1-生命科学导论——健康与疾病绪论

1、生命科学导论健康与疾病主讲教师： 孙汭 陈永艳 江维地点：科大东区二教时间：7:00-9:00pm生命科学学院、免疫学研究所生命科学导论健康与疾病课程参考教材基础生命科学第二版主编 吴庆余，清华大学，高等教育出版社生命科学概论主编 沈显生，中国科技大学，科学出版社现代医学导论 第二版主编 王莲芸，科学出版社生命科学导论健康与疾病教学计划第一章 绪论1 绪论第二章生命的基本单位细胞2 细胞的结构与功能3 细胞的生命活动4 细胞工程5 干细胞生命科学导论健康与疾病教学计划第三章 人体健康与疾病6 健康与疾病的概念7 人体免疫防御体系8 免疫应答9 主要致病微生物及感染性疾病10 自身免疫性疾病11

2、 炎症12 肿瘤13 基因与健康生命科学导论健康与疾病课程考核方式平时成绩 (必需交!)：占40， 8次作业（包括平时作业、课堂作业等）期末考试成绩：占60（即闭卷考试卷面成绩）期末考试时间：课程结束后一周进行Lecture-01生命科学导论健康与疾病第一章 绪 论Prof. Sun RuiContact E mail：Institute of Immunology， School of Life Sciences, USTC生命科学导论健康与疾病第一章绪 论1. 生命及生命科学的概念2. 20世纪下半叶生命科学的重大突破3. 21世纪生命科学研究的特点4. 健康

3、与疾病是21世纪生命科学研究的重要课题5. 免疫学在健康与疾病中的重要地位6. 21世纪是生命科学的世纪7. 生命科学研究任重道远生命科学导论健康与疾病第一章绪 论1. 生命及生命科学的概念2. 20世纪下半叶生命科学的重大突破3. 21世纪生命科学研究的特点4. 健康与疾病是21世纪生命科学研究的重要课题5. 免疫学在健康与疾病中的重要地位6. 21世纪是生命科学的世纪7. 生命科学研究任重道远生命核酸和蛋白质是生命的最基本物质，细胞是生命的基本单位新陈代谢、生长和运动是生命的本能生命由一个或多个细胞组成生命通过繁殖而延续对外界刺激产生应激反应并对环境有适应性生物具有个体发育和进化的历史是开

4、放有序的物质存在形式生物：特指一种具有生命特征的个体或群体生命科学是研究生命现象、生命活动的本质、特征和发生、发展规律，以及各种生物之间和生物与环境之间相互关系的科学。用于有效地控制生命活动，能动地改造生物界，造福人类。涉及的内容非常广泛和复杂。包括生物技术、医学、农学、生物与环境、生物学与其他学科交叉领域与人类生存、人民健康、经济建设和社会发展有着密切关系，是当今在全球范围内最受关注的基础自然科学。生命科学导论健康与疾病第一章绪 论1. 生命及生命科学的概念2. 20世纪下半叶生命科学的重大突破3. 21世纪生命科学研究的特点4. 健康与疾病是21世纪生命科学研究的重要课题5. 免疫学在健康

5、与疾病中的重要地位6. 21世纪是生命科学的世纪7. 生命科学研究任重道远50年代： DNA双螺旋模型的建立DNA双螺旋模型的建立标志着“分子生物学”的诞生打开了“生命之谜”的大门，改变了生物学在整个科学中的地位，同时还给技术科学和社会科学带来了巨大的影响和冲击，因此，被称之为是“生物学的革命”。开创了从分子水平研究生命活动的新纪元。 1962年，获得了诺贝尔医学及生理学奖1953，NatureFrancis Crick和James D. Watson发现DNA双螺旋结构60年代：人工合成牛胰岛素1965年9月17日，中国科学院生物化学研究所等单位经过6年多的艰苦工作，第一次用人工方法合成了一

