生命科學(xué)研究進(jìn)展PPT課件.ppt

生命科學(xué)研究進(jìn)展 2020 1 9 1 1 生命科學(xué)發(fā)展史 描述型生物學(xué)階段 20世紀(jì)以前實(shí)驗(yàn)生物學(xué)階段 1900年年孟德爾遺傳規(guī)律的重新發(fā)現(xiàn)至1953年分子生物學(xué)階段 1953年DNA雙螺旋分子模型的建立 2020 1 9 2 50年代 沃森和克里克發(fā)現(xiàn)DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型 此模型的建立 是分子生物學(xué)誕生的標(biāo)志 60年代 我國首次用人工方法合成具有生物活性的牛胰島素獲得成功 突破了一般有機(jī)物分子與生物大分子的界限 帶來了人工合成生命的曙光 70年代 隨著限制性內(nèi)切酶的發(fā)展和DNA分子雜交技術(shù)的建立 分子生物學(xué)進(jìn)入了技術(shù)化時(shí)代 80年代 PCR技術(shù)的誕生使在體外快速擴(kuò)增目的基因成為可能 90年代 克隆羊多莉的出現(xiàn)引發(fā)克隆熱潮 2 分子生物學(xué)時(shí)代的來臨 2020 1 9 3 21世紀(jì)生命科學(xué)的幾個(gè)重要研究領(lǐng)域 2020 1 9 4 3 1人類基因組計(jì)劃是21世紀(jì)生命科學(xué)的敲門磚 1985年 美國能源部 DepartmentofEnergy DOE 提出 要將共包含約30億堿基對的人類基因組全部堿基序列分析清楚1986年 美國宣布啟動(dòng) 人類基因組計(jì)劃 HumanGenomeProject HGP 1993年 中國加入人類基因組計(jì)劃 CHGP 首先開展了 中華民族基因組中若干位點(diǎn)基因結(jié)構(gòu)的研究 1997年 我國啟動(dòng)了 重大疾病相關(guān)基因的定位 克隆 結(jié)構(gòu)與功能研究 項(xiàng)目之后 在上海和北京相繼成立了國家人類基因組南 北兩個(gè)中心 1999年12月1日 首條人類染色體完成測序 人類第22號染色體DNA全序列測定宣布完成 2000年4月6日 美國Celera遺傳信息公司宣布 該公司已破譯出一名實(shí)驗(yàn)者的完整遺傳密碼 2000年5月 科學(xué)家聚集美國冷泉港 宣布人類基因組草圖的完成 2020 1 9 5 中國在人類基因組計(jì)劃研究成果 1 測序任務(wù) 第三條染色體3000萬bp精確度99 99 發(fā)現(xiàn)142個(gè)基因 其中80個(gè)為預(yù)測基因 2020 1 9 6 弗朗西斯 柯林斯 人類基因組計(jì)劃首席科學(xué)家 美國國家人類基因組研究所所長 2020 1 9 7 2000年6月26日克林頓宣布人類基因組草圖繪制完成 8 人類基因組草圖基本信息 由31 65億bp組成含3 3 5萬基因與蛋白質(zhì)合成有關(guān)的基因占2 人類基因組 2020 1 9 9 人類基因組計(jì)劃的意義 1 生物與醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)研究2 基因診斷 基因療法 基因藥物3 形成了結(jié)構(gòu)基因組學(xué) 功能基因組學(xué) 比較基因組學(xué) 轉(zhuǎn)錄組學(xué) 蛋白質(zhì)組學(xué) 表型組學(xué)和代謝組學(xué) RNA組學(xué)等新興領(lǐng)域 這些分支領(lǐng)域已成為生物學(xué)基礎(chǔ)研究的重要方面 4 帶動(dòng)一批高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展 2020 1 9 10 關(guān)于發(fā)育的研究雖然已經(jīng)有很長的歷史 但發(fā)育生物學(xué)是在20世紀(jì)50年代分子生物學(xué)的迅速發(fā)展的基礎(chǔ)上形成的以模式生物為研究對象 小鼠 斑馬魚 爪蟾 果蠅 線蟲 擬南芥 水稻等 3 2基因組學(xué)研究開創(chuàng)發(fā)育生物學(xué)的新時(shí)代 