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Miescher发现核酸
类别:里程碑
说明:瑞士生物学家 Friedrich Miescher 在研究白细胞时,首次从细胞核中分离出一种新的物质,他将其称为“核素”(后来被命名为核酸)。尽管当时尚不清楚它的生物学功能,但这一发现为 DNA 研究奠定了基础。Miescher 的研究证明了细胞核中含有特定的化学物质,这一认识在后来的遗传学研究中起到了至关重要的作用。该研究标志着分子生物学的起点,并最终促成了 DNA 作为遗传物质的确认
发展驱动力:技术融合(显微镜技术的进步促进了这一发现)。
引用: Miescher, J. F. (1871).Ueber die chemische Zusammensetzung der Eiterzellen. -
Walther Flemming观察到细胞分裂过程
类别:里程碑
说明:德国细胞生物学家 Walther Flemming 通过改进显微镜技术,首次系统地观察并描述了有丝分裂(mitosis)过程。他在研究过程中使用染色剂(胭脂红)使细胞核结构清晰可见,并发现染色体在细胞分裂期间会复制并平均分配到子细胞中。这一发现为后来的遗传学研究提供了直接证据,并推动了细胞遗传学的发展。Flemming 的研究帮助科学家理解了染色体如何在细胞分裂过程中传递遗传信息。
引用: Flemming, W. (1882).Zellsubstanz, kern und zelltheilung. Vogel. -
孟德尔遗传定律的重新发现
类别:里程碑
说明:19 世纪中期,格雷戈尔·孟德尔(Gregor Mendel)在豌豆实验中发现了遗传的基本法则,但他的研究在当时未被重视。到了 1900 年,三位科学家(Hugo de Vries、Carl Correns 和 Erich von Tschermak)分别独立地重新发现了孟德尔的研究成果,并证实了遗传性状的分离和独立遗传原则。孟德尔定律的重新发现,为现代遗传学奠定了基础,并促使科学家进一步探索基因的分子机制,最终推动了分子生物学的发展
发展驱动力:技术融合(植物学与遗传学的结合)。
引用: Spillman, W. J. (1912). The present status of the genetics problem.Science,35(907), 757-767. -
Period: to
西班牙流感大流行
类别:社会事件
说明:西班牙流感是 20 世纪初最严重的全球大流行病之一,导致全球超过 5000 万人死亡。此次大流行促使科学家深入研究流感病毒的传播机制,并推动了疫苗学、病毒学以及流行病学的发展。科学家开始意识到 RNA 病毒在疾病传播中的作用,并逐步发展出了病毒分离和鉴定的方法,为后来的分子病毒学研究奠定了基础。此外,流感疫苗和抗病毒药物的研发也受到这一事件的直接推动。
引用: Johnson, N. P., Mueller, J. (2002). Updating the accounts: global mortality of the 1918-1920" Spanish" influenza pandemic.Bulletin of the History of Medicine,76(1), 105-115. -
Griffith发现转化现象
类别:里程碑
说明:英国细菌学家 Frederick Griffith 通过肺炎双球菌实验发现了“转化现象”(Transformation),即死去的光滑型(S 型)细菌能够将某种物质传递给粗糙型(R 型)细菌,使其获得致病性。尽管 Griffith 当时并不知道这种遗传物质的本质,但他的实验为后来 Avery 等人的 DNA 研究提供了线索,并最终帮助确定 DNA 是遗传物质的载体。
引用: Griffith, F. (1928). The significance of pneumococcal types.Epidemiology Infection,27(2), 113-159. -
电子显微镜的发明
类别:技术突破
说明:德国物理学家 Ernst Ruska 和 Max Knoll 共同发明了电子显微镜(Electron Microscope),该设备使用电子束代替光来成像,使科学家能够以纳米级分辨率观察细胞内部结构,如线粒体、核糖体等。电子显微镜的问世极大地推动了细胞生物学、病毒学和分子生物学的发展,成为观察细胞和病毒超微结构的强大工具。
引用: Burton, C. J., Barnes, R. B., Rochow, T. G. (1942). The electron microscope. Industrial Engineering Chemistry, 34(12), 1429-1436. -
