论21世纪生物技术的发展趋势

论21世纪生物技术的发展趋势摘要：21世纪的生物技术发展越来越快，为人类作出了巨大贡献。总体上看，生物科学技术与有关科学的综合渗透以及研究技术和手段的革新是现代生物科学的显著特点和发展趋势。而分开来看，现代生物学研究发展的热点领域有：基因组学、生物信息学、抗体工程技术、组织工程学以及生态学等。同时，现代生物技术也由以前的研究型向现在的应用性发展。关键字：生物技术，热点领域，现状，发展趋势生物技术是以现代生命科学为基础，结合其他基础科学，采用先进的科学技术手段，按照预先的设计改造生物体或加工生物原料，为人类生产出所需产品或达到某种目的。所以，也有人将生物技术称作生物工程。总体上看，生物科学技术与有关科学的综合渗透以及研究技术和手段的革新是现代生物科学的显著特点和发展趋势。现代生物科学的发展，是生物科学与数学、物理学、化学等科学之间相互交叉、渗透和相互促进的结果。其他相关科学推动了生物科学对生命现象和本质的研究不断深入和扩大，生物科学的发展也为其他相关科学提出了许多新的研究课题，开辟了许多新的研究领域。可见，生物科学与有关科学的高度的双向渗透和综合，也已经成为当代生物科学的一个显著特点和发展趋势。现代生物科学的新进展，许多是在采用先进的技术和手段的条件下取得的，这些新技术有：DNA重组技术，DNA合成技术，快速DNA序列测定技术，蛋白质人工合成技术，蛋白质序列测定技术，核酸分子杂交技术，限制性内切酶片段长度多样性技术，反义RNA技术，聚合酶链反应扩增技术，单克隆抗体技术，脉冲电泳技术，磁力共振技术，扫描隧道和原子力显微技术，同步辐射技术，电子计算机技术，等等。可见，研究技术和手段的革新是当代生物科学的另一个显著特点和发展趋势。分开来看，生物科学技术拥有众多分支学科技术，现代生物学研究的热点领域有：基因组学、生物信息学、抗体工程技术、组织工程学、干细胞研究、药物分子设计以及行为科学、生态学等。其中重要领域平台的发展现状和趋势如下：1、基因组学现状与发展趋势人类基因组计划的实施将极大地促进生命科学领域一系列相关科学的发展，阐明基因的结构与功能关系，细胞的发育、生长、分化的分子机理等。这意味着生命科学从寻找生物学上个别重要的基因发展到整个基因组功能活动规律的研究，实现了从局部到整体的转变。目前发展的最新趋势就是将最近几年发展起来的许多新技术（如高通量扫描，生物芯片，高密度单核苷酸多态性（SNP）遗传图谱，生物信息学等）与知识融入到分子医学、药理学、毒理学等诸多领域，并运用这些技术与知识大规模系统地从整个基因组层面去研究不同个体的基因差异与药效的关联，侧重于了解有重要功能意义和控制药物代谢与处置的多态性基因，以求探明药理学作用的分子机制以及各种疾病致病的遗传学机理，从而最终达到精确指导开发的目的。由于新一代遗传标记物（即单核苷酸多态性）的大规模发现，以及将其迅速应用于群体流行病遗传学，也可大大推动多基因遗传病和常见病（往往是多基因病）机理的基础研究，其研究结果又可以为制药工业提供新的药靶。2、生物信息学现状与发展趋势生物信息学包括基因组学、结构生物信息学、功能生物信息学和蛋白质组信息学，核心是基因组学，包括基因组信息的获取、处理、存储、分配和解释，首要任务之一是发现新基因和新的功能；结构生物信息学主要研究基因产物即蛋白质和多肽的信息结构；功能生物信息学主要指细胞反应的数据库，存储有各种刺激后细胞基因表达改变的功能信息，提供细胞类型、能够表达的基因及其诱导剂等方面的咨询；蛋白质组信息学主要涉及蛋白质数据库的建立，相关软件的开发和应用，及蛋白质组成员序列、结构、功能、定位分类和蛋白质连锁图的构建，及蛋白质功能结构预测等。生物信息学的主要研究内容有：（1）支持系统的开发研究，具体包括数据库的设计、建立和应用；软件开发；网络资源的开发利用。（2）生物计算与分析，具体包括序列比对（Alignment）；基因识别与DNA序列分析；蛋白质结构预测；分子进化和比较基因组学。生物信息学的应用领域包括有基因疾病的诊断；动植物优良选种；药物研究与开发等。