生命科学前沿课程

生命科学前沿课程

邹琪启明生物U201014975

高考后，在录取通知书里，我看到了学校关于启明学院这个拔尖创新人才培养地的考试选拔通知，而我有3个选择——材料类创新试验班、基础学科生物实验班、基础学科物理实验班。看到生物两个字，我突然找到了一种方向感，因为我从小就对大自然感兴趣，常常在自家后院里摆弄一些花花草草、翻开墙角的砖头来观察、解剖各种奇异的虫。在生物学科的理论学习上，我也不觉枯燥，因为它常常让我将知识与实际联系起来，让我觉得只有学像生物这样的学科才能为现实乃至整个社会有所贡献。天隧人愿，我成功地考上了启明生物实验班，在这里，听了闫云君等教授的精彩讲座后，更是对生物学的爱一发不可收拾。生命科学前沿课程一共八讲，给予了我们对生物学各个分支的一些了解，展现了我们华科大研究团队对于生物研究的美好前景。

第一讲中国生物技术创新战略与发展政策第一节课，我坐在第一排最靠近闫教授的位子上，深深地被他的活力和对生物学的热情所打动。他讲到了学校关于启明学院的重视，寄予了我们殷切地期望。闫教授还结合自己学生时代的刻苦努力告诫我们要珍惜时间、学会自主学习、能吃苦、单纯地生活。为我们量身定制的是“1+3”的模式，即在大二时就可以有自己的导师进行实地的创新生物研究，本科毕业前要在SCI上发表文章。我们有良好的资源，而与此同时，我们需要付出比常人多得多的努力。闫教授还教导我们，在本科阶段，我们的目标是：①构架理论体系；②建立基本的动手能力；③培养创新能力；④做一个好人。

一番谆谆教诲后，闫教授进入了课题——中国生物技术创新战略与发展政策。其主要内容包括：

1.生物技术创新引领现代生物经济蓬勃发展：

例如，医药生物技术创新、农业生物技术创新、工业生物技术创新。

2.生物技术创新推动疾病预防、诊断与治疗手段的变革，孕育新的医学革命：

重大传染疾病疫苗的开发确保人类健康和安全；

重大疾病分子分型和个体化诊疗引领个性化医学发展；

生物技术药物研发风起云涌，产业化日新月异。

3.生物技术发展显示勃勃生机和活力：

基因组和蛋白质组研究——生物产业发展的战略要地；

生物芯片——基因组研究与新药开发的有力工具；

生物信息技术——生命密码破译和技术产业化的必由之路；

干细胞技术——潜力无限、应用前景广阔；

RNA干涉技术——显现巨大发展潜力；

脑科学——被纳入世界科技发展的战略方向。

4.组学研究成功推动生物技术发展的核心动力：

ENCODE（DNA元件百科全书）计划；

人类基因组单体型图（Hap Map）计划；

癌症基因组计划；

人体肝脏蛋白质组计划；

日本“蛋白质3000”计划。

5.干细胞与组织工程技术异军突起，加速再生医学形成发展。

6.生物资源在生物科技创新中的源头作用更加凸显生物技术第三次浪潮应运而生。

另外，闫教授还提到了一些重大方向，为我们提供了更广阔的学习和选择空间：例如，基因组学、转基因技术、干细胞与克隆、药物创新体系、生物信息学、生物芯片、龙作物杂种优势利用、现代农业节水技术等。它们应用广泛，在环境、农业、医药业等领域有着巨大的发展前景。

最后，闫教授还和我们分享了生物技术创新战略与思路。首先，他谈到了基础的优势：国家高度重视生物技术发展，国家经费投入持续增长，国际地位不断上升。但大力发展生物技术也存在着制约因素，因为国内的领军人才相对不足，发展资金仍然匮乏，科技成果转化率低，产业聚集度不高。当然，这也是我们以后努力的方向。我们得向外国借鉴，在此基础之上，发展自己的创新道路，走出自己的特色，引领国际生物技术的潮流。

