PAGE1PAGE121世紀(jì)是生命科學(xué)的世紀(jì)摘要：以近20年(1989-2008)諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎以及化學(xué)獎中與生命科學(xué)有關(guān)的獎項(xiàng)資料[1,2]為依據(jù)論述了21世紀(jì)生命科學(xué)在自然科學(xué)中的領(lǐng)頭地位。同時,對21世紀(jì)生命科學(xué)的幾個重要研究領(lǐng)域進(jìn)行了評述,其中包括人類基因組計劃、基因組學(xué)與發(fā)育生物學(xué)的關(guān)系、基因組學(xué)與生物進(jìn)化及生命起源的關(guān)系、生物信息學(xué)的作用和地位,以及現(xiàn)代生物技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用對21世紀(jì)人類生活的影響。關(guān)鍵詞：生命科學(xué);生物技術(shù);基因組計劃;生物信息學(xué);基因組學(xué)1世紀(jì)之交,生命科學(xué)在自然科學(xué)中的地位決定了21世紀(jì)是生命科學(xué)的世紀(jì)20世紀(jì)是自然科學(xué)發(fā)展史上最輝煌的時代。進(jìn)入20世紀(jì)以來,科學(xué)技術(shù)的發(fā)展無論在深度還是廣度上,都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了過去幾千年的總和。其間,相對論、量子理論的提出及其產(chǎn)生的影響,使得人們不得不承認(rèn)20世紀(jì)是物理學(xué)的世紀(jì)。然而,在20世紀(jì)50年代初所建立的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的指導(dǎo)和引發(fā)下,近50年來生命科學(xué)在分子水平上取得了長足發(fā)展。特別是在20世紀(jì)的最后20年中,生命科學(xué)的迅猛發(fā)展更加令世人矚目。正在運(yùn)行中的人類基因組計劃標(biāo)志著生命科學(xué)已進(jìn)入大科學(xué)時代,已成為當(dāng)前全球關(guān)注的熱點(diǎn);1997年宣布的體細(xì)胞克隆綿羊多利的克隆成功是20世紀(jì)自然科學(xué)最激動人心的科研成果之一[3];利用基因技術(shù)培育的轉(zhuǎn)基因食品已擺上了普通百姓的餐桌;基因療法已開始用于挽救患者的生命,隨著生命科學(xué)的發(fā)展,在不久的將來,世界還將會有更多的奇跡出現(xiàn)。[4]美國科學(xué)信息研究所出版的ScienceWatch每年都要公布一次全世界最熱門的研究項(xiàng)目。1995年和1996年中,除各有一項(xiàng)外全為生命科學(xué)項(xiàng)目,1997年所列的16個項(xiàng)目則全部為生命科學(xué)所囊括。作為反映當(dāng)今世界科學(xué)進(jìn)展的權(quán)威刊物,美國的Science周刊每年都要評出本年度世界十大科學(xué)進(jìn)展,同時對下年度的科學(xué)發(fā)展作出預(yù)測。在1997、1998和1999年的評選結(jié)果中,共有一半以上的成果被生命科學(xué)領(lǐng)域占據(jù)。其中,干細(xì)胞研究更是雄居1999年度榜首。作為反映科學(xué)研究水平的權(quán)威統(tǒng)計,SCI(ScienceCitationIndex,科學(xué)引文索引)共收錄全世界4623種科技刊物,其中,影響因子最高的前50種刊物就有43種(占86%)為生命科學(xué)刊物。在20世紀(jì)的前半葉,由于物理學(xué)和化學(xué)向生命科學(xué)領(lǐng)域的滲透,極大地推動了生命科學(xué)的發(fā)展,使生命科學(xué)由器官、組織、細(xì)胞水平發(fā)展到分子水平,而20世紀(jì)后半葉,分子生物學(xué)的飛速發(fā)展又反過來為物理學(xué)、化學(xué)、計算機(jī)科學(xué)和眾多的應(yīng)用科學(xué)提供了用武之地,一個以生命科學(xué)為核心,多學(xué)科協(xié)同攻關(guān)的自然科學(xué)新時代已經(jīng)來臨[5]。因此,許多世界著名的科學(xué)家紛紛發(fā)表評論,公認(rèn)21世紀(jì)是生命科學(xué)的世紀(jì)、人類已經(jīng)走進(jìn)生命科學(xué)世紀(jì)。21世紀(jì)生命科學(xué)的幾個重要研究領(lǐng)域2.1人類基因組計劃是21世紀(jì)生命科學(xué)的敲門磚人類基因組計劃(HumanGenomeProject,HGP)是20世紀(jì)生命科學(xué)中最宏偉的計劃,其全稱是人類基因組作圖和測序計劃。