共價鍵法制備了對哈爾滿結(jié)構(gòu)類似物哈爾明及哈馬靈具有強親和性的分子印跡聚合物。分離鑒定了駱駝蓬種籽甲醇粗提物中所含的哈爾明及哈馬靈兩種抗腫瘤活性成分。此實驗結(jié)果說明了通過分子印跡技術(shù)能夠有效地對中草藥活性成分進行分離。實驗還說明了通過分子印跡親和色譜與質(zhì)譜聯(lián)用可以分離鑒定復(fù)雜成分中有效成分。這對于篩選已知藥物的結(jié)構(gòu)類似物無疑是種簡單快速安全的方法。

2高通量藥物篩選技術(shù)

高通量藥物篩選(highthroughputscreening,HTS)是20世紀(jì)80年代后期發(fā)展起來的一項快速尋找新藥的技術(shù)。篩選的對象是藥物作用靶點，根據(jù)待選樣品與靶點是否相互作用來判斷待選化合物的生物活性。高通量藥物篩選技術(shù)涉及自動化控制技術(shù)、細(xì)胞生物學(xué)技術(shù)、藥理學(xué)實驗技術(shù)、分子生物學(xué)技術(shù)和管理技術(shù)以及計算機計算等。隨著各學(xué)科的發(fā)展及相應(yīng)技術(shù)的成熟[13]，高通量藥物篩選技術(shù)憑借其自動化操作系統(tǒng)和微量靈敏的檢測系統(tǒng)，使其篩選速度快、規(guī)模大、用量小實現(xiàn)一藥多篩。

高通量篩選的體外模型通常有分子水平模型和細(xì)胞水平的模型，分子水平模型主要分為受體模型、酶篩選模型和離子通道篩選模型。細(xì)胞水平藥物篩選模型是以細(xì)胞功能為基礎(chǔ)的篩選模型。各種模型篩選的原理有3個方面，一是待選化合物與靶點的作用。多數(shù)情況下藥物與靶點相結(jié)合從而產(chǎn)生治療作用。其作用原理如同受體-配體相互作用。可以與相應(yīng)受體結(jié)合的化合物就有可能是有活性的成分;二是待選化合物對酶活性的影響。生物體內(nèi)的許多生理生化反應(yīng)都必須有酶的參與，加入待測化合物的同時測定酶的一些指標(biāo)，以指標(biāo)的變化為依據(jù)來評價化合物的作用。此種模型相對易于檢測，被普遍使用;三是待測化合物對細(xì)胞的作用。通過化合物的篩選，了解整體細(xì)胞對化合物作用的反應(yīng)。靶向細(xì)胞因子、生長因子、離子通道和G-蛋白耦聯(lián)受體(GPCR)在細(xì)胞水平上的功能性檢測中都取得了成功的進展[13]。(i)復(fù)合物化(ii)聚合(iii)去模板分子a.模板分子b.聚合前復(fù)合物c.聚合后復(fù)合物d.模板分子去除后的聚合物圖1分子印跡聚合過程示意圖據(jù)統(tǒng)計高通量藥物篩選技術(shù)每天可以對數(shù)以萬計的樣品化合物進行篩選，應(yīng)用得最多的是組合化學(xué)庫。我國中藥資源豐富，許多資源尚未開發(fā)。有部分中藥及組方治療作用明確，但大部分作用機理尚不清楚。從而限制了中藥的發(fā)展及國際化的要求。由于中藥有效成分具有多靶點的作用特點，故天然產(chǎn)物庫的建立將為高通量藥物篩選提供更多更全面的化合物[14，15]，同時中藥有效成分的作用機理也會明確。羅弟祥等[16]用PTP1B(蛋白酪氨酸磷酸酶1B)抑制劑高通量篩選模型對17940個植物提取物和其組分進行了篩選，陽性率為2.85%[17]。另外針對腫瘤、2型糖尿病[18]、神經(jīng)系統(tǒng)疾病、免疫系統(tǒng)疾病和感染性疾病等相關(guān)靶點明確的疾病，已經(jīng)逐步建立和完善了以高通量分子篩選模型為初篩的篩選體系。隨著生物化學(xué)、分子生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)及基因工程等學(xué)科的發(fā)展，疾病的發(fā)病機理越來越明確。特別是對于一些病毒和病菌，它們的致病靶標(biāo)也越發(fā)的清晰。只要針對相應(yīng)的靶標(biāo)進行篩選，就能夠很快找到相應(yīng)的有效藥物，這樣就可以減少操作的危險性，避免與相應(yīng)病原直接接觸，同時也加快了藥物的篩選速度及篩選的精確性[19]。曹鴻鵬等[20]以神經(jīng)氨酸酶(NA)為抗流感藥物的作用靶點建立可用于高通量藥物篩選的模型來篩選NA抑制劑，初篩發(fā)現(xiàn)12個化合物對流感病毒神經(jīng)氨酸酶有可重復(fù)的抑制活性。高通量藥物篩選過程是從藥物作用靶點水平篩選藥物即只是停留在分子細(xì)胞水平，而藥物的作用多數(shù)是要全面分析。由于藥物經(jīng)過體內(nèi)循環(huán)代謝到達(dá)靶點時的濃度及代謝物藥效是有變化的，所以必須在篩選之后進行相應(yīng)的組織器官和整體動物水平的藥物篩選來確定藥效。

