熱情歡迎生物學專業(yè)和跨學科專業(yè)的學生報考華師生命科學學院的研究生，21世紀是生命科學世紀，大有可為!21世紀生命科學的發(fā)展趨勢及我國發(fā)展的重點華中師范大學生命科學學院陳其才一、生命科學及目前發(fā)展狀況

什么是生命科學？“生命科學是研究生命活動過程、規(guī)律以及生命體與環(huán)境相互作用規(guī)律的科學”。生命科學高度的綜合和交叉，含蓋的學科包括：生物學，生物技術,心理學，農(nóng)學，畜牧學和獸醫(yī)學，桑蠶學，養(yǎng)蜂學，水產(chǎn)學，林學，醫(yī)學（基礎、臨床、衛(wèi)生學與預防醫(yī)學等），藥學，中醫(yī)藥學等。（引自國家自然科學基金委項目指南）生物學不等于生命科學。近半個世紀以來，生命科學的成就為自然科學的發(fā)展作出了巨大的貢獻。遺傳物質(zhì)DNA雙螺旋結構的闡明被認為是20世紀自然科學的重大突破之一。約翰·戴森霍弗博士（左1）：德國霍華德修奇斯醫(yī)學中心教授，1988年諾貝爾化學獎得主；

弗里德·穆拉德博士（左2）：1998年諾貝爾生理醫(yī)學獎得主、美國芝加哥大學教授，阿夫拉姆·赫什科博士（左3）：

以色列工學院教授，

2004年諾貝爾化學獎得主；哈特姆特·米歇爾博士（左4）：

德國馬其學會生物物理研究所所長，1988年諾貝爾化學獎得主。生命科學已成為自然科學主流和領頭學科：2005年4位諾貝爾獎獲得者齊聚上海宣講生命科學（一）21世紀生命科學研究面臨的挑戰(zhàn)（難題）1、腦和高級神經(jīng)活動、信息處理的研究2、高產(chǎn)糧食作物的培育研究3、腫瘤與愛滋病的治療研究4、蛋白質(zhì)基因表達與疾病的關系研究5、克隆人、猛犸、熊貓等研究（二）生命科學重點發(fā)展方向什么是重點發(fā)展方向或熱門領域：NatureNature-biotechnologyNature-cellbiologyNature-geneticsNature-immunologyNature-medicineNature-neuroscienceNature-structuralbiology1、生物學基因組和腦研究是本世紀初國際競爭的焦點。因此，應充分利用基因組研究取得的理論技術成就，帶動腦科學、遺傳、發(fā)育、進化和生態(tài)學等前沿領域的研究，以及生物技術的發(fā)展。1）基因組學（1）人類基因組的結構與功能：人類基因組序列的工作草圖已于2000年6月宣布完成，2001年2月《Nature》、《Science》兩雜志已公布了所獲數(shù)據(jù)的科學論文，2003年4月14日人類基因組的全序列測定全部完成。（DNA/RNA序列信息庫總量超過100Gpairsofbase）我國的重點研究領域：中華民族基因組多樣性及單核苷酸多態(tài)性；環(huán)境因子易感性的基因組多態(tài)性和藥物反應個體差異的基因組多態(tài)性；疾病基因組學及重要疾病相關基因功能研究；人體或模式生物特定細胞的基因組表達譜和蛋白質(zhì)譜；具有重要生物功能的基因轉(zhuǎn)錄及表達調(diào)控，基因表達調(diào)控的層次網(wǎng)絡；基因組功能和蛋白質(zhì)功能研究。（2）水稻基因組的結構與功能：水稻是我國及世界許多國家的主要糧食作物，對于本世紀滿足人口增長對糧食的需求有關鍵意義。重點研究領域：水稻重要農(nóng)藝形狀基因的克隆和測序；與模式植物（擬南芥菜等）基因組的比較研究；水稻突變體庫的建立與應用；利用水稻與其他作物（小麥、玉米等）基因共線性，開展其他作物的基因定位和克隆；轉(zhuǎn)基因植物研究。（3）模式生物基因組研究：屬于人類基因組計劃重要組成部分模式基因組研究，將在基因組功能研究中起重要作用。重點研究領域：重要病源微生物基因組的結構、功能及其應用研究；重要動植物資源的基因組結構與功能研究；作物的重要經(jīng)濟性狀的功能基因組學。2）生物信息學生物信息學是適應基因組信息分析的需要而誕生的一門與信息科學、數(shù)學、計算機科學等交叉的新興學科。《人類基因組計劃》在完成基因組全部序列（30億堿基對）測序后，21世紀自然科學面臨的最大挑戰(zhàn)之一是解讀基因組序列的生物學含義。生物信息學的主要任務即是人類基因組信息結構復雜性的分析和破譯遺傳語言，以及基因組功能相關信息的分析和服務。此外，生態(tài)系統(tǒng)復雜性也需要開展生態(tài)信息學研究。（1）基因組信息學重點研究領域：人類基因組信息結構的復雜性；序列（特別是非編碼區(qū)）信息分析；基因組結構以及遺傳語言的語法和詞法分析；基因組結構以及遺傳語言的語法和詞法分析；基因組比較研究；大規(guī)?；虮磉_譜分析，相關算法、軟件研究；基因表達調(diào)控網(wǎng)絡研究；與基因組信息相關的蛋白質(zhì)功能分析；生物信息學中的新理論、新方法、新技術和新軟件研究；國家生物學數(shù)據(jù)庫與服務系統(tǒng)。