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生命科学前沿发展动态

  生命科学三处包括生物化学与生物学、遗传学、细胞生物学、发育生物学和免疫学等4个一级学科,集中了生命科学最基础和最前沿的研究,是生命科学最活跃的研究领域之一。

  生命科学发展到今天,学科的界限逐渐融合,生物学、细胞生物学、遗传学等已经密不可分。生物学在微观层次对生物大的结构和功能,特别是基因研究上取得突破后,正深入到在水平上对细胞活动、发育、遗传和进化进行探索。基因、蛋白质、细胞、发育和进化研究形成基础生物学研究的一条主线。另一方面,遗传、细胞学、免疫学等从、细胞到整体不同层次水平的研究,其他领域如数学、物理、信息科学等多学科向生命科学的交叉和相互渗透、复杂系统理论和非线性科学的发展,也使得基础生物学研究在思维和方上从分析综合,或者分析与综合结合,体现了整合生物学的思想。此外,新技术和新方法的建立和引入,如生物芯片技术、蛋白质组学方法、结构基因组方法、各种质谱、波谱方法、单技术、生物信息学等,在基础生物学研究中特别是功能基因组和蛋白质的研究中发挥了越来越重要的作用。

  生物化学与生物学的对象是参与生命活动过程的生物大的结构与功能。研究蛋白质等生物大具有生物功能的结构基础以及生物大之间相互识别的结构是生物化学学科重要领域;核酸特别是non-coding RNA的基因和功能、酶的催化和调节机制、膜蛋白和膜脂的相互作用、糖蛋白和糖复合物的结构功能等也是生物化学学科所关注的重要课题。

  细胞生物学的研究对象是活细胞。研究内容涉及细胞周期调控、细胞、增殖、分化、凋亡等,以及细胞间相互作用、细胞迁移、细胞内蛋白质分选、物质跨膜转运、信号跨膜转导等几乎所有生命现象的过程和机制。其中细胞信号转导研究是细胞生物学研究的一个热点。细胞分化和生物个体发育,也是细胞和发育生物学重要的领域,在生物学特别是基因组研究的推动下,发育生物学也有了长足的进展。

  人类基因组计划的实施及相关模式生物基因组研究的开展,对生命科学尤其是遗传学的发展产生了巨大的影响,极大地促进了遗传学研究及生命科学其他学科的发展。功能基因组学是遗传学研究重要的方面;另外涉及基因表达调控规律、多基因、多因素影响的遗传学问题等仍是遗传学研究的重要课题;针对基因组研究产生的海量数据,发展生物信息学方法也是遗传学面临的新课题。

  现代生物学、细胞生物学等相关学科的发展也极大促进了免疫学的发展。、细胞与整体水平的研究,以及通过对机体免疫系统、神经与内分泌系统等相互关系的研究,不断深化了对免疫系统的了解,丰富了对机体内调节机制的认识。现代免疫学的研究转而也极大地促进了相关学科的发展,尤其是在基础医学、临床医学和预防医学领域,免疫学科的研究了某些疾病的发病机理,并为疾病的诊断和防治提供了理论基础。

  生物化学和生物学曾经是生命科学的前沿和最活跃的学科。近年来由于生物学的技术和方法不断为生命科学其他领域广泛运用,使本学科的资助越来越侧重于蛋白质等生物大及其复合物的三维结构与功能研究方面。

  蛋白质是生物功能的体现者,蛋白质的结构及其运动是其发挥生物功能的基础。因此蛋白质结构与功能的研究是生物化学领域的重要资助方向。人类基因组计划的实施,以及其后的功能基因组的研究,也对蛋白质的研究提出了新的课题,以蛋白质晶体学和NMR测定为特点的结构生物学,高通量、大规模研究蛋白质结构和功能,如结构基因组学、蛋白质组学等已经成为本学科的重要研究方面。

  DNA、RNA等作为遗传信息,研究其本身的结构及与蛋白质的相互作用是该领域更基础的课题;基因表达调控以及RNA选择性剪接、RNA水平的编辑、特别是non-codingRNA,如snRNA在剪接体功能、snoRNA在细胞核内参与调控等方面仍有许多问题值得研究。目前国内RNA的研究队伍偏小,应予以扶植和倾斜。

