人類在生物技術方面的探索有哪些

1. 目前生物科技有哪些先進技術

目前生物科技有什麼最新發展成果

1.我國科學家發現阿爾茨海默症致病的新機制
2006年11月19日，國際著名學術期刊《自然·醫學》網路版在線發表了中國科學院上海生命科學研究院生物化學與細胞生物學研究所研究組關於β澱粉樣蛋白產生過程新機制的最新研究成果。這項成果揭示了阿爾茨海默症致病的新機制，並且提示β2-腎上腺素受體有可能成為研發阿爾茨海默症的治療葯物的新靶點。

2.我國抗糖尿病新葯研究取得開創性進展
中科院上海葯物所科學家2006年在非肽類小分子胰高血糖素樣肽-1受體激動劑的研究領域取得了重要進展，相關成果於2007年元月第一周發表在國際權威科學期刊《美國科學院院刊(PNAS)》網路版上。美國科學院院刊編輯部在向媒體的書面新聞發布中指出，這類口服有效的非肽類小分子激動劑有可能成為糖尿病、肥胖症和其他相關代謝性疾病的一種新型療法。

3.揭示果蠅記憶奧秘，探索記憶的神經生物學基礎
中科院生物物理研究所研究組關於果蠅的最新研究成果，揭示了果蠅的腦中並不存在一個通用的記憶中心，而是不同感覺記憶儲藏在不同的區域里，並且像人類能記住圖像的高度、大小、顏色等不同參數一樣，果蠅的圖像記憶也有對應的不同參數。通過對果蠅記憶基因的研究，可進一步運用到小白鼠、哺乳動物甚至人類身上，從而解決人類失眠、老年痴獃等精神性疾病。

4.飲用水質安全風險的末端控制技術與應用
為及時評價水質狀況及應對突發事件，中科院生態環境研究中心和中科院廣州地球化學研究所合作開發出適合末端水質監控的生物在線監測與預警技術，建立並完善生物毒性測試方法，在分子、細胞水平上形成一套適用於水質評估的技術體系。研究中開發的關鍵技術擁有自主知識產權，共產生發明專利22項，發表論文61 篇，其中SCI收錄論文23篇。

5.美國科學家制出「仿生眼」助盲人恢復視力
美國科學家說，將可在兩年內提供「仿生眼睛」植入手術，幫助數百萬盲人恢復視力。
美國的研究人員已獲准於兩年內在五個治療中心為50到70名病人安裝這種「仿生眼睛」。
以希臘神話中百眼巨人阿古斯（Agrus）命名的「阿古斯二型」系統利用一個安裝在眼鏡上的照相機，把視覺信號傳送到眼睛裡的電極。
以前接受不夠先進的人工視網膜移植手術的病人能夠「看到」 光線、影像和物體的運動。但圖像不夠清晰。
一名失明者在1999年接受了這種手術，現在他上街時能夠避開長的或較低的樹枝，但看人時好像是看到一團黑影。
不過美國加州大學的科學家說，他們研造的「仿生眼睛」嘗試從相機取得實時的圖像，然後把它們變成微弱的電信號，輸送到一個接收器後，在通過電極，刺激視網膜的視覺神經向大腦發出信號，讓失明者能夠「看到」景物。
這種新的裝置比傳統的人工視網膜更細小，但擁有多達60個電極，使解像度更高。而且面積只有一平方毫米，植入手術也更容易。