3生物芯片技術(shù)

生物芯片(biochip)是指采用光導(dǎo)原位合成或微量點樣等方法，將大量生物大分子如核酸片段、多肽分子甚至組織切片、細(xì)胞等生物樣品以陣列式有序地固化于支持物(玻片、硅片、聚丙烯酰胺凝膠、尼龍膜等載體)的表面，組成密集二維分子排列，然后與已標(biāo)記的待測生物樣品中靶分子雜交，通過特定的儀器對雜交信號的強度進行檢測分析來判斷樣品中靶分子的種類和數(shù)量[21]，從而實現(xiàn)對細(xì)胞、蛋白質(zhì)、DNA以及其它生物組分的檢測，把生化分析系統(tǒng)中的樣品制備、生化反應(yīng)和結(jié)果檢測3個部分有機的結(jié)合起來，具有快速、高通量、高信息量、平行化、集約化、微型化、自動化、成本低、污染少、用途廣等特點[22]。

生物芯片包括基因芯片、蛋白質(zhì)芯片、芯片實驗室(微全分析系統(tǒng))、細(xì)胞芯片以及組織芯片等。另外根據(jù)原理還有組件型微陣列芯片、通道型微陣列芯片、生物傳感芯片等新型生物芯片。藥物通過不同的靶點作用于組織細(xì)胞，直接或間接地影響細(xì)胞內(nèi)基因的表達(dá)及蛋白質(zhì)的生成。通過對用藥前后兩組樣品進行表達(dá)譜生物芯片檢測，就可以反映出該藥物作用后相應(yīng)組織或細(xì)胞中基因表達(dá)譜及蛋白質(zhì)等的變化，從而揭示藥物的作用。生物芯片技術(shù)可以尋找藥物靶標(biāo)、進行毒理學(xué)研究、研究藥物處理細(xì)胞后基因的表達(dá)情況、藥物分析、中藥研究、指導(dǎo)臨床個體化用藥、抗藥性研究、建立生物技術(shù)平臺等[23]。

托婭等[24]研究基因芯片篩選抗腫瘤血管生成中草藥的相關(guān)基因，實驗結(jié)果顯示利用基因芯片技術(shù)可從基因水平解釋中藥的作用機制，為新藥的開發(fā)提供理論依據(jù)。LiX等[25]采用微流體芯片技術(shù)檢測中藥成分對白血病細(xì)胞的早期細(xì)胞毒性，結(jié)果表明用此法不但能夠縮短藥物篩選的周期、降低實驗成本而且還能解決傳統(tǒng)技術(shù)中遇到的顏色和化學(xué)干擾問題。生物芯片技術(shù)使高通量藥物篩選的單靶點單模型模式轉(zhuǎn)變?yōu)橥瑫r對多靶點進行篩選的新模式，逐漸形成了超高通量藥物篩選的概念。由于生物芯片體積小，包含的藥物作用靶點多，從理論上講，生物芯片技術(shù)和高通量藥物篩選技術(shù)相結(jié)合，不僅可同時對大量化合物進行生物活性篩選，而且可同時對大量藥物作用靶點篩選。隨著分子生物學(xué)的發(fā)展而建立起來的分子水平的藥物篩選模型，可以從更深入的層次評價藥物的作用，從而可以為許多疑難病癥提供新的治療途徑和方法。應(yīng)用生物芯片大規(guī)模的篩選研究可以減少大量的動物試驗，縮短藥物篩選所用時間，增強實驗過程中的安全性，從而帶動藥物的研究和開發(fā)。

