生物科学的最新进展

生物学最新进展有什么？~

计算生物学最新进展
作者: 来源:上海分院 发布者: 刘斌 类别:新闻扫描 日期: 2005-08-31 今日/总浏览: 8/6352

东方科技论坛第60次学术研讨会于2005年7月2～3日在上海沪杏科技图书馆举行。本次论坛由上海生物信息技术研究中心与复旦大学生命科学学院共同承办，论坛主题为"计算生物学最新进展"。中科院上海生命科学研究院赵国屏研究员和新加坡国立大学计算科学系陈宇综教授共同主持了会议。



一、会议背景



随着人类基因组计划的实施和深入，生物学数据积累出现了前所未有的飞跃。不仅数据量呈指数级增长，而且，数据的本质出现了从生理生化数据向遗传信息飞跃以及进一步向遗传与结构功能相互关系信息的飞跃。这种科学数据的急速海量积累，在人类的科学研究历史中是空前的。如何从这些海量的生物学数据中提取有用的知识，成为了对当前生物学家、数学家、计算机专家等的巨大挑战。由此引出了一门新兴学科：计算生物学。计算生物学是指开发和应用数据分析及理论的方法、数学建模和计算机仿真技术，用于生物学研究的一门学科。计算生物学正在成为现代生物学研究的核心方法之一，它们的重要性和复杂性在当前生物学数据量的不断增长中日益得以显示，要回答的问题越是复杂就越显得尤为突出，使得计算生物学成为当今生命科学最具活力的新兴前沿学科之一。计算生物学运用大规模高效的理论模型和数值计算来识别基因组序列中代表蛋白质的编码区，破译隐藏在核酸序列中的遗传语言规律；直接从蛋白质序列预测蛋白质三维结构以及动力学特征，研究生物大分子结构与功能的关系、生物大分子之间相互作用以及生物大分子与配体的相互作用，促进蛋白质工程、蛋白质设计和计算机辅助药物设计的发展；同时，归纳、整理与基因组遗传语言信息释放及其调控相关的转录谱和蛋白质谱的数据，模拟生命体内的信息流过程，从而认识代谢、发育、分化、进化的规律，使从基因组科学新视角来探究人类健康和疾病各个方面，将人类基因组计划的成功转化为医学领域的进步成为可能。

运用计算生物学，科学家们有望鉴定基因和途径在健康和疾病中的角色，挖掘它们与环境因素之间的关系；发展、评价以及应用以基因组为基础的诊断方法来预测对疾病的易感性，预测药物反应，疾病的早期诊断标记，疾病在分子水平上的发展机制；应用基因组和代谢通路的知识，通过分子模拟等方法进行计算机辅助药物设计，缩短新药开发周期，从而开发有效的、新的疾病治疗方法；发展基于基因组的工具来改善大众的健康状况，从而促进人类基因组计划造福于人类。

当前，计算生物学在国际上受到高度重视。美国国立卫生研究院(National Institutes of Health，NIH)是世界上从事生命科学研究最重要的研究机构，它的年度预算占了美国政府科学投入的60％左右。在人类基因组计划的完成和后基因组时代的到来之际，NIH经过与来自美国学术机构、政府部门和私人团体的300多名生物医学权威人士长达一年多时间的一系列讨论，于2003年形成了一个通向生命科学未来的"中长期发展规划"--国立卫生研究院路线图（NIH Roadmap）。NIH路线图中启动了一个"生物信息学和计算生物学"计划，希望通过这个项目的实施而铺设一条通向生命科学未来的"信息高速公路"。该项目计划从2004年开始，建立数个"国立生物医学计算中心"（National Centers for Biomedical Computing），以便开发相关软件和数据管理工具。2003年，NIH下属的国家人类基因组研究所（The National Human Genome Research Institute，NHGRI）负责人在Nature上发表了题为"基因组学研究前景展望"的文章。文章中所述的基因组研究展望来自上百位科学家和社会公众，举行了十几场讨论会和无数的与个人之间的探讨，历经近两年的热烈讨论。文章将对基因组研究的展望分为三个主题和六个横切面，三个主题是：基因组学与生物学、基因组学与健康和基因组学与社会；六个横切面是：资源、技术发展、计算生物学、培训、伦理法律和社会应用,以及教育。六个重要横切面与所有三个主题相关，而计算生物学是重要要成分之一。

在国内，我国国家自然科学基金委员会将计算生物学作为重点资助的研究方向之一。对于将生物医药产业作为重点发展高科技产业的上海市，对计算生物学研究更是高度重视。2002年，中科院上海药物研究所与美国SGI计算机公司联合建立的计算生物学实验室在上海药物所揭牌成立。中科院和德国最大的研究机构-马克斯·普朗克学院合作，筹划在上海合作开展计算生物学研究，且于2004年6月在中科院上海生命科学研究院举行了计算生物学研究所成立筹备会。IBM是全球唯一一家能够将其专业研究技术应用于计算生物学、并行计算的公司。2002年，IBM与上海生物信息技术研究中心以及英国InforSense公司一起，合作建立了高性能的生物科学研究实验室，合作进行计算生物学方面的研究和开发。因而，在上海举行计算生物学学术研讨会，将促进我市和我国对计算生物学这一前沿研究领域的更好发展，并对我市生物医药学产业的发展起到积极的推动作用。

