21世纪的生命科学热点问题课件

21世纪的生命科学世纪的生命科学热点与展望热点与展望制药制药121 闫海生闫海生21世纪的生命科学热点与展望制药1211人口膨胀、粮食短缺、环境污染、生态失衡、气候异常、疾病肆虐、人口膨胀、粮食短缺、2 医药卫生（医药生物技术）医药卫生（医药生物技术）生命科学生命科学 农林牧渔（农业生物技术）农林牧渔（农业生物技术）环境保护（环境生物技术）环境保护（环境生物技术）21世纪的生命科学热点问题课件3 二二十十一一世世纪纪是是现现代代生生物物科科学学的的世世纪纪，统统计计美美国国“科科学学引引文文索索引引（SCI）”收收录录的的45004500余余种种学学术术刊刊物物，发发现现有有23502350种种左左右右为为生生物物科科学学相相关关杂杂志志！统统计计全全世世界界引引用用指指数数（Impact factor）在在1010以以上上的的超超一一流流学学术术刊刊物物，也也发发现现80%80%左左右是生物科学相关刊物。右是生物科学相关刊物。二十一世纪是现代生物科学的世纪，统计美国“4学科杂志总数平均引用指数30杂志数总论化学物理数学生物22513817.811.822.018.219.100207引用指数在引用指数在1010以上的超一流刊物分科比较以上的超一流刊物分科比较学科杂志总数平均引用指数30杂志数总论217.80引用指数5 人类基因组计划（人类基因组计划（HGP）干细胞研究与发展前景干细胞研究与发展前景 克隆技术的发展克隆技术的发展 人类基因组计划（HGP）干细胞研究与发展前景 克隆6人类基因组计划人类基因组计划Human Genome Project人类基因组计划Human Genome Project721世纪的生命科学热点问题课件8染色体染色体（Chromosome）细胞有丝分裂时出现的、易被碱性染料细胞有丝分裂时出现的、易被碱性染料着色的丝状或棒状小体、由细长的染色质纤着色的丝状或棒状小体、由细长的染色质纤丝盘旋折叠而成。染色体由核酸和蛋白质组丝盘旋折叠而成。染色体由核酸和蛋白质组成，是遗传的主要物质基础。各种生物的染成，是遗传的主要物质基础。各种生物的染色体有一定的数目、形状和大小，人染色体色体有一定的数目、形状和大小，人染色体有有4646条。条。染色体（Chromosome）细胞有丝分裂时出现的、9Chromosome 染色体染色体Karyotype 染色体组型染色体组型21世纪的生命科学热点问题课件10核酸核酸（Nucleic acid）核酸是一类由核苷酸组成的生物大分子核酸是一类由核苷酸组成的生物大分子正常生理状态细胞内含有两种类型的核正常生理状态细胞内含有两种类型的核酸酸DNADNA（脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸）和和RNARNA（核糖核糖核酸核酸）每一个核苷酸又由每一个核苷酸又由3 3个基本亚单位个基本亚单位：碱基、碱基、戊糖环戊糖环（脱氧戊糖环脱氧戊糖环）和磷酸基团和磷酸基团。核酸（Nucleic acid）核酸是一类由核苷酸组成的生物11Nucleic acid 核酸核酸DNA 脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸RNA 核糖核酸核糖核酸21世纪的生命科学热点问题课件12Gene 基因基因 Nucleotide 核苷酸核苷酸Gene 基因 Nucleotide 核苷酸13基因基因(Gene)基基因因（genegene）是是19091909年年丹丹麦麦生生物物学学家家W.JohannsenW.Johannsen根根据据希希腊腊文文“给给予予生生命命”之之意创造的。意创造的。