分子生物学发展历程

  • Friedrich Miescher从脓细胞中首次分离出核酸。

    里程碑
  • Frederick Griffith 发现了遗传转化原理。

    里程碑
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    发生绿色革命

    社会历史事件 绿色革命主要通过培育高产品种、改进农业技术提高粮食产量。分子生物学技术在后续良种培育中发挥关键作用,通过分析植物基因,科学家可以改良作物基因,增强其抗逆性和产量,将传统农业育种推向分子育种新阶段,推动了分子遗传学在农业领域的应用。
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    第二次世界大战期间,开发了青霉素

    社会历史事件 战争需求 第二次世界大战期间,青霉素的开发等成果展现了科学研究的巨大潜力。战争的需求促使各国大力投入科研,推动了实验生物学技术的进步,比如细菌培养技术的优化,为分子生物学研究提供了更有效的实验手段,也使得科学家们对生物分子的研究有了更迫切的需求和更丰富的资源。
  • 三人通过实验证明DNA是遗传物质。

    里程碑
    Oswald Avery、Colin McLeod、MacLean McCarty三人
  • James Watson和Francis Crick提出了DNA双螺旋结构模型。

    里程碑
    [1]徐宏伟,沈垚,骆龙,等.DNA双螺旋结构模型的探究历程及教学启示[J].中学生物教学,2024,(25):64-67.
  • Werner Arber发现了限制性酶,这一技术后来被广泛应用于基因工程。

    技术突破
  • 三人阐明了遗传密码。

    里程碑
    Marshal Nirenberg、Har Gobind Khorana和Robert Holley
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    生物技术公司兴起

    社会历史事件 生物技术公司的出现,为分子生物学研究成果转化提供了平台。这些公司投入大量资金用于研发,推动了基因诊断、药物研发等产业发展,吸引人才投身分子生物学应用研究,促进了分子生物学从理论研究走向实际应用,加速了技术商业化进程 。
  • Herb Boyer和Stanley Cohen成功进行了DNA克隆实验。

    里程碑 早在1990年,Bubeck和OIiner便发现了在大肠杆菌内进行同源重组的现象[7-8],令人惊讶的是这种方法在当时并没有得到广泛普及,随着生物合成时代的急速发展,酶切位点的日益匮乏及对快速、低成本克隆方法的迫切需求,几种利用大肠杆菌内源同源重组活性[9-10]的无酶DNA克隆方法被重新提出。这些新技术与传统方法相结合,为构建精确的重组DNA分子提供了有效的工具。在这篇文章中,我们主要介绍了DNA组装方法的最新进展,并从这些方法的适用范围、存在的问题及应用等方面进行了分析和评述。
  • Frederick Sanger和Walter Gilbert开发了DNA测序技术。

    技术突破 基于测序的DSB检测方法发展极快地推动了DSB领域的研究进展,此外,这些技术也被应用到了多个其他领域,包括CRISPR/Cas9技术效率和安全性[32,38,80]、端粒末端序列结构识别[26]、DNA二级结构鉴定[40]等方面的研究。 [1]吴树恒,梁羽,吴薇.DNA双链断裂高通量测序技术的研究进展[J].中国细胞生物学学报,2024,46(08):1488-1496.
  • Herb Boyer和Stanley Cohen成功进行了重组DNA技术的实验。

    技术突破 DNA重组技术是指将两个或两个以上DNA分子重新组合并在适当细胞中增殖形成新DNA分子的过程。
    它的发展不仅改变了我们改造DNA的方式,也使得人们几乎可以随心所欲地分离及定向改造基因,实现了对基因的定点插入、敲除等目的 [1]张怡萌,杨晓,王剑,等.精准基因编辑技术的发展及治疗应用(英文)[J].生物化学与生物物理进展,2024,51(10):2637-2647.DOI:10.16476/j.pibb.2024.0311.
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    美国疾病控制与预防中心首次报告了艾滋病病例。

    社会历史事件 艾滋病的出现,促使全球科学家利用分子生物学技术深入研究HIV病毒。通过分析病毒的基因序列,了解其遗传信息传递方式,从而研发抗逆转录病毒药物,为分子生物学在病毒学研究、基因靶向治疗等方面提供了新的研究方向和实践案例。
  • Kary Mullis发明了聚合酶链式反应(PCR)技术。

