分子生物学的发展揭示了生命本质的高度有序性和一致性，是人类认识论上的重大飞跃。生命活动的一致性，决定了21世纪的生物学将是真正的系统生物学，是生物学范围内所有学科在分子水平上的统一。以基因组学、转录组学、蛋白质组学以及代谢组学等不同层次“组学”的最新成果为基础的系统生物学，是研究一个生物系统中所有组成成分（基因、mRNA和蛋白质等）的变化规律以及在特定遗传或环境条件下相互关系的学科。系统生物学研究通过整合各组分信息，以图画或数学方式建立能描述系统结构和行为的模型。由于分子生物学、生物化学及生物物理学的影响，大量物理、化学工作者进入生物学领域，既有力地推动了生命科学的发展，也极大地促进了这两个学科的发展。因此，分子生物学不仅是目前自然科学中进展最迅速、最具活力和生气的领域，也是新世纪的带头科学。
由于亲代能够将自己的遗传物质DNA以染色体的形式传给子代，保持了物种的稳定性和连续性。因此，人们普遍认为染色体在遗传上起着主要作用。染色体包括DNA和蛋白质两大部分。19世纪中叶，细胞生物学家首先在光学显微镜下看到了细胞这个生命的基本单位，他们不但记录了真核细胞分裂的全过程，发现了细胞质与细胞核之间的界限，还在细胞分裂时观察到存在于细胞核中的棒状可染色结构并将其命名为染色体。一般说来，只有在细胞有丝分裂过程中，人们才能在光学显微镜下观察到这些结构。染色体位于真核细胞核的核仁内，是极细微的线性结构，因为它控制了生命遗传，所以人们又称之为“生命之线”。当细胞分裂时，每一条染色体都复制生成一条与母链完全一样的子链，形成同源染色体对。一般说来，染色体只有在细胞有丝分裂的过程中，才可以在光学显微镜下观察到。而在细胞生活周期中占较长时间的分裂间期，染色体以较细且松散的染色质形式存在于细胞核中。非分裂期的细胞核经低渗处理、溶胀破裂后释放出染色质，在电子显微镜下呈纤维串珠状的长丝，包括有DNA双螺旋的长臂及部分蛋白质。
基因组学这一名词是美国人T.H.Roderick在1986年7月造出来的，与一个新的杂志《Genomics》一道问世。基因组学完全改变了经典遗传学“零敲碎打”的方法，因为它着眼于研究并解析生物体整个基因组的所有遗传信息。基因组是生物体内遗传信息的集合，是某个特定物种细胞内全部DNA分子的总和。人类基因组包括23对染色体，单倍体细胞中约有30亿对核苷酸，编码了2万～3万个基因。人类基因组中携带了有关人类个体生长发育、生老病死的全部遗传信息。从整体上看，不同人种的基因是相同的，因此，我们说“人类只有一个基因组”，人生来是平等的。当然，不同的人可能拥有不同的等位基因，这一点决定了人与人之间个体上的差异。等位基因指位于一对同源染色体的相同位置上控制某一性状的不同拷贝。不同的等位基因产生具有遗传特征的变化。例如，发色或血型等。等位基因控制相对性状的显隐性关系及遗传效应。
那么，到目前为止仍然是人类生存的头号敌人——癌症和基因有何关系呢？癌是一群不受生长调控而繁殖的细胞，也称恶性肿瘤。与此相对应的良性肿瘤是一群仅局限在自己的正常位置，且不侵犯周围其他组织和器官的细胞。因此，绝大多数癌是由肿瘤细胞经过一系列突变转变而来的。今天，科学家已经能够对许多种癌症做出早期诊断，延长患者的生存期，但并未从根本上征服癌症这个病魔。已经发现了上百个原癌基因和许多抑癌基因，证明细胞癌变的分子基础是基因癌变，DNA的变化和不正常活动导致了细胞癌变。癌基因可分为两大类：一类是病毒癌基因，如乙型肝炎病毒和艾滋病病毒；一类是细胞转化基因，它们能使正常细胞转化为肿瘤细胞。事实上，细胞转化基因可能就是存在于人体正常细胞中的原癌基因的突变产物，它们广泛存在于生物界，有相当高的保守性，属于“持家基因”，正常表达时对细胞的生长和分化有调控的作用。除了病毒感染会诱发细胞癌变外，尚有许多非病毒因子（如放射性物质、化学试剂亚硝酸、烷化剂等）也能诱导细胞转化，这些因子并没有把致癌基因或其他的致癌信息带入细胞，而仅仅通过某种激活机制改变了细胞内原有的遗传信息，使细胞发生恶性转化。对大量致癌因子的研究证明，它们的作用都是使细胞发生突变。
