科學(xué)技術(shù)與生命科學(xué)的回顧與發(fā)展

于潔

（山東科技大學(xué)資源學(xué)院，山東 泰安 271019）

進(jìn)入21 世紀(jì)，生命科學(xué)已成為引領(lǐng)時(shí)代發(fā)展的重要學(xué)科之一，如今，現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和生命科學(xué)結(jié)合越來越緊密，它將現(xiàn)如今發(fā)展起來的各類科學(xué)技術(shù)論理和方法應(yīng)用于研究各類生命現(xiàn)象，使疾病診斷治療及器官功能康復(fù)的研究更加深入。

一、色譜技術(shù)

（一）色譜技術(shù)的概述

色譜技術(shù)又稱“色譜分析”，是一種分離和分析方法，在分析化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、生物化學(xué)等領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用。1960 年，為了分離蛋白質(zhì)、核酸等不易汽化的物質(zhì)，色譜技術(shù)的理論和方法被重新引入，后逐漸發(fā)展，在生命科學(xué)中的價(jià)值越來越大。

（二）代表——變性高效液相色譜

這是一種檢測基因突變及多態(tài)性的色譜技術(shù)方法，現(xiàn)如今有6 種分離方式應(yīng)用于核酸研究，尺寸排阻色譜、陰離子交換色譜、混合模式色譜、反向高效液相色譜、離子對反相色譜、親和色譜。其中RP-HPLC-UV 的分析檢測方法便是基于液相色譜中的反向高效液相色譜技術(shù)故此用作藥物定量分析，例如，Patel 等用正相離子對色譜法模擬測定抗生素，而反相對離子可檢測動(dòng)物血漿內(nèi)的ERFX，應(yīng)用該法檢測，有簡單、迅速、準(zhǔn)確的特點(diǎn)，是科學(xué)技術(shù)與生命科學(xué)的完美融合。

DHPLC 技術(shù)的原理是基于某些雙鏈DNA在某些特定環(huán)境下失活具有的不同保留的性質(zhì)。以人類糖皮質(zhì)激素受體基因研究為例，利用PCR技術(shù)擴(kuò)增基因編碼區(qū)，電泳鑒定產(chǎn)物，以DHPLC 檢測PCR 產(chǎn)物,通過對洗脫曲線異常者進(jìn)行DNA 測序得出的結(jié)論，貢獻(xiàn)于檢測糖皮質(zhì)激素受體基因在中國人群中變異情況的研究。因此，高效液相色譜成為最為常用的分離和檢測手段，在生物化學(xué)、醫(yī)學(xué)、尤其是生命科學(xué)等方面廣泛地應(yīng)用。

（三）色譜技術(shù)的發(fā)展

1952 年，英國化學(xué)家詹姆斯和馬丁首先提出了氣－液色譜法，以后又有了氣－固色譜法。氣相色譜法因具有對揮發(fā)性物質(zhì)的分析靈敏度高、快速準(zhǔn)確、自動(dòng)化高等優(yōu)點(diǎn)，用于脂肪酸、碳水化合物、氨基酸和類固醇等易揮發(fā)物的分離。1956 年，美國工程師戈雷發(fā)明了高效玻璃管色譜柱，在毛細(xì)管內(nèi)壁上進(jìn)行分析，大大提高了層析效率。在20 世紀(jì)色譜法起關(guān)鍵作用的諾貝爾獎(jiǎng)有12 項(xiàng)，其中有10 項(xiàng)與生命科學(xué)直接相關(guān)，7項(xiàng)是化學(xué)獎(jiǎng)，3 項(xiàng)是生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。[1]色譜技術(shù)未來可在縮短研究的分析時(shí)間，提高分離的效率、智能化控制等方面進(jìn)一步發(fā)展。應(yīng)用先進(jìn)的檢測儀器和方法并結(jié)合采用梯度洗脫切住換技術(shù)可以嘗試多思路提高分析效率。若是對于成分復(fù)雜，除類似于梯度洗脫一樣的改變流動(dòng)相濃度的特點(diǎn)以外還可以改變固定相種類。信息時(shí)代，自動(dòng)化，智能化及結(jié)合現(xiàn)如今的互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展?？蛇M(jìn)一步開展色譜網(wǎng)絡(luò)醫(yī)藥研究全過程的智能化控制。