2. 在我們的生活中，生物技術主要有哪些方面的應用試舉例說明。

醫療領域：在目前這方面的研究受到極大的注目。像是幹細胞應用於再生醫學領域，如人工臟器、神經修復等。或是以蛋白質結構解析數據，對於功能性區域（domain）來開發相對應的抑制劑（如：酵素抑制劑）。利用微陣列核酸晶片，或是蛋白質晶片，尋找致病基因。或是利用抗體技術，將毒素送入具有特殊標記的癌細胞。或利用基因轉殖技術，進行基因治療等。基因治療（gene therapy）利用分子生物學方法將目的基因導入患者體內，使之表達目的基因產物，從而使疾病得到治療，為現代醫學和分子生物學相結合而誕生的新技術。基因治療作為新疾病治療的新手段，給一些難治疾病的根治帶來了光明。
農學食糧：人口快速膨脹，食糧問題正是生物技術應用的切入點。在基因轉殖農作物的開發下，除了轉殖進入抗蟲害基因、抗凍基因外，例如含有維生素A的稻米也問世。在有限耕地下，轉殖農作物解決了品質上的問題。除此之外，觀賞用的花卉等，也靠著組織培養的技術，將高品質的花卉復制生產，提高花卉價值。著名的像是台灣的蝴蝶蘭。另外，經過遺傳工程技術，能產生凝血因子的乳牛也提供醫療用途。生物肥料（biofertilizer）主要利用微生物技術製作的肥料種類。生物肥料不僅給作物提供養料、改善品質、增強抗寒抗蟲害能力、還改善土壤通透性、保水性、酸鹼度等理性化特性，可為作物根系創造良好生長環境，從而保證作物的增產。生物農葯（biopesticide）利用微生物、抗生素和基因工程等產生有殺滅蟲病效果的毒素物質，生產出廣譜毒力強的微生物菌株製作而成的農葯。它的特點有：1.不像化學農葯般見效快，但效果持久。2.與化學農葯比，害蟲難以產生抗葯性。3.對環境影響小。4.對人體和作物的危害性小。5.使用范圍和方法有限制；等等。
軍事科技：基因工程武器（genetic engineering weapon）簡稱基因武器，例子有：插入眼鏡蛇毒液基因的流感病毒和含有炭疽病毒的大腸桿菌。基因武器的特點是：1.生產成本低、殺傷力大、作用時間長。2.對方使用難發現、難預防、難治療。3.使用方肌丹冠柑攉紡圭屍氦建法簡單，施放手段多。4.只傷害人，不破壞武器裝備、設施。5.一旦使用會產生強烈的心理威懾作用。
工業應用：在工業上，利用工業菌種的特殊代謝路徑，來替代一些化學反應。除了專一性提高，也在常溫常壓下，節約能源。也由於專一性高，產生的廢棄物量低，也因此被稱為綠色工業。
環境保護：當環境受到破壞，可以利用生物技術的處理方式，讓環境免於第二次受害。生物具有高度專一性，能針對特殊的污染源進行排除。例如運輸原油的郵輪，因事故，將重油污染海域，而利用分解重油的特殊微生物菌株，對於重油進行分解，代謝成環境可以接受的短練脂肪酸等，排解污染。此外，土壤遭受重金屬污染，亦可利用特定植物吸收污染源。

3. 生命科學近年來有哪些新技術

NO.1

SARAH TEICHMANN: Expand single-cell biology（擴展單細胞生物學）

Head of cellular genetics, Wellcome Trust Sanger Institute, Hinxton, UK.

在過去的十年裡，我們看到研究人員可以分析的單細胞數量大幅增加，隨著細胞捕獲技術的發展，結合條形碼標記細胞和智能化技術等方法，在未來數量還將繼續增加，對此，大家可能不以為然，但這可以讓我們以更高的解析度來研究更為復雜的樣品，我們可以做各種各樣的實驗。比如說，研究人員不再只關注一個人的樣本，而是能夠同時觀察20到100個人的樣本，這意味我們能夠更好的掌握人的多樣性，我們可以分析出更多的發展時間點，組織和個體，從而提高分析的統計學意義。

我們的實驗室最近參與了一項研究，對6個物種的250000個細胞進行了分析，結果表明，控制先天免疫反應的基因進化速度快，並且在不同物種間具有較高的細胞間變異性，這兩個特徵都有助於免疫系統產生有效的微調反應。

我們還將看到在單個細胞中同時觀察不同基因組模式的能力發展。例如，我們不局限於RNA，而是能夠看到染色質的蛋白質-DNA復合物是開放還是封閉。這對理解細胞分化時的表觀遺傳狀態以及免疫系統和神經系統中的表觀遺傳記憶具有重要意義。

將單細胞基因組學與表型關聯的方法將會發生演變，例如，將蛋白質表達或形態學與既定細胞的轉錄組相關聯。我認為我們將在2019年看到更多這種類型的東西，無論是通過純測序還是通過成像和測序相結合的方法。事實上，我們已經見證了這兩種技術的一種融合發展：測序在解析度上越來越高，成像也越來越多元化。