6、种具有生物活力的蛋白质结晶牛胰岛素。它突破了一般有机物分子与生物大分子的界限，带来了人工合成生命的曙光；蛋白质的人工合成，使人们认清了生命现象并不神秘揭示了生命与非生命物质的统一性。70年代：基因重组技术随着限制性内切酶(1978年获得了诺贝尔医学及生理学奖)和RNA病毒的逆转录酶(1975年获得了诺贝尔医学及生理学奖)的发展和DNA分子杂交技术的建立，分子生物学进入了技术化时代，出现了基因重组技术(1980年诺贝尔化学奖)，从而开创了基因工程这一生物技术的新领域。80年代：PCR技术美国加州Cetus生物技术公司的Mulis在克隆过程中，用DNA多聚酶来进行复制，这种方法叫多聚酶链反应，简称

7、PCR。用这种方法可以扩增试管中的任何特异性DNA序列。1995年， Mulis获得了诺贝尔化学奖90年代：克隆动物Wilmut I et al，Nature1997，385:810813把某一成年动物的个体细胞移入一个去除遗传物质的成熟卵母细胞，然后移入另一只成年动物体内，让它生长发育，最终产生具有与体细胞相同的基因的幼体克隆动物。1997年2月22日，英国生物遗传学家维尔穆特成功地克隆出了一只羊。2003年：生命之书-人类基因组计划完成4月8日，凌晨两点美国国家卫生研究院院长、计划负责人柯林斯在华盛顿郊外小镇贝塞斯达的一个小型庆祝会上宣布，人类基因组计划正式结束。人类基因组计划走进历史-开

8、工：1990年；竣工：2003年；参与国：美国、英国、德国、法国、日本和中国；耗资：26亿美元；成果：排出人类遗传物质中大约30亿个遗传密码的顺序。在“人类基因组计划”正式结束之后，一个由美国能源部负责的新计划“基因组到生命”已经开始，新的探索将把基因研究推进到生命的每一个层面，回顾20世纪下半叶生命科学的重大突破，可以展望21世纪生命科学作为先导学科的前景。我们有理由认为生命科学是21世纪自然科学中最可能有重大突破的学科。生命科学导论健康与疾病第一章绪 论1. 生命及生命科学的概念2. 20世纪下半叶生命科学的重大突破3. 21世纪生命科学研究的特点4. 健康与疾病是21世纪生命科学研究的重

9、要课题5. 免疫学在健康与疾病中的重要地位6. 21世纪是生命科学的世纪7. 生命科学研究任重道远各种组学研究使得生命科学分析与综合结合由描述性的、定性的科学走向精确定量的科学多学科交叉比以往更需要多学科交叉和渗透生命科学导论健康与疾病第一章绪 论1. 生命及生命科学的概念2. 20世纪下半叶生命科学的重大突破3. 21世纪生命科学研究的特点4. 健康与疾病是21世纪生命科学研究的重要课题5. 免疫学在健康与疾病中的重要地位6. 21世纪是生命科学的世纪7. 生命科学研究任重道远生命科学发展与展望-中国工程院院士 巴德年21世纪是生命科学的世纪，作为医学，长期以来的任务是防病治病。可是，从现在

10、开始，医学的任务将主要是维护和增强人们的健康，提高人们的生活质量。在这个范围内，过去医学所面临的是病人，现在医学将面对的是整个人群。人类为什么会生病？ 致病因素 新的病原体出现 (HIV, SARS) 病原菌的突变 (获得抗药性等) 环境因素 环境状况的改变 新的环境 (人造环境) 宿主因素 年龄 性别 种族Balance is Key! 免疫状况 营养状况 生活习惯Balance is Key!致病因子机体免疫力疾病 =致病因子的强度机体的免疫力国家 免疫学： 机体研究免疫系统结构与功能的学科军队免疫系统主要任务：主要任务：消灭入侵敌人抵御外来物侵袭平息内部叛乱消灭体内突变细胞维持安定维持机

11、体稳定生命科学导论健康与疾病第一章绪 论1. 生命及生命科学的概念2. 20世纪下半叶生命科学的重大突破3. 21世纪生命科学研究的特点4. 健康与疾病是21世纪生命科学研究的重要课题5. 免疫学在健康与疾病中的重要地位6. 21世纪是生命科学的世纪7. 生命科学研究任重道远免疫学对人类疾病防治的伟大贡献1、天花等传染病疫苗2、血型抗原与输血反应3、组织相容性抗原与同种异体移植4、过敏原与脱敏治疗5、肿瘤治疗第四模式生物治疗6、免疫缺陷病的诊断与治疗7、抗血清与单克隆抗体治疗8、免疫标记技术与免疫诊断免疫学对人类疾病防治的伟大贡献1、天花等传染病疫苗2、血型抗原与输血反应3、组织相容性抗原与同

