生命科學(xué)學(xué)科的發(fā)展前沿與課程的育人價(jià)值

1、生命科學(xué)學(xué)科的發(fā)展前沿與課程的育人價(jià)值生命科學(xué)學(xué)科的發(fā)展前沿與課程的育人價(jià)值現(xiàn)代生命科學(xué)與生物技術(shù)取得了一系列重要進(jìn)展和重大突破，并正在加速向應(yīng)用領(lǐng)域滲透，在解決人類發(fā)展面臨的環(huán)境、資源和健康等重大問題方面展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用前景。生命科學(xué)新技術(shù)和新方法的發(fā)展及其與數(shù)理科學(xué)、工程科學(xué)的進(jìn)一步交叉融合，為更深入系統(tǒng)地認(rèn)識生命、更精準(zhǔn)有效地改造生物體提供了前所未有的機(jī)遇。繼信息技術(shù)之后，生物技術(shù)日益成為新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的核心，在重塑未來

2、經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展格局中的重要性不斷增強(qiáng)，作為21世紀(jì)最重要的創(chuàng)新技術(shù)集群之一，其引領(lǐng)性、突破性、顛覆性特征日益凸顯。今天先來了解2018國際生命科學(xué)與生物技術(shù)發(fā)展態(tài)勢：隨著以納米孔為標(biāo)志的第三代基因測序技術(shù)迅猛來襲，測序技術(shù)邁向高通量、高精度、低成本與便攜性時(shí)代。與此同時(shí)，表觀轉(zhuǎn)錄組分析技術(shù)、單細(xì)胞測序分析技術(shù)與基因編輯技術(shù)加速了人類生命藍(lán)圖的繪制與完善。這些生命科學(xué)手段與生物技術(shù)不斷創(chuàng)新、交叉與融合，廣泛地應(yīng)用到科學(xué)前沿、臨床應(yīng)用乃至產(chǎn)業(yè)

3、研發(fā)等諸多領(lǐng)域，從而涌現(xiàn)出了越來越多的生命科學(xué)研究：腦機(jī)接口技術(shù)的重大突破，改造生命和創(chuàng)造生命的深入研究，干細(xì)胞與再生醫(yī)學(xué)療法的臨床轉(zhuǎn)化，微生物組與人類健康和疾病的重大關(guān)聯(lián)，乃至細(xì)胞免疫療法的無限潛力，無一不彰顯出生命科學(xué)和生物技術(shù)向個(gè)體化、精準(zhǔn)化邁進(jìn)的趨勢。（一）重大研究進(jìn)展1生命組學(xué)研究繼續(xù)推動生命科學(xué)發(fā)現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新和交叉推動生命組學(xué)研究向更精確的方向發(fā)展。在基因組方面，韓國首爾大學(xué)醫(yī)學(xué)院利用PacBio單分子測序技術(shù)結(jié)合BioNan

4、o單分子光學(xué)圖譜技術(shù)，發(fā)表了最為連續(xù)的人類二倍體基因組組裝結(jié)果。在轉(zhuǎn)錄組方面，德國馬克斯普朗克學(xué)會（馬普學(xué)會）生物物理化學(xué)研究所開發(fā)了瞬時(shí)轉(zhuǎn)錄組測序技術(shù)，繪制了人類瞬時(shí)轉(zhuǎn)錄組圖譜；美國斯克利普斯研究所協(xié)同多家機(jī)構(gòu)完成了大腦單神經(jīng)元轉(zhuǎn)錄組的大規(guī)模評估。在蛋白質(zhì)組方面，美國系統(tǒng)生物學(xué)研究所和瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院合作開發(fā)了人類SRMAtlas分析方法，首次定量檢測了完整的人類蛋白質(zhì)組；美國多家機(jī)構(gòu)聯(lián)合開展了大規(guī)模蛋白質(zhì)基因組學(xué)（proteo