NO.2

JIN-SOO KIM: Improve gene editors(改進基因編輯)

Director of the Center for Genome Engineering, Institute for Basic Science, and professor of chemistry, Seoul National University.（首爾國立大學基因學研究所基因組工程中心主任、化學教授。）

現如今，蛋白質工程推動基因組工程的發展。第一代CRISPR基因編輯系統使用核酸酶Cas9，這是一種在特定位點剪切DNA的酶。到目前為止，這種方法仍然被廣泛使用，但是許多工程化的CRISPR系統正在用新變體取代天然核酸酶，例如xCas9和SpCas9-NG，這拓寬了靶向空間——基因組中可以被編輯的區域。有一些酶比第一代酶更具特異性，可以將脫靶效應最小化或避免脫靶效應。

去年，研究人員報告了阻礙CRISPR基因組編輯引入臨床的新障礙。其中包括激活p53基因 (此基因與癌症風險相關)；不可預料的「靶向」效應；以及對CRISPR系統的免疫原性。想要將基因組編輯用於臨床應用，就必須解決這些限制。其中一些問題是由DNA雙鏈斷裂引起的，但並非所有基因組編輯酶都會產生雙鏈斷裂——「鹼基編輯」會將單個DNA鹼基直接轉換成另一個鹼基。因此，鹼基編輯比傳統的基因組編輯更干凈利索。去年，瑞士的研究人員使用鹼基編輯的方式來糾正小鼠中導致苯丙酮尿症的突變基因，苯丙酮尿症是一種先天性代謝異常疾病，患者體內會不斷累積毒素。

值得注意的是，鹼基編輯在它們可以編輯的序列中受到了限制，這些序列被稱為原間隔相鄰基序。然而蛋白質工程可以用來重新設計和改進現有的鹼基編輯，甚至可以創建新的編輯，例如融合到失活Cas9的重組酶。就像鹼基編輯一樣，重組酶不會誘導雙鏈斷裂，但可以在用戶定義的位置插入所期望的序列。此外，RNA引導的重組酶將會在新的維度上擴展基因組編輯。

基因編輯技術在臨床上的常規應用可能還需要幾年的時間。但是我們將在未來一兩年看到新一代的工具，將會有很多的研究人員對這項技術感興趣，到時候他們每天都會使用這些技術。屆時必然會出現新的問題，但創新的解決方案也會隨之出現。

NO.3

XIAOWEI ZHUANG（庄小威）: Boost micros resolution （提高顯微鏡解析度）

Professor of chemistry and chemical biology, Harvard University, Cambridge, Massachusetts; and 2019 Breakthrough Prize winner.

超解析度顯微鏡的原理驗證僅僅發生在十幾年前，但今天這項技術相對來說再平常不過，生物學家可以接觸到並豐富知識。

一個特別令人興奮的研究領域是確定基因組的三維結構和組織。值得一提的是，基因組的三維結構在調節基因表達中起到的作用越來越大。

在過去的一年裡，我們報道了一項工作，在這項工作中，我們對染色質進行了納米級的精準成像，將它與數千個不同類型細胞的序列信息聯系起來。這種空間解析度比我們以前的工作好一到兩個數量級，使我們能夠觀察到各個細胞將染色質組織成不同細胞之間差異很大的結構域。我們還提供了這些結構域是如何形成的證據，這使我們更好地理解染色質調節的機制。

除了染色質，我們預見到在超解析度成像領域空間解析度有了實質性的提高。大多數實驗的解析度只有幾十納米，雖然很小，但與被成像的分子相比卻沒有什麼差別，特別是當我們想解決分子間的相互作用時。我們看到熒光分子和成像方法的改進，大大提高了解析度，我們預計1納米解析度的成像將成為常規。

同時，瞬時解析度變得越來越好。目前，研究人員必須在空間解析度和成像速度之間做出妥協。但是通過更好的照明策略和更快的圖像採集，這些限制可以被克服。成千上萬的基因和其他類型的分子共同作用來塑造細胞的行為。能夠在基因組范圍內同時觀察這些分子的活動，將為成像創造強有力的機會。

NO.4

JEF BOEKE: Advance synthetic genomes （先進的合成基因組）

Director of the Institute for Systems Genetics, New York University Langone Medical Center, New York City.