12、种异体移植4、过敏原与脱敏治疗5、肿瘤治疗第四模式生物治疗6、免疫缺陷病的诊断与治疗7、抗血清与单克隆抗体治疗8、免疫标记技术与免疫诊断天花病毒引起的烈性传染病牛痘Day 2Day 6Day 71688年俄国首先派医生来中国学习种痘及检痘法1744年李仁山将种痘法传授给日本欧洲各国和印度也试行接种人痘18世纪人痘接种术由俄国传至土耳其传播到日本、朝鲜、俄国和土耳其等国玛丽蒙塔古夫人（1689-1762）将此方法传到英国我国医学家通过对天花病长期临床实践过程中，对天花病的预防积累了丰富的经验，并创造性地发明了用人痘苗预防天花病的方法。这在天花病毒发现之前，在医学科学尚未发展之时，实是一项伟大贡献

13、，也是认识机体免疫性的开端。牛痘接种术的发明1798年英国格罗斯特郡Edward Jenner 发明用接种牛痘来预防天花获得成功，并发表论文。此后推广至全球，使天花流行得以控制。这是一项划时代的医学发明，为人类预防天花做出了重要的贡献Smallpox EradicationJ最后一例天花病人于1976年在索马里被治愈，其后未再发现。1979年5月8日在日内瓦召开的第33届世界卫生大会(WHA)上宣布全球消灭天花。The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1905Robert KochGermanyInstitute for Infectious Dis

14、easesBerlin, Germanyb. 1843 d. 1910德国细菌学家Robert Koch发明了固体培养基,分离培养结核杆菌获得成功并提出病源菌致病的概念。病源菌的发现推动了疫苗研制与应用。在此基础上Pasteur 发明了减毒活疫苗。白喉（症）Figure 1-33脊髓灰质炎麻疹免疫学对人类疾病防治的伟大贡献1、天花等传染病疫苗2、血型抗原与输血反应3、组织相容性抗原与同种异体移植4、过敏原与脱敏治疗5、肿瘤治疗第四模式生物治疗6、免疫缺陷病的诊断与治疗7、抗血清与单克隆抗体治疗8、免疫标记技术与免疫诊断The Nobel Prize in Physiology or Medic

15、ine 1930Karl LandsteinerAustriaRockefeller Institute for Medical Research New York, NY, USAb. 1868d. 1943Landsteiner（1910）等人对抗原的结构和抗原与抗体反应特异性的化学基础进行研究。发现决定抗原特异性的是抗原表面小的化学基团，其结构差异导致抗原性的不同并发现和鉴定了人类ABO血型。The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1919Jules BordetBelgium Brussels University Brussels, Bel

16、gium b. 1870d. 1961Bordet发现抗原与抗体相互作用的结果是激活补体，导致携带抗原的靶细胞裂解。免疫学对人类疾病防治的伟大贡献1、天花等传染病疫苗2、血型抗原与输血反应3、组织相容性抗原与同种异体移植4、过敏原与脱敏治疗5、肿瘤治疗第四模式生物治疗6、免疫缺陷病的诊断与治疗7、抗血清与单克隆抗体治疗8、免疫标记技术与免疫诊断The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1980发现细胞表面调节免疫反应的遗传基础Baruj BenacerrafJean DaussetGeorge D. SnellFranceHarvard Medical

17、Universit?deSchoolParis,Boston, MA,1/3 of the prizeLaboratoireUSAImmuno-H閙USAb. 1920 d:2011atologieJackson LaboratoryParis, FranceBar Harbor, ME, USAb. 1916b. 1903 d. 1996The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1990 for their discoveries concerning organ and cell transplantation in the treatment o

18、f human disease首次进行了细胞和器官移植Joseph E. MurrayE. Donnall ThomasUSAUSABrigham and WomensFred Hutchinson CancerHospitalResearch CenterBoston, MA, USASeattle, WA, USAb. 1919b. 1920The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1960发现了免疫耐受现象Sir Frank Macfarlane Burnet AustraliaWalter and Eliza Hall Institute fo

