一、组织构成与主要研究实验室
中国科学技术大学生命科学学院成立于1998年,其前身是1958年建校时的生物物理系和1978年组建的生物学系,目前下辖和挂靠的教学与科研单位有:
分子生物学与细胞生物学系、生物物理学与神经生物学系、中国科学技术大学生命科学教学与科研公共实验中心(包括试验动物房)、中国科学院结构生物学重点实验室、教育部国家生命科学与技术人才培养基地以及安徽省分子医学重点实验室(与安徽医科大学第一附属医院和安徽省立医院共建),此外还与中国科学技术大学科技实业总公司合作参股了三个生物高技术公司:中外合资合肥兆科药业有限责任公司、安徽宿州丰华农业生物技术有限责任公司以及中科大生物技术有限责任公司。
现有中国科学院院士1人,教授22人,副教授及副高职称8人,其中国家杰出青年科学基金获得者6人,有10多人被聘为教育部长江学者计划特聘教授和中国科学院百人计划特聘教授。
拥有生物学一级学科博士学科点授权,是中国科学院博士生重点培养基地。目前设置了生物化学与分子生物学(国家级重点学科)、生物物理学(国家级重点学科)、细胞生物学(安徽省重点学科)、神经生物学(安徽省重点学科)和遗传学等五个博士学科点。
主要科研实验室(部分):
中国科学院结构生物学重点实验室 安徽省分子医学重点实验室
遗传工程实验室 生化遗传实验室
细胞动力学实验室 肿瘤细胞生物学实验室
细胞免疫与分子生物学实验室 植物细胞分子生物学实验室
受体药理学实验室 视觉研究实验室
神经毒理学实验室 神经心理学实验室
神经退行性疾病实验室 认知科学重点实验室
人类遗传学实验室 基因克隆、产物表达及蛋白质分离纯化车间
二、主要学科方向
(一)结构生物学
以X-射线晶体学、多维核磁共振波谱学、计算机模拟为主要研究手段,并与生化、分子生物学、细胞生物学方法紧密结合,在分子水平上研究生命现象中重要过程的结构基础,结构规律以及分子间作用机理。研究蛋白质、蛋白质与其它分子复合物的空间结构、动力学、分子间的相互识别与功能的关系;并开展结构生物学方法与技术的研究。开设了结构生物学方面较为完整的学位课程体系。
结构生物学是当代生物学研究的前沿,国内只有少数单位开展了这方面的工作。结构生物学重点实验室是中国科学院开放实验室,是中国科学院知识创新工程基地,同时拥有合肥同步辐射国家实验室的技术支撑。本学科方向拥有雄厚的师资队伍,包括中科院院士1名,教授8名,国家杰出青年科学基金获得者4名等。
随着人类基因组计划的完成,即将进入后基因组时代。对重要生命活动中的关键蛋白质开展结构生物学研究:测定蛋白质,蛋白质复合物的空间结构,研究结构与功能关系,在数据库的基础上,根据一级结构预测蛋白质的空间结构将会越来越重要。对重要生命过程中蛋白质空间结构的研究不仅是重大基础理论研究,而且与人类健康特别是新药研究和开发关系密切。
(二)神经生物学与认知神经科学
神经生物学与认知科学是高度跨学科发展的新兴学科。现有的主要研究方向包括:知觉信息的基本表达;智力模块的研究;学习记忆的神经机制;受体药理学;离子通道和受体;视觉神经发育及突触可塑性;神经毒理学;神经退行性疾病等。
研究方向的前沿性:上述方向均为国际上神经生物学研究的前沿方向,各研究方向的学术带头人也均为在该领域有一定建树的研究人员。
有特色的学术研究: 认知科学开放实验室的拓扑性质初期知觉的课论有鲜明的学术特色,在国际上有较大影响,fMRI和多导脑电极认知心理学相结合的研究有利于研究认知功能的脑结构基础。
研究手段上的优势互补:本学科在整体视觉电生理,在体、离体神经毒理及膜片箝技术及多实验层次研究神经退行性疾病等手段上具国际一流的水准,且这些研究手段可在整体、离体、细胞和分子水平上实现优势互补。
队伍年轻化:本学科的学术队伍以中青年为主,八名正高(博导)的平均年龄在45岁左右,有一个年龄结构合理的学术梯队。
基础与临床结合:应用多学科相结合手段,强调基础和临床相结合,从分子、细胞和整体水平研究衰老和神经退行性疾病的发病机制和诊断治疗策略、方法,具有明显应用价值。将科大的基础研究优势和安医大附院的临床优势结合。