（2）信息生態(tài)學重點研究領域：生態(tài)學農(nóng)學數(shù)據(jù)庫的系統(tǒng)化；生態(tài)系統(tǒng)的信息分析與建模；生態(tài)系統(tǒng)管理信息化咨詢和決策。(生態(tài)安全各國已上升到國防安全層面)3）生物大分子的功能與結構蛋白質(zhì)是細胞結構、功能和活性的最主要負責分子。膜蛋白的三維結構是當前生物學未解決的難題。重點研究領域：酶、信號轉(zhuǎn)導分子、細胞骨架蛋白、病毒蛋白等重要蛋白質(zhì)，特別是膜蛋白、糖蛋白及多分子體系的結構與功能；光合中心的結構與功能；RNA功能多樣性及其結構特性；生物大分子相互識別的結構基礎（蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)；蛋白質(zhì)-核酸；蛋白質(zhì)-復合糖類）；肽鏈折疊規(guī)律及蛋白質(zhì)構象轉(zhuǎn)換、折疊失誤與構象??；蛋白質(zhì)空間結構預測與分子設計；大分子自裝配與細胞基本結構體系的自組織；單個生物大分子的功能和操縱。4）細胞活動的分子機制及遺傳控制（1）細胞信息系統(tǒng)及調(diào)控重點研究領域:基因組DNA荷載的遺傳程序在染色體上的構建方式和操縱規(guī)則；染色體（質(zhì)）在間期核和發(fā)育中的動態(tài)結構與基因的功能活動；染色質(zhì)結構的修飾（DNA甲基化、組蛋白乙?；?、異染色質(zhì)化等）與基因表達程序的組編和重組編（精、卵細胞的“印跡”、分化和去分化、全能性的改變和恢復等）；細胞發(fā)育、分化的信號分子和信號傳遞通路，以及細胞內(nèi)各種信號通路（生長、分化、凋亡、衰老和癌變等）的整合。（2）發(fā)育的細胞和分子機制以及遺傳控高等動物的結構和功能無論怎樣復雜，其發(fā)育的基本環(huán)節(jié)仍可歸為細胞生長、分化和凋亡。自20世紀80年代在果蠅上發(fā)現(xiàn)發(fā)育的“主開關”基因（同源框基因）以來，對遺傳如何控制發(fā)育的問題已取得很大進展。重點研究領域：細胞周期和生長的調(diào)控；精子和卵的發(fā)生與成熟、受精及受精卵著床的分子機制和基因控制；圖式形成、形態(tài)發(fā)生、誘導作用和器官發(fā)生的基因調(diào)控；細胞凋亡在發(fā)育中的作用；細胞衰老和壽限（染色體端粒和壽命基因）；胚胎干細胞全能性和定向分化的誘導；植物發(fā)育（育性、形態(tài)發(fā)生等）的分子機制和基因調(diào)控；多基因性狀發(fā)育的遺傳控制。（3）生物防御系統(tǒng)的細胞和分子基礎免疫系統(tǒng)是生物長期進化過程中逐步形成和完善起來的。由于在醫(yī)學和生物學上的重要性，哺乳動物和人免疫系統(tǒng)的細胞和分子基礎已有很深入的研究，分子與細胞免疫的研究已成為目前生物學前沿。植物病毒、真菌和昆蟲等有害生物的侵襲能表現(xiàn)出不同程度的防御能力，但目前國際上對植物防御系統(tǒng)的細胞和分子基礎的研究還缺乏系統(tǒng)的了解。重點研究領域：免疫細胞的發(fā)育、凋亡和調(diào)控；新的功能性免疫分子及其受體（分化抗原、黏附分子、細胞因子、拮抗因子等）；免疫應答過程的調(diào)節(jié)；免疫耐受的機理及應用；免疫效應的類型、機理及應用；動物細胞人源化的基礎研究；植物防御系統(tǒng)中外源分子的識別、信號傳遞通路和防御分子；抗病毒、抗真菌等防御基因的分離和抗性育種的基礎研究。5）腦研究腦研究是生命科學的重大前沿，受到各國政府和社會的高度重視。當前研究的前沿和主要趨勢是在分子、細胞和整體水平對腦功能和疾病進行綜合研究，并從腦的發(fā)育過程了解腦的構造原理。腦影象技術（PET、fMRI、CT等）能實時顯示腦功能活動各部位間的時空關系，對從整體上了解腦功能活動也有很重要的作用。重點研究領域：感覺（視覺、聽覺、痛覺等）、神經(jīng)信息傳遞、加工、整合及調(diào)控；腦功能的細胞和分子基礎，包括突觸可塑性的分子基礎、各種腦細胞的基因表達和蛋白質(zhì)譜等；中樞神經(jīng)的再生和修復及神經(jīng)元的變性和凋亡；腦的高級功能（學習、記憶、語言、行為）的機制及其影象學研究；神經(jīng)-內(nèi)分泌和免疫的網(wǎng)絡調(diào)控及其細胞和分子基礎；認知、智能和人工智能；腦復雜性的計算神經(jīng)生物學、建模及腦功能的非線性動力學研究。6）生物多樣性及其可持續(xù)利用生物多樣性及其可持續(xù)利用的基礎研究涉及環(huán)境、資源、生物多樣性和農(nóng)業(yè)等諸方面問題，對人類的生存和發(fā)展至關重要。重點研究領域：我國