5、genomics）研究，探索了驅(qū)動乳腺癌和卵巢癌的關(guān)鍵因子。在免疫組方面，哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院在一系列免疫細(xì)胞中進(jìn)行了干擾素誘導(dǎo)基因表達(dá)和染色質(zhì)的分析，構(gòu)建了干擾素誘導(dǎo)調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)；新一代基因測序技術(shù)推動了免疫組庫分析的臨床應(yīng)用。2腦科學(xué)醞釀全球合作研究，腦機(jī)接口技術(shù)實(shí)現(xiàn)重大突破腦科學(xué)持續(xù)穩(wěn)步發(fā)展，并醞釀全球合作。在美國、歐洲和中國的腦計(jì)劃不斷推進(jìn)的同時(shí)，全球神經(jīng)科學(xué)家積極探討開展全球協(xié)作，共同解決腦科學(xué)研究三大挑戰(zhàn)。腦科學(xué)研究產(chǎn)出系列成果，尤其

6、是在腦機(jī)接口技術(shù)上取得了重要突破。技術(shù)進(jìn)步推動基礎(chǔ)研究快速發(fā)展，美國冷泉港實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的標(biāo)記大腦神經(jīng)元MAPseq新技術(shù)，有望實(shí)現(xiàn)深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的重大突破；美國洛克菲勒大學(xué)首次精確定位并定量了哺乳動物大腦中的基因表達(dá)。腦圖譜繪制方面，美國加州大學(xué)伯克利分校成功繪制了大腦語義地圖，邁出了解讀人類思想的關(guān)鍵一步；美國華盛頓大學(xué)完成了人類大腦皮層圖譜，97個(gè)大腦皮層區(qū)域首次亮相；美國艾倫腦科學(xué)研究院繪制了迄今最完整的數(shù)字版人腦結(jié)構(gòu)圖譜，將成為大腦

7、研究的最新指南。美國俄亥俄州立大學(xué)、瑞士聯(lián)邦技術(shù)研究所分別利用腦機(jī)接口技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了脊髓損傷后人類和黑猩猩對自身部位而非假肢的控制，標(biāo)志著腦機(jī)接口技術(shù)在2016年邁出了重要一步。（CART）療法治療白血病和胰腺癌的有效性；美國希望之城醫(yī)學(xué)中心貝克曼研究所利用靶向白細(xì)胞介素的CART療法治療腦癌患者，患者腫瘤顯著縮小，且腫瘤曾完全消失；美國國立衛(wèi)生研究院（NationalInstitutesofHealth，NIH）下屬癌癥研究所利用靶向K

8、RAS突變的腫瘤浸潤淋巴細(xì)胞（TIL）回輸，治愈了一名晚期結(jié)腸癌患者。7個(gè)體化和精準(zhǔn)化是醫(yī)藥技術(shù)發(fā)展的方向隨著精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)的快速發(fā)展，全球新藥研發(fā)模式逐漸從傳統(tǒng)的重磅炸彈式向精確制導(dǎo)式發(fā)展，特別是以個(gè)體化和精準(zhǔn)化為特征的靶向藥物發(fā)展迅速。2016年，F(xiàn)DA批準(zhǔn)的22個(gè)新藥中，靶向藥物有18個(gè)。與此同時(shí)，許多重要的新的疾病靶點(diǎn)正在被不斷發(fā)現(xiàn)。2016年，美國加州大學(xué)舊金山分校、美國凱斯西儲大學(xué)分別發(fā)現(xiàn)了三陰性乳腺癌（TNBC）的新靶點(diǎn)PIM1