第二次世界大战中的生物武器研究
类别:社会事件
说明:第二次世界大战期间,各国加大了对生物武器的研究,促使分子生物学和微生物学的技术得到了加速发展。
引用: Poupard, J. A., Miller, L. A. (2003). Biological warfare. The Desk Encyclopedia of Microbiology, 168. -
Avery等人证明DNA是遗传物质
类别:里程碑
说明:Oswald Avery 及其同事通过一系列实验,发现 DNA 而非蛋白质是遗传信息的载体。他们的研究基于 Griffith 的转化实验,并通过去除蛋白质、RNA 和 DNA 的方式确定只有 DNA 能够导致遗传信息的转移。这一发现为后来的 DNA 结构研究奠定了理论基础,并最终促成了 DNA 作为遗传物质的确认。
发展驱动力:技术融合(生物化学和遗传学结合)。
引用: Ot, A. (1944). Studies on the chemical nature of the substance inducing transformation of pneumococcal type. J Exp Med, 79, 137-158. -
Chargaff发现DNA碱基配对规律
类别:里程碑
说明:奥地利裔美国生物化学家 Erwin Chargaff 发现了 DNA 的碱基配对规律,即 DNA 分子中腺嘌呤(A)与胸腺嘧啶(T)的比例相等,鸟嘌呤(G)与胞嘧啶(C)的比例相等(A=T, G=C)。这一规律为 James Watson 和 Francis Crick 提出 DNA 双螺旋结构提供了关键证据。Chargaff 的研究揭示了 DNA 结构的化学基础,并推动了分子遗传学的发展。
发展驱动力:技术融合(化学和生物学的结合)。
引用: Chargaff, E. (1950). Chemical specificity of nucleic acids and mechanism of their enzymatic degradation. Experientia, 6(6), 201-209. -
Period: to
绿色革命(农业革命)
类别:社会事件
说明:绿色革命是指 20 世纪中期至 1970 年代的一系列农业技术变革,主要包括高产作物品种的培育、化肥和农药的广泛使用、灌溉技术的改进等。生物技术的进步,特别是基因工程的应用,使得科学家能够改良农作物基因,以提高作物抗病性、抗虫性和耐旱性。绿色革命极大地提高了全球粮食产量,特别是在发展中国家,帮助缓解了饥荒问题。然而,它也带来了对环境影响、土壤退化和基因多样性下降的担忧。随着分子生物学的发展,农业基因工程逐渐成为绿色革命的延续,例如转基因作物的培育进一步提升了农业生产效率。
发展驱动力:技术融合(农业技术和分子生物学的结合)。
引用: Borlaug, N. E. (2000). Ending world hunger. The promise of biotechnology and the threat of antiscience zealotry. Plant physiology, 124(2), 487-490. -
Watson和Crick发现DNA双螺旋结构
类别:里程碑
说明:James Watson 和 Francis Crick 在 Rosalind Franklin 和 Maurice Wilkins 通过 X 射线晶体衍射研究 DNA 结构的基础上,提出了 DNA 的双螺旋结构模型。他们的研究表明,DNA 由两条反向平行的核苷酸链组成,并通过 A-T、G-C 之间的氢键配对。这一发现不仅揭示了 DNA 复制的机制,还为基因表达和遗传信息传递提供了基础。
引用: Watson, J. D., Crick, F. H. (1953). Molecular structure of nucleic acids: a structure for deoxyribose nucleic acid. Nature, 171(4356), 737-738. -
中心法则的提出
类别:里程碑
说明:Francis Crick 提出了分子生物学的“中心法则”(Central Dogma),即遗传信息从 DNA 通过转录形成 RNA,再通过翻译形成蛋白质。这一理论是理解基因表达过程的核心,指导了后来的基因调控和分子生物学研究。中心法则的提出,使得科学家能够系统性地研究遗传信息的存储、传递和表达机制。
发展驱动力:疾病挑战(人类疾病研究促使理论提出)。
引用: Raacke, I. D. (1961). The synthesis of proteins. InMetabolic Pathways(pp. 263-388). Academic Press. -
