人类在生物技术方面的探索有哪些

1. 目前生物科技有哪些先进技术

目前生物科技有什么最新发展成果

1.我国科学家发现阿尔茨海默症致病的新机制
2006年11月19日，国际着名学术期刊《自然·医学》网络版在线发表了中国科学院上海生命科学研究院生物化学与细胞生物学研究所研究组关于β淀粉样蛋白产生过程新机制的最新研究成果。这项成果揭示了阿尔茨海默症致病的新机制，并且提示β2-肾上腺素受体有可能成为研发阿尔茨海默症的治疗药物的新靶点。

2.我国抗糖尿病新药研究取得开创性进展
中科院上海药物所科学家2006年在非肽类小分子胰高血糖素样肽-1受体激动剂的研究领域取得了重要进展，相关成果于2007年元月第一周发表在国际权威科学期刊《美国科学院院刊(PNAS)》网络版上。美国科学院院刊编辑部在向媒体的书面新闻发布中指出，这类口服有效的非肽类小分子激动剂有可能成为糖尿病、肥胖症和其他相关代谢性疾病的一种新型疗法。

3.揭示果蝇记忆奥秘，探索记忆的神经生物学基础
中科院生物物理研究所研究组关于果蝇的最新研究成果，揭示了果蝇的脑中并不存在一个通用的记忆中心，而是不同感觉记忆储藏在不同的区域里，并且像人类能记住图像的高度、大小、颜色等不同参数一样，果蝇的图像记忆也有对应的不同参数。通过对果蝇记忆基因的研究，可进一步运用到小白鼠、哺乳动物甚至人类身上，从而解决人类失眠、老年痴呆等精神性疾病。

4.饮用水质安全风险的末端控制技术与应用
为及时评价水质状况及应对突发事件，中科院生态环境研究中心和中科院广州地球化学研究所合作开发出适合末端水质监控的生物在线监测与预警技术，建立并完善生物毒性测试方法，在分子、细胞水平上形成一套适用于水质评估的技术体系。研究中开发的关键技术拥有自主知识产权，共产生发明专利22项，发表论文61 篇，其中SCI收录论文23篇。

5.美国科学家制出“仿生眼”助盲人恢复视力
美国科学家说，将可在两年内提供“仿生眼睛”植入手术，帮助数百万盲人恢复视力。
美国的研究人员已获准于两年内在五个治疗中心为50到70名病人安装这种“仿生眼睛”。
以希腊神话中百眼巨人阿古斯（Agrus）命名的“阿古斯二型”系统利用一个安装在眼镜上的照相机，把视觉信号传送到眼睛里的电极。
以前接受不够先进的人工视网膜移植手术的病人能够“看到” 光线、影像和物体的运动。但图像不够清晰。
一名失明者在1999年接受了这种手术，现在他上街时能够避开长的或较低的树枝，但看人时好像是看到一团黑影。
不过美国加州大学的科学家说，他们研造的“仿生眼睛”尝试从相机取得实时的图像，然后把它们变成微弱的电信号，输送到一个接收器后，在通过电极，刺激视网膜的视觉神经向大脑发出信号，让失明者能够“看到”景物。
这种新的装置比传统的人工视网膜更细小，但拥有多达60个电极，使解像度更高。而且面积只有一平方毫米，植入手术也更容易。

