1、第一章走进生命科学什么是生命科学？研究自然界全部生命现象和生命活动规律科学。硕士命科学需要什么学科支持？需要数学、物理、化学、信息科学等多学科支持。1/42第一节走进生命科学世纪生物学发展简史：7000年前水稻种植5000年前猪喂养1400年前齐民要术人工杂交400年前本草纲目分类17世纪显微镜显微镜创造18世纪林奈创建“生物分类法则”19世纪施莱登和施旺“细胞学说”达尔文物种起源“进化论”20世纪华森和克里克DNA双螺旋结构分子模型双螺旋结构分子模型结晶牛胰岛素结晶牛胰岛素和酵母丙氨酸转移核糖核酸酵母丙氨酸转移核糖核酸（我国成就）（我国成就）（个体水平）观察和描述（细胞水平）试验（分子水平）
2、2/42第一节走进生命科学世纪二十世纪生物学发展两个领域？微观领域：宏观领域：分子水平突破，分子生物学确实立生态科学确实立（个体和群体、生物和环境）3/42第一节走进生命科学世纪为何二十一世纪被认为是生命科学世纪？看一看：上世纪人类在各领域投入3050年代各国在核能上竟相投入研究5070年代在航空、航天上竟相投入研究80年代至今信息科技和生命科学逐步成为龙头生命科学能成为二十一世纪龙头，其中数学、物理、化学、信息科学发展，为揭开生命之迷提供了有利条件。4/42看一看：、近年来生命科学研究重大结果人类基因组计划介绍人类基因组计划介绍人类基因组计划人类基因组计划(HGP)是由美国科学家是由美国科学
3、家提出提出,1990年美国政府正式开启年美国政府正式开启,总体计总体计划在内投资划在内投资30亿美元亿美元,进行人类全基因组进行人类全基因组30亿碱基正确排序分析亿碱基正确排序分析.人类基因组计划人类基因组计划得到了世界广泛支持和行动得到了世界广泛支持和行动,英国英国,法国法国,日本日本,德国和中国先后加入了人类基因组计德国和中国先后加入了人类基因组计划国际合作研究划国际合作研究.5/426月月26日日人类基因组草图完成人类基因组草图完成由美英日法德中六国参加以及美国由美英日法德中六国参加以及美国Celera企业独立开展人类基因组计划企业独立开展人类基因组计划取得主要进展取得主要进展,他们同时
4、宣告绘制了人他们同时宣告绘制了人类基因组类基因组31亿碱基对中亿碱基对中99%草图草图,其中其中,美国完成美国完成54%,我国科技工作者完成了我国科技工作者完成了其中其中(3号染色体中号染色体中3000万个碱基万个碱基对对)测序任务，并按期完成了测序任务，并按期完成了“工作工作框架图框架图”。6/42人类基因组研究伟大意义人类基因组研究伟大意义n1.揭开生命奥秘揭开生命奥秘,生命本质生命本质,生命起源和进化生命起源和进化,生物生长发育生物生长发育,人类生老病死人类生老病死,思维本质等思维本质等.n2.引发一场深远医学革命引发一场深远医学革命,包含预防医学包含预防医学,诊诊疗医学疗医学,治疗医学
5、等治疗医学等,从根本上改变传统医学从根本上改变传统医学观念观念,从治疗医学到预防医学从治疗医学到预防医学.n3.促进生命科学和其它科学交叉促进生命科学和其它科学交叉,融合融合,诞生一诞生一批新兴分支学科批新兴分支学科,吸引更多优异人才加入到生吸引更多优异人才加入到生命科学领域命科学领域(Bio-X).n4.极大推进生物技术产业化进程极大推进生物技术产业化进程,尤其是生物尤其是生物医药产业发展医药产业发展.7/42干细胞研究 干细胞含有自我更新能力和高度增殖以及多向分化潜能。又称“万能细胞”。按照其分化潜能，可分为：Totipotent（全能性）Pluripotent（多能性）Multipote
6、nt（专能性）8/42干细胞起源干细胞起源起源于胚胎起源于胚胎-胚胎干细胞胚胎干细胞 ESC ESC （Embryonic Stem Cell）胚胎性生殖细胞胚胎性生殖细胞 EGC EGC （Embryonic Germ Cell）起起 源源 于于 成成 体体-成成 年年 组组 织织 起起 源源 干干 细细 胞胞 ASCASC（Adult-derived Stem Cell)9/42干细胞有什么用呢？造血干细胞移植治疗白血病n造血干细胞移植是从60年代逐步发展起来一个医疗技术，最初是经过抽取供体骨髓而救治，使急性白血病长久生存率提升到5070。n为发展此项技术作出主要贡献美国医学家托马斯（E.
