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盘点2007六项人类生命健康科技进展

 

CCTV.com  2007年12月27日 14:46  来源:科技日报  

    本报记者朱芙蓉黄橙

    进展一:个体基因测序不再是梦人类第一个个体基因组排序已经完成。利用基因组排序技术,研究人员成功绘制了著名科学家克雷格?文特尔的一个完整的DNA蓝图。

    ●点评:

    于军(中国科学院北京基因组研究所副所长)尽管人类基因组计划已经测定了一个人类的参照基因组,但它不是严格意义上的个体基因组,因为它仅仅是一个人类的单倍体基因组序列,忽略了两条同源染色体(一个来自父亲,另一个来自母亲)的存在。个体基因组与参照基因组的根本不同在于,个体基因组测定的是二倍体基因组,可以确定哪些基因组上的差异是来自母系或是父系,从而可以进一步确定遗传信息变化的来源。如果发现与遗传性疾病相关的变异,也可以追根溯源。美国科学家克雷格?文特尔领导的团队成功绘制了他个人的基因组,这也是第一个个体基因组。由于人们对DNA测序技术的需求,刺激了这个领域的高速发展,高通量DNA测序的仪器不断地被发明出来,过去依赖大规模测序中心(数百人数百台机器)的操作将很快被小规模和遍地开花的DNA研究单元所取代,个体基因组研究也会更快更便宜和更大众化。无论是在数量上还是在形式上,个体间的差异一定会比人们想象的要多。在未来的5到10年里,人们会以最快的速度解码自己的基因组,找到遗传上的缺欠和可能导致的疾病,或防患于未然,或及时治疗,或通过排除遗传因素来确定不良环境因素和疾病的关系等等。

    进展二:分子机器帮助治疗疾病法国图卢兹材料设计和结构研究中心研究院与德国柏林大学合作,首次成功研制出可旋转的“分子轮”,并组装出真正意义上的第一台分子机器。所有分子机器的化学结构均被固定在铜基上。为了使车轮很好地转动,研究人员借助于扫描隧道显微镜,用探针驱动车轮旋转。

    ●点评1:

    崔福斋(清华大学材料系教授)唐睿康(浙江大学长江特聘教授)首先,分子机器现象以前在生物体内看到过很多,比如细胞器里的微丝微管上面的固件以很高的速度滚动等。而这个由法国科学家发明的具有一个轴和两个类似轮子的装置,是第一次在体外设计的分子水平的机器零件,意义很大。有了这个思路,可以把它发展成为微小的机器,以后可以设计更复杂的分子机器、生物纳米机器,在人体细胞内清除病灶、治疗血管堵塞、充当药物运输的人造载体等等。第二,人们以前在催化的表面上也看到过类似的现象,比如分子在催化的表面上跳跃、滚动,但是没有重视这个现象,更没有上升到纳米技术的高度来认识。“分子轮”有意识地设计了车轴和轮子,并可以在铜表面滚动。当然,这个研究目前仅仅是由一个车轴和两边各一个类似轮子的装置构成的,用原子粒显微镜拨了几下,实现了在特定表面上让“车轮”滚动几下,但并没有达到生命体内自组装设备能实现更复杂运动的水平,但是研究虽小,却在纳米机器、纳米生物技术的领域跨了一大步。

    ●点评2:

    刘冬生(国家纳米科学研究中心研究员)此项研究是分子机器研究领域的一项重要进展,但还远不能称为“第一台真正的分子机器”,甚至根据严格的定义,此分子系统不能单独称为“分子机器”,因为其不具有利用某种能源(如光、电、磁、热等)产生大尺度的构象变化并对外做功的能力。类似的分子机器类型已有报道,此项研究是在之前的概念基础上用高真空扫描隧道显微镜表征了此类机器的组成部分―――“轮子”运动过程中的一些构象变化,对我们进一步了解纳米尺度下真正的分子机器的设计组装具有积极意义。当前对分子机器的研究主要以生物体系为主,通过对其构建及运动机理的研究,获得对生命运动过程以及纳米尺度下能量的转换规律。我国近年来也在此领域加大了投入,通过纳米重大基础研究计划等渠道对有关研究进行了支持,正在开展一系列的前沿研究。

    进展三:外科机器人从事微细手术加拿大科学家研制出名为“神经臂”的外科手术机器人系统。该系统主要由外科医师操控计算机系统,配合实时的核磁共振影像,由“神经臂”实际执行手术,从而在显微尺度下使用器械从事微细手术。

    ●点评:

    孙超(北京同仁医院副主任医师)“神经臂”的问世是人与机械结合的重要标志。计算机、机械行业的快速进步为二者的紧密结合提供了良好的条件,外科手术操作的程序化、精确化为患者得到更好的疗效提供了可能。目前相关研究已逐渐由研制阶段发展到临床应用,手术操作在个性化的基础上更加模式化,使外科医生的手术技能得到最大程度的发挥。目前人与计算机结合的技术已在神经外科、骨科等领域取得了飞速的发展,但其技术的成熟和普及尚需时日,各相关行业的长期深入合作和大量资金的注入为其临床应用的标准化、规模化奠定了良好的基础,相信不久的将来,每一位患者都会感受到科技进步所带来的巨大变化。

