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1、生物科技蓬勃发展,黄伟达 (Ph D, 生化教授) 复旦大学生命科学学院生物化学系 2001.9.10；2003.2.17；2004.2.16,21世纪生物科技将全方位地改变世界,IT只改变人的生活模式,而生物科技则改变人本身,将改变物种演化的规律,Nature 409:824-958 (2001),The Human Genome 人的基因组,生命科学归根结底就是信息学,www.ncbi.nlm.nih.gov,人类基因组DNA的数据模样,CTTCTCGTTC AGGCAGTACG CCTCTTTTCT TTTCCAGACC TGAGGGAGGC GGAAATGGTG TGAGGTTCCC
2、GGGGAAAAGC CAAATAGGCG ATCGCGGGAG TGCTTTATTT GAAGATCAGG CTATCACTGC GGTCAATAGA TTTCACAATG TGATGGCTGG ACAGCCTGAG GAACTCTCGA ACCCGAATGG AAACAACCAG ATATTTATGA ATCAGCGCGG CTCACATGGC GTTGTGCTGG CAAATGCAGG TTCATCCTCT GTCTCTATCA ATACGGCAAC AAAATTGCCT GATGGCAGGT ATGACAATAA AGCTGGAGCG GGTTCATTTC AAGTGAACGA TGG
3、TAAACTG ACAGGCACGA TCAATGCCAG GTCTGTAGCT GTGCTTTATC CTGATGATAT TGCAAAAGCG CCTCATGTTT TCCTTGAGAA TTACAAAACA GGTGTAACAC ATTCTTTCAA TGATCAACTG ACGATTACCT TGCGTGCAGA TGCGAATACA ACAAAAGCCG TTTATCAAAT CAATAATGGA CCAGACGACA GGCGTTTAAG GATGGAGATC AATTCACAAT CGGAAAAGGA GATCCAATTT GGCAAAACAT ACACCATCAT GTTAAA
4、AGGA ACGAACAGTG ATGGTGTAAC GAGGACCGAG AAATACAGTT TTGTTAAAAG AGATCCAGCG TCGGCCAAAA CCATCGGCTA TCAAAATCCG AATCATTGGA GCCAGGTAAA TGCTTATATC TATAAACATG ATGGGAGCCG AGTAATTGAA TGCTCGGGCG,并不是基因组越大生物就越高等,哺乳动物,鸟,两栖,植物,真菌,昆虫,软骨鱼,硬骨鱼,细菌,病毒,软体动物,爬行,不同生物的基因数比较,生物 基因数 人 35000 (约)猴 35000 果蝇 13338 线虫 18226 啤酒酵母 614
5、4 大肠杆菌 4288,人类基因组研究的意外发现,人类的基因比预期的少得多； 人类只有约1,500个基因家族，每个家族的基因数远多于其他生物； 有223个基因源自微生物，可能在进化过程中逐个插入的； 染色体上基因有群聚现象； 只有1.5的DNA编码蛋白质。,人类基因组研究能明白什么？,搞清楚人类基因组序列后，可以通过各种分析手段将所编码的基因进行定位，就好象将一架钢琴的88个键的音频搞清楚（或者说要将基因的元素周期表定出来）。但对这架钢琴是如何演奏出动听的乐曲, 不能提供什么信息。要理解演奏法，还需要分子生物学、蛋白组学、生物信息学、比较基因组学的长期艰苦的工作。,同一种基因组可以有不同的演奏
6、法,人类基因组研究推动医药发展,治疗医学: 新治疗技术、新药物技术 将进入鼎盛时期 诊断医学: 生物芯片技术使得诊断变得异常快速和方便,指导用药的个性化 预防/保健医学: 基因信息让我们知道自己容易得什么病，该如何预防 老年医学: 干细胞工程、基因调控内分泌等技术有望让人返老还童,西药的“中医化”有望让 疾病的治疗进入个性化时代,医院的误诊率高达15-30； 美国常规处方药导致200万人病情加重，10万人死亡； FDA现在已经开始要求药品开发商提供药品有效率的数据的同时，提供为什么有效和无效的依据； 一种疾病往往与数个至数十个基因的表达相关，并因人而异，而一种药物的作用有限，这就需要西药象中药