7、DThomas）所以而取得了1990年度诺贝尔医学奖。10/42n美国科学家从还未发病糖尿病小鼠胰岛管中分离出胰岛干细胞胰岛干细胞，并在体外诱导分化成能产生胰岛素细胞。移植试验表明，接收移植糖尿病鼠血糖浓度控制良好，而对照组小鼠则死于糖尿病。这为干细胞治疗糖尿病奠定了试验基础。胰岛干细胞胰岛干细胞移植治疗糖尿病11/42由由 胚胎干细胞胚胎干细胞 起源各种干细胞起源各种干细胞及其可能治疗相关疾病及其可能治疗相关疾病细胞类型细胞类型疾病疾病神经细胞神经细胞中风、帕金森氏症、阿尔茨海默氏症、脊髓损伤中风、帕金森氏症、阿尔茨海默氏症、脊髓损伤心肌细胞心肌细胞心脏病、充血性心脏病心脏病、充血性心脏病胰
8、岛细胞胰岛细胞糖尿病糖尿病软骨细胞软骨细胞骨关节炎骨关节炎血细胞血细胞n免疫缺点、恶性肿瘤、先天性血液病、白血病干细胞干细胞肝炎、肝硬化肝炎、肝硬化皮肤细胞皮肤细胞烧伤、创伤烧伤、创伤骨细胞骨细胞骨质疏松骨质疏松骨骼肌细胞骨骼肌细胞肌营养不良肌营养不良。12/42克隆动物克隆动物1997年，“多利羊”在英国诞生标志着高度分化体细胞也能进行“无性繁殖”13/42转基因动物转基因动物1997年，我国上海医学遗传研究所科学家将整合有些人凝血因子IX基因胚胎转移到母羊子宫里，1998年成功地产出了转基因羊，开创了我国利用转基因动物大量地生产廉价宝贵药品先河。从羊血中可提取人凝血因子IX14/42人体器
9、官移植人体器官移植早在三世纪时，人类就有器官移植念头人面狮身。一个神话般想法，是怎样成为事实呢？这个化不可能为可能主角人物就是凯瑞尔（Alexis Carrel），他克服了血管缝合技术上难题；而梅德渥尔（Peter B.Medawar）则揭开了排斥现象之谜。15/42人体器官移植人体器官移植一九三三年，乌克兰医生渥若诺利用输血血清定型方法，首次完成同种人体间肾脏移植，可惜没有成功。一九四六年，哈佛大学哈纳格、休姆、兰斯特纳提出移植失败原因是因为免疫反应关系。一九五三年，法国医生麦肯和汉伯格则首次完成活体亲属间肾脏移植，这枚肾脏发挥功效达 22 天之久。一九五四年，哈佛大学梅瑞尔及穆睿为首移植小
10、组，则首次成功地完成同卵双生子间肾脏移植。16/4211月，世界第一列“换脸”在法国成功多器官多系统整合17/424月，第二列“换脸”在中国成功所换体积比第一列更大18/42器官移植供体严重缺乏器官移植供体严重缺乏全国有500万盲人，其中400万能够经过角膜移植得到光明。美国人工培植膀胱，且移植成功。1996年，我国科学家利用组织工程学技术，世界第一个在裸鼠背上人工复制“人耳”19/42、近年来生命科学正在研究问题后基因组计划后基因组计划-生命解码第二步生命解码第二步n 人类基因组草图绘制只是生命人类基因组草图绘制只是生命揭密第一步揭密第一步,HGP已经由结构基因已经由结构基因组向功效基因组转