第二讲基因工程与生物安全

在第二讲中，教授何光源向我们介绍了基因工程与乘务安全的相关知识。何教授提出，生物安全的产生是由现代生物技术作为非常规育种方法的特点所决定的。已有的研究及监测表明，生物技术可能对生物多样性、生态环境和人体健康等多方面产生负面影响。如果处理不当，生

物技术的发展会受到严重阻碍，其作用将难以发挥。基因工程是以分子遗传学为理论基础，以分子生物学和微生物学的现代方法为手段，将不同来源的基因（DNA分子），在体外构建杂种DNA分子，然后导入活细胞，以改变生物原有遗传特性、获得新品种、生产新产品。在高中，我们就见识到了基因工程的魅力——运用基因工程技术可以培养优质、高产、抗性好的农作物、家禽家畜的新品种。在环境方面，利用基因工程培育的指示生物年那个十分灵敏地反映环境污染的情况。而用基因工程制造的胰岛素，成本低、产量相对较大，为传统治疗糖尿病带去了福音。

以下是基因工程发展的重大事迹：

1860至1870年奥地利学者孟德尔根据豌豆杂交实验提出遗传因子概念，并总结出孟德尔遗传定律。

1909年丹麦植物学家和遗传学家约翰逊首次提出“基因”这一名词，用以表达孟德尔的遗传因子概念。

1953年美国人沃森和英国人克里克通过实验提出了DNA分子的双螺旋

模型。

1980年科学家首次培育出世界第一个转基因动物转基因小鼠。

1983年科学家首次培育出世界第一个转基因植物转基因烟草。

1988年K.Mullis发明了PCR技术。

1990年10月被誉为生命科学”阿波罗登月计划”的国际人类基因组计划启动。

1944年3位美国科学家分离出细菌的DNA（脱氧核糖核酸），并发现DNA 是携带生命遗传物质的分子。

然而，基因工程是把双刃剑，我们不得不承认，它有极其重要的应用价值，但也有不可忽略的潜在危险。基因工程可以引起转基因食品的安全问题，并且，人类基因组的研究正引发新的伦理、社会、哲学等发面的问题。所以，我们必须正确学习、对待和应用基因工程技术，让它更好地为人类事业服务，把负面影响降到最低。

最后，何教授还向我们提供了创新学习的思路——首先，要自信，“自信人生二百年，会当水击三千里”。第二，要有兴趣，只有这样才有动力，才有激情，才能做得更好。第三，要有恒心，“恒心架起通天路，勇气吹开智慧门”。第三，要有正确的态度，在学习工作中要尽量减少失误。最后，要善于规划，要有通观全局的思考，明白自己要什么，然后为自己的终极目标搭建阶梯，一步一步，脚踏实地，勇往直前。

第三讲复合酶生物柴油制备及酶法

众所周知，我国是个石油净进口国，石油储量又很有限，大量进口石油对我国的能源安全造成威胁。而生物柴油具有可再生、清洁和安全三大优势。发展生物柴油，我国有十分丰富的原料资源。我国幅员辽阔，地域跨度大，水热资源分布各异，能源植物资源种类丰富多样，主要的科有大戟科、樟科、桃金娘科、夹竹桃科、菊科、豆科、山茱萸科、大风子科和萝摩科等。

生物柴油是指以油料作物、野生油料植物和工程微藻等水生植物油脂以及动物油脂、餐饮垃圾油等为原料油通过酯交换工艺制成的可代替石化柴油的再生性柴油燃料。生物柴油是生物质能的一种，它是生物质利用热裂解等技术得到的一种长链脂肪酸的单烷基酯。生物柴油是含氧量极高的复杂有机成分的混合物，这些混合物主要是一些分子量大的有机物，几乎包括所有种类的含氧有机物，如：醚、酯、醛、酮、酚、有机酸、醇等。

为解决石油短缺问题，生物酶法合成生物柴油开始登上历史的舞台，即用动物油脂和低碳醇通过脂肪酶进行转酯化反应，制备相应的脂肪酸甲酯及乙酯。由于利用物酶法合成生物柴油具有反应条件温和、醇用量小、无污染物排放等优点，具有环境友好性，因而日益受到人们的重视。

