在廣大無邊的世界中，蕓蕓眾生千姿百態。其存在形式，可以是微生物，可以是植物，可以是動物，也可以是人。盡管這些生命個體有著天壤之別，但是，其生命基礎的構成要素，實際上是差不多的。任何生命個體都含有基因、蛋白質和細胞，也正是它們構成了生命基礎。現代科學研究表明，基因、蛋白質和細胞等生命基礎要素，決定著生物體表現為何種形式，決定著生物體能否健康成長，也決定著生物體的天年壽限。21世紀以來，生命現象，特別是生命基礎問題，吸引著越來越多的學者、專家前來研究。生命基礎問題的研究成果，在世界科技成果總量中的比重不斷提高，發明創造大量涌現，由此帶來了多姿多彩的創新信息。于是，本書的寫作，有了取之不盡的活水源頭。本書把國外21世紀以來的科技創新活動作為考察對象，集中分析其在基因、蛋白質和細胞等領域取得的創新成果，采用取精用宏的方法，對搜集到的材料細加考辨，實現同中求異，異中求同，精心設計成研究生命基礎問題創新信息的分析框架。本書由三章內容組成。

第一章 基因領域研究的創新信息

1.國外在基因生理方面研究的新成果

（1）基因性質研究，成功提取千年前維京人的DNA，重建30億年前基因組化石，發現羊皮紙蘊藏著古代DNA。發現精子具有獨特的“基因簽名”性質，發現人類或攜帶145種其他生物基因，研究表明身藏變異基因并不表示不健康，從列寧格勒戰役幸存者中尋找能救命的“好基因”。發現人類基因組中廣泛存在差異，發現快速進化基因可促進新物種形成。發現后天環境因素可能導致人體部分基因變異，發現人類基因組在一生中會發生改變，發現人類基因表達隨季節變化。

（2）基因結構及功能研究，開發出可預測DNA結構圖像變化的軟件態度，發現蜘蛛繭絲的基因分子結構。發現具有雙功能的基因，發明可控制基因功能開關的新技術，創建研究基因功能的“熒光魚”，發現同一基因可有完全不同的功能。

（3）基因遺傳信息研究，發現遺傳基因具有分割組織器官的功能，發現基因調控程序在進化中被循環利用，揭示線粒體由母系遺傳的原因，發現某些遺傳基因可保持沉默25代以上，研究顯示DNA無法解釋所有遺傳生物特征。發現人的表情來自遺傳，發現中國南北方人存在基因遺傳差異，發現注意力不集中與基因遺傳有關。擬用DNA測試確定法老家譜，用機器人模擬出基因數百代進化結果。

（4）基因機理研究，成功找到發育基因“RAD51”的特性機理，揭示影響健康長壽的基因機制，發現導致大量基因沉默的機理，發現DNA同源重組的新機制，發現細菌基因表達的常規機理，發現基因普遍存在“生理周期”，探明一種病菌產生耐藥性基因的表達機制，首次證實非編碼來源的基因產生機制。用實驗證實DNA與核質相連導致基因變異，發現氧化應激是引起基因突變的主要潛在原因，發現基因變異可導致神經細胞退化，發現個體基因端粒的長短決定其壽命長短，發現提高長壽基因活躍度可延長小鼠壽命，研究表示腦筋反應快慢與基因變異有關。

2.國外基因破譯方面研究的新成果

（1）微生物基因破譯方面，成功破譯軍團菌、世界上最具傳染性的細菌、5型熒光假單胞菌、乳酸菌、豆類固氮菌、能吞噬石油的單細胞細菌、口腔病原體“血鏈球菌”、部分超級病菌、抗藥性結核分枝桿菌、大腸桿菌等的基因組序列。開展了稻瘟病菌、曲霉菌、米曲霉素、煙曲霉素、玉米黑粉菌基因組測序。破譯了多細胞海藻類團藻的基因組。破譯了痢疾阿米巴蟲和草履蟲基因組。完成兩千多種流感病毒基因組測序，完成甲型H1N1流感病毒基因測序，并對埃博拉病毒基因組進行測序。

（2）植物基因破譯方面，開展破譯玉米、大麥和小麥等糧食作物的基因。破譯了西紅柿、甜辣椒、西瓜、黑品樂葡萄等園藝作物的基因。同時，還破譯了咖啡等飲料作物、青蒿等藥用作物，以及美洲黑楊、三葉楊、楝樹和火炬松等樹木的基因。