现现代代分分子子生生物物学学的的基基因因概概念念：合合成成有有功功能能的的蛋蛋白白质质或或RNARNA所所必必需需的的全全部部DNADNA序序列列（除除部部分分病病毒毒RNARNA），即即一一个个基基因因不不仅仅包包括括编编码码蛋蛋白白质质或或RNARNA的的核核酸酸序序列列，还还应应包包括为保证转录所必需的调控序列。括为保证转录所必需的调控序列。基因(Gene)基因（gene）是1909年丹麦生物学家W.14生物学进入生物学进入基因组基因组 (Genome)时代时代生物学进入基因组(Genome)时代15人类基因组包括分布于人类基因组包括分布于人人4646条染色体条染色体3030亿核苷酸的亿核苷酸的30,000-35,00030,000-35,000个基因个基因。人类基因组计划最终目的是人类基因组计划最终目的是测定基因组测定基因组的全部序列，弄清整个基因组的的结构、的全部序列，弄清整个基因组的的结构、功能及其表达产物，彻底了解人类生命功能及其表达产物，彻底了解人类生命活动本质活动本质。人类基因组包括分布于人46条染色体30亿核苷酸的30,00016这一计划的科学意义重大，可与产生这一计划的科学意义重大，可与产生原子弹的曼哈顿工程和人类登月阿波原子弹的曼哈顿工程和人类登月阿波罗飞行任务相媲美，是当前国际生物罗飞行任务相媲美，是当前国际生物学、医学领域内一项引人注目的工程，学、医学领域内一项引人注目的工程，是人类自然科学史上最重大的研究项是人类自然科学史上最重大的研究项目之一，将推动整个生命科学的发展目之一，将推动整个生命科学的发展。这一计划的科学意义重大，可与产生原子弹的曼哈顿工程和人类登月17人类基因组计划的意义人类基因组计划的意义生物与医学基础研究生物与医学基础研究基基因因诊诊断断、基基因因疗疗法法、基基因因药药物物带动一批高技术产业的发展带动一批高技术产业的发展人类基因组计划的意义生物与医学基础研究18人类基因组计划的启动人类基因组计划的启动19851985年年，美美国国能能源源部部（Department of Energy,DOE）提提出出，要要将将共共包包含含约约3103109 9碱碱基基对对的的人人类类基基因因组组全全部部碱碱基基序序列列分析清楚；分析清楚；19861986年年，美美国国宣宣布布启启动动“人人类类基基因因组组计计划划（Human Genome Project,HGP）”。人类基因组计划的启动1985年，美国能源部（Departme19人类基因组计划的发展人类基因组计划的发展20192019年年1212月月1 1日日，首首条条人人类类染染色色体体完完成成测测序序，人人类类第第2222号号染染色色体体DNA全全序序列列测测定定宣布完成。宣布完成。20002000年年4 4月月6 6日日，美美国国Celera遗遗传传信信息息公公司司宣宣布布，该该公公司司已已破破译译出出一一名名实实验验者者的的完完整遗传密码。整遗传密码。20002000年年5 5月月，科科学学家家聚聚集集美美国国冷冷泉泉港港，宣宣布人类基因组草图的完成。布人类基因组草图的完成。人类基因组计划的发展2019年12月1日，首条人类染色体完成206 6国科学家组成的国家人类国科学家组成的国家人类基因组中心主要研究比例基因组中心主要研究比例美国美国：WASHMIT等等7 7家研究中心，贡献率为家研究中心，贡献率为5454。英国英国：SANGER一家研究中心，贡献率为一家研究中心，贡献率为3333。日本：日本：RIKEN等两家研究中心，贡献率为等两家研究中心，贡献率为7 7。法国：法国：GENOSCOPE研究中心，贡献率为研究中心，贡献率为2.82.8。德国：德国：IMB等等3 3家研究中心，贡献率为家研究中心，贡献率为2.22.2。