4生物信息學(xué)技術(shù)

篇10

關(guān)鍵詞：生物技術(shù)；創(chuàng)新；應(yīng)用；發(fā)展

中圖分類號：FQ81文獻標(biāo)識碼：A

一、生物技術(shù)的基本特征

生物技術(shù)也稱生物工程，它是在分子生物學(xué)基礎(chǔ)上建立的、為創(chuàng)建新的生物類型或新生物機能的實用技術(shù)，是現(xiàn)代生物科學(xué)和工程技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。具體而言，生物工程技術(shù)包括轉(zhuǎn)基因植物、動物生物技術(shù)、農(nóng)作物的分子育種技術(shù)、納米生物技術(shù)、重要疾病的生物治療等；基因操作技術(shù)包括人類功能基因組研究、重要動植物功能基因組研究等；生物信息技術(shù)包括生物信息的獲取與開發(fā)、加工與利用，以及結(jié)構(gòu)基因組和蛋白質(zhì)組學(xué)研究、藥物篩選、小分子藥物設(shè)計等；創(chuàng)新藥物和產(chǎn)業(yè)化開發(fā)上，將重點建立完善的藥物篩選體系、研制重要藥物品種、實驗室建設(shè)、藥物制劑技術(shù)等。生物技術(shù)有五個方面的特征：

1、大科學(xué)工程研究方式的出現(xiàn)。20世紀(jì)八十年代中期開始的基因組的研究，使得生物技術(shù)的研究從作坊式轉(zhuǎn)而進入了大科學(xué)的運作方式?；蚪M研究以人類基因組為代表，其研究對象是一個非常復(fù)雜的系統(tǒng)，要在整體上破譯遺傳信息，不可能用以前零敲碎打的方式，而是采用了其他學(xué)科的一些運作方式，包括大規(guī)模、高通量、信息化的工業(yè)運作方式。由于人類基因組計劃對產(chǎn)業(yè)的巨大帶動作用，引起實業(yè)界濃厚的投資興趣，投資量逐年遞增。

2、精細(xì)分析和廣闊綜合的統(tǒng)一。生物技術(shù)在分子、細(xì)胞、組織、器官、整體乃至群體的多層次、全方位研究，以及生物技術(shù)與數(shù)學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、信息科學(xué)的前所未有的整合，使得很多生命系統(tǒng)復(fù)雜問題的解決出現(xiàn)了可能。

3、科學(xué)進步和技術(shù)革命互為因果。生物技術(shù)的每一次突破，都與技術(shù)革命相關(guān)，科學(xué)與技術(shù)之間的界限也是越來越模糊了。

4、基礎(chǔ)與應(yīng)用的結(jié)合。生物技術(shù)與醫(yī)學(xué)、農(nóng)學(xué)有著不可分割的聯(lián)系，是這些應(yīng)用學(xué)科的基礎(chǔ)，也能從應(yīng)用學(xué)科中獲取基礎(chǔ)研究的源頭活水。很多重大社會需求的問題會構(gòu)成揭示自然規(guī)律的一些重大科學(xué)工程的出發(fā)點，如對艾滋病、腫瘤、人口控制、抗病蟲植物等方面的研究。

5、產(chǎn)業(yè)化的速度大大加快。各種生物技術(shù)的發(fā)展，使得生物技術(shù)基礎(chǔ)研究到實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的距離較之以往大大縮短。

二、生物技術(shù)的創(chuàng)新前景

世界生物技術(shù)在21世紀(jì)的發(fā)展取決于技術(shù)平臺的寬度和高度，預(yù)計未來將形成幾個新的生物技術(shù)平臺，這些平臺的建立，將使生物技術(shù)的發(fā)展令人難以預(yù)測。

生物技術(shù)已有三個平臺，即DNA重組、細(xì)胞培養(yǎng)和DNA芯片，已經(jīng)取得了相當(dāng)成果，培育出了新的生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)。預(yù)計在本世紀(jì)還會形成幾個新的平臺。

