生命科学前沿课程

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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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置,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。
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。
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：