生物柴油的优点

1.具有优良的环保特性。主要表现在由于生物柴油中硫含量低，使得二氧化硫和硫化物的排放低，可减少约30%(有催化剂时为70%)；生物柴油中不含对环境会造成污染的芳香族烷烃，因而废气对人体损害低于柴油。检测表明，与普通柴油相比，使用生物柴油可降低90%的空气毒性，降低94%的患癌率；由于生物柴油含氧量高，使其燃烧时排烟少，一氧化碳的排放与柴油相比减少约10%(有催化剂时为95%)；生物柴油的生物降解性高。

2.具有较好的低温发动机启动性能。无添加剂冷滤点达-20℃。

3.具有较好的润滑性能。使喷油泵、发动机缸体和连杆的磨损率低，使用寿命长。

4.具有较好的安全性能。由于闪点高，生物柴油不属于危险品。因此，在运输、储存、使用方面的安全性又是显而易见的。

5.具有良好的燃料性能。十六烷值高，使其燃烧性好于柴油，燃烧残留物呈微酸性，使催化剂和发动机机油的使用寿命加长。

6.具有可再生性能。作为可再生能源，与石油储量不同，其通过农业和生物科学家的努力，可供应量不会枯竭。

7.无须改动柴油机，可直接添加使用，同时无需另添设加油设备、储存设备及人员的特殊技术训练。

8.生物柴油以一定比例与石化柴油调和使用，可以降低油耗、提高动力性，并降低尾气污染。

生物柴油的优良性能使得采用生物柴油的发动机废气排放指标不仅满足目前的欧洲II号标准，甚至满足随后即将在欧洲颁布实施的更加严格的欧洲Ⅲ号排放标准。而且由于生物柴油燃烧时排放的二氧化碳远低于该植物生长过程中所吸收的二氧化碳，从而改善由于二氧化碳的排放而导致的全球变暖这一有害于人类的重大环境问题。因而生物柴油是一种真正的绿色柴油。

生物柴油的缺点

一是以菜籽油为原料生产的生物柴油成本高，据统计，生物柴油制备成本的75%是原料成本。因此采用廉价原料及提高转化从而降低成本是生物柴油能否实用化的关键。

二是用化学方法合成生物柴油有以下缺点：

工艺复杂、醇必须过量，后续工艺必须有相应的醇回收装臵,

能耗高,设备投入大；色泽深，由于脂肪中不饱和脂肪酸在高温下容易变质；酯化产物难于回收，回收成本高；生产过程有废碱液排放。

第四讲纳米药物研究进展

一种新技术正在引导21世纪一系列高新技术的产生与发展，即纳米技术。然而，它在药物研究领域也有巨大的影响：它可以使药物的生产实现低成本、高效率、自动化和大规模，进而将药物的作用过度到实现器官靶向、高效、低毒。因此，纳米药物的研究已经成为现代医学发展的重要方向之一。

一些新型的纳米药物正在凸显它不可取代的优势。例如，某些新型抗癌药物，在进行治疗时，用纳米颗粒作为抗癌药物的载体来穿透过这些缝隙到达肿瘤组织内部。这样不仅可以调控输送过程，还可以在药物上接入一些靶向分子和特异分子来增强靶向特异性，达到高效低毒的目的。与传统的分子药物相比，纳米药物的最大优点在于：纳米药物

利用纳米颗粒的小尺寸效应，容易进入细胞而实现高效；纳米药物的比表面积大，可链接或载带的功能基团或活性中心多；纳米材料的性能优越，便于生物降解或吸收；纳米颗粒所具有的多孔、中空、多层等结构特性，易于实现药物的缓控释放等功能。目前的纳米药物可分为两类：一类是利用纳米技术改良传统的分子药物，比如研发具有精确表面模式的纳米颗粒载体、通过药物靶向试剂来携带已有的药物，实现靶向输送、降低毒副作用、提高难溶性药物的溶解度等；二是全新的纳米药物，如利用崭新的纳米结构或纳米特性，发现基于新型纳米颗粒的高效低毒的治疗或诊断药物。前者其实是对传统药物的改良，而后者强调的是把纳米材料本身作为药物。