2020 1 9 11 研究目的 1 發(fā)現(xiàn)新的與發(fā)育相關(guān)基因 闡明它們的時(shí)空表達(dá)譜 調(diào)控機(jī)理以及對細(xì)胞行為和組織器官形成與分化的影響 2 從分子和細(xì)胞水平闡述一些重要發(fā)育途徑 如胚胎誘導(dǎo)作用 胚層的形成和分化 組織器官發(fā)育 配子發(fā)育和細(xì)胞極性運(yùn)動(dòng)等的調(diào)控機(jī)理 2020 1 9 12 主要科學(xué)問題 1 發(fā)育過程中基因時(shí)空表達(dá)的遺傳和表觀遺傳調(diào)控機(jī)制2 機(jī)體形成時(shí)的 格式化 patterning 3 組織和器官形成中細(xì)胞分化和移動(dòng)的分子基礎(chǔ) 4 以動(dòng)物發(fā)育為模型研究人類重大疾病的發(fā)生發(fā)展機(jī)制等 2020 1 9 13 生物信息學(xué) 是基于基因組 蛋白組信息分析的需要而出現(xiàn)的一門與信息科學(xué) 數(shù)學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)等交叉的新興領(lǐng)域 研究目標(biāo) 揭示 基因組信息結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性及遺傳語言的根本規(guī)律 它是當(dāng)今乃至下一世紀(jì)自然科學(xué)和技術(shù)科學(xué)領(lǐng)域中 基因組 信息結(jié)構(gòu) 和 復(fù)雜性 這三個(gè)重大科學(xué)問題的有機(jī)結(jié)合 3 3生物信息學(xué)是21世紀(jì)生命科學(xué)飛速發(fā)展的發(fā)動(dòng)機(jī) 2020 1 9 14 生物信息學(xué)和其他學(xué)科進(jìn)一步交叉 融合 發(fā)展形成了系統(tǒng)生物學(xué) 整合生物學(xué) 其主要特征是從分子 細(xì)胞 器官到機(jī)體和從個(gè)體 群體到生態(tài)系統(tǒng)的不同層次上生物信息的整合和定量化 2020 1 9 15 傳統(tǒng)生物科學(xué) 中國傳統(tǒng)醫(yī)學(xué) 經(jīng)典生物實(shí)驗(yàn)科學(xué) 系統(tǒng)生物學(xué) 系統(tǒng)生物學(xué)是認(rèn)識生命復(fù)雜系統(tǒng)的新角度 綜合性研究 分析性研究 分析 綜合研究 2020 1 9 2020 1 9 17 研究對象 各種生物分子的整合 Genome基因組 Transcriptome轉(zhuǎn)錄物組 Proteome蛋白質(zhì)組 Citricacidcycle Metabolome代謝組 18 2020 1 9 研究對象 各種層次的整合 19 2020 1 9 研究策略 實(shí)驗(yàn)科學(xué)與理論科學(xué)的整合 系統(tǒng)生物學(xué) 20 2020 1 9 3 4干細(xì)胞研究的快速發(fā)展 干細(xì)胞具有在體外大量增殖和分化為多種細(xì)胞的潛能 是研究細(xì)胞生物學(xué)基礎(chǔ)科學(xué)問題的理想模型 也可以為難治性疾病提供細(xì)胞來源 目前 干細(xì)胞的定向分化 自我更新 干細(xì)胞的可塑性等是重要的基礎(chǔ)研究 2020 1 9 21 干細(xì)胞工程 2020 1 9 22 3 5克隆技術(shù)的發(fā)展 1 克隆來源與英語 clone 或 cloning 的音譯 曾譯為無性生殖或無性繁殖 即由同一個(gè)祖先細(xì)胞分裂而形成的純細(xì)胞系 這個(gè)細(xì)胞系每個(gè)細(xì)胞的基因彼此是相同的 2 克隆技術(shù)第一個(gè)發(fā)展時(shí)期 微生物克隆 3 克隆技術(shù)第二個(gè)發(fā)展時(shí)期 生物技術(shù)克隆 3 克隆技術(shù)第三個(gè)發(fā)展時(shí)期 動(dòng)物克隆 2020 1 9 23 克隆羊多利 Dolly 的誕生 1 1997年12月 英國Roslin研究所克隆羊多利 Dolly 