2. 在我们的生活中，生物技术主要有哪些方面的应用试举例说明。

医疗领域：在目前这方面的研究受到极大的注目。像是干细胞应用于再生医学领域，如人工脏器、神经修复等。或是以蛋白质结构解析数据，对于功能性区域（domain）来开发相对应的抑制剂（如：酵素抑制剂）。利用微阵列核酸晶片，或是蛋白质晶片，寻找致病基因。或是利用抗体技术，将毒素送入具有特殊标记的癌细胞。或利用基因转殖技术，进行基因治疗等。基因治疗（gene therapy）利用分子生物学方法将目的基因导入患者体内，使之表达目的基因产物，从而使疾病得到治疗，为现代医学和分子生物学相结合而诞生的新技术。基因治疗作为新疾病治疗的新手段，给一些难治疾病的根治带来了光明。
农学食粮：人口快速膨胀，食粮问题正是生物技术应用的切入点。在基因转殖农作物的开发下，除了转殖进入抗虫害基因、抗冻基因外，例如含有维生素A的稻米也问世。在有限耕地下，转殖农作物解决了品质上的问题。除此之外，观赏用的花卉等，也靠着组织培养的技术，将高品质的花卉复制生产，提高花卉价值。着名的像是台湾的蝴蝶兰。另外，经过遗传工程技术，能产生凝血因子的乳牛也提供医疗用途。生物肥料（biofertilizer）主要利用微生物技术制作的肥料种类。生物肥料不仅给作物提供养料、改善品质、增强抗寒抗虫害能力、还改善土壤通透性、保水性、酸碱度等理性化特性，可为作物根系创造良好生长环境，从而保证作物的增产。生物农药（biopesticide）利用微生物、抗生素和基因工程等产生有杀灭虫病效果的毒素物质，生产出广谱毒力强的微生物菌株制作而成的农药。它的特点有：1.不像化学农药般见效快，但效果持久。2.与化学农药比，害虫难以产生抗药性。3.对环境影响小。4.对人体和作物的危害性小。5.使用范围和方法有限制；等等。
军事科技：基因工程武器（genetic engineering weapon）简称基因武器，例子有：插入眼镜蛇毒液基因的流感病毒和含有炭疽病毒的大肠杆菌。基因武器的特点是：1.生产成本低、杀伤力大、作用时间长。2.对方使用难发现、难预防、难治疗。3.使用方肌丹冠柑攉纺圭尸氦建法简单，施放手段多。4.只伤害人，不破坏武器装备、设施。5.一旦使用会产生强烈的心理威慑作用。
工业应用：在工业上，利用工业菌种的特殊代谢路径，来替代一些化学反应。除了专一性提高，也在常温常压下，节约能源。也由于专一性高，产生的废弃物量低，也因此被称为绿色工业。
环境保护：当环境受到破坏，可以利用生物技术的处理方式，让环境免于第二次受害。生物具有高度专一性，能针对特殊的污染源进行排除。例如运输原油的邮轮，因事故，将重油污染海域，而利用分解重油的特殊微生物菌株，对于重油进行分解，代谢成环境可以接受的短练脂肪酸等，排解污染。此外，土壤遭受重金属污染，亦可利用特定植物吸收污染源。

3. 生命科学近年来有哪些新技术

NO.1

SARAH TEICHMANN: Expand single-cell biology（扩展单细胞生物学）

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

在过去的十年里，我们看到研究人员可以分析的单细胞数量大幅增加，随着细胞捕获技术的发展，结合条形码标记细胞和智能化技术等方法，在未来数量还将继续增加，对此，大家可能不以为然，但这可以让我们以更高的分辨率来研究更为复杂的样品，我们可以做各种各样的实验。比如说，研究人员不再只关注一个人的样本，而是能够同时观察20到100个人的样本，这意味我们能够更好的掌握人的多样性，我们可以分析出更多的发展时间点，组织和个体，从而提高分析的统计学意义。

我们的实验室最近参与了一项研究，对6个物种的250000个细胞进行了分析，结果表明，控制先天免疫反应的基因进化速度快，并且在不同物种间具有较高的细胞间变异性，这两个特征都有助于免疫系统产生有效的微调反应。

我们还将看到在单个细胞中同时观察不同基因组模式的能力发展。例如，我们不局限于RNA，而是能够看到染色质的蛋白质-DNA复合物是开放还是封闭。这对理解细胞分化时的表观遗传状态以及免疫系统和神经系统中的表观遗传记忆具有重要意义。

将单细胞基因组学与表型关联的方法将会发生演变，例如，将蛋白质表达或形态学与既定细胞的转录组相关联。我认为我们将在2019年看到更多这种类型的东西，无论是通过纯测序还是通过成像和测序相结合的方法。事实上，我们已经见证了这两种技术的一种融合发展：测序在分辨率上越来越高，成像也越来越多元化。