第五讲微生物

高中时，我们学习了微生物是一切肉眼看不见或看不清的微小生物的总称。形体微小，结构简单，通常要用光学显微镜和电子显微镜才能看清楚的生物，统称为微生物。（但有些微生物是可以看见的，像属于真菌的蘑菇、灵芝等。）个体微小,一般小于0.1mm。构造简单,有单细胞的,简单多细胞的,非细胞的。进化地位低,大多依靠有机物维持生命。大体来说，微生物可以分为3类——原核类: 三菌,三体。三菌：细菌、蓝细菌、放线菌三体：支原体、衣原体、立克次氏体。真核类: 真菌,原生动物,显微藻类。非细胞类: 病毒,亚病毒( 类病毒,拟病毒,朊病毒)。作为微生物，它具有一般生物不具有的独特特点——体积小,面积大；吸收多,转化快；生长旺,繁殖快；适应强,易变异；分布广,种类多。

微生物可以说是无处不在的，这个类群多达几万种，大多数是对人类有益的，比如我们人体内的大肠杆菌，缺了它我们可是无法健康生活的。而也有一小部分对人体是有害的。有害主要是体现在导致传染病的流行，研究表明，在人类疾病中有50％是由病毒引起的。而大量的广谱抗生素的滥用造成了强大的选择压力，使许多菌株发生变异，导致耐药性的产生，人类健康受到新的威胁。一些分节段的病毒之间可以通过重组或重配发生变异。任何事物都有好有坏，令人庆幸的是，微生物自古以来就对人类做了很多贡献。例如，有些微生物可以用来生产奶酪、面包、泡菜、啤酒和葡萄酒。弗莱明从青霉菌抑制其它细菌的生长中发现的青霉素对医药界来讲具有划时代的意义。从放线菌等的代谢产物中筛选出来的抗生素在第

二次世界大战中挽救了无数人的生命。一些微生物被广泛应用于工业发酵，生产乙醇、食品及各种酶制剂等；一部分微生物能够降解塑料、处理废水废气等等，并且可再生资源的潜力极大。

从进化的角度，微生物是一切生物的老前辈。如果把地球的年龄比喻为一年的话，则微生物约在3月20日诞生，而人类约在12

月31日下午7时许出现在地球上。相对于微生物，我们就是婴儿，对微生物这个历史悠久类群的研究我们要走的路还很多。

第六讲生物影像

生物影像是由华中科技大学副校长骆清铭教授讲授的。骆教授看起来很年轻，但是有着与同龄人不一般的成就，但他为人谦虚。那堂课，让我见识了很多，也学到了很多。

医学影像是指为了医疗或医学研究，对人体或人体某部份，以非侵入方式取得内部组织影像的技术与处理过程，是一种逆问题的推论演算，即成因(活体组织的特性)是经由结果(观测影像信号)反推而来。1895年德国物理学家威廉〃康拉德〃伦琴发现X 射线(一般称X 光)以降，开启了医学影像崭新的一页，在此之前，医师想要了解病患身体内部的情况时，除了直接剖开以外，就只能靠触诊，但这两种方法都有一定的风险。所以说，生物影像是眼睛在多位尺度的延伸，为疾病等的诊断与治疗有着十分积极的作用。

医学影像发展至今，除了X 射线以外，还有其他的成像技术，并发展出多种的影像技术应用。关于X射线，已经在血管摄影、心血管摄影、电脑断层扫描、牙齿摄影、萤光透视镜、乳房摄影术、X 光片等方面有所建树了。另外，还有一些，例如：伽马摄影、核磁共振成像、磁共振成像、医学超音波检查、内视镜、萤光血管显影术、热影像技术等。

此时，我想到了我之前身体不好，得了胃病，然后去医院做胃镜，那真是一个痛苦的过程。如果，生物影像以后发展成熟了，成本降低了，将会更好地服务人民。

第七讲现代生物技术

现代生物技术主要包括现代的生物工程技术——基因工程、蛋白质工程、细胞工程、发酵工程。现代生物学技术是在分子生物学的基础上发展而来的。1953年，美国科学家沃森和英国科学家克里克用Ｘ－衍射法搞清了遗传的物质基础核酸的结构，从而使揭开生

