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1、現(xiàn)代生物技術(shù) 導(dǎo) 論 第一章 生物技術(shù)概論 科學(xué)技術(shù)與學(xué)科 醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)發(fā)展到現(xiàn)代醫(yī)學(xué)分子遺傳學(xué) 與先進技術(shù)的發(fā)展密切相關(guān) , 特別兩項生物 技術(shù) : 細胞融合技術(shù) 和 DNA重組技術(shù) 所起 的作用十分重要。 19世紀： 細胞是生命的 基本單位 細胞學(xué)說： 細胞是動植物結(jié) 構(gòu)和功能的基本單位， 一切生命現(xiàn)象都 是以細胞為基礎(chǔ)表達 的 遺傳密碼 蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu) 基因 轉(zhuǎn)錄 線性多肽鏈 （無功能活性） 翻譯 生命活動的分子基礎(chǔ) 以核酸和蛋白質(zhì)為中心的生物大分子是生命現(xiàn)象 的共同物質(zhì)基礎(chǔ)，細胞和有機體所有生命活動都 是以這些生物大分子及其復(fù)合物的結(jié)構(gòu)、運動和 相互作用來實現(xiàn)的。 結(jié)構(gòu)與功能 分子生物學(xué)

2、、分子遺傳學(xué)： 20世紀生物學(xué)的主流 人類對自然界的要求 認識 利用 再造 改造 創(chuàng)造 隨著反向生物學(xué)的問世 , 在 20世紀八 十年代誕生了生物技術(shù) (Biotechnology) 這門新學(xué)科。 生物技術(shù)學(xué)科的地位 世界新技術(shù)革命的主角之一 , 生物技術(shù) 與新材料 , 信息技術(shù) (包括微電子、計算機 ) 一起已成為新產(chǎn)業(yè)革命三大支柱之一； 陽光技術(shù)，朝陽產(chǎn)業(yè)，黃金工程， 倍 受世界各國重視 。 21世紀是生物生命世紀，生物技術(shù)將成為 21世紀高技術(shù)革命的核心內(nèi)容。 生物技術(shù)的重要性 有助于解決全球的重大難題：資源（能 源）、人口、糧食、生態(tài)環(huán)境、健康與疾病 和戰(zhàn)爭與災(zāi)害； 促進傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)

3、改造和新產(chǎn)業(yè)的形 成，對人類社會生活產(chǎn)生深遠的革命性影 響； 生物技術(shù)這一新生事物正迅速走向老百性 日常生活各個方面 , 將對人類的發(fā)展做出貢 重點掌握 1、生物技術(shù)的概念、內(nèi)容 2、生物技術(shù)的特點和重要性 3、學(xué)習(xí)生物技術(shù)的意義在于創(chuàng)新 4、結(jié)合專業(yè)選擇自己所需的生物技術(shù) 第一節(jié) 生物技術(shù) 的概念和內(nèi)容 一 . 生物技術(shù)的定義及內(nèi)涵 生物技術(shù) (Biotechnology, BT), 亦稱為生物工程（ bioengineering), 現(xiàn)統(tǒng)一稱 : 生物技術(shù) 。 1.定義 : 國際上沿用 1982年的概念， 生物技術(shù)是指應(yīng)用生物科學(xué)及工程學(xué) 原理，依靠生物體系作反應(yīng)器，將物 料進行加工改造，

4、獲得人類所需產(chǎn)品 的技術(shù)。 現(xiàn)代生物技術(shù)定義 ： 以現(xiàn)代生命科學(xué)為基礎(chǔ) , 把 生物 體系與 工程學(xué) 技術(shù)有機結(jié)合在一起 ， 按照預(yù)先的 設(shè)計 ， 定向 地在不同水平 上 改造 生物遺傳性狀或加工生物原料 , 產(chǎn) 生對人類有用的 新產(chǎn)品 (或達到某種目的 ) 之綜合性科學(xué)技術(shù)。 2.要點 : 對象 是具遺傳特性有生命物質(zhì) :包括病 毒、細菌、植物、動物、直到人類。 生物體系多個 不同水平 研究 : 從大分子 (DNA、 RNA、蛋白質(zhì)、酶 )、亞細胞、細 胞、組織、器官到整個機體。 應(yīng)用工程學(xué)原理 : 經(jīng)人類思維 , 設(shè)計方 案、定向修飾、加工制作過程、經(jīng)過體 外環(huán)節(jié)。 有 目的產(chǎn)品 : 目的