NO.2

JIN-SOO KIM: Improve gene editors(改进基因编辑)

Director of the Center for Genome Engineering, Institute for Basic Science, and professor of chemistry, Seoul National University.（首尔国立大学基因学研究所基因组工程中心主任、化学教授。）

现如今，蛋白质工程推动基因组工程的发展。第一代CRISPR基因编辑系统使用核酸酶Cas9，这是一种在特定位点剪切DNA的酶。到目前为止，这种方法仍然被广泛使用，但是许多工程化的CRISPR系统正在用新变体取代天然核酸酶，例如xCas9和SpCas9-NG，这拓宽了靶向空间——基因组中可以被编辑的区域。有一些酶比第一代酶更具特异性，可以将脱靶效应最小化或避免脱靶效应。

去年，研究人员报告了阻碍CRISPR基因组编辑引入临床的新障碍。其中包括激活p53基因 (此基因与癌症风险相关)；不可预料的“靶向”效应；以及对CRISPR系统的免疫原性。想要将基因组编辑用于临床应用，就必须解决这些限制。其中一些问题是由DNA双链断裂引起的，但并非所有基因组编辑酶都会产生双链断裂——“碱基编辑”会将单个DNA碱基直接转换成另一个碱基。因此，碱基编辑比传统的基因组编辑更干净利索。去年，瑞士的研究人员使用碱基编辑的方式来纠正小鼠中导致苯丙酮尿症的突变基因，苯丙酮尿症是一种先天性代谢异常疾病，患者体内会不断累积毒素。

值得注意的是，碱基编辑在它们可以编辑的序列中受到了限制，这些序列被称为原间隔相邻基序。然而蛋白质工程可以用来重新设计和改进现有的碱基编辑，甚至可以创建新的编辑，例如融合到失活Cas9的重组酶。就像碱基编辑一样，重组酶不会诱导双链断裂，但可以在用户定义的位置插入所期望的序列。此外，RNA引导的重组酶将会在新的维度上扩展基因组编辑。

基因编辑技术在临床上的常规应用可能还需要几年的时间。但是我们将在未来一两年看到新一代的工具，将会有很多的研究人员对这项技术感兴趣，到时候他们每天都会使用这些技术。届时必然会出现新的问题，但创新的解决方案也会随之出现。

NO.3

XIAOWEI ZHUANG（庄小威）: Boost micros resolution （提高显微镜分辨率）

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

超分辨率显微镜的原理验证仅仅发生在十几年前，但今天这项技术相对来说再平常不过，生物学家可以接触到并丰富知识。

一个特别令人兴奋的研究领域是确定基因组的三维结构和组织。值得一提的是，基因组的三维结构在调节基因表达中起到的作用越来越大。

在过去的一年里，我们报道了一项工作，在这项工作中，我们对染色质进行了纳米级的精准成像，将它与数千个不同类型细胞的序列信息联系起来。这种空间分辨率比我们以前的工作好一到两个数量级，使我们能够观察到各个细胞将染色质组织成不同细胞之间差异很大的结构域。我们还提供了这些结构域是如何形成的证据，这使我们更好地理解染色质调节的机制。

除了染色质，我们预见到在超分辨率成像领域空间分辨率有了实质性的提高。大多数实验的分辨率只有几十纳米，虽然很小，但与被成像的分子相比却没有什么差别，特别是当我们想解决分子间的相互作用时。我们看到荧光分子和成像方法的改进，大大提高了分辨率，我们预计1纳米分辨率的成像将成为常规。

同时，瞬时分辨率变得越来越好。目前，研究人员必须在空间分辨率和成像速度之间做出妥协。但是通过更好的照明策略和更快的图像采集，这些限制可以被克服。成千上万的基因和其他类型的分子共同作用来塑造细胞的行为。能够在基因组范围内同时观察这些分子的活动，将为成像创造强有力的机会。

