自20世纪50年代DNA双螺旋结构揭示以来,分子生物学取得了迅速的发展。70年代初,DNA体外重组新技术和淋巴细胞杂交瘤两大新技术的诞生,宣告了现代生物技术的来临。以现代生物技术为基础发展创立的生物技术工程包括基因工程、细胞工程、酶工程、蛋白质工程等,其核心是基因工程。
20多年来,生物技术不断取得重大进展,基因合成、扩增技术,基因修饰技术,基因克隆技术,基因芯片技术,基因治疗技术,以及新型表达载体等新技术新方法不断涌现;功能基因的分离、克隆和开发应用,基因药物,重组疫苗,生物反应器,转基因植物和动物技术等有了重大突破。特别是20世纪90年代以来,生物技术和生命科学基础研究不断取得重大进展,人类基因组序列“工作框架图谱”完成,被称为继原子弹、人类登月之后世界科技史上的第三个里程碑;模式生物拟南芥和水稻基因组图谱的公布,为植物改良、培育高产、优质、抗逆的农作物新品种奠定了基础;克隆羊“多利”的诞生,标志着利用动物体细胞进行无性繁殖已经成为现实;干细胞、组织工程研究的重大进展,为再生医学开拓出日益广阔的前景;全球已有60多个微生物基因组的序列图公布,威胁人类的主要疾病都可能找到新的治疗方法,人类的健康水平将跃上一个新的台阶。
现代生物技术的发展都是同生命科学(特别是同微观生物学)的发展,同生命科学与其它学科的交叉和渗透密切联系在一起的,生物技术的进一步发展需要生命科学的继续推动。进入21世纪,生命科学的发展呈现出新的特点:首先,分子生物学在生命科学中居于主导地位,它带动了生物学各分支学科向分子水平深入发展,在分子水平上对细胞活动、遗传、发育和疾病的发生、发展、控制机理,以及脑功能等各种生命现象进行探索;其次,生命科学的研究模式发生了转变,随着生命科学本身的不断发展、对生命现象和活动认识的不断深入、并借助其它学科和技术,研究模式从单个实验室向集约型、规模化发展,大大加速了生命科学的发展速度;第三,分析与综合相结合、比较和实验相结合、微观与宏观相结合是目前生命科学研究的三大指导思想,生命科学的思想和方法正在从局部观向整体观拓展,人们对生命的认识有了新的视角;第四,生命科学和生物技术的发展在依托生命科学基础研究不断深入的同时,越来越依赖其它学科如数理科学、化学、信息和材料科学等提供的新理论、新技术和新突破,生命科学、生物技术与其它科学的交叉,将是21世纪生物技术发展的重要动力。
随着人类基因组和其它模式生物基因组的破译、后基因组时代的到来,确定所有的基因及其表达谱,了解基因所编码的蛋白质的空间结构、修饰加工和蛋白质之间的相互作用等将是新的热点问题;同时,细胞生物学、发育生物学、神经生物学、生物信息学、干细胞、组织工程等学科领域也将继续居于生命科学研究的前沿地位。人们对生命科学的不断认识和探索将从更深层次上揭示生命现象的内在规律和奥秘,从更深层次上了解人体生长、发育、正常生理活动和各种疾病的病因及发病机理,进而提出防治策略、途径和方法,为解决人口、健康、农业、环境和资源等一些经济与社会发展的重大问题提供新的知识和途径。在生命科学和生物技术的发展中,基因组科学和技术正在并将继续保持生物技术领域的主导力量,是当前生命科学和生物产业的重要创新源泉。
现在,人们正在以更高的热情期望生命科学在21世纪能有更大的突破。加强生命科学研究,抢占今后科学发展的制高点,已经成为各国政府、民众和科学界的共识。正因为如此,21世纪的生命科学在国际科学发展中正在占据越来越重要的地位。世界主要发达国家在政府科技预算中,除国防开支以外,投入生命科学研究与开发的经费已经达到科技总投入的50%左右。统计表明,近十年的生命科学论文的产出已经占国际科学论文总数的50%以上;美国NIH的经费从1998年为131亿美元,到2002年为228亿美元,四年之内增长了约75%;美国博士学位获得者中,有50%以上从事生命科学。当代生命科学对社会、经济已经产生了重大的影响,加强生命科学研究已经成为国际潮流。
我国生物技术相关研究在新中国诞生后迅速起步,随着我国社会、经济的发展而不断壮大。60年代初,随着我国国民经济情况的好转,国家在生物技术相关领域的投入不断加大。生物技术研究本身也从单纯应用型向基础 — 应用复合型研究转化。1965年,我国科学家首次人工合成胰岛素并确定了其晶体结构。这一成果领先于后来获得诺贝尔奖的国外同类工作,展示了当时我国生物技术研究的水平。然而由于众所周知的原因,我国生物技术的研究在70年代与国际差距有所加大。80年代,我国生物技术工作者又奋起直追,先后在人工全合成酵母丙氨酸tRNA及其酶学、生物膜和蛋白质立体结构研究的部分领域取得了一批高水平的成果,为20世纪生命科学的发展做出了历史性贡献。特别是党中央、国务院在80年代后期启动了“中国高技术发展计划”(863计划),大大加快了我国生物技术的发展速度。相继开展了分子遗传学、基因工程、细胞融合、酶工程等新学科和新技术的研究,并开始在农业和医药等领域获得广泛的应用,使我国生物技术的总体水平在发展中国家中处于领先地位,在较短的时间内缩短了与国际先进水平的差距。但目前,我国同世界主要发达国家仍有一定的差距,我国在世界主要生命科学期刊上发表的文章虽逐年迅速增加,但仍只占世界的2%左右;我国进入临床的生物药品虽已达150多个,有21种生物技术药物投入生产,但有我们自己知识产权的品种很少;生物医药制品近年销售额有200多亿元,我国从事生物技术产业的企业约500余家,从业人员超过5万人,但生产企业仍大都面临着规模小、效益低的问题。
随着我国综合国力的增强和加入世界贸易组织,特别是我国生物技术水平的大幅度提高,“自主、创新”已经成为主要奋斗目标。而实现自主创新的关键在于加强生物技术的相关基础研究。90年代后期,我国启动了“国家重大基础性研究计划”(973计划),在组织工程、重要疾病创新药物先导结构的发现和优化、严重创伤早期全身性损害及组织修复、严重传染病防治、心脑血管疾病发病和防治、细胞重大生命活动、衰老机理与老年疾病防治、生殖健康、脑功能和脑重大疾病、方剂关键科学问题、恶性肿瘤发生与发展、疾病基因组学理论和技术体系的建立、干细胞、重大疾病相关蛋白组学、出生缺陷防治、肿瘤转移与细胞增殖等领域开展基础研究。目前,我们已经在某些国际生物技术基础研究的领域中占据了有利的位置,正在不断冲击国际前沿水平,与发达国家争夺有关领域的学科“制高点”。通过加强在功能基因组学、蛋白质组学、生物芯片、组织工程、动植物生物反应器、基因工程药物与疫苗、基因诊断与治疗,以及动植物转基因技术、生物农药、生物肥料和生物安全等方面的原始创新性工作,生物技术将为我国的国民经济发展做出更大的贡献。
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