19、r Medical Research Melbourne, Australia b. 1899 d. 1985Peter Brian Medawar United Kingdom University College London, United Kingdom b. 1915 d. 1987免疫学对人类疾病防治的伟大贡献1、天花等传染病疫苗2、血型抗原与输血反应3、组织相容性抗原与同种异体移植4、过敏原与脱敏治疗5、肿瘤治疗第四模式生物治疗6、免疫缺陷病的诊断与治疗7、抗血清与单克隆抗体治疗8、免疫标记技术与免疫诊断过敏原与脱敏治疗The Nobel Prize in Physiology

20、or Medicine 1913过敏反应的发现Charles Robert RichetFranceSorbonne UniversityParis, Franceb. 1850 d. 1935The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1957Bovet发现组胺是过敏反应中最重要的因子Daniel BovetItaly Istituto Superiore di Sanit?(Chief Institute of Public Health) Rome, Italyb. 1907(in Neuchel, Switzerland)d. 1992免疫学对人

21、类疾病防治的伟大贡献1、天花等传染病疫苗2、血型抗原与输血反应3、组织相容性抗原与同种异体移植4、过敏原与脱敏治疗5、肿瘤治疗第四模式生物治疗6、免疫缺陷病的诊断与治疗7、抗血清与单克隆抗体治疗8、免疫标记技术与免疫诊断The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2011Ralph Marvin SteinmanJules A. HoffmannBruce Alan Beutler这3位获奖者的研究成果揭示免疫反应的激活机制，使人们对免疫系统的理解发生“革命性变化”，进而为免疫系统疾病研究提供了新的认识，并为传染病、癌症等疾病的防治开辟了新的道路。免疫学

22、对人类疾病防治的伟大贡献1、天花等传染病疫苗2、血型抗原与输血反应3、组织相容性抗原与同种异体移植4、过敏原与脱敏治疗5、肿瘤治疗第四模式生物治疗6、免疫缺陷病的诊断与治疗7、抗血清与单克隆抗体治疗8、免疫标记技术与免疫诊断美国科学杂志多次将AIDS的研究评为年度十大科学进展Kaposis sarcoma in AIDS免疫学对人类疾病防治的伟大贡献1、天花等传染病疫苗2、血型抗原与输血反应3、组织相容性抗原与同种异体移植4、过敏原与脱敏治疗5、肿瘤治疗第四模式生物治疗6、免疫缺陷病的诊断与治疗7、抗血清与单克隆抗体治疗8、免疫标记技术与免疫诊断The Nobel Prize in Physi

23、ology or Medicine 1901利用血清疗法治疗白喉Emil Adolf von BehringGermanyMarburg UniversityMarburg, Germanyb. 1854 d. 1917The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1972阐明了抗体分子的四肽链结构Gerald M. EdelmanRodney R. Porter1/2 of the prize1/2 of the prizeUSAUnited KingdomRockefeller UniversityUniversity of OxfordNew Yor

24、k, NY, USAOxford, United Kingdomb. 1929b. 1917d. 1985The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1984发明了单克隆抗体技术Georges J.F. KoehlerFederal Republic of Germany Basel Institute for Immunology Basel, Switzerlandb. 1946 d. 1995Car MilsteinArgentina and United KingdomMRC Laboratory of Molecular Biology Cam

25、bridge, United Kingdomb. 1927(in Bahia Blanca, Argentina)d. 2002免疫学对人类疾病防治的伟大贡献1、天花等传染病疫苗2、血型抗原与输血反应3、组织相容性抗原与同种异体移植4、过敏原与脱敏治疗5、肿瘤治疗第四模式生物治疗6、免疫缺陷病的诊断与治疗7、抗血清与单克隆抗体治疗8、免疫标记技术与免疫诊断The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1977创立了放射免疫检验方法Rosalyn YalowVeterans Administration Hospital Bronx, NY , USA b.