3、抗体工程技术研究概况利用现代生物技术改造已有的抗体、构建新的抗体或者是制备类抗体分子，称为抗体工程。目前通常认为抗体工程有三个阶段：细胞工程抗体阶段；基因工程抗体阶段（抗体基因组合文库，噬菌体表面呈递系统）；类抗体制备阶段，即抗体技术与计算机技术相结合或者模拟有机分子模型。基因工程抗体的技术途径包括：人鼠嵌合抗体；人源化抗体；小分子抗体；胞内抗体；抗体库；转基因动物；转基因植物。由于天然抗体主要是通过调理作用、ADCC或依赖补体的细胞毒效应起到杀伤靶细胞的作用。因此，天然抗体的细胞毒效应有限。增加抗体对靶细胞的杀伤可以包括以下几种途径：免疫结合物(Immunocojugate)；免疫细胞因子(immunocytokines)；双特异性抗体；细胞内抗体(intrabody)。抗体作为治疗制剂最早用于病原微生物感染引起的疾病，现在已发展到抗肿瘤、抗移植排斥、抗血栓形成及自身免疫性疾病的治疗等方面。基因工程抗体的研制成功以及它们相关重组衍生物的研制使得抗体工程在自发性免疫病、血栓并发症、败血症、病毒或血清感染、器官移植排斥、实体瘤和血液病的临床治疗中具有广阔的应用前景和市场。4、干细胞研究现状与发展趋势随着干细胞技术的突破以及干细胞本身所具有的特性，使得人类有可能在体外培养某些干细胞，分化为所需要的各种组织细胞以供临床所需，或作为“种子”细胞用于组织工程。（1）胚胎干细胞（ES细胞）研究进展应用ES细胞进行临床组织移植的基本途径为：自胎儿性腺或早期胚胎分离人ES细胞，经体外扩增后进行基因修饰排除移植排斥，在体外定向分化后移植给病人。（2）组织干细胞研究进展目前已在成年动物和人体组织器官中分离获得了多种组织干细胞，如造血干细胞、骨髓间充质干细胞、神经干细胞、肝脏干细胞、皮肤干细胞、肠上皮干细胞等。这些组织干细胞具有跨系、甚至跨胚层分化能力，可分化为骨、软骨、肌肉、神经、肝脏、脂肪等细胞类型。此外神经干细胞和肌肉干细胞能转变成血液细胞；脂肪基质干细胞可变成骨和成软骨细胞。（3）造血干细胞研究进展造血干细胞具有自我更新、多向分化、重建长期造血、采集和体外处理容易等特点，因此是基因治疗最理想的靶细胞之一。通过细胞工程技术可在体外模拟或部分模拟体内造血过程（包括基质细胞的支持和造血生长因子的调控等）。可在短期内大量扩增早期造血祖细胞及各阶段的造血前体细胞；并可定向诱导扩增大量的红细胞、粒/巨噬细胞、巨核细胞/血小板、树突状细胞、NK细胞等功能血细胞和免疫活性细胞，满足基础研究及临床应用的需要。组织器官的缺损或功能障碍是人类健康所面临的主要危害之一，也是引起人类疾病和死亡的最主要原因。干细胞治疗也几乎涉及人体所有的重要组织和器官,也涉及人类面临的大多数医学难题，如心血管疾病、自身免疫性疾病、糖尿病、骨质疏松、恶性肿瘤、肌肉、骨及软骨缺损、老年性痴呆、帕金森氏病、严重烧伤、脊髓损伤和遗传性缺陷等疾病的治疗。6、组织工程学发展现状与趋势组织工程研究的核心是建立由细胞和生物材料构成的三维空间复合体，包括种子细胞、生物材料、适于细胞生长分化的外在环境、构建组织和器官的方法技术及组织工程的临床应用等基本研究内容。近年来国际上组织工程研究的总体趋势主要表现在：（1）组织工程种子细胞来源和大规模扩增技术；（2）仿生型细胞外支架材料的研制：注重支架材料表面修饰、不同种类支架材料复合应用。（3）组织工程产品生产质量控制体系建立的研究：国内外均已经开始着手建立各种组织工程产品进入临床前的质量检测标准的制订。（4）组织工程产品生物力学检测体系的建立：组织工程产品生物力学性能的好坏，直接影响临床应用的效果，相关研究已逐步引起关注。生物技术的众多分支共同发展，并相互促进，令生物科学技术日益壮大。同时，现代生物技术也由以前的研究型向现在的应用性发展。首先在微观上，对核酸、蛋白质的改良和创新正在有条不紊的进行中。其次，在宏观上，各种转基因产品也相继问世，为人类美好的生活谱写了辉煌的一页。展望未来，生物技术将会越发迅猛，为人类带来日益突出的贡献！参考文献：《生物技术相关产业及其发展趋势》《生物技术若干领域发展趋势》《生物、纳米、材料技术及信息技术发展趋势》