    里程碑 在 对 病 毒 感 染 者 进 行 筛 查 时 , 最 常 用 的 是 基 于 实 时 定 量 反 转 录 PCR
    (qRT-PCR)的病毒核酸检测,这种方法方便快速,准确性高,但是由于只专注
    于病毒基因组特定区域,因此无法为病毒研究提供更详细的病毒基因组信息。而
    原始样本的全基因组测序则可提供最全面的基因组信息[107,108]。目前新型冠状病毒
    基因组的测序方法主要包括宏基因组测序、捕获测序、多重 PCR 测序等,这些方
    法各有利弊。 [1]唐正义.PCR技术研究进展[J].川北教育学院学报,1994,(02):12-15.DOI:10.13974/j.cnki.51-1645/z.1994.02.004.
  • Kary Mullis发明了PCR技术,极大地推动了分子生物学的研究。

    技术突破
    [1]王龙.PCR技术的深度解析与考查应用[J].中学生物教学,2025,(01):50-53.
  • 人类基因组计划启动,旨在测定人类基因组的全部DNA序列。

    里程碑
    [1]刘红洁.基于全基因组测序的病原体传播和微进化研究[D].军事科学院,2021.DOI:10.27193/d.cnki.gjsky.2021.000135.
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    人类基因组计划国际合作

    社会历史事件 该计划由美、英、法、德、日和中国科学家共同参与。它极大推动了分子生物学在基因组测序、分析技术上的发展。通过对人类基因组30亿个碱基对测序,构建了详细的人类遗传信息图谱,让科学家深入了解基因结构与功能,为基因治疗、药物研发等提供关键基础,带动了生物信息学、计算生物学等交叉学科的兴起,让分子生物学研究从单个基因转向全基因组层面,开启了基因组学时代。
  • 多利羊克隆成功。

    里程碑
    [1]盛晓菁,齐晓雪,徐蕾,等.基因克隆及组装技术的研究进展[J].中国生物工程杂志,2020,40(Z1):133-139.DOI:10.13523/j.cb.1905018.
  • CRISPR-Cas基因编辑技术的出现,为基因编辑和治疗提供了强大的工具。

    技术突破 随着基因组编辑技术的进步,利用 CRISPR-
    Cas9 治疗与人类疾病相关的基因组编辑研究正
    在迅速发展[47]。在临床前研究中,基于 CRISPR
    的敲入、敲除、激活和干扰等工具已经被开发出
    来,并被证明在各种疾病中具有广泛的应用和强
    大的治疗效果。CRISPR-Cas9 治疗已经进行了临
    床试验,体内疗法成功应用于 NSCLC、r/r ALL 等
    癌症,以及 ATTR、SCD 等遗传性疾病,显示出良好
    的效果。此外,CRISPR-Cas9 疾病诊断工具正在
    多个领域得到应用,这些成果为 CRISPR 疗法的
    未来临床应用提供了信心。 [1]李仪扬,周执政,王淑菲,等.CRISPR-Cas9基因编辑技术在疾病治疗中的应用与展望[J/OL].生物技术进展,1-8[2025-02-22].https://doi.org/10.19586/j.2095-2341.2024.0148.
  • CRISPR-Cas9基因编辑技术获诺贝尔奖。

    里程碑 CRISPR-Cas9 的临床前研究
    通过利用 DSB 细胞中的不同修复机制或将
    不同功能域融合到 dCas9 核酸酶中,从多个维度
    调节细胞的生物学行为,包括基因敲入、敲除、干
    扰、激活、碱基编辑以及靶向传递。这种方法已经
    在治疗肿瘤、传染病、遗传性疾病以及由伤害引起
    的疾病等方面显示出潜力。 [1]李仪扬,周执政,王淑菲,等.CRISPR-Cas9基因编辑技术在疾病治疗中的应用与展望[J/OL].生物技术进展,1-8[2025-02-22].https://doi.org/10.19586/j.2095-2341.2024.0148.