合作背景:本学科有良好的国际、国内合作背景,与美国、德国、荷兰、日本等国数个一流实验室有良好的长期合作关系。双方合作从事有关课题的研究,合作培养博士生,并经常从事学术性互访;本学科与中国科学院有关研究所,复旦大学,第四军医大等单位亦有多个层次的良好合作关系。
有神经生物学与认知神经科学方面完整的学位课程体系。
认知科学开放实验室是中国科学院开放实验室,承担国家科委“攀登计划”、973计划和国家基金委重大项目等重要的研究课题,已进入中国科学院知识创新工程基地。受体药理学实验室和视觉研究实验室亦以青年科学家小组的形式进入中科院创新基地。
二十一世纪是脑科学的世纪,综合运用多学科发展起来的最新技术(如fMRI 、脑电、膜片箝等)从整体、系统到细胞、分子水平研究神经系统的基本过程和高级功能是当今脑研究的主流之一。研究成果不仅具有理论意义,在脑疾病(如老年性痴呆,AD)的预防早期诊断及治疗以及人工智能等领域都有广阔的应用前景。
(三)遗传学
用生物化学、细胞生物学、辐射诱变、遗传学等方法和手段,研究生命科学中有关遗传与变异、生长发育与基因调控、基因与环境等有重要意义的问题,如人类重要疾病的遗传机理和治疗、重要蛋白的基因工程改造、农作物性状的诱变改良、昆虫生长发育的机理等。
近年来,在国际著名刊物,如Natrue Genetics; Proc. Natl. Acad. Sci. USA; J. Biol. Chem.上发表论文多篇, 获省部级奖2项, 发明专利3项, 正在申请发明专利多项。
人类遗传学研究小组:糖尿病、哮喘、高血压等疾病严重危害人类健康,分析这些疾病基因的遗传模式,阐明基因与环境因素相互作用, 开展药物治疗, 具有重要的理论研究和实际应用意义,研究论文已被SCI刊物引用数十篇,受到国内外同行的高度重视和评价。
遗传工程研究小组:从七五开始至今承担的国家863项目“葡萄糖异构酶的蛋白质工程”,获得了有自主知识产权的基因工程菌并用于工业生产。研究结果发表在国内外知名刊物上,在蛋白质工程领域处于国内领先水平。
离子束生物工程研究小组:在国内外最早从事离子束诱导生物遗传变异、改良生物的性状,目前日本、泰国及国内一些研究单位也相继成立类似研究小组。目前已获得一批有特色的优良农作物材料,并申请了专利。
生化遗传研究小组:率先在国内开展细胞、个体、分子水平上,研究神经肽调控昆虫生长发育及信息传递的机理,在国内外重要刊物上发表论文多篇,目前已进入国家“973”课题项目。
随着人类基因组序列的即将完成, Science 杂志载文提出了药物基因组学这一崭新学科。人类遗传学研究小组是目前国内高校第一个从事药物基因组学的实验室。遗传工程实验室从七五开始至今承担国家863项目“葡萄糖异构酶的蛋白质工程”,从遗传工程入手,改造该酶的基因,获得了有自主知识产权的基因工程菌用于工业生产。离子束生物工程实验室在国内外率先开展研究离子束技术改良农作物性状,目前已获得一批有特色的优良农作物材料,如对生玉米、高光效水稻等,该研究受到国家科技部、国家基金委的重点支持。昆虫生长发育过程中重要激素基因的克隆、表达和调控、环境因素和基因作用等以及成功利用转基因家蚕生产出价值极高的天蚕丝,国内只有少数单位能开展这方面的研究,目前实验室已进入中国科学院知识创新工程基地并列入国家“973”子课题项目。
从本世纪初的经典遗传学探索遗传物质在世代间的传递规律到目前的人类基因组测序、基因的表达与调控、疾病与基因、基因改造与性状表现等,遗传学取得了巨大的进步。与生物化学、细胞生物学、医学、物理学等形成交差学科,极大地推动了遗传学的飞速发展。为了适应新形势下的学科发展需要,强调学科的交差,顺应发展的大趋势,符合国家经济建设需求,设立人类遗传、基因工程、诱变生物学、生化遗传、植物遗传育种等研究方向,探讨生命科学中有关遗传与变异、生长发育与基因调控、基因与环境等问题,具有重要理论价值和实际应用前景。
(四)细胞分子生物学
研究细胞内与有丝分裂功能相关的动点蛋白在细胞分裂过程中的作用,了解细胞正常增殖和异常生长的病理形成机制,为调控细胞增殖分化提供理论依据。并在分子水平上探讨基因治疗的生物学基础。
与凝血、溶血、细胞间质酶活性相关的生物活性成分的结构与功能的研究。
