21世纪细胞生物学技术的发展

细胞生物学学生论坛大连大学生物工程02级1班侯宇21世纪细胞生物学技术的发展•前言•细胞生物学技术的发展•今后的发展趋势20世纪是生命科学迅猛发展的时代，尤其是最后20年，它的发展速度之快更加令人瞩目。利用基因技术培育的转基因食品已经摆上了普通百姓的餐桌；基因方法已经开始挽救患者的生命；克隆技术的重大突破，已使动物的复制成为可能。人类数千年来的梦想正随着生命科学发展逐一实现，随着物理学世纪让位于生命科学世纪，世界还将会有更多的奇迹出现。前言可以预计，在发展和危机并存的21世纪，生命科学将成为自然科学的带头学科。分子生物学将在生命科学中保持主导地位；细胞生物学还将作为生命科学的基础科学继续发展；脑科学将代表生命科学发展的一个高峰；基因组计划、基因工程、细胞工程、酶工程、蛋白质工程将带来农业、食品、医药和化工等领域的革命，产生难以估量的社会效益和经济效益。生物技术的飞速发展及其广泛的应用前景，将使生物产业成为全社会的产业支柱。人类基因组图细胞生物学技术的发展•细胞工程简介•细胞工程的应用•细胞学领域的热点——干细胞细胞工程•细胞工程包括细胞融合技术、动物细胞工程和植物细胞工程等。细胞工程作为科学研究的一种手段，已经渗入到生物工程的各个方面，成为必不可少的配套技术。应用细胞生物学的方法，按照人们预定的设计，有计划地改造遗传物质和细胞培养技术，包括细胞融合技术及动物、植物大量控制性培养技术，以生产各种保健食品有效成分、新型食品和食品添加剂。细胞融合，也叫体细胞杂交，即指两个或多个除去细胞壁的细胞（也称为原生质体）融合成一个完整的细胞，经过分裂和分化，发育成完整植株的过程。这是一种完全不经过有性过程，只通过体细胞融合制造杂种的新方法。细胞融合技术的应用有氨基酸生产菌的育种、酶制剂生产菌的育种、酵母菌的育种、酱油曲霉素的育种。动物细胞大量培养技术已经成熟，培养规模不断扩大，目前已生产出一些具有重要药用价值的胜利活性物质，如口蹄疫苗、干扰素、促生长素等。植物细胞大规模培养的产物有种苗、细胞、初级代谢物次级代谢物、生物大分子等。其中许多产物已在食品业中得到广泛应用，如食用色素等。细胞工程的应用•在农林、园艺和医学等方面•在临床医学与药物方面•生物药品方面在农林、园艺和医学等方面，利用细胞工程技术进行作物育种，是迄今人类受益最多的一个方面。我国在这一领域已达到世界先进水平，以花药单倍体育种途径，培育出的水稻品种或品系有近百个，小麦有30个左右。其中河南省农科院培育的小麦新品种，具有抗倒伏、抗锈病、抗白粉病等优良性状。自1975年英国剑桥大学的科学家利用动物细胞融合技术首次获得单克隆抗体以来，许多人类无能为力的病毒性疾病遇到了克星。用单克隆抗体可以检测出多种病毒中非常细微的株间差异，鉴定细菌的种型和亚种。在临床医学与药物方面这些都是传统血清法或动物免疫法所做不到的，而且诊断异常准确，误诊率大大降低。例如，抗乙型肝炎病毒表面抗原（HBsAg）的单克隆抗体，其灵敏度比当前最佳的抗血清还要高100倍，能检测出抗血清的60％的假阴性。近年来，应用单克隆抗体可以检查出某些还尚无临床表现的极小肿瘤病灶，检测心肌梗死的部位和面积，这为有效的治疗提供方便。单克隆抗体并已成功地应用于临床治疗，主要是针对一些还没有特效药的病毒性疾病，尤其适用于抵抗力差的儿童。单克隆抗体作载体携带药物，使药物准确地到达癌细胞，以避免化疗或放射疗法把正常细胞与癌细胞一同杀死的副作用。动物体内主要有两种淋巴细胞，一种是T淋巴细胞，另一种是B淋巴细胞，后者负责体液免疫，能够分泌特异性免疫球蛋白，即抗体。在动物细胞发生免疫反应过程中，B淋巴细胞群体可产生多达百万种以上的特异性抗体。