的誕生揭示一個(gè)全新概念 由成年機(jī)體的一個(gè)體細(xì)胞核 可以復(fù)制一個(gè)基因完全相同的新生命個(gè)體 2 克隆鼠 克隆牛等實(shí)驗(yàn)的成功進(jìn)一步驗(yàn)證了其科學(xué)性將體細(xì)胞核移植去核卵細(xì)胞形成的克隆細(xì)胞 其基因組DNA與細(xì)胞核供體一致 由克隆細(xì)胞復(fù)制出可供移植 無免疫排斥的各種組織細(xì)胞 器官 是21世紀(jì)生命科學(xué)的一個(gè)新里程碑 2020 1 9 24 3 6蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu) 功能關(guān)系蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu) 功能關(guān)系是細(xì)胞生命活動(dòng)的重要基礎(chǔ) 蛋白質(zhì)的功能通過其結(jié)構(gòu) 運(yùn)動(dòng)和相互作用得以實(shí)現(xiàn) 蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)主要包括整體水平的肽鏈折疊方式 原子水平的構(gòu)象 分子的內(nèi)在運(yùn)動(dòng)性和在不同條件下的結(jié)構(gòu)變化 從而實(shí)現(xiàn)蛋白質(zhì)分子間和亞基間 以及蛋白質(zhì)與非蛋白質(zhì)分子之間的相互作用 本領(lǐng)域鼓勵(lì)在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能及其相互關(guān)系等方面開展創(chuàng)新性研究 主要科學(xué)問題 蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系 蛋白質(zhì)分子在不同條件下的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 蛋白質(zhì)與其它生物大分子的相互作用 氨基酸序列和三維結(jié)構(gòu)之間的關(guān)聯(lián) 原子水平蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與蛋白質(zhì)折疊和功能的關(guān)系 膜蛋白和糖蛋白的結(jié)構(gòu)及其在細(xì)胞生命活動(dòng)中的功能等 2020 1 9 25 3 7細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)及效應(yīng)生命活動(dòng)離不開信息交流 細(xì)胞通過復(fù)雜的信號網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)增殖 分化 運(yùn)動(dòng) 凋亡及其它生理活動(dòng)并對其進(jìn)行精細(xì)的調(diào)節(jié) 以應(yīng)對復(fù)雜的環(huán)境 盡管目前在這一領(lǐng)域已取得一些研究進(jìn)展 但對生命活動(dòng)的信息調(diào)控機(jī)制的認(rèn)識還遠(yuǎn)非完善 由于疾病最終可歸因于信號網(wǎng)絡(luò)的失調(diào) 其中的很多組分都可成為藥物篩選的靶標(biāo) 因此相關(guān)研究對人類健康也有深遠(yuǎn)的影響 主要科學(xué)問題 信號網(wǎng)絡(luò)新組分的鑒定和功能分析 信號網(wǎng)絡(luò)組分間的相互作用及其調(diào)節(jié)機(jī)制 信號通路間的對話機(jī)制及生物學(xué)意義 信息整合機(jī)制和應(yīng)答方式的系統(tǒng)整合生物學(xué)分析 生理與病理?xiàng)l件下信號傳遞的異同等 2020 1 9 26 3 8細(xì)胞運(yùn)動(dòng)的分子機(jī)制細(xì)胞運(yùn)動(dòng)是以微管和微絲骨架支撐的重要生命活動(dòng) 包括細(xì)胞遷移 細(xì)胞分裂和胞內(nèi)運(yùn)輸?shù)?