生命科學學科的發(fā)展前沿與課程的育人價值

1、生命科學學科的發(fā)展前沿與課程的育人價值生命科學學科的發(fā)展前沿與課程的育人價值現(xiàn)代生命科學與生物技術取得了一系列重要進展和重大突破，并正在加速向應用領域滲透，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)出巨大的應用前景。生命科學新技術和新方法的發(fā)展及其與數(shù)理科學、工程科學的進一步交叉融合，為更深入系統(tǒng)地認識生命、更精準有效地改造生物體提供了前所未有的機遇。繼信息技術之后，生物技術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)濟社會發(fā)展格局中的重要性不斷增強，作為21世紀最重要的創(chuàng)新技術集群之一，其引領性、突破性、顛覆性特征日益凸顯。今天先來了解2018國際生命科學與生物技術發(fā)展態(tài)勢：隨著以納米孔為標志的第三代基因測序技術迅猛來襲，測序技術邁向高通量、高精度、低成本與便攜性時代。與此同時，表觀轉錄組分析技術、單細胞測序分析技術與基因編輯技術加速了人類生命藍圖的繪制與完善。這些生命科學手段與生物技術不斷創(chuàng)新、交叉與融合，廣泛地應用到科學前沿、臨床應用乃至產(chǎn)業(yè)

3、研發(fā)等諸多領域，從而涌現(xiàn)出了越來越多的生命科學研究：腦機接口技術的重大突破，改造生命和創(chuàng)造生命的深入研究，干細胞與再生醫(yī)學療法的臨床轉化，微生物組與人類健康和疾病的重大關聯(lián)，乃至細胞免疫療法的無限潛力，無一不彰顯出生命科學和生物技術向個體化、精準化邁進的趨勢。（一）重大研究進展1生命組學研究繼續(xù)推動生命科學發(fā)現(xiàn)技術創(chuàng)新和交叉推動生命組學研究向更精確的方向發(fā)展。在基因組方面，韓國首爾大學醫(yī)學院利用PacBio單分子測序技術結合BioNan

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

5、genomics）研究，探索了驅動乳腺癌和卵巢癌的關鍵因子。在免疫組方面，哈佛大學醫(yī)學院在一系列免疫細胞中進行了干擾素誘導基因表達和染色質的分析，構建了干擾素誘導調節(jié)網(wǎng)絡；新一代基因測序技術推動了免疫組庫分析的臨床應用。2腦科學醞釀全球合作研究，腦機接口技術實現(xiàn)重大突破腦科學持續(xù)穩(wěn)步發(fā)展，并醞釀全球合作。在美國、歐洲和中國的腦計劃不斷推進的同時，全球神經(jīng)科學家積極探討開展全球協(xié)作，共同解決腦科學研究三大挑戰(zhàn)。腦科學研究產(chǎn)出系列成果，尤其

6、是在腦機接口技術上取得了重要突破。技術進步推動基礎研究快速發(fā)展，美國冷泉港實驗室開發(fā)的標記大腦神經(jīng)元MAPseq新技術，有望實現(xiàn)深度神經(jīng)網(wǎng)絡的重大突破；美國洛克菲勒大學首次精確定位并定量了哺乳動物大腦中的基因表達。腦圖譜繪制方面，美國加州大學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鍵一步；美國華盛頓大學完成了人類大腦皮層圖譜，97個大腦皮層區(qū)域首次亮相；美國艾倫腦科學研究院繪制了迄今最完整的數(shù)字版人腦結構圖譜，將成為大腦

7、研究的最新指南。美國俄亥俄州立大學、瑞士聯(lián)邦技術研究所分別利用腦機接口技術，實現(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，標志著腦機接口技術在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)學中心貝克曼研究所利用靶向白細胞介素的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胞（TIL）回輸，治愈了一名晚期結腸癌患者。7個體化和精準化是醫(yī)藥技術發(fā)展的方向隨著精準醫(yī)學的快速發(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式發(fā)展，特別是以個體化和精準化為特征的靶向藥物發(fā)展迅速。2016年，F(xiàn)DA批準的22個新藥中，靶向藥物有18個。與此同時，許多重要的新的疾病靶點正在被不斷發(fā)現(xiàn)。2016年，美國加州大學舊金山分校、美國凱斯西儲大學分別發(fā)現(xiàn)了三陰性乳腺癌（TNBC）的新靶點PIM1

9、激酶、腫瘤免疫療法新靶點免疫檢查點蛋白Cdk5，美國加州大學圣地亞哥分校發(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)、指導精準用藥的重要資源。2016年，美國Regeneron遺傳學中心將50000余人的基因組數(shù)據(jù)與其電子病歷相結合，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聯(lián)。（二）技術進步生命科學新

10、技術不斷革新，推動生命科學研究朝著精準化、定量化和可視化的方向進一步發(fā)展。1基因測序技術邁向高通量、低成本與便攜性時代高通量、高精度、低成本和便攜性是測序技術和儀器研發(fā)的方向。納米孔測序技術入選了2016年《科學》雜志評選的十大科學突破。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、病毒和細胞的DNA測序及人類全基因組進行測序，這些應用證實了納米孔測序技術在測序中的應用潛力。一系列

11、新型測序技術也不斷涌現(xiàn)，由英國諾丁漢大學開發(fā)的ReadUntil測序技術通過與納米孔測序聯(lián)用，實現(xiàn)了高度選擇性的DNA測序。第二代基因測序技術也在不斷改進，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表觀轉錄組分析技術揭示RNA修飾調控機理開發(fā)新型測序技術，發(fā)現(xiàn)RNA修飾標志物及其修飾位點，揭示其調控機理，是目前表觀轉錄組領域發(fā)展的重點。2016年，美國加州大學洛杉磯分校開發(fā)

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

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