（3）動物基因破譯方面，破譯了倭黑猩猩、古馬、牛、豬和老鼠等哺乳動物的基因。完成了48只鳥類物種的基因組測序工作，它們包括烏鴉、鴨、隼、鸚鵡、企鵝、朱鹮、啄木鳥、鷹等，囊括了現代鳥類的主要分枝。破譯了半滑舌鰨，以及虹鱒魚、大西洋鮭魚等硬骨魚的基因。破譯了蜜蜂、果蠅、采采蠅等昆蟲的基因。破譯了櫛水母、三種鞭蟲等無脊椎動物的基因。

（4）人類基因破譯方面，繪制出韓國人、墨西哥人、越南人的基因組圖譜。完成最早的古人類基因測序，進行大規模古代DNA測序分析，破譯人類染色體，揭開人類基因開關轉錄因子的分布圖譜。同時，破解人類遺傳生殖細胞基因，繪制人類疾病的基因組圖譜等。

（5）基因破譯的技術和設備方面，發明更快、更高效的基因測序方法，提出基因測序數據分類新標準，開發出用單細胞分析基因組的測序技術，發明“拼寫檢查”基因序列的方法，用大數據解譯DNA獲重大突破。研制基因測序效率更高的設備和裝置，如單分子DNA測序儀、DNA的快速閱讀器，以及石墨烯“原子雞籠”等。

3.國外基因重組和合成研究的新成果

（1）基因重組技術方面，研制成更安全的基因植入細胞重組技術，為細菌重編基因組密碼以提高其抗病毒能力；運用生物基因重組技術提取水果香精，運用基因重組技術防止轉基因生物擴散。

（2）基因合成技術方面，合成出與遺傳基因結合的化合物、自然界不存在的人造堿基對、人類歷史上首個人造染色體、近乎完全由人造“零件”搭建的DNA分子，以及世界最短雙鏈RNA。研發出新型人工合成DNA載體、生物傳感器、可自我復制的人造脫氧核糖核酸結構，以及首個酵母染色體。實驗室中“撞”出構建生命的四種基本堿基，造出能像天然DNA那樣連接的人造堿基。同時，推進了基因合成技術及裝置的研制，如開發出基于基因組編輯技術可銷毀特定DNA序列的裝置。

4.國外基因種類研究的新成果

（1）與生命體成長相關的基因，發現8種與染色體數目異常相關的基因；發現影響胚胎發育的新基因，確認胚胎干細胞中控制人體發育的3種基因，發現12個導致發育障礙的新基因；發現與人類衰老相關的線粒體基因病變，發現調節人類壽命的微型糖核酸基因，發現衰老進程的調控基因，發現可延長動物生命的“長壽基因”。

（2）與體貌特征相關的基因，發現調控纖毛、導致男子謝頂、與生長頭發相關、導致脫發的基因；發現決定膚色的主要基因；發現與熬夜耐力有關的基因，發現與肌肉耐力有關的基因。

（3）與腫瘤和癌癥相關的基因，發現誘發垂體腺瘤的基因。發現關鍵致癌基因、新的抗癌基因、促使癌細胞擴散的基因、能刺激和控制癌癥擴散的基因，以及可引起癌細胞端粒加長的基因。發現與乳腺癌、腦癌、肺癌、結腸癌、大腸癌、皮膚癌、兒童癌癥、血癌、頭頸癌、前列腺癌等相關的基因。

（4）與心腦血管疾病相關的基因，發現控制人體血紅蛋白含量的基因、導致年輕人心肌梗死的基因。發現與心肌梗死發病相關的基因、導致冠心病的罕見基因缺陷、增加心絞痛風險的兩種基因變異、可顯著降低甘油三酯水平的基因變異，還發現與腦卒中有關的基因變異。

（5）與神經系統生理及疾病相關的基因，發現人腦進化的關鍵基因、負責腦神經細胞正常連續的基因、決定人類語言能力的關鍵基因、形成腦神經的關鍵基因、確認與大腦智力有關的基因、影響腦組織的基因突變、對人類大腦發育起關鍵作用的基因。發現成人肌肉營養不良新類型及其相關基因、與偏頭痛有關的基因變異、新的神經“痛覺基因”。發現與恐懼情緒相關的基因、導致不同抑郁癥的基因變異、與兒童患自閉癥相關的基因變異、導致抑郁癥的基因、與老性癡呆癥或阿爾茨海默癥相關的基因、與癲癇發病相關的基因。

（6）與消化系統疾病相關的基因，發現與節段性回腸炎有關的基因；發現引起胰腺炎的基因，確認與患急性胰腺炎有關的基因，發現與胰腺發育不全相關的“垃圾基因”。

（7）與代謝性疾病相關的基因，發現引發肥胖的基因變異，發現與兒童肥胖癥相關的基因變異。發現支配糖尿病發病的基因變異，發現新的干擾脂代謝的基因變異，發現與導致Ⅱ型糖尿病相關的基因變異。

