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首先,给大家几个要领性的提示……从当前生物学看未来的发展从20世纪的生物学到21世纪的生命科学,名称的转换已昭示出这一学科已经迈进到了一个崭新的阶段.生物学:以研究生物本身的特征和行为为主要,更现象,更具体一些.生命科学:生物是环境中的生命,更注重从生命的化学本质到生命的生存关系,更本质,更统摄一些.这是一个认识和概念的迁移.更是一个内升.1.二十世纪生物学的最大特点①生物学从单科发展到交叉学科的形成.②研究的主线为:宏观到微观,整体到局部,结构到功能,细胞到分子.③由认识到实践,由理论到应用.以孟德尔定律的新生开始了20世纪---摩尔根的理论推动了经典单科的发展---数理化的渗透使生物学摆脱了局限---DNA分子结构的发现把生物学领入分子时代---以基因工程为核心的生物技术开始了生物经济---分子生物学的融合范例提示着人们大生物学的融合趋势---生命科学带着重点进入了21世纪.2.未来生物学的发展方向①生命科学要继续向微观本质方面纵深发展.②回采宏观,宏观生物学将在21世纪得到长足进展.③发育生物学,神经科学,脑科学等将获重大进展.④发育,遗传和进化理论将统一.⑤生物技术高速发展,3B将开创生物世纪的未来.⑥分子生物学继续是生命科学,甚至是NS的带头学科.21世纪的生物学将是一个更本质化的,统一的,真正的,名符其实的,系统化的综合性生物学.GeneralBiologySystembiology用系统论的认识方法,认识生命整体.用系统论的解决工具,解决生命问题.3.当前几个问题的重点提示生物大分子的高级结构结构与运动是生命现象的基础.分子运动是生命功能的本质.三维结构是解开生命奥秘的钥匙,没有生物大分子的三维结构及其运动,就没有生命现象.结构分子生物学将是21世纪生命科学发展的基础和动力.核酸与蛋白质的相互作用是重要问题.信息大分子的表达和调控是复杂问题.传递和表达是生物大分子的转化问题.中心法则是大分子间的信息流程问题.对与中心法则有关的重要问题的深入研究,仍然是未来生物学中的重中之重.生物大分子的相互作用是生命功能的体现,这是21世纪生命科学发展研究的重要焦点.生物大分子的相互作用今后25年,肿瘤分子生物学将会转入到应用方面.将癌基因、抑癌基因的作用机制的研究成果直接用来解决肿瘤的预测、诊断、规模预防和有效治疗上.自从上世纪60年代免疫学脱离微生物范畴而独立后,现在已完全进入了一个新的时代-----分子免疫学.而进展最快的MHC(或HLA)将对生物学和医学产生巨大的影响.肿瘤分子生物学的医学应用分子免疫学的医学应用干细胞生物学的发展和应用将再审生命.生命再造,定向发育,器官再生,疾病根治….这是研究和应用连接最紧的一例,是技术和经济结合最好的一例.拓扑生物学是为遗传、发育和进化理论的综合统一而诞生.遗传是传递和表达的本身,发育是表达的程序,进化是表达程序的时空差异.其本质都是DNA的时空调节造就了生命的四维构象.这样的学科整合一定是个必然.干细胞生物学的迅速发展相关连理论由分聚合建立神经肽、受体、离子通道、G蛋白及NGF的三维结构.(一级结构已经通过cDNA克隆技术得到阐明)进一部完善神经信号转导的分子进程、基本成员、信号整合、调控等概念.阐明神经信号在生物体内快速传导的分子机制.尽快走出研究的初始阶段.阐明脑神经回路的结构和信息处理的机制问题.这是神经生物学中最复杂的问题.探究思维、情感、学习、记忆等活动的分子基础.加快脑科学与信息科学、微电子技术、生物技术的结合,引领一场新的信息革命.分子生物学与神经生物学、脑科学的结合,将导致一场新的智能革命.大脑风暴将席卷全球.人体信息智能研究将高速发展现在,给大家介绍几个发展点……一群神秘的可塑细胞--干细胞3B与21世纪,还有技术人文遗传、发育和进化理论的统一中心法则的障碍及其疏通遗传学要迎来新一轮的发展染色体的结构将被重点回采内容一揽结语:我替大家列了几个21世纪生命科学的发展点,重不在掌握,而在关注.