1、基因組平臺。目前已有數(shù)十種微生物和4種模式生物的基因組全序列已進入數(shù)據(jù)庫，人類基因全序列草圖也剛完成，這意味著有數(shù)十萬計的基因及其編碼的蛋白質(zhì)可供基因工程和蛋白質(zhì)工程的操作，從而大大擴展了生物技術(shù)的產(chǎn)業(yè)范圍。

2、生物芯片平臺。它是分子生物學(xué)與化學(xué)和物理領(lǐng)域的多種高新技術(shù)的交叉和融合。從DNA芯片延伸到含各種生物大分子的硅片最終將與納米技術(shù)相結(jié)合，使離體操作的芯片發(fā)展成為可在活體內(nèi)執(zhí)行某種功能的組件。

3、細(xì)胞生物學(xué)平臺。它是克隆動物和克隆組織器官的基礎(chǔ)。

4、生物信息學(xué)平臺。目前，生物信息學(xué)已經(jīng)廣泛用于基因組和蛋白質(zhì)組的研究，但是隨著大多數(shù)基因和蛋白質(zhì)功能的闡明，將會出現(xiàn)一個新的發(fā)展前景，這就是在計算機上模擬細(xì)胞內(nèi)和機體內(nèi)的生化代謝過程，甚至模擬進化的歷程，這將使生物學(xué)真正進入理論生物學(xué)的新時期。

5、神經(jīng)科學(xué)平臺。目前，國際上正在醞釀開發(fā)神經(jīng)生物學(xué)的大計劃。人類的高級神經(jīng)活動如感覺、認(rèn)知和思維終將在分子水平和細(xì)胞水平上被解析。除了可以預(yù)計的上述5個平臺外，還會有新的平臺出現(xiàn)，生物技術(shù)的發(fā)展前景是難以估量的。

三、生物技術(shù)的應(yīng)用

生物技術(shù)作為21世紀(jì)高新技術(shù)的核心，對人類解決面臨的食物、資源、健康、環(huán)境等重大問題將發(fā)揮越來越大的作用。大力發(fā)展生物技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)已成為世界各國經(jīng)濟發(fā)展的戰(zhàn)略重點。近十幾年是世界生物技術(shù)迅速發(fā)展時期，無論在基礎(chǔ)研究方面還是在應(yīng)用開發(fā)方面，都取得了令人矚目的成就，生物技術(shù)的研究成果越來越廣泛地應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、輕工食品、海洋開發(fā)及環(huán)境保護等多個領(lǐng)域。生物技術(shù)將是21世紀(jì)的主導(dǎo)技術(shù)之一，甚至可能引發(fā)一次新的工業(yè)革命，對人類社會的生產(chǎn)、生活各方面必將產(chǎn)生全面而深刻的影響。

1、農(nóng)業(yè)生物技術(shù)。近幾年來，國際農(nóng)業(yè)生物技術(shù)發(fā)展之快，對農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的改善和產(chǎn)量增加的作用之大，已引起世界各國政府和科學(xué)家的高度重視。農(nóng)業(yè)生物技術(shù)領(lǐng)域中研究最活躍的是應(yīng)用轉(zhuǎn)基因技術(shù)，將目的基因?qū)雱又参矬w內(nèi)，對家畜、家禽及農(nóng)作物進行品種改良，從而獲得高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗病蟲害的轉(zhuǎn)基因動植物新品種，達(dá)到充分提高資源利用效率、降低生產(chǎn)成本的目的。

2、海洋生物技術(shù)。海洋生物學(xué)與生物技術(shù)相結(jié)合，產(chǎn)生了海洋生物技術(shù)這一新的領(lǐng)域。海洋生物技術(shù)作為加速開發(fā)利用海洋生物資源、改良海洋生物品種、提高海產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)產(chǎn)量和質(zhì)量、獲取有特殊藥用和保健價值的生物活性物質(zhì)的新途徑，越來越受到人們的重視，許多國家已將海洋生物技術(shù)作為21世紀(jì)發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分。