Khorana合成人工基因
类别:技术突破
说明: Har Gobind Khorana 及其团队首次成功在实验室中合成具有生物活性的基因,证明了 DNA 可以人工合成并发挥功能。这一突破为基因工程、合成生物学和基因编辑技术的发展奠定了基础,并推动了 DNA 化学合成技术的进步。
引用: Khorana, H. G., Büuchi, H., Ghosh, H., Gupta, N., Jacob, T. M., Kössel, H., ... Wells, R. D. (1966, January). Polynucleotide synthesis and the genetic code. In Cold Spring Harbor symposia on quantitative biology (Vol. 31, pp. 39-49). Cold Spring Harbor Laboratory Press. -
基因克隆技术的发明
类别:技术突破
说明:Stanley Cohen和Herbert Boyer开发了基因重组技术,首次成功将外源基因引入细菌,使得基因克隆成为可能。这项技术成为现代生物工程的基础,推动了基因治疗和转基因生物的发展。
发展驱动力:技术融合(分子生物学和遗传学的结合)。
引用: Cohen, S. N., Chang, A. C., Boyer, H. W., Helling, R. B. (1973). Construction of biologically functional bacterial plasmids in vitro. Proceedings of the National Academy of Sciences, 70(11), 3240-3244. -
DNA重组技术的发明
类别:技术突破
说明:Stanley Cohen 和 Herbert Boyer 通过利用限制性内切酶和 DNA 连接酶,成功地将外源 DNA 片段插入细菌质粒,并使其在细菌细胞中复制。这项技术开创了基因克隆的方法,并成为现代生物工程的基础。DNA 重组技术的发明,使得科学家能够操控和研究特定基因,并推动了基因治疗和转基因生物的发展。
发展驱动力:技术融合(分子生物学与遗传学的结合)。
引用: Cohen, S. N., Chang, A. C., Boyer, H. W., Helling, R. B. (1973). Construction of biologically functional bacterial plasmids in vitro. Proceedings of the National Academy of Sciences, 70(11), 3240-3244. -
Southern印迹技术的发明
类别:实验方法
说明: 英国生物学家 Edward Southern 发展了一种 DNA 检测方法,后来被称为 Southern 印迹(Southern Blot)。该方法通过限制性内切酶切割 DNA 片段,随后通过凝胶电泳分离,并使用放射性或荧光探针检测特定的 DNA 序列。Southern 印迹技术为 DNA 分析、基因组研究和遗传病检测提供了强大工具,并广泛应用于分子生物学实验室。
发展驱动力:技术融合(分子生物学与物理学结合)。
引用: Southern, E. M. (1975). Detection of specific sequences among DNA fragments separated by gel electrophoresis. J mol biol, 98(3), 503-517. -
Asilomar会议(关于基因工程的政策和法规)
类别:社会事件
说明: Asilomar 会议是在美国加州召开的重要科学会议,汇集了科学家、伦理学家和政府官员,专门讨论基因工程的安全性及伦理问题。会议最终达成了一系列关于重组 DNA 研究的指导方针,强调了生物安全,并推动了基因工程技术的规范化。Asilomar 会议奠定了基因工程政策的基础,并影响了全球生物技术法规的制定。
发展驱动力:政策法规(对基因技术的道德和安全问题进行规范)。
引用: Berg, P., Baltimore, D., Brenner, S., Roblin III, R. O., Singer, M. F. (1975). Asilomar conference on recombinant DNA molecules. Science, 188(4192), 991-994. -
基因工程公司Genentech的成立
类别:社会事件