但研究发现，每一个B淋巴细胞都只能分泌一种特异性的抗体蛋白质。显而易见，如果要想获得大量的单一抗体，就必须从一个B淋巴细胞出发，使之大量繁殖成无性系细胞群体，即克隆。而由这种克隆制备到的单一抗体称为单克隆抗体（MonoclonalAntibody,McAb)。然而遗憾的是在体外培养条件下，一个B淋巴细胞是不能无限增殖的。因此，通过这条途径制备大量的单克隆抗体事实上是办不到的.直到1975年Kohler和Milstein建立了B淋巴细胞杂交瘤技术，使生产单克隆抗体成为现实。生物药品方面•概述•事例•应用细胞工程在生物药品方面也有着广泛的应用。生物药品主要有各种疫苗、菌苗、抗生素、生物活性物质，抗体等，是生物体内代谢的中间产物或分泌物。过去制备疫苗是从动物组织中提取，得到的产量低而且很费时。现在，通过培养、诱变等细胞工程或细胞融合途径，不仅大大提高了效率，还能制备出多价菌苗，可以同时抵御两种以上的病原菌的侵害。用同样的手段，也可培养出能在培养条件下长期生长、分裂并能分泌某种激素的细胞系。1982年美国科学家用诱变和细胞杂交手段，获得了可以持续分泌干扰素的体外培养细胞系，现已走向应用。非典时期，第四军医大学细胞工程研究中心的科研人员在进行抗非典药物研究中，发现了3个对非典病毒有明显抑制作用的多肽。这一抑制冠状病毒的研究对系列多肽药物的合成，为研制抗非典药物奠定了坚实的基础。目前，这3个多肽已正式通过中国疾病预防控制中心病毒病预防控制所、病毒资源中心的鉴定。冠状病毒••在非典病原体被确定后，第四军医大学细胞工程中心的科研人员发现，非典冠状病毒外围有一个类似“日冕”的圆环，其内部的4个结构蛋白，尤其是S蛋白在非典病毒的自身复制、侵蚀人体细胞中起关键作用。他们果断地进行了冠状病毒结构蛋白的研究，结果发现研究的多肽可以阻止冠状病毒侵入细胞，从而抑制冠状病毒入侵人体细胞。非典病毒专家们认为，这3个多肽的发现，是对研制特异性抗非典型肺炎药物的一个重大进展。中国疾病预防控制中心病毒预防控制的体外药效试验表明，这一类多肽对非典冠状病毒具有明确的抑制作用。21世纪干细胞的发展也可以说是细胞学领域的热点，干细胞是一种具有多项分化潜能和自我复制能力的原始未分化细胞，是形成哺乳类各种组织器官的祖宗细胞。根据来源和个体发育过程中先后次序不同，干细胞可分为胚胎干细胞和成体干细胞／组织干细胞。胚胎干细胞胚胎干细胞(图)来自于哺乳动物，包括人类早期胚胎的胚囊内细胞群。它能长期维持未分化状态，又有全能分化的潜能和无限增殖的能力，在体外培养时仍能维持正常和稳定的染色体组型。在特定的环境诱导下，胚胎于细胞能分化成内、中、外三个胚层的各类细胞系，如上皮细胞、心肌细胞、骨骼肌细胞、神经元、造血细胞等。如将胚胎干细胞放入受体胚囊中，它可以参与整个生物体的发育。成体干细胞或组织干细胞，是已进入机体担负着构建某种细胞组织功能的细胞，具有有限增殖、定向分化成一定组织细胞的特点。在胎儿、儿童或成体的骨髓、肌肉、神经、上皮等组织中均存在有这种干细胞，如造血干细胞、神经干细胞、皮肤干细胞等。近年，发现不同胚层起源的成体干细胞在一定条件下可相互转化。如肌肉组织的干细胞可以“横向分化”为血液细胞。世界各地的科学家相继证实了这一现象，并发现人类成体干细胞同样具有“横向分化”的功能。这意味着将来受损组织有可能用同一个体内其他组织的残余干细胞来修复，从而为成体干细胞的临床应用开拓了更为广阔的空间。可以预料，细胞生物学技术的应用必将对21世纪产生重要的影响，相信在21世纪，细胞生物学技术必将同其它各领域的科技发展一道，为人类更好的生存作出前所未有的贡献.•