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展望2011年世界科技:全方位发展 多学科融合

陈颖健

2011年01月12日09:45    来源:人民网     留言 0 条     手机看新闻

  当人类跨入21世纪第二个10年时,会有些什么期待?在未来10年中,又有哪些前沿科学和新兴技术将引领时代潮流?当我们认真研究前沿科学和新兴技术所面临的机遇和挑战后,发现这些领域已进入黄金收获期。

  21世纪第一个10年,世界科学技术在生命科学、生物技术、纳米技术、信息技术、基础科学和宇宙探索等领域取得了空前进步,提出了一系列改变科学面貌的卓见。在21世纪第二个10年起始之年,预测现代科学技术的未来发展时,不能不提到一个词:融合。它突出地反映了当今科学技术发展的一个总趋势。在未来的10年中,如果没有不同知识领域和技术之间的交叉融合,任何单一的领域或技术都不可能独领风骚。

    
创意图片:基因组。人民图片


  生命科学与生物技术

  基因组测序速度更快

  全球科学家花了15年时间和30亿美元才完成了第一个人类基因组的序列测定。2007年,詹姆斯·沃森的全球首个个人基因组图谱耗资200万美元,历时2个月。而2009年的“完全基因组”公司对个人基因组的测序成本不到5000美元。随着成本的下降,科学家能以更快的速度测序人类基因组。国际癌症基因组协会将于今年4月开始,对多种癌症约2.5万个基因组进行测序。2011年人们将看到该项研究的一些初步成果。

  合成生物学技术优化

  10年前,听说过“合成生物学”的人寥寥无几。如今,科学家能够“白手起家”合成一个新生物的基因组,而且几乎可以用它来创造一种活体细菌。由于阅读和合成脱氧核糖核酸(DNA)序列的成本已大幅下降,现在可以像计算机程序员编制数字代码那样对DNA进行重组。科学家相信,生命系统也可以像其他系统一样人为地设计。

  随着人们对生命发育、运作程序的逐步探索,生命运作的每个细节都将被揭示,整合分子工程学和计算机生物学技术,生物学家将获得一种新技术——优化合成生物的技术,对其最直接的应用是,在药物和给药途径的设计上人类将变得越来越有创新性。例如,口服疫苗、工程菌株。这些合成的生物药品能更接近肿瘤组织,选择性地杀死癌细胞。此外,合成生物学在食品和生物燃料等方面也有广泛应用,例如,生产可以抵抗病虫害或制造生物燃料的作物品种。

  今后,合成生物学将进入多细胞研究层面。在2011年将有更多探索多细胞集合行为的研究出现,并基于此使细菌获得更多有用的功能,如用于生成治疗药物。

  干细胞研究孕育新突破

  2010年细胞重编程研究领域捷报频传,新的重编程技术促使诱导多能干细胞(iPS细胞)转化效率不断提高,同时还实现了多种类型细胞之间的转化。2011年,患者来源的iPS细胞将逐渐成为相关疾病研究中的新细胞模型——尤其对于那些目前尚无好的动物模型,以及对其细胞内部了解甚少的疾病,例如精神病。此外,iPS细胞还将被广泛应用到潜在药物筛选领域,并用于研究和推动个体化药物治疗。

  另一方面,iPS细胞技术已更新了好几代,从病毒载体携带的转录因子到蛋白诱导,再到小分子化学物质诱导,技术的更新极大地改善了iPS细胞技术,降低了致癌风险。2011年的iPS细胞技术将变得更安全、更高效。

  大脑记忆物理组织被发现

  已发现的证据表明,记忆通过大脑中神经元的联系而形成。近年来,科学家发现,在这些神经元分支里存在一种被称为PKMzeta的分子,正是这种分子使记忆保存下来,若是阻断了PKMzeta分子,记忆就会消失。这一发现开辟了神经科学领域内一个令人兴奋的前景。PKMzeta分子在大脑里应该是以一种独特的分布方式来形成新的记忆,科学家们可将与动物记忆学习内容有关的所有神经元及其分支绘制出来,这样,人们将第一次看到某个特定的记忆。


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(责任编辑:杨牧)
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