说明:Genentech 是世界上第一家专注于基因工程的生物技术公司,由 Herbert Boyer 和 Robert Swanson 共同创立。该公司利用重组 DNA 技术生产蛋白质药物,并在 1978 年成功合成了人类胰岛素。Genentech 的成立标志着生物技术产业的兴起,并推动了生物制药行业的发展,最终促成了多种基因治疗和生物药物的问世。
引用: Jong, S. (2008). Academic organizations and new industrial fields: Berkeley and Stanford after the rise of biotechnology. Research Policy, 37(8), 1267-1282. -
艾滋病流行
类别:社会事件
说明:艾滋病(AIDS)疫情的爆发引起全球关注,并促使科学家深入研究逆转录病毒(HIV)。HIV 病毒的发现推动了免疫学、病毒学和分子生物学的研究,并促进了抗逆转录病毒药物的开发。艾滋病的流行不仅影响了全球公共卫生政策,还促使分子生物学技术在医学领域的广泛应用,如 PCR 技术用于病毒检测、基因测序用于病毒变异监测等。
发展驱动力:疾病挑战(艾滋病的广泛传播促使科研人员寻找应对方法)。
引用: Barré-Sinoussi, F., Chermann, J. C., Rey, F., Nugeyre, M. T., Chamaret, S., Gruest, J., ... Montagnier, L. (1983). Isolation of a T-lymphotropic retrovirus from a patient at risk for acquired immune deficiency syndrome (AIDS). Science, 220(4599), 868-871. -
PCR技术的发明
类别:技术突破
说明: 美国生物化学家 Kary Mullis 发明了聚合酶链式反应(PCR,Polymerase Chain Reaction)技术,它能够在短时间内快速扩增特定 DNA 片段。PCR 技术的核心在于使用 DNA 聚合酶(如耐高温的 Taq 聚合酶)进行体外 DNA 复制。这项技术彻底改变了分子生物学研究,使得 DNA 检测、基因克隆、突变分析、法医学等领域取得突破性进展。PCR 技术的高灵敏度和高特异性,使其成为现代分子生物学实验室的标准工具。
发展驱动力:技术融合(化学和计算机技术的结合)。
引用: Mullis, K. B., Faloona, F. A. (1987). [21] Specific synthesis of DNA in vitro via a polymerase-catalyzed chain reaction. In Methods in enzymology (Vol. 155, pp. 335-350). Academic Press. -
基因转化技术的突破
类别:技术突破
说明:科学家成功开发了将外源基因导入动植物细胞的方法,标志着基因转化技术的突破。这一技术广泛应用于农业,催生了转基因作物,如抗虫棉、抗除草剂大豆等。基因转化技术的成功,不仅提高了作物的产量和抗逆性,还在医学领域推动了基因治疗的发展,为治疗遗传病和癌症提供了新的方法。
发展驱动力:农业革命(转基因作物的需求)。
引用: Potrykus, I. (1991). Gene transfer to plants: assessment of published approaches and results. Annual review of plant physiology and plant molecular biology, 42(1), 205-225. -
BLAST算法的发明
类别:技术突破
说明: 由 Stephen Altschul 等人开发的 BLAST(Basic Local Alignment Search Tool)算法,使得科学家能够快速比对 DNA、RNA 和蛋白质序列,并在生物数据库中寻找相似序列。BLAST 的发明大大加速了基因组学研究,成为生物信息学的核心工具,广泛用于基因功能注释、进化分析和新基因发现。
引用: Altschul, S. F., Gish, W., Miller, W., Myers, E. W., Lipman, D. J. (1990). Basic local alignment search tool. Journal of molecular biology, 215(3), 403-410. -
人类基因组计划启动
类别:里程碑
说明:人类基因组计划(Human Genome Project, HGP)是一个国际合作项目,旨在测定人类基因组的完整 DNA 序列,并识别所有基因。该项目的目标是解析人类遗传信息,并为医学、遗传学和生物技术研究提供基础。人类基因组计划的完成,使得个性化医学、基因治疗和精准医疗成为可能,并推动了生物信息学和基因测序技术的快速发展。