5、產(chǎn)品有三新特 征 : 新遺傳功能、新遺傳性狀、新 物種。要有合乎人類所需的工業(yè)、 農(nóng)業(yè)、醫(yī)療和食品產(chǎn)品。 高新技術(shù) 起重要作用。 二 . 生物技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展 生物技術(shù)的發(fā)展兩個階段 傳統(tǒng)生物技術(shù) 現(xiàn)代生物技術(shù)兩個階段。 1. 傳統(tǒng)生物技術(shù) 傳統(tǒng)生物技術(shù)的發(fā)展（經(jīng)典 +近代） 1 000多年前 , 當人類用發(fā)方法制備酒、 醋、醬及食品等 , 此時主要是生物技術(shù)的 經(jīng)驗階段。 19世紀人們才有意識地大規(guī)模利用酵母發(fā) 酵，并形成產(chǎn)業(yè)。 20世紀初，提出了生物技術(shù)這一概念。 1928年，青霉素的發(fā)現(xiàn)使生物技術(shù) 從 單純的食品、飼料制備擴展到抗生素產(chǎn)品， 該 產(chǎn)業(yè) 至今長盛不衰。 20世紀 50年代和

6、 60年代，生物技術(shù)增 添了氨基酸發(fā)酵和酶制劑工業(yè)新成員。 傳統(tǒng)生物技術(shù)有如下特點： 主要通過微生物初級發(fā)酵獲得產(chǎn)品，僅僅局限在 微生物發(fā)酵和化學(xué)工程領(lǐng)域。 沒有改變微生物的遺傳物質(zhì)，也沒有出現(xiàn)新的微 生物遺傳性狀。 生產(chǎn)過程簡單，上游主要是培養(yǎng)大量的微生 物、對粗材料進行加工即進行發(fā)酵和轉(zhuǎn)化， 通過誘變選育良種，下游主要對產(chǎn)品進行純化。 生產(chǎn)周期長，費用高，產(chǎn)量低，效率差。 2. 現(xiàn)代生物技術(shù) 自 1953年起，分子遺傳學(xué)的興起與發(fā)展， DNA轉(zhuǎn)移和重組工程 有性繁殖，轉(zhuǎn)基因技術(shù)： 細胞工程 轉(zhuǎn)基因藥物 轉(zhuǎn)基因動植物 無性繁殖，克隆技術(shù) 改變生物的遺傳性狀 , 使分離高產(chǎn)量的工程菌變的容易

7、, 簡化了生產(chǎn)過程； 擴大了反應(yīng)器范圍， 從發(fā)酵罐發(fā)展到細胞、植物及動物個 體天然生物反應(yīng)器。 特別是 DNA重組技術(shù)可以 20世紀 80年代，現(xiàn)代生物技術(shù)的 發(fā)展日新月異，一躍成為代表 21世 紀新技術(shù)的發(fā)展方向，并成為具有 廣闊應(yīng)用前景的新興學(xué)科與產(chǎn)業(yè)。 傳統(tǒng)生物技術(shù)已被現(xiàn)代生物技術(shù) 所取代，當前生物技術(shù)一詞實質(zhì)上 已成為現(xiàn)代生物技術(shù)的簡稱。 三 . 生物技術(shù)的特點 (八高一低 ) 高水平 ： 即學(xué)科具有先進性，是知識、技術(shù)密集型 產(chǎn)業(yè) , 處分子水平、新技術(shù)前沿。 高綜合 ： 跨學(xué)科專業(yè) , 位多學(xué)科發(fā)展的交叉點上， 涉及的行業(yè)多、范圍廣。 高投入 , 與其他技術(shù)比較 , 在資金、人員、