3、輕工、食品生物技術(shù)。輕工、食品行業(yè)是生物技術(shù)應(yīng)用的重要領(lǐng)域之一，主要體現(xiàn)在以下三個方面：一是利用生物技術(shù)進行農(nóng)副原料加工直接制成商品，如發(fā)酵制品、釀造等產(chǎn)品；二是以生物技術(shù)產(chǎn)品為基礎(chǔ)，進行二次開發(fā)形成的新產(chǎn)業(yè)，如低聚糖加酶洗滌劑、高果糖漿等；三是以生物技術(shù)為手段對傳統(tǒng)工藝進行改造，從而降低消耗、提高產(chǎn)品質(zhì)量。

4、醫(yī)藥生物技術(shù)。醫(yī)藥生物技術(shù)是生物技術(shù)研究開發(fā)的熱點，近十多年來一些發(fā)達(dá)國家投放大量的人財物力研究和開發(fā)醫(yī)藥領(lǐng)域的生物技術(shù)，已取得新的進展，其中基因治療技術(shù)和新型生物藥劑方面的開發(fā)應(yīng)用最為廣泛。

5、其他生物技術(shù)。隨著世界生物技術(shù)的迅速發(fā)展，生物技術(shù)除廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、海洋、食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域外，在其他諸如環(huán)境保護、石油化工等領(lǐng)域也開展了大量的研究工作。

四、生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢

生物技術(shù)的發(fā)展培育了一個完全嶄新的、大有前途的產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。生物技術(shù)投資包括公共投資和私人投資。生物技術(shù)誘發(fā)生產(chǎn)力的提高是公共和私人部門投資于生物技術(shù)領(lǐng)域的主要動因?；蚪M產(chǎn)業(yè)將成為21世紀(jì)的朝陽產(chǎn)業(yè)，它的巨大經(jīng)濟效益吸引著投資商和企業(yè)向這一領(lǐng)域匯集。

從20世紀(jì)七八十年代開始，生物技術(shù)逐漸在整個自然科學(xué)的發(fā)展中占據(jù)了“龍頭”地位。例如，20世紀(jì)末，美國的博士學(xué)位獲得者中51%從事生物技術(shù)研究；在全球500強大公司的前50位中，生物制藥企業(yè)有13家，其資本利潤率接近20%，遠(yuǎn)高于信息產(chǎn)業(yè)?？梢姡锛夹g(shù)對社會、經(jīng)濟的影響是非常重要的。

美國是現(xiàn)代生物技術(shù)發(fā)展較早的國家，生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)已具有一定的規(guī)模，無論是在研究水平和投資強度、還是在產(chǎn)業(yè)規(guī)模和市場份額上，美國均領(lǐng)先于世界。美國擁有世界上約一半的生物技術(shù)公司和一半的生物技術(shù)專利；美國生物技術(shù)產(chǎn)品的銷售額占全球生物技術(shù)產(chǎn)品市場的90%以上。

目前，60%以上的生物技術(shù)成果用于醫(yī)藥工業(yè)，用來開發(fā)特色新藥或改良傳統(tǒng)醫(yī)藥，由此引發(fā)了醫(yī)藥工業(yè)的重大變革。眾所周知，醫(yī)藥業(yè)是一項高技術(shù)產(chǎn)業(yè)，生物醫(yī)藥則如皇冠上的寶石，耀眼奪目卻有些可望而不可即。其原因是：它需要資金、技術(shù)大規(guī)模地投入。于是，一種能匯聚市場上一切偏好風(fēng)險的投資者的資金，并將之投入到需要融資的企業(yè)中去的新型投資方式――風(fēng)險投資就應(yīng)運而生。

生物技術(shù)是21世紀(jì)最具發(fā)展前景的高科技產(chǎn)業(yè)。我國在部分領(lǐng)域，如人類基因組研究及疾病相關(guān)基因研究、植物基因圖譜、轉(zhuǎn)基因動物、基因芯片、干細(xì)胞研究有明顯進展，取得了較好的成績。據(jù)有關(guān)部門預(yù)測，未來幾年中國生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)的年均增長率不低于25%。雖然中國生物科技領(lǐng)域起步較晚，整體水平落后，但中國生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)蘊含著巨大的發(fā)展?jié)摿兔篮玫那熬?，它必將成為中國高技術(shù)產(chǎn)業(yè)中最具活力的成長點之一，并躋身于國際先進生物技術(shù)的前列。

（作者單位：1，2.武漢科技大學(xué)中南分校生命科學(xué)學(xué)院；3.武漢江夏區(qū)第一中學(xué)）

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