動、植物和微生物基礎資料和數(shù)據(jù)的采集和編研；關鍵地區(qū)生物多樣性的起源、演化、維持和可持續(xù)利用；關鍵生物資源的形成、分化和進化；生態(tài)復雜性及全球變化中的主要生態(tài)學問題；受損生態(tài)系統(tǒng)的結構與功能及恢復和重建的生態(tài)學基礎；主要水系植被的水文生態(tài)功能；生物物種的適應機理，特別是對極端環(huán)境的適應機理；主要瀕危、珍稀動植物保護理論和方法。7）生命的起源和進化生命起源和進化是哲學和生物學共同關心的大問題。重點研究領域：生命進化中核酸和蛋白質(zhì)的共同起源；真核生物的起源；動植物形態(tài)發(fā)育的分子機制與形態(tài)進化；分子和基因組進化的機制和規(guī)律；生物類群的系統(tǒng)發(fā)育重建，生物進化歷史重述；協(xié)同進化的過程和機制。8）生命科學中新技術、新方法的基礎研究重點研究領域：實用性生物芯片技術、微陣列技術和生物傳感器的基礎研究；動物反應器和植物反應器(轉(zhuǎn)基因方法)；安全、高效、穩(wěn)定、可控的體內(nèi)基因轉(zhuǎn)移體現(xiàn)（如人工染色體等）；微型機器人及其應用；現(xiàn)代物理學、化學、計算機科學和信息科學技術在生命科學中的應用（如納米技術、無損傷成象技術、多維核磁共振、組合化學、基因組掃描和3S技術等）。1）學科前沿（1）農(nóng)業(yè)生物技術以基因克隆和轉(zhuǎn)基因技術為核心，包括細胞工程與染色體工程、動物克隆和植物組織培養(yǎng)等現(xiàn)代生物技術手段。（2）醫(yī)藥生物技術產(chǎn)業(yè)是現(xiàn)代高技術產(chǎn)業(yè)發(fā)展中最為活躍的領域之一，同時也是國際間知識產(chǎn)權競爭的主要領域。他的研究和開發(fā)一直處于優(yōu)先地位，其產(chǎn)業(yè)化進程甚快。（3）環(huán)境生物技術是由現(xiàn)代生物技術與環(huán)境工程技術相結合而形成的一門前沿交叉學科，凡是與生物技術結合，對環(huán)境污染進行監(jiān)控、治理或修復的一切工程技術。2、生物技術（4）海洋生物技術是21世紀生物技術研究與開發(fā)的重點領域之一，通過種質(zhì)資源保存和開發(fā)利用、分子育種和新品種選育、轉(zhuǎn)基因防治病蟲害等，可以改變或調(diào)整海洋養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)結構，形成全新的海洋新興產(chǎn)業(yè)。（5）輕工和化工生物技術發(fā)展的重點是利用以基因工程為代表的現(xiàn)代生物技術對現(xiàn)有大宗的和傳統(tǒng)的輕工、化工產(chǎn)品進行技術改造，提高生產(chǎn)水平，逐步實現(xiàn)清潔生產(chǎn)，同時選擇具有較大應用與發(fā)展前景的產(chǎn)品進行研究與產(chǎn)業(yè)化。2）重點研究領域重要農(nóng)作物和微生物功能基因組學及其應用研究；作物和園藝林木植物農(nóng)藝性狀相關基因的分離和克??；DNA分子標記輔助育種；特殊環(huán)境微生物資源的基因分離與開發(fā)應用；動植物轉(zhuǎn)基因技術與基因沉默控制技術；轉(zhuǎn)基因作物和動物新品種的培育與產(chǎn)業(yè)化；動植物生物反應器和動物胚胎工程；家畜基因工程疫苗及其診斷用品。加強疾病相關的新基因和具有重要功能的新基因分離、克隆和功能研究，不斷為生物技術產(chǎn)業(yè)提供新藥；研究與開發(fā)新型生物技術藥物和疫苗，包括基于蛋白分子設計的小分子藥物等；發(fā)展新型基因治療、生物治療和診斷方法。研究以生物傳感器為代表的環(huán)境污染監(jiān)控技術；生物降解微生物的基因改造和重組技術；石化和醫(yī)藥等工業(yè)廢水中有毒污染物的微生物降解技術以及生物可降解塑料的生物合成技術；農(nóng)田污染的生物防治和修復技術。海洋生物種質(zhì)資源保存、功能基因的研究、分離和克隆；分子育種，培育優(yōu)良品種；以轉(zhuǎn)基因為手段，防治病害；海洋天然活性物質(zhì)、海洋食品和精細化工產(chǎn)品的開發(fā)與產(chǎn)業(yè)化。以生物技術為手段對傳統(tǒng)的輕工和華工產(chǎn)品進行技術改造；選擇有較大應用與發(fā)展前景的產(chǎn)品進行產(chǎn)業(yè)化研究。3）需進一步發(fā)展的關鍵技術植物細胞工程技術；動物體細胞克隆技術；基因克隆、重組、表達技術；基因組學技術；分子標記輔助育種技術；基因工程產(chǎn)品分離、純化技術；抗體工程技術；人工組織器官研制技術；高通量藥物篩選技術；生物信息技術；微生物重組工程菌構建技術；基因重組體安全評價技術等。3、農(nóng)學