（8）與傳染病相關的基因，發現導致結核桿菌抗藥性的基因，發現麻風病易感的基因。發現與嚴重登革熱癥狀相關的基因，發現與引起嚴重流感相關的基因突變。

（9）與其他疾病相關的基因，發現控制視網膜疾病的基因、與青光眼相關的基因突變。發現與砷中毒易感性相關的基因、日光過敏癥的致病基因。

（10）與植物生長相關的基因，發現影響擬南芥感知二氧化碳的基因、與擬南芥低溫長勢有關的基因。發現參與草莓維生素C合成的基因、控制水稻吸收砷的基因。

5.國外基因治療方面研究的新成果

（1）基因檢測方面，開發用于預測乳腺癌療效的基因芯片技術，同步檢測大量突變基因技術獲得新突破，發明利用納米通道精確檢測DNA的新技術，發現一種基于細胞層面的DNA檢測新方法，開發出能區分真偽DNA的檢測技術，開發出DNA突變和損傷的快速檢測新方法，開發出基因興奮劑檢測法。開發用細菌蛋白質作為檢測受傷基因的新材料、可瞬間檢測出目標基因的新材料。開發DNA快速檢測箱、可測量單個DNA分子質量的設備。

（2）基因治療方面，揭示基因影響不同種族病人藥物劑量的原因，使用基因外顯子測序方法查找出致病原因，采用基因組測序法追查疫情暴發路徑。發現利用他人DNA碎片可抑制腫瘤，動物實驗發現基因療法可延長壽命，發現早產風險與母系基因有關。首次利用納米顆粒把基因傳遞進活體小鼠大腦中，用抗轉錄療法治愈犬類假肥大型肌營養不良癥，用短尾猴開展基因治療帕金森氏癥的研究。用基因成功治療兒童免疫缺陷癥，研制出血管再生的基因工程結構，通過基因療法加速燒傷皮膚愈合，用基因療法讓盲人重見光明，利用基因療法治療心臟病。另外，基因療法治療血友病獲得成功，基因療法首次用于囊腫性纖維化。

（3）基因治療的載體和技術方面，發現一種病毒可以作為基因治療的載體，開發出以高分子納米膠囊為載體的基因療法，以納米涂層細菌為載體轉運口服DNA疫苗。使用鐵蛋白推進基因治療，運用基因導向治療腫瘤，運用基因改造激活細胞的電活性，發明納米隧道電穿孔基因治療技術，開發出有望治療鐮狀細胞貧血的新基因技術等。

第二章 蛋白質領域研究的創新信息

1.國外蛋白質生理方面研究的新成果

（1）蛋白質性質方面，確認非典病毒內獨特蛋白質的特性，發現最耐熱的蛋白質，發現單個蛋白質拼接具有產生多種抗原多肽的性質，開發出用納米微粒觀察蛋白質分子運動性質的新方法。成立世界首個鋸蛋白性質研究網，繪出含有幾千張人類細胞和組織的蛋白質圖集。

（2）蛋白質結構及功能方面，探明細胞內一種大型蛋白質的結構，發明快速測定蛋白質結構的新技術，揭示人體內鴉片類物質的受體蛋白質結構，破解人體免疫系統關鍵蛋白的結構。發現具有生發功能的蛋白質、具有識別病毒功能的細胞蛋白質、具有計時器功能的蛋白質、具有阻止神經細胞死亡功能的蛋白質、具有抑制中性脂肪功能的乳鐵蛋白。同時，發現一種蛋白質具有強分化誘導功能。發現早老性癡呆癥致病蛋白的新功能，發現一種蛋白具有幫助心臟緩解壓力的功能，證明壓力族蛋白的特殊生理功能，發現一種蛋白具有防止細胞早亡現象的功能。（3）蛋白質機理方面，發現一些生物防凍蛋白質阻止結冰的機理，確定熒光蛋白“光控開關”的運作機制，探明肌體處理異常蛋白質的機制，發現驅動蛋白和動力蛋白存在“默契”機理，發現人體酸堿調節蛋白的運行機制，發現蛋白能夠抑制轉位子的作用機制，發現線粒體呼吸鏈蛋白復合物的運行機理。同時，發現正常普里昂蛋白質過剩可誘發神經細胞死亡，開發出可揭示蛋白間相互作用的新技術，認為細胞外基質蛋白濃度與認知能力衰退有關，發現鐵蛋白水平與認知能力相關。