1_生物科技蓬勃发展2003.ppt

生物科技蓬勃发展 黄伟达 PhD 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 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 Nature409 824 958 2001 TheHumanGenome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 CTTCTCGTTCAGGCAGTACGCCTCTTTTCTTTTCCAGACCTGAGGGAGGCGGAAATGGTGTGAGGTTCCCGGGGAAAAGCCAAATAGGCGATCGCGGGAGTGCTTTATTTGAAGATCAGGCTATCACTGCGGTCAATAGATTTCACAATGTGATGGCTGGACAGCCTGAGGAACTCTCGAACCCGAATGGAAACAACCAGATATTTATGAATCAGCGCGGCTCACATGGCGTTGTGCTGGCAAATGCAGGTTCATCCTCTGTCTCTATCAATACGGCAACAAAATTGCCTGATGGCAGGTATGACAATAAAGCTGGAGCGGGTTCATTTCAAGTGAACGATGGTAAACTGACAGGCACGATCAATGCCAGGTCTGTAGCTGTGCTTTATCCTGATGATATTGCAAAAGCGCCTCATGTTTTCCTTGAGAATTACAAAACAGGTGTAACACATTCTTTCAATGATCAACTGACGATTACCTTGCGTGCAGATGCGAATACAACAAAAGCCGTTTATCAAATCAATAATGGACCAGACGACAGGCGTTTAAGGATGGAGATCAATTCACAATCGGAAAAGGAGATCCAATTTGGCAAAACATACACCATCATGTTAAAAGGAACGAACAGTGATGGTGTAACGAGGACCGAGAAATACAGTTTTGTTAAAAGAGATCCAGCGTCGGCCAAAACCATCGGCTATCAAAATCCGAATCATTGGAGCCAGGTAAATGCTTATATCTATAAACATGATGGGAGCCGAGTAATTGAATGCTCGGGCG 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 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6144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 2020年前的十大战略技术 基于遗传的医学和保健大功率能源装置绿色集成技术纳米机器个人化公共交通计算机无处不在人为设计食品和作物智能产品和用具廉价安全的水超级感官 美国巴斯勒研究所预测 2005年前的十大战略技术 人类基因图谱超级材料 分子材料 小型持久和便携能源先进医疗高清晰度数字电视抗衰老产品微型电子设备高成本效益的聪明系统混合燃料汽车新型教育技术 美国巴斯勒研究所预测 再大胆朝前看一眼 一个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 生物科技人才不至于因找不到工作而出国 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 Schneider 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 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 再揉作一团 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 细胞结构的发现 DNA是基因载体的发现 Morgan Watson Crick Schwann Schneider 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 1012 人体一生细胞总数约1015 由于多细胞生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 生命科学最重要的两个学科 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 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150 200岁用药物改善