由于分子模拟和计算机辅助药物设计是当前计算生物学中的热点问题，又是计算生物学与生物医药产业结合最紧密的方向，计算生物学在这些方面取得的进展将直接推动生物医药产业的发展，因此，本次会议将生物大分子计算模拟,计算机辅助药物设计和计算生物学的发展及未来方向作为中心议题。

现在看到做生物的人就有一种惺惺相惜的感觉啊！

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20世纪70年代以来，生物科学的新进展，新成就层出不穷。从总体上看，当代生物科学主要朝着微观和宏观两个方面发展：在微观方面，生物学已经从细胞水平进入到分子水平去探索生命的本质；在宏观方面，生态学的发展正在为解决全球性的资源和环境等问题发挥着重要作用。
生物工程方面生物工程（也叫生物技术）是生物科学与工程技术有机结合而兴起的一门综合性的科学技术。也就是说，它是以生物科学为基础，运用先进的科学原理和工程技术手段来加工或改造生物材料，如DNA、蛋白质、染色体、细胞等，从而生产出人类所需要的生物或生物制品。生物工程在近些年来迅猛发展，硕果累累。
生物工程在医药方面有着广泛的应用。例如，长期以来，预防乙型肝炎的疫苗是从乙肝病毒携带者的血液中提取和研制的，这样的疫苗生产周期长，产量低，价格昂贵。现在，采用生物工程的方法，将乙肝病毒中的有关基因分离出来，引人细菌的细胞中，再采用发酵的方法，或者引人哺乳动物的细胞中，再采用细胞培养的方法，就能让细菌或哺乳动物的细胞生产出大量的疫苗。中国研制的生物工程乙肝疫苗已经在1992年投放市场，在预防乙型肝炎中发挥了重要作用。除乙肝疫苗以外，还有抑制病毒在细胞内增殖的干扰素等多种生物工程药物已经问世。知道，人类的许多疾病都与基因有关。在基因水平上对人类的疾病进行诊断和治疗，是科学家们正在探求的另一个重大课题。为了弄清人类约10万个基因的结构和功能，美国从1988年开始实施“人类基因组计划”，目前这项研究已经成为国际间合作的一项重大科研课题。
生物工程在农业生产上的应用前景更为诱人，1988年，中国科学家人工合成了抗黄瓜花叶病毒的基因，并且将这种基因导人烟草等作物的细胞中，得到了抵抗病毒能力很强的作物新系，1989年，中国科学家成功地将人的生长激素基因导人鲤鱼的受精卵中，培育成转基因鲤鱼。与非转基因鲤鱼相比，转基因鲤鱼的生长速度明显加快，1993年，中国研制的两系法杂交水稻开始大面积试种，与原来普遍种植的三系法杂交水稻相比，平均每公顷增产15%，1995年，中国科学家将某种细菌的抗虫基因导人棉花，培育出了抗棉铃虫效果明显的棉花新品种。
生物工程在开发能源和环境保护等方面同样有着广泛的应用。知道，煤炭、石油等能源终将枯竭，目前全世界已经面临着能源危机。使用煤炭、石油等能源，还造成严重的环境污染。因此，科学家们正在努力探索开发新的能源，其中很重要的一个方面就是用生物工程开发生物能源。美国科学家在1978年成功地培育出能直接生产能源物质的植物新品种——“石油草”，这种植物的茎秆被割开后，就会流出白色乳状的液体，经提炼就得到石油。在利用细菌治理石油污染方面，由于石油中的不同组成成分往往需要用不同的细菌来分解，科学家就将不同细菌的基因分离出来，集中到一种细菌内，从而得到了“超级菌”。这种“超级菌”分解石油的速度比普通细菌快得多，净化石油污染的能力得到明显的提高。
生态学方面生态学是研究生物与其生存环境之间相互关系的科学。20世纪60年代以来，人类社会面临的人口爆炸、环境污染、资源匮乏、能源短缺和粮食危机等问题日益突出。要解决这些问题，都离不开生态学。因此，生态学的研究受到高度重视，并且取得了显著的进展。生态系统的能量流动和物质循环的基本原理，已经成为人类谋求与大自然和谐共处、实现社会和经济可持续发展的理论基础；运用生态学原理，中国推行生态农业的建设，已经取得了令人瞩目的成就，涌现了一批生态村、生态农场和生态林场，为实现农业的可持续发展积累了经验。例如，安徽省颖上县小张庄，生态环境恶劣，旱涝灾害频繁，农业结构单一，粮食产量很低。70年代中期，小张庄开始进行生态农业的建设，整治土地，兴修水利，大力营造防护林，使当地生态环境得到了明显改善。小张庄在大力发展种植业和林业的同时，还利用当地的饲草资源和鱼塘，大力发展养殖业。养殖业为农田提供了大量的有机肥，从而改良了土壤。这个村还利用人畜粪便生产沼气，发展沼气能源。沼气池的渣液用来喂养鱼，塘泥肥田，从而建立起了良性循环的农业生态系统。
生物科学除了在生物工程和生态学领域以外，在其他许多领域也取得了令人鼓舞的进展，向人们展示出美好的前景。例如，脑科学的研究已经深入到分子水平，这不仅对脑病的防治和智力的开发有重要意义，而且将为研究生物计算机提供理论基础。光合作用和生物固氮的研究，细胞生物学的研究，等等，也都获得一系列的成就，在21世纪将会有更大的发展。由于生物科学的迅猛发展和它对人类社会所产生的巨大影响，许多科学家都认为，生物科学将是21世纪领先的学科之一。