90年代以來，動植物育種已進入分子水平。朝著快速改變動植物基因型的方向發(fā)展，動植物育種的一次新的革命正在到來。根據(jù)美英等西方發(fā)達國家政府和世界糧農(nóng)組織的預測，21世紀全球農(nóng)業(yè)的90%品種將通過分子育種手段育成，而品種對整個農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的貢獻率亦將超過50%。未來的基礎農(nóng)學學科前沿主要是分子生物學和生物信息學。隨著現(xiàn)代遺傳學和信息論的發(fā)展，以及分子生物技術和計算機技術等高新技術的不斷改進，將促進以NDA全序列測定為主的基因組學研究的重大突破；在基因組水平上，以特定生命活動為目標，深入探討相關基因的結構與功能、基因的表達與調(diào)控、信息網(wǎng)絡與傳遞等生命科學問題將成為基礎農(nóng)學學科新的前沿和熱點。1）基礎農(nóng)學學科的主要發(fā)展方向（1）標記、分離、克隆與生殖發(fā)育相關的重要產(chǎn)量性狀基因、重要品質(zhì)性狀基因以及與抗逆相關的功能基因，培育高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗逆的新型動植物品種（系）；（2）研究動植物養(yǎng)分高效利用的代謝生理及分子生物學基礎；（3）動植物病蟲害防御技術體系；（4）研究不同農(nóng)、林、牧、漁業(yè)生態(tài)區(qū)的資源優(yōu)化配置與合理布局，解析不同生態(tài)系統(tǒng)的結構與功能、退化生態(tài)系統(tǒng)的恢復與重建的原理與途徑。