命秘密的探索从细胞水平进入了分子水平。现代生物技术以分子生物学、细胞生物学、微生物学、免疫学、遗传学、生理学、系统生物学等学科为支撑，结合了化学、化工、计算机、微电子等学科，从而形成了一门多学科互相渗透的综合性学科。现代生物技术是由以前的研究型向现在的应用性发展。比如，以前是通过生物技术的手段去研究染色体上某位点基因的功能，而现在，则是在以前的基础上对这个基因进行改良或者创造新的基因来完善或加强生物的某些功能。也就是说，现代生物技术从根源解决问题，更有前瞻性。

第八讲生物芯片

生物芯片一般指高密度固定在互相支持介质上的生物信息分子（如基因片段、CDNA片段或多肽、蛋白质）的微阵列杂交型芯片，阵列中每个分子的序列及位臵都是已知的，并且是预先设定好的序列点阵。生物芯片具有高通量、微型化、自动化的特点。生物芯片按固定在载体上的物质成分可以分为基因芯片、蛋白质芯片、细胞芯片、组织芯片等。生物芯片主要运用在疾病检测领域。用基因芯片进行的表达水平检测可自动、快速地检测出成千上万个基因的表达情况。从正常人的基因组中分离出DNA与DNA芯片杂交就可以得出标准图谱。从病人的基因组中分离出DNA与DNA芯片杂交就可以得出病变图谱。通过比较、分析这两种图谱，就可以得出病变的DNA信息。利用基因芯片可以分析用药前后机体的不同组织、器官基因表达的差异。利用基因芯片技术对患者先进行诊断，再开处方，就可对病人实施个体优化治疗，从而避免副作用。

生物芯片从上世纪90年代开始发展，一直属于尖端科学，我国生物芯片研究始于1997~1998年间，在此之前生物芯片技术在我国还是空白。尽管起步较晚，但是我国生物芯片技术和产业发展迅速，实现了从无到有的阶段性突破，并逐步发展壮大。据有关资料表明，在市场销售方面，2004年国内市场分额为2亿元，约占全球市场的2％左右。在激烈的国际竞争中，我国生物芯片产业不仅实现了跨越式的发展，而且已经走出国门，成为世界生物芯片领域一股强大的力量。例如我国科学家自主研制的激光共焦扫描仪向欧美、韩国等地区的出口订单已经达到百台级规模，实现了我国原创性生命科学仪器的首次出口，未来三年将保持更高速度的增长，这标志着我国生物芯片企业正式迈入国际领先者行列，也使生物芯片北京国家工程研究中心进入国际市场的产品达到了

5 种。

我的感触

听了八个讲座，我获益匪浅。生物学真是一个涉及广泛，渗透到我们生活各个方面的学科。多姿多彩的生物学世界让我更加坚定了自己的步伐，立志要在此有所建树。

在生物学的各个分支里，我最感兴趣的是基因工程和核移植技术、细胞拆合技术等。这还是得从高中学习生物说起，书上将限制性内切酶描述成“基因的剪刀”，而将DNA连接酶描述成“基因的针线”，这种神奇的技术竟然将我们生活中缝缝补补联系进来，并真的取得了预期的形状结合的效果。这种改良性状的方法克服了远缘杂交不亲和的障碍。如果不是真的看到了抗虫棉等的成功培育，我还以为这真只是一个梦而已。自此，我明白了，学生物要敢想敢做，生物就是创造奇迹的。另外，我也对核移植技术和细胞拆合技术感兴趣，这就得从克隆羊多利说起，多利羊虽然培育成功了，但是它早夭了，这不免说明克隆技术还有需要改进的地方。所以我希望以后有机会从事这方面的研究，克隆出与正常生物一样的个体或器官，为人类疾病的诊疗等作出贡献。

为我们讲座的老师个个都是能人，我会珍惜机会，努力提高自己各方面的能力，向老师们学习，做一个学有所成的人。