中国：北京华大研究中心、国家南北方基因研究中国：北京华大研究中心、国家南北方基因研究 中心等三家，贡献率为中心等三家，贡献率为1 1。6国科学家组成的国家人类基因组中心主要研究比例美国：WASH21二二000000年六月二十六日克林顿宣布年六月二十六日克林顿宣布人类基因组草图绘制完成人类基因组草图绘制完成二000年六月二十六日克林顿宣布22 这是人类基因组计划首席这是人类基因组计划首席科学家、科学家、美国国家人类基因组研究所美国国家人类基因组研究所所长所长 弗朗西斯弗朗西斯柯林斯在介绍情柯林斯在介绍情况。况。这是人类基因组计划首席科学家、23人类基因组草图基本信息人类基因组草图基本信息由由31.6531.65亿亿bp组成组成含含33.533.5万基因万基因与蛋白质合成有关与蛋白质合成有关 的基因占的基因占2%2%人类基因组人类基因组人类蛋白质人类蛋白质61%61%与果蝇同源与果蝇同源43%43%与线虫同源与线虫同源46%46%与酵母同源与酵母同源人类基因组草图基本信息由31.65亿bp组成人类基因组人类蛋24人类基因组研究成果表明人类基因组研究成果表明1.1.基因数量少得惊人基因数量少得惊人2.2.人类基因组中存在人类基因组中存在“热点热点”和大片和大片“荒荒漠漠”3.3.三分之一为三分之一为“垃圾垃圾”DNA4.4.种族歧视毫无根据种族歧视毫无根据5.5.男性基因突变比例更高男性基因突变比例更高人类基因组研究成果表明基因数量少得惊人25中国人类基因组计划中国人类基因组计划19931993年年，中中 国国 人人 类类 基基 因因 组组 计计 划划（CHGP）启启动动，首首先先开开展展了了“中中华华民民族基因组中若干位点基因结构的研究族基因组中若干位点基因结构的研究”。20192019年年，我我国国启启动动了了“重重大大疾疾病病相相关关基基因因的的定定位位、克克隆隆、结结构构与与功功能能研研究究”项项目。目。之之后后，在在上上海海和和北北京京相相继继成成立立了了国国家家人人类基因组南、北两个中心。类基因组南、北两个中心。中国人类基因组计划1993年，中国人类基因组计划（CHGP）26中国人类基因组计划研究成果中国人类基因组计划研究成果1.1.1%1%测序任务，测序任务，2.2.第三条染色体第三条染色体30003000万万bp2.2.精确度精确度99.99%99.99%3.3.发现发现142142个基因，个基因，4.4.其中其中8080个为预测基因个为预测基因中国人类基因组计划研究成果1%测序任务，27人类基因组计划人类基因组计划1%1%测序中国实验室测序中国实验室人类基因组计划1%测序中国实验室28后基因组时代序幕拉开后基因组时代序幕拉开 哈佛大学科学家麦克贝斯说，人哈佛大学科学家麦克贝斯说，人类基因组图谱并没有告诉我们所有基类基因组图谱并没有告诉我们所有基因的因的“身份身份”以及它们所编码的蛋白以及它们所编码的蛋白质。人体内真正发挥作用的是蛋白质，质。人体内真正发挥作用的是蛋白质，蛋白质扮演着构筑生命大厦的蛋白质扮演着构筑生命大厦的“砖块砖块”角色，其中可能藏着开发疾病诊断角色，其中可能藏着开发疾病诊断方法和新药的方法和新药的“钥匙钥匙”。后基因组时代序幕拉开 哈佛大学科学家麦克贝斯说，人类29基因组:人类细胞中的全部基因 蛋白组:由全套基因组编码控制 的蛋白质 药物基因组:即为一个病人的基 因组对单个药物反应的相互关系人类基因组、蛋白组和药物基因组 是生命科学研究路上的三个阶段 基因组:人类细胞中的全部基因 3021世纪的生命科学热点问题课件3121世纪的生命科学热点问题课件32干细胞研究与发展前景干细胞研究与发展前景干细胞研究与发展前景33 长期以来，人类一直在研究和寻找长期以来，人类一直在研究和寻找能治愈各种疾病、抗衰老甚至长生不老的方能治愈各种疾病、抗衰老甚至长生不老的方法。