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分子生物学展望

2008-01-14 来源:光明日报 作者:刘德培 我有话说

分子生物学是一门从分子的角度研究生命现象及其活动规律,并为医学等学科服务的科学。近几年,随着系统生物学的发展和表观遗传学研究的深入,人们从分子角度对生物体有了更系统、更深入的认识。

系统生物学:宏微并举理解生物体

生物学研究的系统(如细胞、组织、

器官)是由大量不同分子构成的,因此,要真正认识生物系统,就需要在总体上对其构成的所有分子进行系统研究。系统生物学研究的就是生物系统中所有组成成分(基因、mRNA、蛋白质等)的构成和功能,以及在特定条件下这些组分间的相互关系。相比于20世纪早期由宏观深入到微观的生物学研究,系统生物学则是把微观的分子和宏观的整体联系起来。系统生物学通过收集和整合数据来理解生命体,即收集各个实验室的研究数据,包括用高通量技术获得的海量数据,然后通过对这些数据的分析、整合,最后进行模型化和定量化。

系统生物学与医学的结合产生了系统生物医学。人体是有机联系的整体,很多疾病都是多基因、多因素、多阶段、长时程的,有大量分子参与。系统生物医学就是综合分析健康状态与疾病状态下体内分子的差异,建立疾病的分子生物学模型,进而为疾病的防治提供指导。中医同样研究生命系统的整体,但不清楚机体内部的微观机制,系统生物医学则从微观的分子生物学入手,理解并回归整体,给中医学理论的发展带来新的机遇。

表观遗传学:微观角度理解生命体本质

生命体有两大本质属性:一是可以和外界交换物质和能量;二是在细胞分裂时能将遗传信息传递给子代细胞。生物体的遗传物质存在于染色体上,后者由DNA和组蛋白组成,其中DNA是经典的遗传物质。近年的研究显示,除了DNA外,染色体中的组蛋白也可以作为遗传物质。组蛋白组成的核小体的结构、组蛋白的修饰状态(如乙酰化、甲基化),都可以通过有丝分裂和减数分裂遗传――这种除了DNA序列信息之外的遗传被称作表观遗传,这种遗传可能受环境因素的影响。临床上,表观遗传的异常可导致肿瘤等疾病的发生。与DNA序列不同,表观遗传的变化是可逆的,因此,虽然DNA序列的异常不能通过药物治疗,但是表观遗传的异常却可以通过药物逆转。

从发现DNA双螺旋结构开始,分子生物学经历了半个多世纪的发展。随着宏观和微观两方面知识的进步,人类将更深入、系统地认识生命体及其活动规律,为医学等学科发展和疾病防治提供更多的理论基础和实践指导。(作者为中国工程院副院长)

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