2）優(yōu)先發(fā)展領域

（1）動植物重要經(jīng)濟性狀的功能基因組學與比較基因組學；（2）動植物雜交與雜種優(yōu)勢的遺傳學基礎；（3）動植物高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗逆和養(yǎng)分高效利用的遺傳學基礎；（4）動植物遺傳資源核心種質(zhì)構建、新基因發(fā)掘與有效利用；（5）作物抗逆性與水分、養(yǎng)分高效利用；（6）植物病蟲害致致害性變異與寄主防衛(wèi)分子機制；（7）重要疫病病原致病性深化的分子機制和宿主免疫機理；（8）農(nóng)業(yè)資源、環(huán)境和生態(tài)的系統(tǒng)模型及優(yōu)化治理；（9）土壤質(zhì)量演變規(guī)律與土地資源的持續(xù)利用。4、醫(yī)學

近幾個世紀以來，基礎醫(yī)學的發(fā)展不斷由現(xiàn)象向本質(zhì)，由宏觀向微觀深入。重大疾病，如惡性腫瘤、心腦血管疾病、感染性疾病、神經(jīng)精神病、創(chuàng)傷和消化系統(tǒng)疾病等一直是醫(yī)學研究的方向與重點。另外，機體正常結構、功能（健康狀態(tài)）的維持與調(diào)節(jié)機制也是未來醫(yī)學研究的重要方面。

前沿與學科發(fā)展優(yōu)先領域：1)腫瘤、心腦血管病等重大疾病發(fā)生發(fā)展及其干預措施的分子與細胞機制（1）重要功能基因與重大疾病相關基因結構、功能與表達調(diào)控的研究；（2）重大疾病相關的蛋白質(zhì)組學和蛋白、多防結構與功能的研究；

（3）生物信息學、基因芯片、基因治療及組織工程等高新技術在重大疾病診斷、治療中的應用；（4）干細胞（胚胎干細胞、造血干細胞神經(jīng)干細胞等）的建系及分化。2)神經(jīng)、免疫、內(nèi)分泌調(diào)節(jié)系統(tǒng)在健康狀態(tài)維持與疾病發(fā)生發(fā)展中的作用（1）神經(jīng)損傷與功能紊亂的病理機理及干預措施；（2）神經(jīng)退行性疾病病因?qū)W與診斷、治療技術區(qū)；（3）重要免疫細胞發(fā)育分化及其在免疫耐受與免疫應答調(diào)節(jié)中的作用；（4）新型免疫調(diào)節(jié)分子的發(fā)現(xiàn)及功能研究：（5）神經(jīng)-內(nèi)分泌-免疫調(diào)節(jié)網(wǎng)絡失調(diào)與疾病的關系。3)自然與社會因素對健康的影響及其致病機理（1）重要感染性疾病病原體致病機理相關的基因組學與蛋白質(zhì)組學；（2）新病原體致病機理與干預措施；（3）外源性化學物的致病機理及監(jiān)測、預防與診治技術；（4）社會-心理因素與健康。4)藥物在分子、細胞與整體調(diào)節(jié)水平的作用機理（1）藥物基因組與蛋白組學研究；（2）以細胞信號轉(zhuǎn)導途徑為靶點的創(chuàng)新藥物研究；（3）多糖、類脂、核酸等生物大分子與藥物相互作用研究；（4）新的內(nèi)源性活性物質(zhì)的藥理學研究5)中醫(yī)藥學理論體系與實踐方法的發(fā)展研究（1）中醫(yī)學理論在現(xiàn)代醫(yī)學、生物學研究中的應用；（2）中草藥復方活性成份的藥理學研究《國家中長期（2006-2020年）科學和技術發(fā)展規(guī)劃綱要》

(2006-02-10，中華人民共和國國務院)