单克隆抗体技术在肿瘤、心血管疾病诊断和治疗及肿瘤抗原致癌机理的研究。
在细胞和分子水平上研究植物体生命现象中重要过程的结构基础,离子束等物理因素的影响及重要经济植物和珍稀名贵中药材等的农业和医药应用研究。
第一次证实了冠状纤维的重要组成成分动点蛋白CENP-E是连接纺锤体微管和染色体不可缺少的组分,参与染色体在赤道的聚集和纺锤体控制点的调控。还发现CENP-E与纺锤体调控点蛋白BubR1的相互作用,在细胞分裂动力学研究方面国际领先。
首次系统地研究尖吻腹蛇毒中有效成分的分子生物学.探索了多种抗栓、抗肿瘤药物的结构与功能。
首次研制成功用于多种-干扰素纯化的单克隆抗体亲和层析柱,彻底解决了我国重组干扰素生产依赖进口层析柱的关键技术问题。
较深入研究了离子束等物理因素诱变植物的细胞和分子机理及石斛、茯苓等中药材的细胞工程育种及其成分的抗肿瘤和肝疾病的药理作用。
近五年获国家科技进步奖1项,发表论文116篇,其中SCI30篇。获省部级科技成果2项,申请并获国家发明专利4项,美国发明专利1项。转让技术股份1项。在国际上第一次证实动点蛋白CENP-E是细胞分裂过程中关键部位冠状纤维的重要组成部分,参于染色体在有丝分裂赤道的聚集和纺锤体控制点的调控。有关CENP-E的研究结果即将在Nature上发表,有关动点蛋白细胞在有丝分裂中的作用的研究拍摄的激光共聚焦显微镜照片被选作2000年第一期Cell杂志的封面刊登。其它还有多篇论文在影响因子很高的杂志如PNAS、JBC等刊物发表。
对CENP-E粘连蛋白的研究将有助于阐明动点在细胞分裂期的组装及纺锤体调控点所涉及的生化通路与调控方式。本项研究工作具有重要的理论意义。
蛇毒含有多种与凝血、溶血相关的活性组分,还有特殊活性的细胞间质酶及其他酶类结构和功能研究,具有理论和应用价值,不仅在理论上探明蛇毒溶血、凝血分子机理。和与肿瘤浸润的关系,也为开发新型药物提供依据。
单克隆抗体技术解决重组药物生产的关键问题,具有国际水平,在国内也领先。单抗诊断、治疗应用前景广大。
植物细胞工程和基因工程的研究不仅是重要的基础研究领域,而且与农业和医药及人类健康等都有最紧密的关系。
(五)生物技术
生物技术是生命科学重要的热点前沿。作为生命科学学院重要的科研方向之一,本方向集中了许多较强的研究力量。研究肿瘤发生的分子生物学机制,开展肿瘤基因诊断、治疗和肿瘤免疫诊断治疗的基础研究和生物技术研究;在天然毒素蛋白中发现了具有应用价值的重要纤溶、抗凝组分;开展药物基因组学、以及蛋白质工程研究。
1、抗人癌基因erbB-2/neu产物p185的单克隆抗体的研制和应用研究:肿瘤抗原p185neu的单克隆抗体能在体内特异性地抑制高表达p185neu的肿瘤发生和发展。目前已完成了单克隆抗体检测血清和病理组织中p185neu表达水平的研究以及抗体VH、VL基因克隆和全序列分析、噬菌体单链抗体的构建、筛选和活性检测,为工程抗体的开发奠定了基础。
2.肿瘤基因治疗的基础研究:(1)关于细胞凋亡诱导因子TRAIL/Aporl作用机理的研究,寻找凋亡途径中受体的下游分子;(2)关于抗细胞凋亡因子bcl-2对抑制肿瘤以及药物敏感性改变的机理;(3)与肝再生相关的新的基因的克隆和鉴定,肝再生基因将对肝切除后修复产生有重要治疗意义,而凋亡途径在分子水平上的进一步阐明将对肿瘤基因治疗提供新的靶位。
3、蛇毒活性成分的生物化学与分子生物学:率先在国内构建了蛇毒腺cDNA文库,对蛇毒抗血小板溶栓素,纤溶、抗凝等有效组分进行了分离纯化、生化性质、克隆、序列测定、表达、三维结构测定和作用机理等系列研究,独具特色,并为创新药物研究奠定了基础。
4、蛋白质工程的研究:完成了国家863项目-葡萄糖异构酶蛋白质工程的研究,从菌种筛选、基因克隆、序列测定,到基因表达、基因突变、酶的性质、晶体结构研究、分子设计、基因改造以及工程菌发酵和酶固定化研究的蛋白质工程循环,并获得了葡萄糖异构酶有益突变体。在国内率先建立了一套完整的蛋白质工程研究系统和基因工程改造菌的中试和工业化应用。