NO.4

JEF BOEKE: Advance synthetic genomes （先进的合成基因组）

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

当我意识到从头开始写一个完整的基因组变成可能的时候，我认为这将是一个对基因组功能获得新观点的绝佳机会。

从纯科学的角度来看，研究小组在合成简单的细菌和酵母基因组方面取得了进展。但是在合成整个基因组，特别是哺乳动物基因组方面仍然存在技术挑战。

有一项降低DNA合成成本的技术将会对行业产生帮助，但是目前还没有上市。今天发生的大多数DNA合成都是基于亚磷酰胺化学过程。所得核酸聚合物的最大长度和保真度都受到限制。

许多公司和实验室都在研究酶促DNA合成——这种方法有可能比化学合成更快、更准确、更便宜。目前，还没有一家公司在商业上提供这种分子。但是去年10月，一家总部位于巴黎的叫做DNA Script的公司宣布，它已经合成了一种150碱基的寡核苷酸，几乎符合化学DNA合成的实际限制。

作为一个群体，我们还研究了如何组装人类染色体DNA的大片段，并且我们可以使用这种方法构建100千碱基或更多的区域。现在，我们将使用这种方法来解剖大的基因组区域，这些区域对于识别疾病易感性非常重要，或者是其他表型特征的基础。

我们可以在酵母细胞中快速合成这些区域，因此我们应该能够制造数十到数百种以前不可能检测到的基因组变体。使用它们，我们将能够检查全基因组关联研究中涉及的数千个基因组基因座，它们在疾病易感性方面具有一定意义。这种解剖策略可能使我们最终能够确定这些变体的作用。

NO.5

CASEY GREENE: Apply AI and deep learning（应用人工智能和深度学习）

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

4. 现代生物技术现实生活中有哪些具体应用

1、越来越多的现代生物技术公司开发家畜医疗产品。美国的动物保健品市场每年约40亿美元。美国农业部批准的动物生物制品约100种，主要是预防动物传染病和常见疾病的疫苗和治疗药物。

2、现代生物技术还应应用于保护珍稀野生动物，通过DNA鉴定鉴定动物物种，跟踪其活动区域等。
海洋生物技术的应用导致了过度捕捞对海洋生物生存的威胁。同时，为人类从丰富的海洋生物资源中发现新药提供了途径。例如，海螺中的毒素是一种有效的镇痛剂，海绵可以用作抗感染剂。

3、现代生物技术在航天发展中的应用，可以为宇航员提供长期太空探索所必需的生命支持环境。

4、现代生物技术还被用于人类考古学和刑事调查，DNA分析可用于研究人类种群的进化史。DNA技术在刑事侦查中的应用可以帮助执法人员识别犯罪分子。

(4)人类在生物技术方面的探索有哪些扩展阅读：

现代生物技术是一个复杂的技术群体。基因工程只是现代生物技术的代表之一，其特点是在分子水平上创造或改变生物类型和生物功能。

此外，在染色体、细胞、组织、器官甚至个体有机体的层面上，创造或改变生物类型和功能的工程，如染色体工程、细胞工程、组织培养和器官培养、定量遗传工程等，都可以因此，这属于现代生物技术的范畴。

为这些项目服务的一些新技术系统，如现代发酵工程、酶工程、生物反应器工程，也被纳入现代生物技术系统。

5. 人类生命科学研究领域有哪些技术突破

20世纪70年代，在生命科学研究领域取得了两项对人类生活和经济活动具有深刻影响的技术突破，一项是重组DNA技术，一项是淋巴细胞杂交瘤技术，这两项革命性技术的出现，有力地推动了现代生物技术的迅猛发展，促进形成了一个全新的现代生物技术群及新兴产业的良好局面。

自1982年世界上第一个基因工程药物——重组人胰岛素上市以来，经过20多年的发展，世界范围的生物技术产业蓬勃兴起，作为高效益、高风险的新兴产业，生物技术产业正在猛烈地冲击着世界经济，并产生巨大的社会和经济效益。

生物技术本身可以发展成为具有巨大市场前景的新兴产业，同时可通过提供源头技术和产品，对传统产业进行技术改造和产品更新换代，提高传统产业的经济效益。