法。随着现代科学技术的发展，尤其是随着现代科学技术的发展，尤其是干细胞的研干细胞的研 究，人类的这些幻想正在逐步究，人类的这些幻想正在逐步变成现实。变成现实。2019 2019年，美国科学杂志将干细年，美国科学杂志将干细胞的研究成果列在十大科学进展的首位。胞的研究成果列在十大科学进展的首位。长期以来，人类一直在研究和寻找能治愈各种疾病、34细胞是机体组成的基本单位细胞是机体组成的基本单位细胞细胞细胞细胞细胞群细胞群细胞群细胞群组织组织组织组织机体机体机体机体细胞是机体组成的基本单位细胞细胞群组织机体35干细胞的定义干细胞的定义 干干细细胞胞（Stem cell）即即起起源源细细胞胞。在在细细胞胞的的分分化化过过程程中中，细细胞胞往往往往由由于于高高度度化化分分而而完完全全失失去去了了再再分分裂裂的的能能力力，最最终终衰衰老老死死亡亡。机机体体在在发发展展适适应应过过程程中中为为了了弥弥补补这这一一不不足足，保保留留了了一一部部分分未未分分化化的的原原始细胞。始细胞。因因此此，干干细细胞胞是是一一类类具具有有自自我我更新和分化潜能的细胞。更新和分化潜能的细胞。干细胞的定义 干细胞（Stem cell36干细胞的分类干细胞的分类全能干细胞全能干细胞多能干细胞多能干细胞单能干细胞单能干细胞按分化潜能按分化潜能按发育状态按发育状态胚胎干细胞胚胎干细胞成体干细胞成体干细胞干细胞的分类全能干细胞按分化潜能按发育状态胚胎干细胞37全能干细胞：全能干细胞：具有形成完整个体的分化潜具有形成完整个体的分化潜能。如胚胎干细胞能。如胚胎干细胞（ES细胞细胞）多能干细胞：多能干细胞：具有分化出多种细胞组织的具有分化出多种细胞组织的潜能。如造血干细胞、神经潜能。如造血干细胞、神经细胞。细胞。单能干细胞：单能干细胞：只能向一种或两种密切相关只能向一种或两种密切相关的细胞类型分化。如上皮组的细胞类型分化。如上皮组织基底层的干细胞，肌肉中织基底层的干细胞，肌肉中的成肌细胞。的成肌细胞。全能干细胞：具有形成完整个体的分化潜能。如胚胎干细胞（ES细38胚胎干细胞胚胎干细胞ES细胞是一种高度未分化细胞。它具有发育的全能性，能分化出成体动物的所有组织和器官，包括生殖细胞。研究和利用ES细胞是当前生物工程领域的核心问题之一。在未来几年，ES细胞移植和其它先进生物技术的联合应用很可能在移植医学领域引发革命性进步。胚胎干细胞ES细胞是一种高度未分化细胞。它具有发育的全能性，39成体干细胞成体干细胞 成年动物的许多组织和器官，成年动物的许多组织和器官，比如表皮和造血系统，具有修复和再比如表皮和造血系统，具有修复和再生的能力。成体干细胞在其中起着关生的能力。成体干细胞在其中起着关键的作用。在特定条件下，成体干细键的作用。在特定条件下，成体干细胞或者产生新的干细胞，或者按一定胞或者产生新的干细胞，或者按一定的程序分化，形成新的功能细胞，从的程序分化，形成新的功能细胞，从而使组织和器官保持生长和衰退的动而使组织和器官保持生长和衰退的动态平衡。态平衡。成体干细胞 成年动物的许多组织和器官，40干细胞的用途干细胞的用途治疗遗传性疾病和恶性肿瘤。治疗遗传性疾病和恶性肿瘤。以干细胞为种子培育成某些组以干细胞为种子培育成某些组织和器官，用于移植医学。织和器官，用于移植医学。抗衰老，延年益寿。抗衰老，延年益寿。干细胞的用途治疗遗传性疾病和恶性肿瘤。41干细胞工程干细胞工程 核移植核移植去核胚胎干细胞去核胚胎干细胞组装胚胎干细胞组装胚胎干细胞组织干细胞组织干细胞各种组织器官各种组织器官体体外外诱诱导导培培养养干细胞工程 核移植去核胚胎干细胞组装胚胎干细胞组织干细胞各种42干细胞治疗的进展干细胞治疗的进展科学家们认识到干细胞可能成为一种科学家们认识到干细胞可能成为一种“拯救生拯救生命命”的有效的疾病治疗手段。