  膜蛋白的结构与功能及膜蛋白与膜脂的相互作用是本学科生物膜研究的重点。但由于生物膜体系复杂,研究难度较大,国内研究队伍比较薄弱;多糖和糖复合物的研究也是当前生物化学与生物学研究的热点,但由于糖的成分、结构及糖链合成调控的复杂性,研究难度亦较大。近3年来,生物膜及多糖方面的申请课题仅占申请总数的10%—15%,亦应给予扶植和鼓励。

  方法和技术手段对蛋白质等生物大的研究尤为重要。学科鼓励发展和引进新的技术,如新的蛋白质晶体学方法(MAD,SAD等),异核NMR、生物质谱、生物信息学方法等用于蛋白质等生物大的结构测定和功能研究。

  申请者应选择具有重要生物学功能的蛋白质、酶等进行研究,并立足于自己的研究系统来研究的结构与功能。

  遗传学是生命科学研究领域内十分活跃的带头学科,它的发展对其他生命科学领域的发展产生相当的影响。当今遗传学的发展趋势是,一方面继续重视生命活动过程背后的遗传控制,另一方面开始越来越重视生命体与间在基因水平的相互作用。

  功能基因组学研究将是今后相当长时间内遗传学研究领域中的一个重点。定位并克隆控制生物学性状(质量性状和数量性状)或发挥重要生理作用的基因,并鉴定其功能,仍然是遗传学研究领域的一个重点。因此搜集或创建供研究所用的遗传群体或遗传材料(含疾病家系、隔离人群、突变体库等)是开展这些研究工作的一个重要前提。各种高通量鉴定基因功能的研究手段,如生物芯片、基因敲除(knock out)、 转基因(knock in)、RNA干扰(RNAi)以及蛋白质组学研究中的各种技术,将在功能基因组学研究中发挥越来越重要的作用。建立、应用、发展并完善这些新的技术常必要的。从研究实验系统看,小鼠、果蝇、斑马鱼、拟南芥、线虫、酵母等几种传统的模式生物依然是研究的主要对象,但随着基因组全序列测定的完成,水稻、人等一些基因组相对较大且较为复杂的生物也成了新的模式生物。

  基因的表达调控规律,特别是基因的调控网络机制,已越来越受到重视。一方面要研究顺式作用元件与反式作用因子(因子)之间的作用,另一方面也要研究表观遗传因素(Epigenetics)对基因表达调控的影响。对RNA基因的鉴定及调控功能研究也正在受到广泛的注意。

  生命体与因素(物理因子、化学因子、生物因子)之间的关系向来是遗传学家关心的问题。“基因型+型=表型”已被人们所共识。但究竟基因型和型之间如何相互作用而决定表型的形成,多少年来始终是个未解之谜。现在新的研究手段,如生物信息学、基因组学和蛋白质组学等研究方法为今天开展这一研究提供了可能。多基因复杂性状最易受到影响,许多重要的疾病如肿瘤、高血压糖尿病、骨质疏松、和动植物产量、品质和抗性表型等均属多基因复杂性状,对于这些性状一方面要从理论上展开研究,另一方面要从实验上展开研究。SNP计划实施以来,基因型与表型间的关系研究已引起人们广泛的兴趣,为开展该领域研究打下了基础。我国拥有丰富的遗传资源,具有开展这些研究的基础和优势。

  伴随大量基因组序列的产生,已形成了一门基于基因组序列的学科—基因组信息学。如何从基因组中利用并提取具有生物学意义的信息是我们面临的一个难题,如基因的预测(含编码蛋白基因和非编码蛋白基因)遗传信息在染色体上的组成方式、不同间基因组的比较、基因的产生与进化等等。

  在今后的资助项目中,一方面强调要充分利用我国遗传资源上的优势,分离鉴定更多的具有我国自主知识产权的功能基因,阐明其在生命活动过程中的表达调控规律,另一方面我们也强调与国际接轨,与国际同行竞争。我们特别强调踏实的、长期的工作积累,特别是针对申请者而言,申请书中提供的预实验结果对于能否成功获得资助至关重要。

  细胞生物学作为研究细胞生命活动规律的科学,已从形态结构的描述发展为对其结构和功能相结合的研究。随着各种生物学研究手段的运用,对细胞周期、细胞(有丝和减数)、增殖与分化、细胞衰老与死亡(细胞凋亡和细胞坏死)、细胞逆境适应、细胞间相互作用、蛋白质分选、物质运输(穿膜运输与膜泡运输)、细胞迁移等各种重要生命现象本质有了新的了解。在这些现象背后涉及许多基因(或蛋白),它们的相互作用将信息环环相扣地传递下去,形成信号通。因此,细胞的信号转导研究是该领域中研究的一个热点。研究内容包括:信号通中信号的鉴定、信号的转导方向(信号的相互作用)、细胞膜对信号的接收、信号的跨膜转导、在胞内的级联放大、信号跨入核膜激活相应基因等等。