发展驱动力:疾病挑战(对疾病的基因基础研究的需求)。
引用: 于军. (2013). “人类基因组计划” 回顾与展望: 从基因组生物学到精准医学. 自然杂志, 35(5), 326-331. -
克隆羊“多莉”的诞生
类别:技术突破
说明: 苏格兰科学家 Ian Wilmut 及其团队使用体细胞核移植技术,成功克隆出了第一只哺乳动物“多莉”(Dolly)。这是科学界首次使用已分化的体细胞克隆哺乳动物,证明了成年体细胞仍然具有全能性。这一突破在干细胞研究、器官移植和再生医学领域具有深远影响,并引发了关于克隆技术的伦理争议。
发展驱动力:技术融合(生物学与医学的结合)。
引用: Wilmut, I., Schnieke, A. E., McWhir, J., Kind, A. J., Campbell, K. H. (1997). Viable offspring derived from fetal and adult mammalian cells. Nature, 385(6619), 810-813. -
SARS疫情的爆发
类别:社会事件
说明: 严重急性呼吸综合征(SARS)冠状病毒在全球范围内爆发,促使科学家深入研究冠状病毒的分子生物学特性。SARS 疫情推动了新冠病毒(COVID-19)研究的基础工作,并加速了疫苗和抗病毒药物的研发。通过病毒基因组测序,科学家能够迅速识别 SARS 病毒的来源和变异情况,为防治其他冠状病毒相关疾病提供了重要经验。
引用: Chan, J. F., Li, K. S., To, K. K., Cheng, V. C., Chen, H., Yuen, K. Y. (2012). Is the discovery of the novel human betacoronavirus 2c EMC/2012 (HCoV-EMC) the beginning of another SARS-like pandemic?. Journal of Infection, 65(6), 477-489. -
CRISPR基因编辑技术的突破
类别:技术突破
说明:Jennifer Doudna 和 Emmanuelle Charpentier 发现了 CRISPR-Cas9 基因编辑系统,并开发了一种精准的基因编辑工具。CRISPR 技术能够对 DNA 进行定点修饰,被广泛应用于基因治疗、农业生物工程和基础研究。与传统基因编辑方法相比,CRISPR 具有更高的效率和更低的成本,已成为生物技术领域的重要突破。
发展驱动力:技术融合(生物学、计算机科学和化学的结合)。
引用: Jinek, M., Chylinski, K., Fonfara, I., Hauer, M., Doudna, J. A., Charpentier, E. (2012). A programmable dual-RNA–guided DNA endonuclease in adaptive bacterial immunity. science, 337(6096), 816-821. -
基因治疗的突破性进展
类别:技术突破
说明:2013 年,科学家在临床试验中成功使用基因治疗治愈了一例遗传性眼病(Leber’s Congenital Amaurosis, LCA)。这标志着基因治疗的实际应用迈出了关键一步。基因治疗利用病毒载体将正常基因送入患者细胞中,修复或替代突变基因,为治疗遗传病、癌症和神经系统疾病提供了希望。
发展驱动力:疾病挑战(治疗遗传性疾病的需求)。
引用: Cring, M. R., Sheffield, V. C. (2022). Gene therapy and gene correction: targets, progress, and challenges for treating human diseases. Gene therapy, 29(1), 3-12. -
CRISPR基因编辑技术获诺贝尔化学奖
类别:里程碑
说明: Jennifer Doudna 和 Emmanuelle Charpentier 因其在 CRISPR-Cas9 基因编辑技术方面的贡献,共同获得 2020 年诺贝尔化学奖。这一奖项认可了 CRISPR 技术在分子生物学及医学研究中的重大影响,并推动了基因编辑技术的进一步发展。
发展驱动力:技术融合(基因编辑技术的广泛应用)。
引用: 蒋艳红, 吴宇轩. (2020). CRISPR/Cas9 系统: 开启基因编辑新时代——2020 年诺贝尔化学奖简介. 自然杂志, 42(6), 456-462.