的有效的疾病治疗手段。例如：小剂量纯化的造血干细胞足可使患者骨例如：小剂量纯化的造血干细胞足可使患者骨髓再生，可以避免肿瘤病人进行自体骨髓移植髓再生，可以避免肿瘤病人进行自体骨髓移植时所致的瘤细胞（尤其是白血病细胞）污染。时所致的瘤细胞（尤其是白血病细胞）污染。例如：成熟的神经系统中存在的干细胞，在某例如：成熟的神经系统中存在的干细胞，在某些因素诱导作用下，可增殖和定向分化，给神些因素诱导作用下，可增殖和定向分化，给神经退行性疾病（如帕金森氏病）、骨髓损伤患经退行性疾病（如帕金森氏病）、骨髓损伤患者带来新的希望。者带来新的希望。干细胞治疗的进展科学家们认识到干细胞可能成为一种“拯救生命”43造血干细胞造血干细胞造血干细胞是体内各种血细胞的唯一来源，它主要存在于骨髓、外周血、脐带血中。造 血干细胞的移植是治疗血液系统疾病、先天性遗传疾病以及多发性转移性肿瘤疾病的最有效方法。与骨髓移植和外周血干细胞移植相比，脐血干细胞移植的长处在于无来源的限制，对HLA配型要求不高，不易受病毒或肿瘤的污染。造血干细胞造血干细胞是体内各种血细胞的唯一来源，它主要存在于44神经干细胞神经干细胞神经干细胞的研究尚处初级阶段。理论上讲，任何一种中枢神经疾病都可归结为神经干细胞功能的紊乱。给帕金森氏综合症患者的脑内移植含有多巴胺生成细胞的神经细胞，可治愈部分患者的症状。神经干细胞神经干细胞的研究尚处初级阶段。理论上讲，任何一种中45苏州干细胞治疗中心苏州干细胞治疗中心造血干造血干/祖细胞祖细胞免疫细胞免疫细胞（DC+TDC+T）心肌干细胞心肌干细胞神经干细胞神经干细胞苏州干细胞治疗中心造血干/祖细胞免疫细胞（DC+T）心肌干细46克隆技术的发展克隆技术的发展克克隆隆来来源源与与英英语语“clone”或或“cloning”的的音音译译，曾曾译译为为无无性性生生殖殖或或无无性性繁繁殖殖，即即由由同同一一个个祖祖先先细细胞胞分分裂裂而而形形成成的的纯纯细细胞胞系系，这这个个细胞系每个细胞的基因彼此是相同的。细胞系每个细胞的基因彼此是相同的。克隆技术第一个发展时期克隆技术第一个发展时期微生物克隆。微生物克隆。克隆技术第二个发展时期克隆技术第二个发展时期生物技术克隆。生物技术克隆。克隆技术第三个发展时期克隆技术第三个发展时期动物克隆。动物克隆。克隆技术的发展克隆来源与英语“clone”或“cloning47克隆羊多利克隆羊多利（Dolly）的诞生的诞生20192019年年1212月月，英英国国Roslin研研究究所所克克隆隆羊羊多多利利（Dolly）的的诞诞生生揭揭示示一一个个全全新新概概念念：由由成成年年机机体体的的一一个个体体细细胞胞核核，可可以以复复制制一一个个基基因因完完全全相相同的新生命个体。同的新生命个体。克克隆隆鼠鼠、克克隆隆牛牛等等实实验验的的成成功功进进一一步步验验证证了了其其科科学学性性将将体体细细胞胞核核移移植植去去核核卵卵细细胞胞形形成成的的克克隆隆细细胞胞，其其基基因因组组DNA与与细细胞胞核核供供体体一一致致，由由克克隆隆细细胞胞复复制制出出可可供供移移植植、无无免免疫疫排排斥斥的的各各种种组组织织细细胞胞、器器官官，是是2121世世纪纪生生命命科科学学的的一一个个新新里里程碑。程碑。克隆羊多利（Dolly）的诞生2019年12月，英国Rosl4821世纪的生命科学热点问题课件49克隆动物的现状。克隆动物的现状。什么时候会出现克隆人？什么时候会出现克隆人？有关克隆人的争议点。有关克隆人的争议点。克隆动物的现状。50谢谢 谢谢2019谢 谢201951谢谢！谢谢！52谢谢！52