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南充市15815956755： 生物学的的新进展有哪些 - ？
店皆悉能： 生物大分子的结构和功能的研究;真核生物基因及基因表达调控的研究;分子神经生物学的研究;医学分子生物学的研究;植物分子生物学的研究;分子进化的研究,等等.由此可见,分子生物学带动了整个生物科学的全面发展,这是当代生物科学的一个显著特点和发展趋势.

南充市15815956755： 目前生物科技有什么最新发展成果 - ？
店皆悉能： 目前生物科技有什么最新发展成果 1.我国科学家发现阿尔茨海默症致病的新机制 2006年11月19日,国际著名学术期刊《自然·医学》网络版在线发表了中国科学院上海生命科学研究院生物化学与细胞生物学研究所研究组关于β淀粉样蛋白产生...

南充市15815956755： 生物科学有哪些新进展?？
店皆悉能： 随着分子生物学的兴起和向各方面的渗透,生物科学的各分支学科也经历着兴衰更替的变化.从目前的发展状况来看,分子生物学仍将保持带头分支学科的地位,重点研究的领域是:生物大分子的结构和功能的研究;真核生物基因及基因表达调...

南充市15815956755： 生物科学上的最新研究成果？
店皆悉能：RNA聚合酶II大亚基(Rpb1)是决定真核生物信使RNA(mRNA)转录起始和延伸的最主要的功能亚基,存在多种翻译后修饰.其中,它的泛素化修饰和降解,不仅发生在DNA损伤引起的转录停滞过程中,而且涉及到其他的转录障碍事件.然而,...

南充市15815956755： 现代生物学有哪些新发展? ？
店皆悉能： 于是在20世纪70年代,随着分子生物学的进步,与工程技术相结合,开辟了生物工程(也叫生物技术,biotechnology)新领域,相继出现了基因重组技术、克隆技术、DNA和蛋白质序列分析技术、分子杂交技术、细胞和组织培养技术、细胞融合技术及核移植技术等新技术,促进了基因工程、蛋白质工程、细胞工程、酶工程、染色体工程、组织工程及胚胎工程等工程的诞生和发展,已在工业、农业、环保和医疗卫生等方面得到了广泛应用,并取得了许多突破性进展

南充市15815956755： 目前生物科技的最新发展成果 - ？
店皆悉能： 人造基因组成功,在人造生命上前进了一大步. HIV抗体发现(Nature说的)

南充市15815956755： 21世纪生命科学新进展的主要内容 - ？
店皆悉能： 20世纪后半叶生命科学各领域所取得的巨大进展,特别是分子生物学的突破性成就,使生命科学在自然科学中的位置起了革命性的变化.很多科学家认为,在未来的自然科学中,生命科学将要成为带头学科,甚至预言21世纪是生物学世纪,虽然...

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南充市15815956755： 生命科学方面近年来取得的成就有哪些?比较典型的 - ？
店皆悉能：[答案] 21世纪生命科学的研究进展和发展趋势 20世纪后半叶生命科学各领域所取得的巨大进展,特别是分子生物学的突破性成就,使生命科学在自然科学中的位置起了革命性的变化.很多科学家认为,在未来的自然科学中,生命科学将要成为带头学科,甚...

南充市15815956755： 生物学的最新发展？
店皆悉能： 最活跃的前沿主要包括:细胞与分子生物学、神经与认知科学、系统生物学与组学等,由这些研究前沿引伸出的一些核心问题包括干细胞的多能性与分化、小分子RNA的功能与作用机制、肿瘤的发生与转移、认知的生物学机制等 运用计算生物学,科学家们有望鉴定基因和途径在健康和疾病中的角色,挖掘它们与环境因素之间的关系;发展、评价以及应用以基因组为基础的诊断方法来预测对疾病的易感性,预测药物反应,疾病的早期诊断标记,疾病在分子水平上的发展机制;应用基因组和代谢通路的知识,通过分子模拟等方法进行计算机辅助药物设计,缩短新药开发周期,从而开发有效的、新的疾病治疗方法;发展基于基因组的工具来改善大众的健康状况,从而促进人类基因组计划造福于人类.