11、化组向功效基因组转化.n HGP人类基因组草图本身并不代人类基因组草图本身并不代表生物医药本身表生物医药本身,而功效基因组研究而功效基因组研究将为研究基因功效将为研究基因功效,生命奥秘生命奥秘,新药新药筛选筛选,疾病治疗和预防疾病治疗和预防,基因克隆基因克隆,基因诊疗和基因治疗基因诊疗和基因治疗,提升人体健康提升人体健康水平奠定基础水平奠定基础.20/42转基因技术转基因技术带荧光鼠和兔不易变质转基因番茄21/42转基组技术转基组技术“杂交水稻之父”袁隆平改变育种方法，5月开始实施“水稻基因组计划”，并于4月4日完成世界第一张籼稻全基因组框架序列图。22/42我科学家发觉谷类我科学家发觉谷类“
12、大个子大个子”基因基因解放日报06年8月27日志者彭德倩报道：昨天从复旦大学传出信息：该校生命科学院研究人员在国际上首次发觉可使谷类种子变成“大个子”基因片断位于开花基因FCA中名为RRM1结构域。教授指出，RRM1基因片断带来大粒种子奥秘是：它可使植株全部细胞变大。23/42基因治疗基因治疗n60年代Lederberg构想基因治疗遗传病n1980年，美国Cline 主持了地中海贫血基因治疗,引发社会风波n1980-1989年,美国 Anderson 为首科学家争取社会和政府支持了解，FDA和RAC制订了基因治疗审批管理方案n1989年 美国Rosenberg 经FDA同意主持肿瘤患者标志基因
13、转移临床试验.n1990年,美国 Culver/Blease 主持世界首例ADA缺乏症基因治疗临床试验.24/42基因治疗研究现实状况基因治疗研究现实状况n 基因治疗从1989年进入临床试验以来,从相对禁锢到快速发展,过热泛滥,反思降温,平稳发展,猛烈抨击,捷报频传等阶段,几经波折,充分表达了新生事物发展规律.n 不过,不论基因治疗发展坎坷怎样,科学家坚信,基因治疗是一场医学革命,在 二十一世纪将真正走向临床,为人类造福.25/42基因治疗糖尿病n 全世界糖尿病患者已超出1.2亿，糖尿病已成为仅次于心脑血管疾病和癌症第三大死亡疾病“甜蜜杀手”。我国当前糖尿病患者总数已到达3000万人，跃居世界
14、第二位。n美国爱尔伯特大学Anhony T.Cheung等人制备了K细胞特异表示胰岛素转基因小鼠。注射细胞特异毒剂STZ后，对照鼠7-10天内因为糖尿病而死亡，而转基因鼠直到3个月都没出现糖尿或高血糖，体重也没显著改变。26/42n 韩国韩国Yonsei Yonsei 大学大学Lee HCLee HC等人采取等人采取LPKLPK开启子调控胰岛素类似物（开启子调控胰岛素类似物（SIASIA）表）表示示.SIA.SIA经过经过AAVAAV路径转入路径转入STZSTZ诱发糖尿病诱发糖尿病大鼠或者本身免疫性糖尿病大鼠或者本身免疫性糖尿病NODNOD小鼠体内，小鼠体内，糖尿病鼠症状显著好转，血糖浓度得到
15、糖尿病鼠症状显著好转，血糖浓度得到控制，而且控制，而且SIASIA表示受血糖浓度调控，葡表示受血糖浓度调控，葡萄糖耐受试验也取得了一致结果萄糖耐受试验也取得了一致结果,也没有也没有发觉显著毒副作用发觉显著毒副作用.n 糖尿病基因治疗热潮将要兴起糖尿病基因治疗热潮将要兴起,美美国基因治疗年会已经有国基因治疗年会已经有2020余篇论文摘要余篇论文摘要.27/42 基因治疗身体创伤基因治疗身体创伤n 基基因因治治疗疗未未来来可可能能治治疗疗运运动动员员严严重重受伤肌肉，骨折大腿或膝盖。受伤肌肉，骨折大腿或膝盖。n 在在动动物物试试验验中中，基基因因治治疗疗已已成成功功愈愈合合了了骨骨折折骨骨骼骼，而