當我意識到從頭開始寫一個完整的基因組變成可能的時候，我認為這將是一個對基因組功能獲得新觀點的絕佳機會。

從純科學的角度來看，研究小組在合成簡單的細菌和酵母基因組方面取得了進展。但是在合成整個基因組，特別是哺乳動物基因組方面仍然存在技術挑戰。

有一項降低DNA合成成本的技術將會對行業產生幫助，但是目前還沒有上市。今天發生的大多數DNA合成都是基於亞磷醯胺化學過程。所得核酸聚合物的最大長度和保真度都受到限制。

許多公司和實驗室都在研究酶促DNA合成——這種方法有可能比化學合成更快、更准確、更便宜。目前，還沒有一家公司在商業上提供這種分子。但是去年10月，一家總部位於巴黎的叫做DNA Script的公司宣布，它已經合成了一種150鹼基的寡核苷酸，幾乎符合化學DNA合成的實際限制。

作為一個群體，我們還研究了如何組裝人類染色體DNA的大片段，並且我們可以使用這種方法構建100千鹼基或更多的區域。現在，我們將使用這種方法來解剖大的基因組區域，這些區域對於識別疾病易感性非常重要，或者是其他表型特徵的基礎。

我們可以在酵母細胞中快速合成這些區域，因此我們應該能夠製造數十到數百種以前不可能檢測到的基因組變體。使用它們，我們將能夠檢查全基因組關聯研究中涉及的數千個基因組基因座，它們在疾病易感性方面具有一定意義。這種解剖策略可能使我們最終能夠確定這些變體的作用。

NO.5

CASEY GREENE: Apply AI and deep learning（應用人工智慧和深度學習）

Assistant professor of systems pharmacology and translational therapeutics, Perelman School of Medicine, University of Pennsylvania, Philadelphia.

4. 現代生物技術現實生活中有哪些具體應用

1、越來越多的現代生物技術公司開發家畜醫療產品。美國的動物保健品市場每年約40億美元。美國農業部批準的動物生物製品約100種，主要是預防動物傳染病和常見疾病的疫苗和治療葯物。

2、現代生物技術還應應用於保護珍稀野生動物，通過DNA鑒定鑒定動物物種，跟蹤其活動區域等。
海洋生物技術的應用導致了過度捕撈對海洋生物生存的威脅。同時，為人類從豐富的海洋生物資源中發現新葯提供了途徑。例如，海螺中的毒素是一種有效的鎮痛劑，海綿可以用作抗感染劑。

3、現代生物技術在航天發展中的應用，可以為宇航員提供長期太空探索所必需的生命支持環境。

4、現代生物技術還被用於人類考古學和刑事調查，DNA分析可用於研究人類種群的進化史。DNA技術在刑事偵查中的應用可以幫助執法人員識別犯罪分子。

(4)人類在生物技術方面的探索有哪些擴展閱讀：

現代生物技術是一個復雜的技術群體。基因工程只是現代生物技術的代表之一，其特點是在分子水平上創造或改變生物類型和生物功能。

此外，在染色體、細胞、組織、器官甚至個體有機體的層面上，創造或改變生物類型和功能的工程，如染色體工程、細胞工程、組織培養和器官培養、定量遺傳工程等，都可以因此，這屬於現代生物技術的范疇。

為這些項目服務的一些新技術系統，如現代發酵工程、酶工程、生物反應器工程，也被納入現代生物技術系統。

5. 人類生命科學研究領域有哪些技術突破

20世紀70年代，在生命科學研究領域取得了兩項對人類生活和經濟活動具有深刻影響的技術突破，一項是重組DNA技術，一項是淋巴細胞雜交瘤技術，這兩項革命性技術的出現，有力地推動了現代生物技術的迅猛發展，促進形成了一個全新的現代生物技術群及新興產業的良好局面。

自1982年世界上第一個基因工程葯物——重組人胰島素上市以來，經過20多年的發展，世界范圍的生物技術產業蓬勃興起，作為高效益、高風險的新興產業，生物技術產業正在猛烈地沖擊著世界經濟，並產生巨大的社會和經濟效益。

生物技術本身可以發展成為具有巨大市場前景的新興產業，同時可通過提供源頭技術和產品，對傳統產業進行技術改造和產品更新換代，提高傳統產業的經濟效益。