26、 1921生命科学导论健康与疾病第一章绪 论1. 生命及生命科学的概念2. 20世纪下半叶生命科学的重大突破3. 21世纪生命科学研究的特点4. 健康与疾病是21世纪生命科学研究的重要课题5. 免疫学在健康与疾病中的重要地位6. 21世纪是生命科学的世纪7. 生命科学研究任重道远20世纪上半叶是物理学的黄金时代量子论、相对论和核物理标志着物理学革命性飞跃，物理学主导着工业革命和经济发展，带领着天文、地质、气象、化学等学科发展。20世纪末进入生命科学的黄金时代生命科学向数学、物理学、化学、信息、材料及许多工程科学提出了新问题、新思路和新挑战科学杂志评选的2007年度世界十大科技进有6项与生命科学

27、有关1. 发现人类基因组个体间差异2. 用人类皮肤细胞仿制出胚胎干细胞4. 发现人体蛋白受体结构确定了人类Beta2-肾上腺素能受体的结构，7. 发现T细胞同时具有两种功能8. 发现快速廉价的化学药物合成技术9. 发现人类大脑的重要记忆中心科学杂志评选的2008年度世界十大科技进有6项与生命科学有关1、在对细胞重新编程“定制”细胞系方面的进展：为治愈一些医学上的顽疾提供了工具。3、癌症基因名单扩充：发现了数十种与癌症有关的基因突变。5、观察蛋白质的工作：“看”到了蛋白质如何与目标结合，然后转换细胞的代谢状态。7、胚胎视频：对发育中的胚胎内部细胞进行了史无前例的细致观察和影像分析。8、“好脂肪”

28、工作过程：“好的”褐色脂肪可以燃烧“坏的”白色脂肪。它可能会为治疗肥胖症提供新方法。10、更快、更廉价的基因组测序：比当年用于第一次人类基因组测序的技术快速、便宜得多。科学杂志评选的2009年度世界十大科技进有4项与生命科学有关1. 迄今最古老原始人“阿尔迪”的化石的研究成果3. 雷帕霉素延长实验鼠寿命5. 植物内脱落酸的受体结构7.基因疗法治疗致命脑病。科学杂志评选的2010年度世界十大科技进有7项与生命科学有关2 首个合成基因组： 人造生命诞生3 解读尼安德特人基因组：除了非洲人，欧洲人和亚洲人都有尼安德特人血统4. 艾滋病病毒预防：阴道凝胶和口腔预防 HIV感染减少43.8%5 外显子测

29、序与疾病基因： 人类个体的基因组，大规模并行测序技术，新一代基因组学8.下一代基因组学：更快更廉价的测序技术使人们能够对远古和现代的DNA进行大规模研究。9. 核糖核酸的重新编程：10. 大鼠的回归：大老鼠在解剖学上与人更接近科学杂志评选的2011年度世界十大科技进有6项与生命科学有关1.艾滋病研究：本年度最大突破，在病毒感染者感染初期其免疫系统相对健康的情况下，抗逆转录病毒药物治疗可以将传染的风险降低96。3.揭开人类起源之谜：生活在约200万年前的南猿源泉种是人属祖先的最佳候选物种。4.捕捉光合蛋白：日本研究人员绘制了光系统蛋白结构的细节图，植物用该蛋白将水裂解为氢和氧原子。图片展示了该蛋

30、白的催化核心区域及其内部原子的具体定向。6.对肠道菌群的逐步了解：研究显示，每个人在其消化道中都有一个领导菌群的主导细菌：拟杆菌、普氏菌属或瘤胃球菌属。某种细菌会在高蛋白饮食的时候茁壮生长，而另一种则更喜欢素食。这可帮助理解健康和疾病时饮食和微生物之间的相互作用。7.一种疟疾疫苗：一种名为“RTS，S”的疫苗可以显著降低儿童患疟疾的风险。10.清除衰老细胞：实验显示，从实验鼠体内清除衰老细胞或那些已经停止分裂的细胞，可延缓白内障、肌无力等与老化有关的疾病发作。清除衰老细胞也许也能延长人类健康期。“生物经济”的概念2000年时代周刊发表文章提出，到2020 年生物经济将取代信息经济。预计到2020年，生物医药占全球药品的比重将超过 1/3，生物质能源占世界能源消费的比重将达5%左右，生物材料将替代10%20%的化学材料。 国家发改委2007年发布了我国首个生物产业发展五年规划-生物产业发展“十一五”规划这是我国第一次将生物产业作为国民经济和社会发展的一个重要战略产业进行整体规划部署。提出， 2020年全国生物产业将成为高技术领域的支柱产业和国民经济的主导产业，生物产业将成为继信息产业之后世界经济中又一