  从以往的申请看,往往都是从一个基因入手去研究它在某一生理过程中的作用,这种研究在今后仍将是细胞生物学领域研究的主要方式。“大科学大综合”时代的到来,也将从另一个角度展开研究,即研究某一生理过程中究竟有多少基因的参与,如何发挥其功能等等。因此,基因的表达谱、蛋白质谱研究将会受到重视。关于对处于不同发育和分化状况下的单个细胞的研究,也开始受到关注。

  细胞生物学是生命科学领域中的基础性学科,选择科学、合理的实验系统(包括实验对象的选择)在其研究中占有重要的。不管是处于正常生理状况下还是异常生理状况下的细胞,只要针对所要研究的科学问题选择了合适而又科学的实验系统,就有可能在细胞生命活动研究中做出有特色的工作。如以肿瘤细胞作为实验系统,在研究细胞周期、基因组稳定性等方面均发挥了重要作用。

  在今后的资助项目中,我们强调要有好的前期工作基础,即长期的工作积累。对于具体的项目申请,强调提供详实的预实验数据,鼓励国内科学家与国外同行开展实在的国际合作,也鼓励国内科学家之间展开合作,特别是交叉领域的合作。

  人体解剖、人体组织与胚胎学主要研究人体细胞、组织、器官和系统的形态结构及相关生理功能,人体生命过程中的生物学本质,为阐明疾病的发病机理、诊断治疗和预防提供理论基础。鼓励与其他学科交叉,从新的角度开展有关研究。重视研究胚胎学研究中的主要基础问题。

  遗传、发育、进化一直是生命科学研究领域中的主题。近年来,发育生物学研究受到了相当大的重视。这主要是由于生物学技术的不断发展,以及细胞生物学和遗传学研究取得了长足的进步。从性细胞的产生、受精卵、胚胎,直至形成一个完整的生命个体,每一个过程都是发育生物学研究的重要课题。如性细胞是如何产生、迁移、成熟,受精卵是如何被激活、发育、形成胚胎,胚胎又是如何形成不同的组织、器官等。整个过程体现了生命活动在时间和空间上严格的秩序性,在这种秩序性的背后,正是基因间相互协调配合的结果。所以,鉴定与发育有关的基因并研究其表达调控规律依然是目前发育生物学领域中的主要研究内容。

  许多种类型细胞的发育分化也是发育生物学研究中的重点,如前面提及的性细胞、血液细胞、免疫细胞、神经细胞、肌肉细胞等等。在这里,需要强调的是关于干细胞的研究,这是近年来兴起的一个重要研究领域。它的出现一方面为发育生物学研究开辟了一个崭新的领域;另一方面,对干细胞(包括胚胎干细胞和成体干细胞)的研究为研究细胞(包括不对称)、发育与分化提供了新的实验系统,也为开展细胞疗法带来了希望。对干细胞的基础研究也是今后资助的一个重点。

  关于胚胎发育过程的研究一直受到人们的重视,今后仍将会受到重视。体细胞克隆技术近年获得成功以来,科学家们对移植核在新的胞质条件下重新分化,再进行胚胎的发育的问题产生了浓厚兴趣。究竟是什么因素使得分化了的细胞核重新分化发育,核质之间是如何相互作用,等等,这些问题已是体细胞克隆技术中尚待解决的基础性问题。关于胚胎植入的细胞学和生物学机制也有待进一步研究。

  对发育生物学的研究更强调要有合适的模式生物和实验系统。国际上普遍采用的模式生物实验系统主要有斑马鱼、线虫、小鼠、拟南芥、水稻、酵母等。我们并非要求所有申请者都必须采用这些模式生物实验系统,如果形成了具有特色的实验系统,也可以作出出色的研究工作。在我国科学家对文昌鱼、银鲫鱼的研究过程中也渐渐形成了自己独特的实验系统。需要说明的是,并非所有的实验系统一开始便建立在模式生物上。

  在今后的资助项目中,如同其他基础学科一样,强调资助具有优势和前期工作基础的项目(具有实验系统优势,或其他研究基础优势)。强调与其他学科的交叉,发展并完善新的实验研究系统和研究手段。力争使我国的发育生物学研究在某些点或面上处于国际先进水平。