我们教书的,就是在关注着全局,以构成和调整着我们的教学新思想.最终是为了帮助我们的学生完成合意性的建构----知识和思维的应时性建构.20世纪的生命科学基因工程正式诞生DNA双螺旋结构的发现人类基因组计划的顺利实施195319731990合成生物学21世纪下一张伟大的人类基因组计划返回WhatisSyntheticBiologyA：thedesignandconstructionofnewbiologicalparts,devices,andsystemsB：there-designofexisting,naturalbiologicalsystemsforusefulpurposes设计重设计SyntheticBiology内涵•合成生物学是在现代生命科学和工程科学及系统科学的基础上发展起来的多学科交叉研究领域。•采用化学或者生物学合成DNA或者蛋白质等生物原件，通过工程化的鉴定形成标准化的元件库，创造具有全新特征或者增强了性能的生物模块，网络，体系，乃至整个生物体细胞，以满足人类的需要。•以传统的生物技术，如基因组技术为基础，是在传统技术上的工程化，并非像传统技术进行基因模拟，而是采用从头合成复杂体系的可验证技术，有三个基本要素：•采用标准化的生物元件•可设计生物学网络，调控装置，对部件进行理性的重组，设计，搭建•采用与现代生物技术和相关的物理化学知识与技术，人工优化系统，从头设计•与系统生物学关系：•系统生物学：自上而下的反向工程策略。•合成生物学：自下而上的正向工程策略合成生物学与工程学的关系工程学物理学化学生命科学合成生物学化学工程电子电气工程相得益彰相辅相成较为感性，欠缺严谨的工程化思想。理论学科，应用受限最大挑战：复杂生命系统能否被工程化层次层次一层次二层次三层次四层次五计算机工程物理层逻辑门模块计算机网络合成生物学蛋白质，基因……生化反应代谢途径细胞组织表1计算机科学与合成生物学之间可能的对应关系合成生物学的学科基础及应用范围合成生物学化学生物学工程科学物理学数学信息科学计算机科学生物计算应用生物质能生物传感生物材料精细化学食品原料生物医学环境修复合成生物学与系统生物学的关系相互作用网路高通量数据组分系统装置部件再设计系统生物学系合成生物学对现有系统的了解更加深入合成生物学的研究路径与方法采用工程化的策略，标准的生物原件，构建通用性的生物模块，有目的组装具有特定新功能人工生命系统。生命系统高度动态，灵活，非线性化，不可预测，复杂，具有特定性主要两条线路：一，新的生物元件，组件，系统的设计与建造二，对现有的天然系统重新设计路径科学背景目标技术生物工程工程学、生物技术是生物学跨入工程领域标准化，精确化的遗传工程合成基因组学分子生物学、化学底盘生物体DNA的合成原细胞合成生物学化学、生物化学合成细胞细胞的化学合成非天然的分子生物学化学、生物化学、分子生物学”平行生命“非天然的基因组合成及其对细胞的适应计算机模拟的合成生物学计算机科学、工程人工设计生命体计算机技术所有的合成生物学途径------------------------新的生物体、人工设计的生物体---------------------表2合成生物学的研究路径概览合成生物学的发展历程1911年1.最早出现在法国物理化学家StenphaneLeduc《生命机理》。2.“自生说”的物理化学翻版。3.因为科学发展水平的限制，超出理解范围，未得重视分子生物学飞速发展。双螺旋中心法则DNA重组基因表达调控模型提出并得验证雏形诞生。波兰，WaclawSzyblaski指出，停留在描述分子生物学阶段，我们现在必须进入合成生物学阶段，挑战才刚刚开始。这将是一个全新的应用领域，具有无限的发展潜力。设计更好的调控回路成为可能1980，Hobom开始用用合成身生物学的概念描述基因重组技术。PCRHGP2000，E.Kool重新定义合成生物学为基于系统生物学的遗传工程。