16、而且且使使受受伤伤肌肌肉肉长长得得愈愈加加强强壮壮。能能够够用用来来治治疗疗当当前前技技术术无无法法治治愈愈严严重重受受伤伤关关节节和和骨骨骼骼,韧韧带带和和肌肌腱腱,也也有有可可能能治治疗疗如如关关节节炎炎等等关关节节疾病。疾病。28/42基因治疗肥胖基因治疗肥胖n 台台湾湾中中研研院院 李李英英惠惠利利用用基基因因治治疗疗来来预预防防肥肥胖胖。可可利利用用基基因因取取代代策策略略，把把体体内内一一个个控控制制脂脂肪肪细细胞胞发发育育因因子子取取代代成成另另一一功功效效相相同同相相互互有有别别因因子子,脂脂肪肪转转变变成成高高代代谢谢活活性性能能量量消消耗耗,不不影影响响人人脂肪功效及正常代
17、谢机能脂肪功效及正常代谢机能。n这项基因治疗已在老鼠身上取得良好效果，经过基因这项基因治疗已在老鼠身上取得良好效果，经过基因治疗者即使美食保持苗条体型。治疗者即使美食保持苗条体型。该研究可望让人们吃得该研究可望让人们吃得多、吃得好，不运动也不会增胖。多、吃得好，不运动也不会增胖。n 其它治疗肥胖策略其它治疗肥胖策略:PCG-1,瘦素基因瘦素基因,能量代谢开关能量代谢开关,脂肪吸收基因反义抑制脂肪吸收基因反义抑制,线粒体解偶联蛋白基因等线粒体解偶联蛋白基因等.29/42基因治疗侏儒症基因治疗侏儒症nKagami证证实实用用涎涎腺腺基基因因治治疗其合成蛋白可投递到全身。疗其合成蛋白可投递到全身。n
18、 将将AdGH经经尾尾静静脉脉注注入入侏侏儒儒小小鼠鼠，血血中中生生长长激激素素升升高高，恢恢复复到到正正常常范范围围，侏侏儒儒小小鼠鼠生生长长发发育育显显著著改改进进，靠靠近近正正常常小小鼠鼠，对对照照组组侏侏儒儒小小鼠鼠体体重重仅仅为为治治疗疗组组十十分分之之一一。动动物试验已见很好苗头。物试验已见很好苗头。30/42基因治疗肌肉老化基因治疗肌肉老化n 美国宾夕法尼亚州大学成功创造新基因治疗法，能够预防老鼠肌肉老化,使肌肉不致因年纪而失去力量和萎缩。n人类到了五十岁以後，肌肉功效会每十年退化10%,IGF-I蛋白质刺激肌肉生 长，补充已损坏肌肉细胞；利用基因治疗，使肌肉继续制造IGF-I蛋
19、白质,试验 证实，老鼠经过基因治疗後，肌肉功效增加百分之27%.31/42基因治疗成功范例基因治疗成功范例(I)n ADA缺乏症基因治疗:ADA缺乏造成严重联合免疫缺乏症,没有免疫能力.1990年9月,一位 四岁ADA缺乏症女孩接收了首例基因治疗,患者注入10亿个遗传修饰T淋巴细胞,约每个月1次,连续1年,ADA水平从1%上升到20%,淋巴细胞数量正常,免疫功效正常,1991年另一位9岁患者基因治疗也取得成功,他们从隔离病房走向了美好生活.美国,意大利,荷兰和日本等国先后开展了该病临床试验.32/42世世界界首首例例基基因因治治疗疗患患者者33/42基因治疗成功范例基因治疗成功范例(II)n血