5.药物基因组学:利用大规模DNA测序、基因图谱和生物信息技术, 研究个体在药物有效性、最适剂量、副反应和耐药性上表现出的差异性。为临床诊断、治疗、管理和自我保健提供新的思路,同时也为生物芯片等高技术的发展提供依据。这是目前国内第一个从事药物基因组学研究方向的高校实验室。
6.植物细胞分子生物学:植物基因工程与组织培养。
本研究方向在生物技术领域研究有基础性和原始创新性。以上工作有3项中国专利,1项美国专利,干扰素单克隆抗体亲和层析柱研究替代进口产品,已实现成果转化,曾获安徽省科委科技进步一等奖,国家科技进步三等奖;葡萄糖异构酶的蛋白质工程获教育部高等教育科技奖二等奖和安徽省高等学校科技进步一等奖。新的年轻人才引进将在肿瘤基因、免疫诊断治疗方面有所突破。
三、近几年部分科研项目获国家奖或省部级二等奖以上情况
生物大分子的计算机模拟 国家自然科学三等奖 1999年
生物分子结构与动力学的计算机模拟 中国科学院自然科学二等奖 1996年
视觉方向方位选择性的研究 中国科学院自然科学二等奖 1997年
人 --干扰素单克隆抗体的研制及应用 国家科委科技进步三等奖 1995年
葡萄糖异构酶蛋白质工程 教育部高等教育科学技术进步奖二等奖 2000年
天蚕丝质基因导入家蚕的染色质遗传工程安徽省自然科学二等奖 1999年
四、已完成或正在承担的国家及省部级科研项目(部分)
造血干细胞及重要疾病相关基因的结构基因组研究(863计划重大、国家自然科学基金重点、中国科学院知识创新工程重大等)
计算机模拟和核磁波谱研究蛋白质折叠原理及信号传导分子三维结构与功能(973计划)
与凝血和离子通道相关的天然毒素系列蛋白的结构与功能(973计划)
基于认知神经科学的有关智能信息获取的新理论新方法(973计划)
药物分子设计方法及应用的研究工作(973计划)
图象理解的认知基础和计算理论(973计划)
蛋白质分子设计新技术研究(863计划)
葡萄糖异构酶蛋白质工程(863计划)
酶及细胞周期重要蛋白与配方的相互识别(攀登计划)
国家基金委重大和重点:
核磁共振波谱技术及蛋白质空间结构预测方法的研究
视觉信息的基本表达及其无创新认知成象研究
低能离子与生物体相互作用
重金属铅对儿童学习记忆的影响及其细胞和分子机制
中科院九五重大和中科院择优支持:
蛋白质功能三维结构基础转录因子DRTF1/E2FDNA
蛇毒出血毒素三维结构与功能
计算机模拟与多维核磁共振方法相结合研究生物大分子
尖吻蝮蛇毒锌金属蛋白酶三维结构及其作用机理研究
昆虫FXRL神经肽的基因结构及其作用机理研究
视觉系统双眼反应性的发育可塑性及其细胞分子机制的
视网膜发育与再生过程中神经营养素受体的时-空表达
尖吻蝮蛇毒凝血酶的空间结构与功能研究
肿瘤标记物p185单抗诊断试剂盒的研制与开发(安徽省九五重大)
天蚕丝素基因转基因家蚕优良品种的培育(安徽省九五重大)
微重力条件下蛋白质晶体生长(921工程)
离子束应用技术研究(国家科技部)
五、可对外服务的大型精密贵重仪器设备(部分)
质谱仪 高速冷冻离心机
台式多用途离心机 DNA测序仪
DNA基因扩增仪 超速冷冻离心机
超低温冰箱 二氧化碳培养箱
双光子激光共聚焦显微镜 紫外分光光度计
生物大分子晶体衍射数据采集系统 500M核磁共振波谱仪
快速蛋白液相色谱仪 全自动10升发酵罐
浓缩冷冻干燥仪 电穿孔仪
热循环仪 激光扫描仪
细胞培养箱 柱层析系统
DHPLC 流式细胞仪
六、基础设施
现有的生物楼建筑总面积约6500平方米。新的生命科学教学科研综合楼于2002年7月正式开工,总建筑面积约3.3万平方米,为目前国内高校少数几个大型综合性生命科学楼之一,预期2004年投入使用。
新的生命科学综合楼将具备更加适应现代生命科学与生物技术研究要求的基础设施,主要包括:试验动物中心,其中SPF级约300平方米、清洁级约1200平方米;乙级放射性同位素实验中心约600平方米;生物制药中试车间约1500平方米;集中控制式中型温度控制(包括4℃低温和37℃中温等)实验室;集中控制式中型超净(10万级和万级等)实验室;集中控制式中型植物生长温室及屋顶植物园;基因克隆、产物表达及蛋白质分离纯化小型车间,以及生命科学教学与科研大型与精密设备公共实验中心。