  免疫学当今的发展具有如下特点:(1) 通过在、细胞与整体水平的研究深化对免疫系统结构与功能的认识;(2) 通过对免疫系统与神经、内分泌系统相互关系的研究,丰富了对机体内调节机制的认识;(3) 免疫学向生物学各学科渗透,极大地促进了相关学科的发展,尤其是在基础医学、临床医学和预防医学领域,免疫学科的研究了某些疾病的发病机理,并为疾病的诊断和防治提供了新技术、新方法、新理论和新途径;(4) 免疫学应用研究的进展突飞猛进,有力地促进了整个生物技术的发展。

  从近年免疫学学科受理和资助的项目来看,各分支学科间的项目水平差距较大。细胞免疫学申请数量少,研究面窄,机理研究缺乏;免疫学总体水平研究较高,但对机理的探讨不够深入。原因之一是缺乏原创小鼠模型。今后如能从及细胞学研究带到整体动物水平,研究水平会有很大提高;免疫遗传学的课题缺乏新意,但该领域有很大的发展潜力;神经内分泌免疫学申报的项目不少是我国学者多年研究工作的延续,研究水平有待进一步提高;免疫预防学申报项目的研究内容主要以疫苗为主,筛选优势抗原表位及多表位疫苗研究的申报较多,但在多表位疫苗的设计中,未注重从免疫学机理探讨如何设计合理的表位匹配;免疫诊断学申报项目较少,理论深度不够;免疫治疗学的申报项目研究内容包括各种疫苗、治疗性抗体、基因治疗、细胞治疗等,针对的疾病包括感染、肿瘤、自身免疫病等多种疾病。整体来说,技术线和设计方案少见突破;免疫治疗的细胞及基础欠扎实,治疗靶点选择创新性不够;某些免疫治疗研究应用前景不明显。今后申报的项目应加强免疫治疗的细胞及基础的研究,以基础研究的突破推动免疫治疗的发展和深入;免疫治疗的靶点选择应加强实用性,使其应用价值及潜能更明确;与免疫治疗相关的一些技术平台,如疫苗表位筛选、人源化抗体制备、载体优化等应加强,并鼓励多学科合作;免疫技术学领域绝大部分为加技术改良性质的项目,反映我国在这一分支学科比较落后。今后学科将重视具有原始创新的项目,和对我国免疫学研究有推动作用的平台技术,特别强调应能推广应用。免疫性疾病领域标书质量较高,反应了我国自身免疫性疾病的主要研究方向,许多单位都有较好的研究基础;感染与免疫这一领域申报的项目中,天然免疫在抗感染中的作用及机理研究受到广泛关注,抗病毒感染免疫仍是申报的重点,但总体水平不高;自主发现和鉴定的免疫新在抗感染免疫中的作用是本领域的一个亮点。今后申报的项目应:(1) 加强原始创新性研究,尤其是连续的、深入的机制和基于假设的研究有待加强;(2) 加强新技术在本领域的应用;(3) 鼓励除病毒性肝炎以外其他感染性疾病的免疫学问题的研究,尤其注意与我国卫生水平密切相关的和再现的感染性疾病的研究;(4) 加强与病原生物学和生物学学科的密切合作,避免在加强宿主免疫状态研究的同时忽略病原本身的研究。免疫病理的项目申请者已经考虑到从动物实验着手与临床结合,这是较好的发展方向;生殖免疫申报的项目缺乏基础性研究工作,研究内容大多属性工作,学科今后将加强对基础性研究工作的支持。移植免疫与分支学科申报项目数呈逐年增多之势,反映术在临床医学及基础医学领域的重要性。我国临床总体水平与国外差距不大,但基础研究水平差距较大,主要是缺乏一支基础研究的科研队伍。今后鼓励基础与临床专业人员的联合申报;支持以大动物为对象的研究项目;鼓励有创新性的多途径移植耐受;结合临床实际需要,鼓励开展新型免疫剂等研究工作。

  免疫学学科今后将进一步鼓励基础研究工作者与临床医生以临床某一疾病为模型联合开展基础研究,从细胞及水平研究疾病的发病机制及免疫治疗手段,利用我国资源优势,共同设计、组织并完成有中国特色的研究项目;鼓励免疫学专家与其他学科的专家积极协作,以促进学科的交叉和渗透。

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