7、一样开药方； 刷卡时代即将到来。,到2030年，预计只要1000 美金就能得到个人的基因组 序列。人与人之间平均1000 个碱基对就有一个碱基呈多 态性(SNP)。因此共有300万 碱基上可能存在差异。 防治基因信息的滥用和基因歧视，将是今后社会的重任。,2020年前后, 世界经济将从信息经济转型为生物经济, 地球上的每个人都无法逃避这次转型.,再大胆朝前看一眼,若干世纪后人类会移民太空，需要高度的生物科技。,因此, 20年后生物科技的黄金时代才会到来, 复旦大学生命科学学院的毕业生才不至于因找不到工作而出国。,生物科技以人为“本”,农,医,食,工,环,太空,我还要更好看点,人类永恒的愿望,长
8、 生 不 老,目前只能延年益寿,越美丽越好,近年来世界生物科技大事记,与阿波罗计划相比的征服癌症计划 日本政府发起的 “脑的十年” 人类基因组计划 （鼠、水稻、拟南芥、果蝇、酵母、原虫、细菌、病毒等几十种） Dolly羊和Tracy羊 后基因组研究/蛋白组研究,人类已经或即将能做到,根据蛋白分子结构计算机设计药物 用牛奶或鸡蛋生产多肽药物 基因治疗疾病/改良人的基因 人工子宫与克隆人 人的寿命延长到150200岁 用药物改善记忆力/控制大脑 半导体与脑神经的通讯 攻克癌症 人体脏器的量产化,研究热点,后基因组研究 癌症发生分子机理 细胞信号转导机理 发育的分子、细胞机制 生物多样性（生态学）
9、衰老分子机理 脑科学 细胞免疫网络,商业投资热点,后基因组研究 生物芯片技术 传统/生物制药 医用器械 克隆技术 人工脏器 抗衰老与老年病防治 保健品/化妆品 转基因食品,生命科学和生物科技,生命科学：探索生命的奥秘， 理解 生命体中分子、细胞、组织器 官、个体、集团的运行规律 生物技术：开发利用生物资源， 改 良物种，发展医药，保护环境， 发展太空科技,生物科学史上两座最大的里程碑,细胞结构的发现,DNA是基因载体的发现,Morgan, Watson/Crick,Schwann /Schleiden,生命体中两种关键大分子,DNA,蛋白质,DNA分子的真面貌,蛋白质是由氨基酸串联起来的项链，
10、再揉作一团。,地球上所有生物使用的建筑原料（氨基酸, 核苷酸, 葡萄糖,脂肪等）是完全一样, 就象所有的大楼都由砖头、砂和水泥为主建起来一样。为什么地球上的生物千姿万态呢？ 那是因为DNA上的信息不一样。 因此,生物的本质是信息。,DNA上的信息最终以蛋白质的形式得以表现，就象计算机硬盘上的 “0/1”数据最终通过应用软件变成一幅图一样。而计算机本身就相当于一个细胞。,物种是基因信息的具体表现,基因是永垂不朽的，但它们呢必须结成帮派来共存，生命则是这群基因信息的具体表现。在某种意义上，生命是基因一代一代往下传的生存机器，人也不过是基因往下传的工作站而已。,生物科技史上两座最大的里程碑,细胞结构
11、的发现,DNA是基因载体的发现,Morgan, Watson/Crick,Schwann / Schleiden,细胞是生命体的基本单位,溶酶体,线粒体,核糖体,中心体,高尔基体,细胞质,核 仁,核 膜,细胞核,核糖体,细胞膜,膜造就细胞, 膜蛋白是内外交流的大门,膜蛋白 (受体蛋白) 是药物作用的主要位点,从单细胞生物演化出多细胞生物，地球大约化了三十亿年的时间。足以说明社会的形成是一个多么复杂的事件。,器官由亿为计数单位的细胞组成,刚出生时，人脑细胞数 2000-10000亿,成人人体细胞总数 2-5 x 10 12,人体一生细胞总数 约 10 15,为什么三岁以前没有记忆？,由于多细胞生
12、物都有生长发育的过程，因此遗传信息和后天环境对个体生物的生存状况同等重要。,细胞 家庭 组织 企业、学校 器官 系统 人体 城市、国家,人类社会学结构,人,人体生物学结构,生物结构的多层次性 决定了生物科技 高度复杂和多样,学科结构,生物化学,经典生物学,微生物学,植物学,遗传学,动物学,细胞学,生理学,发育生物学,生态学,生物统计,生物信息,免疫学,进化生物学,最前沿的学科,生命科学最前沿的两个学科,发育生物学：研究基因信息是如何进行抽提和表现的，即研究钢琴如何演奏出动听的乐曲。 进化生物学：研究物种演化规律的，即从大时间尺度来看基因组合群的变化史，新基因又如何诞生并影响物种间竞争。,从基因突变、蛋白质构象变化到细胞功能与形态的变化，最后导致病变，是一个多层次的问题，需要花大力气才能够研究明白。,要想深刻理解生命现象，应该随身带两副 “眼镜” ，一副是“网络观” ， 另一副是“进化观” 。,先学好生物化学,千里之途，始于足下,