西医理论自成体系，它在生理解剖的基础上把人体的组织器官分为九大系统。特别是现代西医借助高科技手段，能够更加透彻地看清人体的组织器官和结构。什么器官有什么异常，在CT、核磁共振等大型精密仪器的检测下都能一览无余，就是介入心、脑等生命核心部位，今天也不是什么难题，在高科技面前，人类已经没有什么秘密可言。以癌症为例，西医认为恶性肿瘤细胞发作，治疗的方法就是放疗、化疗、介入、手术、伽马刀。当人的淋巴系统、骨骼、大脑里都有癌细胞时，它就宣布癌症晚期了，癌细胞转移了，再也没有治疗的价值了！只好放弃治疗，让病人在痛苦中等待死亡。之前的西医解决的是人体组织和器官的表面现象和指标，这是它的局限。
当代西医发展的终端疗法是干细胞基因疗法。人类疾病的发生，其实都是人体细胞中自身基因的改变或由外源病原体的基因产物与人类基因相互作用的结果。因此，长期以来，科学家设想人类能否最终运用遗传物质，无论是人类自身的或是外源遗传物质来治疗疾病，纠正人体本身基因结构或者功能上的错乱，阻止致病菌的侵染，杀灭病变的细胞或抑制外源病原体遗传物质的复制，保证人体健康。1990年，科学家第一次用反转录病毒为载体，把腺苷脱氨酶基因导入来自患者自身的T淋巴细胞，经扩增后输回患者体内，获得了成功。5年后，患者体内10%的造血细胞呈腺苷脱氨酶基因阳性，除了还需服用小剂量的腺苷脱氨酶基因蛋白之外，其他体征都正常。这一成功标志着基因治疗时代的开始。那么，基因治疗为什么具有诱人的前景，它与基因工程究竟有什么差别呢？
基因工程是将具有应用价值的基因，即目的基因，装配在具有表达元件的特定载体中，导入相应的宿主，如细菌、酵母或哺乳动物细胞中，在体外进行扩增，经分离、纯化后获得其表达的蛋白产物。基因治疗是将具有治疗价值的基因，即“治疗基因”装配于带有在人体细胞中表达所必备元件的载体中，导入人体细胞，直接进行表达。进行基因治疗时无需对表达产物进行分离纯化，因为人细胞本身可以完成这个过程。基因工程的目的基因主要是可分泌蛋白，如生长因子、多肽类激素、细胞因子、可溶性受体等，而非分泌性蛋白，如受体、各种酶、转录因子、细胞周期调控蛋白、原癌基因及抑癌因子等，由于它们不能有效地进入细胞而不能被应用于基因工程。基因治疗却不受上述限制。几乎所有的基因，只要它具有治疗作用，理论上可应用于基因治疗。
基因工程的操作全部在体外完成，基因治疗则必须将基因直接导入人体细胞。第一种途径是将含有外源基因的载体在体外导入人体自身或异体细胞，这种细胞被称为“基因工程化的细胞”，经体外细胞扩增后输回人体。这种方法易于操作，而且因为细胞扩增过程中对外源添加物质的大量稀释，不容易产生不良反应。同时，治疗中使用的是人体细胞，尤其是自体细胞，安全性好。但是，这种方法不易形成规模，而且必须有固定的临床基地。第二种途径是将外源基因装配于特定的真核细胞表达载体上，直接导入人体体内。这种载体可以是病毒型或非病毒型，甚至是裸DNA。这种方式非常有利于大规模工业化生产。但是，对这种方式导入的治疗基因及其载体必须证明其安全性，而且导入体内之后必须能进入靶细胞，有效表达并达到治疗目的。
英国一项新研究发现，一个基因的状况与乳腺癌风险有关，通过血液检测可以在乳腺癌发病前数年就探知这个基因的异常变化，将来有望在此基础上开发出预测乳腺癌风险的方法。英国帝国理工学院等机构研究人员在新一期《癌症研究》杂志上发表报告说，他们调查了1300多名女性的健康记录，她们在过去一二十年中都定期抽检血样，其中有600多人后来患上乳腺癌。分析显示，在这些乳腺癌患者中，许多人在发病前数年就有一个名为ATM的基因出现了被称为甲基化的异常状况。对血液样本中的白细胞进行检测，可以获知该基因甲基化的程度。那些ATM基因甲基化程度最高的女性，后来患乳腺癌的风险比最低的女性要高出89%。有的女性甚至在发病前11年就出现了ATM基因甲基化的情况。研究人员詹姆斯·弗拉纳根说，目前只找出了一个基因的变化与乳腺癌发病风险有关，下一步将研究整个基因组，争取发现更多相关基因，希望今后在此基础上开发出通过血检就可预测乳腺癌风险的方法。