8、設(shè)備、 試劑及研發(fā)上投資大。 高競爭 ， 各國、各行業(yè)、個單位之間，在技術(shù)、 時效性、知識及人才上競爭激烈。 高風(fēng)險 ， 上述原因造成一定風(fēng)險，加上 技術(shù)風(fēng)險帶來高風(fēng)險。 高效益 , 應(yīng)用性強 , 有目的產(chǎn)品 , 最易 商業(yè)化。 從事生物技術(shù)猶如種樹將獲得豐碩果實 , 如干擾素的投入雖然高達數(shù)百萬美元 ,但產(chǎn) 值數(shù)年達 30億美元 , 用于治病將產(chǎn)生巨大經(jīng) 濟和社會效益。生物技術(shù)在解決人類面臨眾 多難題上是沒有任何產(chǎn)業(yè)可比的。 高智力： 具有創(chuàng)新性和突破性 , 可按人類需要定向 改變和創(chuàng)造生物的遺傳特性，要求在人才、 計劃、設(shè)計、工藝和產(chǎn)品上都要與眾不同。 從認識、利用、再造階段上升到改造和創(chuàng)

9、 造階段 。 高控性： 采用工程學(xué)手段，易自動化、程控 化及連續(xù)化生產(chǎn)。 低污染： 生物技術(shù)以生物資源為對象 , 生物 資源具有再生性 , 是再生資源。具有不受限 制、污染小、周期短的優(yōu)點。 四 . 生物技術(shù)與 諸學(xué)科關(guān)系 五、生物技術(shù)的內(nèi)容 醫(yī)學(xué)生物技術(shù) 藥學(xué)生物技術(shù) 動物生物技術(shù) 農(nóng)業(yè)生物技術(shù) 海洋生物技術(shù) 微生物生物技術(shù) 注 : 上述十項工程是國家科委規(guī)定統(tǒng)計的上報 內(nèi)容 , 注意下述三個概念 : 上游工程 : 是生物技術(shù)的實驗室研究階段 , 應(yīng)用基礎(chǔ)研 究 , 產(chǎn)生三新產(chǎn)品的源泉。 下游工程 : 是生物技術(shù)的擴大生產(chǎn) , 加工應(yīng)用階段 , 使 三新產(chǎn)品能達到三化 : 商品化、工程化、企

10、 業(yè)化 , 是效益階段。 生物技術(shù)的上中下游 上游工程： 實驗室研究和開發(fā)階段，包括基 因、細胞、干細 胞 、轉(zhuǎn)基因生物、組織工程 等獲得優(yōu)良菌株、細胞系或固定化的菌體等。 中游工程： 中游加工以 生物反應(yīng)器 為中心， 優(yōu)化和放大生產(chǎn)工藝。 下游工程： 從反應(yīng)液中提取目的產(chǎn)物 加工精 制成合格產(chǎn)品。 遺傳工程 (原來的一種籠統(tǒng)概念 , 現(xiàn)已不用 ): 其基本含義是指對不同來源的物質(zhì) , 人 工體外操作 , 重新組合 , 定向改建 , 獲得具 有新遺傳性狀的新物品之技術(shù)。對象包括 : 細胞、亞細胞、染色體、核酸分子、基因等 , 包括大部分上游工程。 生物技術(shù)涉及的具體技術(shù)包括 : DNA 重組技

11、術(shù) , 細胞培養(yǎng)及融合技術(shù) , 抗體制備技術(shù) , 干細胞培養(yǎng)及定向分化 , 顯微注射技術(shù) , 動物飼養(yǎng)技術(shù) , 轉(zhuǎn)基因技術(shù) , 胚胎克隆 , 細胞及酶的固定化技術(shù) , 發(fā)酵技術(shù) , 生物反應(yīng)器 , 蛋白質(zhì)分離純化 , 生物大分子 合成及純化 , 生物大分子修飾 , 生物物理、生物信息及其他 相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)。 六 . 生物技術(shù)諸工程 的內(nèi)容及種類 ( 十大工程 ) (一 ) 基因工程 (Gene engineering) 1. 對象 : 在核酸分子 (DNA或 RNA) 或基因上操作。 2. 定義 : 在體外對 DNA進行切割、拼接 , 使遺傳 物質(zhì)重新組合 , 經(jīng)載體轉(zhuǎn)移到細胞中擴增 表達 ,