    进展四:从皮肤中提取干细胞两本权威期刊《细胞》及《科学》在11月20日同时刊出来自美国及日本两个研究团队的报告,证实皮肤细胞经过“基因直接重组”后可以转化成为具有胚胎干细胞特性的细胞。

    ●点评:

    金颖(中科院上海生命科学院、上海交通大学医学院健康科学研究所研究员)去年,日本科学家发表了使整个科学界为之振奋的消息:仅仅4种因子诱导小鼠成纤维细胞成为多能干细胞(诱导性多能干细胞iPS)。今年,另外几个研究组不仅重复出日本科学家的工作,更进一步证实了iPS细胞的发育全能性。更令人兴奋的是,最近日本和美国两个研究组分别用特定的因子诱导人类成纤维细胞成为iPS。iPS细胞是干细胞研究乃至生命科学领域的里程碑。它首次证明可以用已知的因子在体外逆转已经分化的细胞,使之成为具有发育全能性的细胞。其意义在于:有可能建立病人特异的iPS细胞;建立疾病特异的iPS细胞;实现因人而异的药物安全性和毒性检验;避开伦理障碍。

    进展五:培育出心脏瓣膜片英国伦敦大学帝国学院心脏学研究中心马格迪?亚库布博士领导实施了一项研究,这项历时10年的努力将有望在不久结出果实。届时,借助于特制的胶原质支架,他们可以将骨髓干细胞诱变培育成为心脏瓣膜细胞。

    ●点评:

    孟旭(北京安贞医院心脏外科主任医师)现代心脏外科手术中,人体组织材料的选择仍然是一个未解决的重要研究课题,目前常用的生物瓣膜取自猪或牛心脏瓣膜组织,植入人体后不可避免地会发生瓣膜毁损。据2007年美国Cleverland中心统计,10―15年会有50%患者生物瓣膜发生毁损,在亚洲人中比例可能会更高。而对于机械瓣膜患者,他们需要终生服用华发林抗凝,抗凝过强会导致出血,过弱则不能防止机械瓣膜血栓形成。在儿童患者瓣膜手术时,由于这种人工瓣膜不能随着机体发育生长,这种矛盾更加突出。英国科学家成功地用骨髓干细胞培育出人体瓣膜组织细胞,并把其覆盖在骨胶原质支架上,培育出了人体瓣膜片,这项研究无疑是生物医学技术领域的一大突破,是近年来细胞组织工程技术取得的最新成就之一。尽管这种人体瓣膜片结构的理化特性和空间结构距离真正的人体心脏瓣膜有一定差距,但是它已经揭开了生物医学领域的新篇章。相信今后随着细胞组织工程技术的飞速发展,不久的将来将会培育出这种既没有毁损又不需要抗凝治疗的理想的人体心脏瓣膜替代组织。另外,将来研究培育出完整的人体心脏来替代重症患者的衰竭心脏,也不再是天方夜谭。这将大大减少目前众多的晚期心衰患者在等待供体心脏过程中的死亡,以及改变移植术后患者需要终生服用价格不菲的抗排斥药物的现状,给广大心脏病患者带来巨大福音。

    进展六:人工可以合成生命美国基因学家克雷格?文特尔领导的研究小组合成的人造染色体,有381个基因,包括58万对基础基因代码。将它嵌入已经被剔除遗传密码的细菌细胞之中,使之在细胞中起主控作用。按照实验计划,最终这个染色体将控制这个细胞并使其变成一个新的生命形式。

    ●点评:

    于军(中国科学院北京基因组研究所副所长)严格地讲,人们目前并没有真正从模拟生命进化的过程来合成生命。因为生命的从头合成―――从无机物质到有机物质再到简单的生命―――是模拟生命起源的过程,难以在实验室里实现。这个自然发生过程充满了未知和偶然性,至少经历了10亿年。什么样的里程碑式发现可以称为人工合成生命呢?就目前的能力而言,那就是创造一个能利用自然界存在的简单营养源,可以自主复制和自由进化,并具有科学应用价值的人工合成细菌。合成生命的科学原理并不复杂:合成一长段DNA,有足够多的基因,再移植到一个没有遗传物质的细胞里面就行了。但目前的人工合成技术还不能一次性合成(用化学合成的方法将核苷酸逐一连接)由上百万个核苷酸(细菌的大小就在这个范围,而人的染色体长度是30亿个核苷酸)组成的染色体,几千到数万个核苷酸还勉强可以分步合成。文特尔团队正在走这条路。不过,对于这种研究,科学家们首先面临的是技术和工程的挑战,而不是科学理论难题。

    -编者按

    2007年即将过去。过去的一年中,世界范围内的科学家们继续为人类的生命科学事业进行着不懈地探索,取得了许多与人类生命和健康紧密相关的重大成果。

    如人类第一个个体基因组排序已经完成、首次成功研制出真正意义上的第一台分子机器、外科手术机器人系统进行微细手术、从皮肤中提取出干细胞、人工合成生命等这些成果的意义何在?它们在未来将如何影响人类的生命健康?年终,我们邀请国内相关专家就本年度影响人类生命健康的6项重大科技进展进行点评,以飨读者。

责编:闫冬

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