干细胞疗法的基本概念是：骨髓是生成各种细胞中的干细胞，这些干细胞通过分化再生各种不同的细胞。简单地说就是骨髓增长，造血干细胞数量提高。因此，骨髓对于维持机体生命和免疫力非常重要。干细胞作为一类未分化细胞或原始细胞，是具有自我复制能力、能够分化成为至少一类功能细胞的早期分化细胞；在一定条件下干细胞可以定向分化成人体内各种独特的功能细胞，形成任何类型的组织和器官，即具有“可塑性”，使干细胞成为人体组织修复和更新的基础。因此被称为“源泉细胞”、“万能细胞”。利用神经干细胞，可以治疗帕金森氏症、老年性痴呆症、骨髓侧索硬化及外伤所致的骨髓损伤、中枢神经系统疾病、肿瘤等；胰脏干细胞可以治疗糖尿病；肝脏干细胞可以治疗慢性肝炎；角膜干细胞可以重建眼表甚至再造角膜等。通常认为，干细胞最适合治疗的疾病主要是组织坏死性疾病，如缺血引起的心肌坏死、退行性病变如帕金森氏症、自体免疫性疾病如胰岛素依赖型糖尿病，近年来还用于治疗糖尿病下肢血管病变（糖尿病足）等。
当人出生后，在各器官中，还保留着一定数量的干细胞，作为修复、替代受损或病变的组织。但是人体保留的干细胞极其有限，而且随着干细胞的枯萎，人体出现各种疾病，导致功能紊乱和老化病残。因此，干细胞疗法能提供人体保存干细胞的数量，以对抗众多的疾病和功能紊乱。目前，干细胞疗法主要有四种。
自体干细胞生成（即自己身上长造血干细胞）；成人骨髓干细胞移植；成人末梢血干细胞移植；脐带血干细胞移植。两种成人干细胞移植，均可因匹配不当出现移植排斥反应，脐带血干细胞出现排斥反应的可能性要小得多，而自体干细胞生成（即自己身上生长骨髓造血干细胞）不会发生排斥反应、安全高效。
干细胞疗法的研究是当前医学研究领域的前沿，是近几十年的事情。目前，国际上普遍采用的是骨髓干细胞移植法，就是将正常的干细胞或由其分化产生的功能细胞植入病患部位，代偿病变细胞丧失的功能。免疫指免除疾病，它是指机体对感染等有抵抗作用；免疫系统能识别、消除从外环境中入侵的病原体及其产生的衰老细胞和基因突变产生的肿瘤细胞；实现免疫防卫功能，保持机体内环境稳定。生物体内存在着两条不同的免疫途径：一是体液免疫，二是细胞免疫。在循环体系免疫中，B淋巴细胞首先识别外源致病因子或其他任何形式的抗原，通过浆细胞（即成熟的B淋巴细胞）分泌出能溶于血液蛋白质中的免疫球蛋白。这些被称作抗体的免疫球蛋白分子通过特定的结合位点形成抗原-抗体复合物，最终被巨噬细胞所吞噬。免疫球蛋白占血液总蛋白的20%。在细胞水平免疫体系中，抗原受体细胞产生出类似免疫球蛋白，紧密结合在细胞膜表面的蛋白质分子。这些抗体分子能与T淋巴细胞表面的受体专一结合，最终导致整个感染细胞被后者降解。
确定人类基因组所携带的全部遗传信息，认识自我，揭开人类生长发育的奥秘，追求健康，战胜疾病，是人类基因组计划的最终目标，也是人类自然科学史上的新篇章。人类基因组计划所提供的所有信息，特别是人类核苷酸序列图，蕴含了决定我们生、老、病、死的所有遗传信息，必将成为人类认识自我、改造自我的取之不尽的知识源泉，为21世纪现代生物学和医学的迅速发展奠定基础。未来有一天，每个人都将成为自身健康的庇佑者，无论是衰老、创伤或者疾病，造成组织的缺损和伤害，都可以取自体的体细胞作为种子，让其重新逆转成多能干细胞，并进一步分化为心脏、神经、胰岛、肝脏、肾脏等多种类型细胞，甚至组织器官，最终实现生命再造的梦想。如今，在迈向这一梦想的阶梯上，一个被称为细胞核重编程的医学理论成为新的基石和里程碑。也许未来的某一天，人体更换器官可以像换汽车零件一样简单，之所以将细胞核重编程技术视为再生医学发展的基础，是因为它为多能干细胞的获得提供了新的途径。诱导多能干细胞的应用面临的最大的挑战是它可能潜在的致瘤性，科学家和临床医生必须对任何临床应用保持审慎。将诱导多能干细胞用于临床治疗，还需开展更多研究。