由<規(guī)劃剛要>可見“我國中長期生命科學發(fā)展的重點”綱要分10個方面：從第三、四、五、六，四個部分為專業(yè)內(nèi)容一、序言二、指導方針、發(fā)展目標和總體部署三、重點領域及其優(yōu)先主題

11個重點領域，68項優(yōu)先主題，生命科學占了16項（23.5%）四、重大專項五、前沿技術（8個技術領域的27項前沿技術）

1.生物技術（列為第一大技術）

(1)靶標發(fā)現(xiàn)技術

(2)動植物品種與藥物分子設計技術

(3)基因操作和蛋白質(zhì)工程技術

(4)基于干細胞的人體組織工程技術

(5)新一代工業(yè)生物技術六、基礎研究（四大基礎）

1.學科發(fā)展

2.科學前沿問題（8大基礎科學問題）

(1)生命過程的定量研究和系統(tǒng)整合

(7)腦科學與認知科學

3.面向國家重大戰(zhàn)略需求的基礎研究（10大基礎領域）

(1)人類健康與疾病的生物學基礎

(2)農(nóng)業(yè)生物遺傳改良和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展中的科學問題

(3)人類活動對地球系統(tǒng)的影響機制

4.重大科學研究計劃（四個重大科學研究計劃）

(1)蛋白質(zhì)研究

(4)發(fā)育與生殖研究七、科技體制改革與國家創(chuàng)新體系建設（四大體制改革與體系建設）八、若干重要政策和措施（9大政策措施）九、科技投入與科技基礎條件平臺（四大方面）十、人才隊伍建設（五大人才建設措施和目標)三、21世紀生命科學發(fā)展的趨勢（一）美國生命科學發(fā)展路線圖美國生命科學發(fā)展路線圖最近，美國在Science上發(fā)表專文，介紹美國NIH21世紀生命科學投資的思路，其中提出的所謂發(fā)展路線圖，將影響全世界的生命科學的發(fā)展，很值得我們深思和借鑒，主要觀點有：主題1、向大生物學進軍人們逐漸認識到過去得到的圖景過于簡單，生命實際上是一個由成千上萬種基因、蛋白質(zhì)和其他化學分子相互作用構成的復雜系統(tǒng)。一個重要的觀點認為生命科學走到了一個十字路口，注重整體分析的“大”生物學是必不可少的，即各種“組學”是研究復雜系統(tǒng)的基礎。因為“生命的整體”大于“各組分之和”。傳統(tǒng)實驗生物學的基本研究單元是“個體戶”，而當前的“大”生物學則注重“團隊協(xié)作”和技術平臺，如國際人類基因組組織和英國桑格測序中心（SangerCenter）等。NIH路線圖的三個主題之一就是與團隊有關的--“未來的研究隊伍”（ResearchTeamsoftheFuture）。

主題2、生命科學的定量化

NIH路線圖的另一個戰(zhàn)略目標，就是要獲取關于生命活動和過程的定量的知識。NIH為此將建立一系列的“國立網(wǎng)絡和途徑技術分析中心”（NationalTechnologyCentersforNetworksandPathways）。這類中心的主要任務是開發(fā)在亞細胞水平和極短時間內(nèi)進行定量測量的新儀器、新方法和試劑。此外，在納米水平從定量的角度分析生命過程如“多少？”、“多大？”、“多快？”等問題，將是2005年啟動的“納米醫(yī)學中心”（NanomedicineCenters）的主要任務之一。鋪設一條通向生命科學未來的“信息高速公路”。該項目計劃從2004年開始，建立數(shù)個“國立生物醫(yī)學計算中心”（NationalCentersforBiomedicalComputing），以便開發(fā)相關軟件和數(shù)據(jù)管理工具，既支持“大科學”，也支持“小科學”。這一項目還將創(chuàng)立一個國家軟件工程系統(tǒng)，使各地的生物學家、化學家、物理學家和計算機專家通過基于計算機的網(wǎng)格分享和分析數(shù)據(jù)。主題3、工具優(yōu)先

NIH路線圖的第一個主題--通向發(fā)現(xiàn)的新途徑（NewPathwaystoDiscovery）來看，路線圖制定者的戰(zhàn)略重點正是發(fā)展新技術和新的研究策略，而不是研究具體的生命現(xiàn)象或生物醫(yī)學問題。在這個主題下面共有12項任務，每一項都與某種新技術或新方法相關。主題4、鼓勵冒險和交叉