20、友病B基因治疗:血友病是一个因为人凝血因子缺点造成遗传性出血疾病.1991年,复旦大学遗传学研究所采取反转录病毒介导自体皮肤成纤维细胞对2例血友病B患者进行了世界首次血友病基因治疗临床试验,患者体内凝血因子浓度和活性上升,出血症状减轻,取得了安全有限结果.1999年美国UP和Avigen 企业合作采取AAV路径进行了血友病B基因治疗,患者治疗后出血症状显著改进.34/42基因治疗成功范例基因治疗成功范例(III)nAdP53基因治疗肿瘤:P53基因突变与肿瘤发生发展高度相关(50%),将正常P53基因导入肿瘤细胞,能够诱发肿瘤细胞凋亡,而对正常细胞无害.1995年进入临床试验以来,已经有600
21、多名患者接收治疗,60%患者显示出安全有效,1999年进入临床III期试验,腺病毒P53基因治疗临床方案已经超出8个,而且治疗肿瘤范围扩大到其它肿瘤和转移癌.该方案可望取得世界上第一个基因治疗临床药证.我国该项基因治疗进入临床II期试验.35/42基因治疗成功范例基因治疗成功范例(IV)nHSV-TK自杀基因治疗:利用肿瘤细胞对HSV-TK基因/GCV敏感性而自杀,并具备广泛旁观者效应.这方面基因治疗脑肿瘤开展较早,先后各种策略进入临床试验,取得了一定疗效,并进入了临床III期试验.不过,因为RV转移效率,GCV毒副作用等原因,推广有一定困难.我国首例肿瘤基因治疗也采取此方法.36/42基因治
22、疗成功范例基因治疗成功范例(IV)n心血管基因治疗:VEGF165对于血管生成含有主要作用,而一些心脑血管疾病因为血管堵塞,狭窄造成,能够采取该策略进行血管再生,旁路再通,使病人免受开刀搭桥之苦.美国已经有19项方案进入临床试验,300多人接收临床试验,60%患者新血管生长、心肌血流灌注和室壁功效改进，大多数病人心绞痛减轻。n 该项研究含有立竿见影惊人效果,商业价值巨大,被称为二十一世纪初最激感人心和快速发展进展之一。我国这方面研究进入临床试验阶段.37/42不幸悲剧不幸悲剧!n基因治疗一人死亡:1999年10月美国宾州大学JM Wilson 在开展腺病毒OTC基因治疗肝脏遗传病时,一位亚利桑
23、那州十八岁青年 Gelsinger 接收了高剂量治疗后死亡.nFDA终止试验.媒体社会群起攻之;科学家保持缄默,内心呼吁了解.n基因治疗前景?基因治疗是不是一场梦?38/42环境保护任重而道远环境保护任重而道远39/42环境保护任重而道远环境保护任重而道远保护地球生态系统重点？保护生物多样性40/42、近年来生命科学研究未解之迷脑科学脑科学“人类脑计划”认识脑保护脑创造脑研究方向？（1）在细胞和分子水平深入推进对神经系统活动认识；（2）在脑高级功效（如运动控制、学习和记忆、语言、情绪、意识等）研究方面取得突破性进展。41/42埃博拉病毒埃博拉病毒该病毒在1976年首次发觉，感染后患者可能在二十四小时内死亡，死亡率高达50%90%。传输路径（血液、体液、精液）其它方面，人类对它都还不了解。生命科学未知之迷还生命科学未知之迷还有很多有很多很多很多42/42