其總的目的是以美國為主,通過國際合作,在15年(1990-2005年)內(nèi)由美國政府投資30億美元,完成人基因組23對染色體上約10萬個基因的作圖(包括遺傳圖和物理圖)和DNA全長的測序,并進(jìn)一步研究生物學(xué)和醫(yī)學(xué)上有重要意義的基因的結(jié)構(gòu)和功能[6]。該計劃自1990年正式實(shí)施以來,通過全球科學(xué)家的努力,取得了出乎意料的迅速發(fā)展。1996年,人類基因組遺傳圖和物理圖已基本完成,并進(jìn)入大規(guī)模測序階段。到1999年6月已完成了人類基因組5%的測序,1999年底,由美、英、日三國科學(xué)家組成的研究小組測定了人體第22對染色體所有堿基對的準(zhǔn)確位置。該對染色體是人體23對染色體中最小的一對,上面共有大約6000萬個堿基對,存在與神經(jīng)纖維肉瘤等遺傳性疾病有關(guān)的基因。破譯出它的遺傳密碼,將有助于找到一些遺傳性疾病的治療方法。這一激動人心的研究進(jìn)展一經(jīng)公布,立即引起生物學(xué)界的歡呼雀躍,被中國科學(xué)家評為1999年度世界十大科技進(jìn)展之首。另據(jù)2000年2月20日5科學(xué)時報報道,1999年9月,中國科學(xué)院遺傳研究所人類基因組中心獲準(zhǔn)參與HGP,負(fù)責(zé)測定人類基因組全部序列的1%,具體是第3號染色體上約30萬個堿基對的序列。這使我國成為參與這一計劃的唯一發(fā)展中國家。至今,測序任務(wù)已經(jīng)完成過半,已將1400萬個堿基對的數(shù)據(jù)遞交給國際基因數(shù)據(jù)庫。據(jù)報道,由于國際學(xué)術(shù)界的共同努力,2001年公布了人類基因組圖譜及初步分析結(jié)果[7]。在對人類基因組進(jìn)行大規(guī)模測序的同時,新基因,特別是有關(guān)重大疾病基因和重要功能基因的分離、鑒定的工作也在緊鑼密鼓地開展起來。一些重要功能基因和重大疾病基因(如神經(jīng)性耳聾基因、糖尿病基因、腫瘤基因、衰老相關(guān)基因等)已被克隆。隨著人類基因組作圖和測序計劃的完成,更為艱巨的任務(wù)是闡明基因組功能。這首先需要了解細(xì)胞的全部基因表達(dá)譜和蛋白質(zhì)譜及其調(diào)控機(jī)制。分子生物學(xué)研究的重點(diǎn)也將從基因組轉(zhuǎn)到蛋白質(zhì)組。在方法學(xué)上也需要很大的突破,創(chuàng)造出高效、快速、能同時檢測成千上萬的基因活動的方法。在這種形勢下,已經(jīng)有人提出生物學(xué)已進(jìn)入后基因組時代或功能基因組時代。如果把人類基因組的核苷酸序列全部打印出來,就將達(dá)百萬頁之多[7],將相當(dāng)于幾百卷百科全書的厚度,如果進(jìn)一步將其中最重要的編碼人體的蛋白質(zhì)(約十萬種)的所有基因全部都鑒定出來,再進(jìn)一步分析、測定所有蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能,這將需要幾代人甚至十幾代人的不斷奮斗,這將是人類歷史上無與倫比的偉大壯舉。這一宏偉工程的完成,將揭示有關(guān)人體生長、發(fā)育、衰老、患病和死亡的秘密,最終將對人類社會產(chǎn)生不可估量的影響。此外,值得一提的是,我國參加HGP國際合作的時間雖晚,承擔(dān)的任務(wù)不大,但在科學(xué)界的倡議下,國家自然科學(xué)基金委員會先后在1993年和1998年組織了中華民族基因組中若干位點(diǎn)基因結(jié)構(gòu)的研究等兩項(xiàng)國家自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目。國家863計劃以及國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃也從不同的角度對中國的HGP進(jìn)行了資助,已經(jīng)制訂了根據(jù)中國人群資源優(yōu)勢的特點(diǎn),突出基因組多樣性和疾病基因識別,并圍繞這兩方面目標(biāo)引進(jìn)和發(fā)展人類基因組研究新技術(shù)的基本戰(zhàn)略,成立了以上海醫(yī)科大學(xué)附屬瑞金醫(yī)院陳竺教授為首的國家人類基因組南方研究中心,建立了全國性的遺傳資源收集、保存網(wǎng)絡(luò),引進(jìn)和建立了包括遺傳和物理作圖,較大批量DNA測序、基因定位、克隆、突變檢測和生物信息學(xué)等在內(nèi)的較完整的基因組研究體系。在人類基因組多樣性方面,大規(guī)模地采集了我國多民族人群的DNA樣品,對包括臺灣高山族在內(nèi)的中國南、北方30個不同民族、人群的源流關(guān)系進(jìn)行了系統(tǒng)分析,并與國際上的15個參考人群進(jìn)行了比較,得出了中華民族