二、電泳技術(shù)

電泳法在生命科學(xué)研究中的突出作用主要是在蛋白質(zhì)還有核酸的研究方面。

（一）雙向電泳技術(shù)

電泳法在生命科學(xué)研究中的突出作用主要是在蛋白質(zhì)的研究方面。目前，蛋白質(zhì)雙向電泳技術(shù)是一種常用的蛋白質(zhì)組學(xué)定量分析工具，[2]各個(gè)研究院正在利用雙向電泳技術(shù)對具有代表性植物的蛋白質(zhì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與研究，獲得重復(fù)性好、分辨率高的雙向電泳圖譜，為其深入研究打下基礎(chǔ)。而在生命科學(xué)領(lǐng)域發(fā)現(xiàn)，患病人群的血清蛋白質(zhì)與正常人群的某些有一定的差別，這些變化利用雙向電泳技術(shù)可以進(jìn)行深入探索，為醫(yī)學(xué)界的某些疾病開辟新治療途徑。

（二）毛細(xì)血管電泳技術(shù)

該技術(shù)是用高壓直流電場為驅(qū)動(dòng)力在毛細(xì)血管內(nèi)進(jìn)行液相的分離，主要基于雙電層和直流電場環(huán)境下某些粒子發(fā)生的定向運(yùn)動(dòng)，也就是電泳技術(shù)而研究的新技術(shù)，可以與人類常用藥物包合研究，進(jìn)而得到具有針對性、更有效的藥物。現(xiàn)如今更可以與色譜技術(shù)優(yōu)勢互補(bǔ)進(jìn)而得到更為理想中的有利于醫(yī)學(xué)研究的現(xiàn)代化技術(shù)。

三、生物技術(shù)

（一）生物技術(shù)與生命科學(xué)的現(xiàn)狀

現(xiàn)下，生命科學(xué)的研究熱點(diǎn)依舊在基因組學(xué)、蛋白質(zhì)學(xué)等領(lǐng)域。然而想要在世界未來的競爭中占有一席之地，就必須要結(jié)合生物技術(shù)，生物技術(shù)在基因工程、蛋白質(zhì)工程、干細(xì)胞研究等等方面的研究讓科學(xué)家們走向了功能基因組學(xué)和蛋白組學(xué)領(lǐng)域，加快重大疾病新療法的研究，降低人類疾病的死亡率，提高人類的醫(yī)療水平和健康水平。

（二）生物技術(shù)與生命科學(xué)的發(fā)展成果

在2004 年，干細(xì)胞研究和克隆研究的碩果、韓國成功克隆人類早期胚胎,讓人類更加抱有對于治療性克隆的期望。2006 年美國成功逆轉(zhuǎn)細(xì)胞分裂過程，這項(xiàng)研究告訴我們促使細(xì)胞分裂的因素可以被我們?nèi)祟愃刂疲屛覀兛吹街斡┌Y及其他多種疾病的希望。同一年，英國告訴我們?nèi)嗽炀涌梢耘嘤?，并可以形成完整個(gè)體。

國內(nèi)在2006 年成功培育不易引發(fā)排異反應(yīng)的“萬能細(xì)胞”。發(fā)現(xiàn)抑制“過激”反應(yīng)的新機(jī)制，為治療“過激”免疫類疾病帶來研究藥物的突破口。而復(fù)旦大學(xué)與中國科學(xué)院藥物研究在某一研究中發(fā)現(xiàn)達(dá)菲抗原趨化因子受體過量表達(dá)可以干擾體內(nèi)腫瘤生長。以上國內(nèi)與國外的對于生命科學(xué)和生物技術(shù)結(jié)合而形成的研究成果都在表明全球人類對于這兩項(xiàng)技術(shù)的重視以及可以為人類生活健康帶來的巨大價(jià)值。