合成生物学进入蓬勃发展的时期。各国科研投入呈指数上升，核心期刊发表相关论文亦如雨后春笋般增长，。1953-19731974年近40年2001-2010年各国合成生物学论文发表数量美国13492332356974101134英国01224811273441德国135516610241731日本653681416142513法国2373436142616中国012711741319-614345474941141342001200220032004200520062007200820092010年份论文数美国英国德国日本法国中国表32001-2010年各国合成生物学论文发表数量合成生物学与信息技术，纳米技术的交叉融合分子生物学基因技术基因组学合成生物学信息技术纳米技术1953年发现DNA双螺旋结构1947年晶体管发明1958年第一块集成电路问世1959年费曼提出纳米技术的概念1972年创立ＤＮＡ重组技术1986年《创造的机器》一文发表1990年首次启动人类基因组计划2001年人类基因组草图公布2005年生物块基金会建立2006年基因工程酵母产青蒿酸成功2010年首个人造生命诞生“人造生命”领域近10年的重要研究进展2002年2003年2005年2008年美国纽约州立大学Wimmer实验室制造了人类历史上第一个人工合成病毒—脊髓灰质炎病毒，开辟了利用已知基因组序列，不需要模板，化学合成全基因2003年，美国J.CraigVenter实验室合成全长5386bp的Ｘ174噬菌体基因组。美国麻省理工学院DrewEndy采用基因重构的方法对T7进行改造，并且存活，在不改变基因外部功能的情况下实现对基因组冗余序列的删除，证明了利用合成生物学技术重改生命系统是可行的Venter实验室合成全长582970bp的生殖道支原体全基因组。人工化学合成病毒细菌基因组均已实现。预示着人工合成，设计构建生命体基因组时代的到来2010年Venter在《科学》上撰文报道首例人工合成生命的诞生，首个“人类制造并且能够自我复制的新物种”。同年12月，合成生物学被科学评为2010年度十大科学突破之首一样的伟大？？？PK生命科学领域的希特勒？？主要步骤1.科学家选取一种名为丝状支原体的细菌，将它的染色体解码。然后利用化学方法一点一点地重新排列DNA2.将重组的DNA碎片放入酵母液中，令其慢慢地重新聚合。3.将人造DNA放入另外一个受体细菌中。通过生长和分离，受体细菌产生两个细胞，一个带有人造DNA，另外一个带有天然DNA。4.培养皿中的抗生素将带有天然DNA的细胞杀死，只留下人造细胞不断增生。5.几个小时之内，受体细菌内原有DNA的所有痕迹全部消失，人造细胞不断繁殖。新的生命诞生了。这种寄生在人体内却不引发疾病的细菌只有一条染色体，其中包含517个基因，是已知的基因组最小的生物。“生物模块搭建”领域近10年的重要研究进展Collins创建了典型基因回路-----基因双稳态回路。利用化学信号刺激细胞来诱导A基因的表达，从而抑制B基因的表达；而B基因的表达又会抑制A基因的表达。加州大学伯克利分校将改造的多个青蒿素合成基因导入酵母并使之产生青蒿素酸，对代谢途径进行改造和优化，使产量提高了若干数量级，具有工业化的发展潜力。同年，Endy和其他生物学家建立生物模块基金组织，鼓动本科生参加iGEM比赛。Collins开发了两种细胞计数器，能够用于细胞分裂次数统计或者研究某个发展阶段的顺序，也可用于制作生物传感器测量毒素含量.2008年，合成遗传时钟，可利用单个大肠杆菌的荧光蛋白闪烁计时。闪烁平率随环境条件变化的人改变。Hasty利用计算机模拟，设计在活细胞内发挥功能的小基因网络，通过自然的群体该应培养同步的大肠杆菌。设计了基因振荡器，逻辑门，发杂生物系统的模块化。2000年2006年2006年2010年表4合成生物学面临的挑战极可能的应对策略挑战说明应对策略无法准确描述组件生物组件是从编码特定蛋白质的DNA序列到能增强基因表达的基