9、激酶、腫瘤免疫療法新靶點(diǎn)免疫檢查點(diǎn)蛋白Cdk5，美國加州大學(xué)圣地亞哥分校發(fā)現(xiàn)了172種腫瘤基因突變與靶向藥物的組合。生物大數(shù)據(jù)成為靶向藥物研發(fā)、指導(dǎo)精準(zhǔn)用藥的重要資源。2016年，美國Regeneron遺傳學(xué)中心將50000余人的基因組數(shù)據(jù)與其電子病歷相結(jié)合，發(fā)現(xiàn)了家族性高膽固醇血癥致病基因；英國維康信托基金會桑格研究所研究了11000個(gè)患者樣本中的腫瘤基因突變，發(fā)現(xiàn)了癌癥基因突變與對特定藥物的敏感性之間的關(guān)聯(lián)。（二）技術(shù)進(jìn)步生命科學(xué)新

10、技術(shù)不斷革新，推動生命科學(xué)研究朝著精準(zhǔn)化、定量化和可視化的方向進(jìn)一步發(fā)展。1基因測序技術(shù)邁向高通量、低成本與便攜性時(shí)代高通量、高精度、低成本和便攜性是測序技術(shù)和儀器研發(fā)的方向。納米孔測序技術(shù)入選了2016年《科學(xué)》雜志評選的十大科學(xué)突破。OxfdNanope公司便攜式納米孔測序儀MinION完成了對埃博拉病毒的現(xiàn)場檢測，在國際空間站對鼠、病毒和細(xì)胞的DNA測序及人類全基因組進(jìn)行測序，這些應(yīng)用證實(shí)了納米孔測序技術(shù)在測序中的應(yīng)用潛力。一系列

11、新型測序技術(shù)也不斷涌現(xiàn)，由英國諾丁漢大學(xué)開發(fā)的ReadUntil測序技術(shù)通過與納米孔測序聯(lián)用，實(shí)現(xiàn)了高度選擇性的DNA測序。第二代基因測序技術(shù)也在不斷改進(jìn)，Illumina在2017年初推出了NovaSeq新型測序儀，有望將人類全基因組測序成本降至100美元。2表觀轉(zhuǎn)錄組分析技術(shù)揭示RNA修飾調(diào)控機(jī)理開發(fā)新型測序技術(shù)，發(fā)現(xiàn)RNA修飾標(biāo)志物及其修飾位點(diǎn)，揭示其調(diào)控機(jī)理，是目前表觀轉(zhuǎn)錄組領(lǐng)域發(fā)展的重點(diǎn)。2016年，美國加州大學(xué)洛杉磯分校開發(fā)

12、出了一種新型RNA測序技術(shù)m6ALAICseq，可以提供RNA化學(xué)修飾的詳細(xì)信息；比利時(shí)布魯塞爾自由大學(xué)開發(fā)出了hMeRIPseq技術(shù)，繪制了RNA的hm5C轉(zhuǎn)錄組圖譜，全面揭示了這一RNA修飾的分布、位置和功能；芝加哥大學(xué)與霍華德休斯醫(yī)學(xué)研究所及北京大學(xué)分別開發(fā)出兩種新技術(shù)m1Aseq和m1AIDseq，實(shí)現(xiàn)了全轉(zhuǎn)錄組水平上的譜圖鑒定，同時(shí)發(fā)現(xiàn)了一種新的RNA甲基化修飾形式——m1A，擴(kuò)展了mRNA中的修飾種類，為該領(lǐng)域提供了新的研究

13、方向。表觀轉(zhuǎn)錄組分析技術(shù)被《自然方法》雜志（NatureMethods）評為2016年的年度技術(shù)。3單細(xì)胞測序與分析技術(shù)加速人類細(xì)胞圖譜繪制單細(xì)胞測序新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，美國麻省理工學(xué)院開發(fā)出了新型RNA測序技術(shù)DivSeq，可以揭示新生神經(jīng)元的動態(tài)；我國北京大學(xué)開發(fā)出了單細(xì)胞三重組學(xué)測序技術(shù)，首次實(shí)現(xiàn)對單細(xì)胞進(jìn)行三種組學(xué)同時(shí)高通量測序。在單細(xì)胞分析技術(shù)方面，美國加州理工學(xué)院開發(fā)出光學(xué)原位讀取人工突變存儲（memybyengineeredm