需要一些敢于冒險的具有原創(chuàng)性思維的思想家，他們有勇氣面對21世紀生命科學和醫(yī)學中最具挑戰(zhàn)性的問題。這些思想家的工作將有可能帶來全新的理論或技術，大大加快生命科學發(fā)現(xiàn)的步伐。設立“所長創(chuàng)新者基金”繞開了現(xiàn)存體制。NIH將建立若干多學科交叉中心，打破傳統(tǒng)的學科和研究所的“圍墻”，讓不同學科的研究人員相互交流和溝通。設立了“多學科交叉的技術和方法創(chuàng)新研討會”和“生命科學與物質(zhì)科學交界的機構聯(lián)席會議”兩個專項；后者是指NIH和美國國家科學基金委員會（NationalScienceFoundation）將聯(lián)合舉行討論會。

主題5、從實驗臺到病床

路線圖的第三個主題就是“臨床研究體系的重建工程”（Re-EngineeringtheClinicalResearchEnterprise）。這一工程的核心內(nèi)容是，在患者、醫(yī)生和科研人員之間建立新型合作關系，通過這些努力使公眾更廣泛地參與到臨床研究的過程中。

NIH一直把防治疾病和為健康服務作為NIH所有研究活動的根本目的，甚至把現(xiàn)代生命科學的大多數(shù)學科如分子生物學、細胞生物學和遺傳學等，都納入到生物醫(yī)學（biomedicine）的范疇。1990年代末期，NIH為了進一步加強生物醫(yī)學研究和臨床的結合，提出了一個被稱為“從實驗臺到床前”（FromBenchtoBedside）的計劃。而NIH路線圖在這種結合方面則提出了更為宏大的設想。（二）美國提出NBIC會聚技術（生命科學占半壁江山）

2001年美國商務部技術管理局、國家科學基金會（NSF）、國家科學技術委員會納米科學工程與技術分委會（NSTC-NSEC）聯(lián)合發(fā)起了一次由科學家、政府官員等各界頂級人物參加的圓桌會議，首次提出了“NBIC會聚技術”的概念，NBIC（nano-bio-info-cogno）這四大技術的內(nèi)容分別包括：納米領域包括納米科學和納米技術（nanotechnology）；生物領域包括生物技術（biotechnology）、生物醫(yī)藥及遺傳工程；信息領域包括信息技術（informationtechnology）及先進計算和通訊；認知領域包括認知科學（cognitivescience）與相關的神經(jīng)科學。

2003、2004年分別在洛杉磯、紐約召開了NBIC會聚技術年會。它涉及眾多交叉學科領域的發(fā)展，具有廣泛的帶動性，引起人們的特別關注。這四個領域中每一個領域都具有巨大的潛力，而其中任何技術的兩兩融合、三種會聚或四者集成，都將產(chǎn)生難于估量的社會和經(jīng)濟效能，并將顯著地提升人類智力和能力，乃至生存質(zhì)量。(三)21世紀100個交叉學科難題（生命科學直接相關的科學難題34/100）

難題49、細胞進化論中的難題難題50、后基因組時代基因產(chǎn)物的功能確認難題51、真核細胞的起源進化如何叩開生物多樣性大爆發(fā)之門難題52、有第三遺傳密碼嗎難題53、什么決定著生物體的復雜功能難題54、DNA的單分子力學及相關的生物信息學難題55、原病毒致病因子的本質(zhì)與自由基化學過程難題57、生物體的點此及其作用難題58、生命科學中的若干問題難題59、真核生物調(diào)控序列啟動子的預測難題60、中草藥科學原理之謎難題61、生物成壤、成礦和元素遷移過程中的生物化學作用難題62、對稱性破缺和生物節(jié)律的起源及統(tǒng)一難題63、全球化污染下的生物命運難題64、陸生植物的起源難題65、蛋白質(zhì)序列、結構與功能進化關系及其挑戰(zhàn)難題66、多視角探討現(xiàn)代人類的起源和遷移難題67、探索決策過程的腦機制難題68、大腦壓縮態(tài)與糾纏態(tài)難題69、人類大腦信號處理機制難題70、腦電圖數(shù)據(jù)動力學：混沌和噪聲難題71、腦與意識難題72、腦的微環(huán)路研究難題73、大腦高級功能的時空整合難題76、人性：自然與社