（三）未來趨勢

現(xiàn)如今，針灸和中醫(yī)已經(jīng)成為人們關(guān)注的重點(diǎn)。針灸研究結(jié)合借鑒現(xiàn)代生命科學(xué)和西醫(yī)的最新研究成果和技術(shù)。它的臨床和基礎(chǔ)研究成果已經(jīng)成為充實(shí)生命科學(xué)的客觀資料。[3]

四、信息技術(shù)

信息技術(shù)有著海量化、多樣化形式的信息資源特點(diǎn)，技術(shù)與技術(shù)之間的交互性，智能網(wǎng)絡(luò)的資源共享性，這些特點(diǎn)決定技術(shù)主體進(jìn)行選擇和深入探究的自由性。而生物學(xué)術(shù)有著生動(dòng)、豐富的研究對象的特點(diǎn)，并且環(huán)境或者生物科技均可以通過仿真模擬的圖片，電影和動(dòng)畫等充分展現(xiàn)。且更易于理解，擴(kuò)散思維，尤其對于宏觀和微觀的實(shí)驗(yàn)，如生態(tài)學(xué)，分子生物學(xué)。[4]

在人類基因組的研究中將面對巨大且具有高度復(fù)雜性的生物數(shù)據(jù)的管理和分析，人類大腦有限，計(jì)算機(jī)等信息技術(shù)為此提供了諸多便利。一個(gè)僅次于基因排序器、且必須依靠信息技術(shù)才能在基片上把基因片段排列，借助高性能計(jì)算把芯片上的基因片段放到基因芯片讀出器上從而破譯檢體信息，得到理想中可取的遺傳信息。生物基因芯片、Grid 技術(shù)、DNA 計(jì)算機(jī)等研究的未來發(fā)展趨勢必須借助全球化互聯(lián)網(wǎng)信息時(shí)代，充分利用國內(nèi)外現(xiàn)有的文獻(xiàn)信息資源，才能為人類創(chuàng)造更多的可能和機(jī)會(huì)。其中熱點(diǎn)之一是建立數(shù)學(xué)模型網(wǎng)絡(luò)基因，網(wǎng)絡(luò)在各類細(xì)胞、基因產(chǎn)物、蛋白質(zhì)間的相互作用等等方面都可建立基因表達(dá)譜，計(jì)算機(jī)模型預(yù)測動(dòng)態(tài)波動(dòng)，aMAZE 數(shù)據(jù)庫進(jìn)行信息比較與管理，生命信息的表達(dá)與生化的描述逐步完善。因此，建立生命科學(xué)數(shù)據(jù)庫、逐步達(dá)到信息數(shù)字化、高效快速獲得相關(guān)信息、在多層次、全方位的信息中發(fā)掘生命新的研究起點(diǎn)，將生命科學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展提供方向。

五、結(jié)論

隨著社會(huì)信息化發(fā)展，國家對生命科研的關(guān)注程度越來越高。而我國在科技投入、人才隊(duì)伍、科技成果轉(zhuǎn)化等方面有所欠缺。為此，充分利用已經(jīng)形成的理論基礎(chǔ)和成果,結(jié)合科學(xué)技術(shù)、信息技術(shù)、技術(shù)計(jì)量學(xué)等及其它方法(如數(shù)學(xué)方法等)，尋求新的突破和跨越,在定量研究問題上找到突破口,將其提到更高級的量化研究新階段，希望國家各個(gè)生命科學(xué)的研究院能繼續(xù)攻克各類研究方向難關(guān)，為預(yù)防和攻克迄今為止仍然不可治愈的疾病做出貢獻(xiàn)，完成提高人類健康生活質(zhì)量的偉大目標(biāo)。