其共同特征是需要驅(qū)動(dòng)蛋白的參與及細(xì)胞骨架的動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào) 在體內(nèi) 細(xì)胞定向遷移需要胞外信號分子的引導(dǎo) 這一過程為胚胎發(fā)育 神經(jīng)系統(tǒng)形成和免疫系統(tǒng)趨化功能所必須 細(xì)胞遷移異常將導(dǎo)致嚴(yán)重的疾病 而腫瘤的惡化也是細(xì)胞遷移異常激活的結(jié)果 細(xì)胞運(yùn)動(dòng)性是細(xì)胞生物學(xué)領(lǐng)域中的一個(gè)重要的基礎(chǔ)性理論問題 主要科學(xué)問題 細(xì)胞運(yùn)動(dòng)相關(guān)過程的分子機(jī)理 細(xì)胞運(yùn)動(dòng)的信號調(diào)控機(jī)制 驅(qū)動(dòng)蛋白功能和特異性調(diào)節(jié) 微管和微絲系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性調(diào)節(jié)和功能協(xié)調(diào)機(jī)制 細(xì)胞運(yùn)動(dòng)與胚胎發(fā)育 器官形成和疾病發(fā)生的關(guān)系等 2020 1 9 27 3 9膜系統(tǒng)及物質(zhì)跨膜運(yùn)輸細(xì)胞作為生命活動(dòng)的基本單元 不斷地與外界進(jìn)行物資交換 細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)運(yùn)輸和與外界物質(zhì)交換是生命的基本現(xiàn)象 它直接影響到細(xì)胞的增殖和分化 胞內(nèi)運(yùn)輸涉及內(nèi)膜系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)變化 囊泡運(yùn)輸 胞吞和胞吐等重要過程 這些過程不僅為普通細(xì)胞所必須 在神經(jīng)和腺體細(xì)胞中尤為重要 因此 膜系統(tǒng)和物質(zhì)跨膜運(yùn)輸一直是細(xì)胞生物學(xué)研究的中心問題之一 主要科學(xué)問題 囊泡運(yùn)輸 胞吞和胞吐的分子機(jī)制和調(diào)控 以及與信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的相互影響 核膜內(nèi)外物質(zhì)交流機(jī)制 細(xì)胞周期中內(nèi)膜系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)變化等 2020 1 9 28 3 10小分子RNA的發(fā)現(xiàn)和對其功能研究1 近10年來分子生物學(xué)領(lǐng)域最突出的熱點(diǎn)之一2 小分子RNA存在的廣泛性和多樣性 提示小分子RNA可能有廣泛的生物功能 3 是調(diào)控基因表達(dá)和蛋白活性的重要方式 對具有調(diào)節(jié)功能的非編碼RNA分子的結(jié)構(gòu)特征 調(diào)控方式以及生物學(xué)功能是近期重要的研究方向 2020 1 9 29 3 11系統(tǒng)發(fā)育重建與分子進(jìn)化進(jìn)化是生命科學(xué)的基本問題之一 沒有進(jìn)化論的指導(dǎo) 生物學(xué)一切問題都難以解釋 20世紀(jì)進(jìn)化研究取得了顯著進(jìn)展 也帶動(dòng)和促進(jìn)了相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展 基因組研究的突破性進(jìn)展為進(jìn)化研究創(chuàng)造了難得的機(jī)遇 近年來我國在進(jìn)化生物學(xué)領(lǐng)域取得了驕人成績 如能抓住這一機(jī)遇 充分利用我國豐富的生物種類和多樣的環(huán)境條件這一優(yōu)勢 將會(huì)取得為世人矚目的成績 進(jìn)化研究涉及的問題非常廣泛 在有限的時(shí)間內(nèi)只能根據(jù)我國的特色和優(yōu)勢集中一些科學(xué)問題進(jìn)行探索 主要科學(xué)問題 結(jié)合DNA序列 形態(tài)和化石證據(jù) 重建生命之樹 系統(tǒng)發(fā)育 基因與