12、獲得人類所需產(chǎn)品 , 或組建新生物 類型的技術(shù)。 文獻上常見到 DNA重組、分子克隆、基因 克隆、 遺傳工程等名詞與基因工程混用 , 事實上主要內(nèi)容相似 , 不同之處在于所突出 3. 應(yīng)用 (后有詳述 ) 目的基因 基因載體 重組體 分 切 接 轉(zhuǎn) 篩 表 總 體 技 術(shù) 路 線 供體細胞 目的基因載體重組DNA分子轉(zhuǎn)化細胞受體細胞多肽藥物疫苗、抗體基因治療基因診斷 轉(zhuǎn)基因動物(畜牧業(yè)、漁業(yè)生物反應(yīng)器)轉(zhuǎn)基因植物農(nóng)業(yè)、林業(yè)生物反應(yīng) 冶金、環(huán)保輕工、食品 供體細胞 目的基因 載體 重組D N A 分子 轉(zhuǎn)化細胞 受體細胞 多肽藥物 疫苗、抗體 基因治療 基因診斷 轉(zhuǎn)基因動物 ( 畜牧業(yè)、漁業(yè) 生

13、物反應(yīng)器) 轉(zhuǎn)基因植物 ( 農(nóng)業(yè)、林業(yè) 生物反應(yīng)器) 冶金、環(huán)保 輕工、食品 供體細胞 目的基因 載體 重組D N A 分子 轉(zhuǎn)化細胞 受體細胞 多肽藥物 疫苗、抗體 基因治療 基因診斷 轉(zhuǎn)基因動物 ( 畜牧業(yè)、漁業(yè) 生物反應(yīng)器) 轉(zhuǎn)基因植物 ( 農(nóng)業(yè)、林業(yè) 生物反應(yīng)器) 冶金、環(huán)保 輕工、食品 (二 )細胞工程 (cell engineering) 1.對象 : 細胞 , 在細胞水平上實現(xiàn)基因轉(zhuǎn)移或改 變生物學(xué)性狀。 2. 定義 : (1)廣義 細胞融合技術(shù) : 在特定的條 件下 (環(huán) 境、融合技術(shù) ), 使不同的細胞融合 , 獲 得具有來自雙親代基因的雜交細胞 , 雜交 細胞的遣傳物質(zhì)發(fā)生

14、改變 , 達到改造物種， 創(chuàng)建新種之目的。 (2) 狹義 : 淋巴細胞雜交瘤技術(shù) : 骨髓瘤細胞淋巴細胞融合 (制備 McAb)。 (3) 現(xiàn)代概念 : 把廣義的概念擴展 , 指在體外條件對細 胞進行培養(yǎng)、繁殖，按人們的意愿改變細胞 某些生物學(xué)特性，獲得有用的產(chǎn)品或達到改 良生物品種的技術(shù)。 細胞工程包括： 細胞融合技術(shù) 工程細胞移植 , 即有目的地改造細胞 遺傳特性后 , 植入機體。 細胞折合 , 染色體導(dǎo)入及細胞器導(dǎo)入技術(shù) , 3. 分類 : 微生物細胞工程 , 如原生質(zhì) 體融 合 , 試管菌。 植物細胞工程， 1978年培育 出土豆西紅柿新物種。 動物細胞工程 , McAb 4. 應(yīng)用

15、: 以 McAb制備成績突出 , 細胞工程 授體基因 (大腸桿菌 ) (干擾素基因 ) 受體基因 重組基因 植入受體細胞核 (大腸桿菌，酵母菌 ) 發(fā)酵 分離 生物藥劑 （干擾素、胰島素等） 廢液 (三 ) 蛋白質(zhì)工程 (Protein engineering) 1. 對象 : 基因序列 DNA分子中改造 , 最終導(dǎo)致 蛋白分子氨基酸序列改變。 2. 定義 : 在 X衍射和晶體分析術(shù)了解蛋白質(zhì)三維空 間結(jié)構(gòu)和功能關(guān)系基礎(chǔ)上 , 借用計算機和分子設(shè)計輔助技術(shù) , 在 DNA 分子水平上操作更換或改變其序列 , 達到改變蛋白質(zhì)分子氨基酸序列 , 實現(xiàn) 人為改變蛋白質(zhì)分子形狀及功能 , 使之具有 3

16、. 核心 : 蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu) , DNA重組 , 人工定向改 造蛋白質(zhì)功能域構(gòu)象 , 使得功能改變。 這被稱為是生物技術(shù)發(fā)展的第二浪 , 如通 過增加或減少人工二硫鍵、臵換氨基酸等修 飾技術(shù) , 提高或改變活性多肽 (激素、酶、 細胞因子 ) (四）抗體工程 （ Antibody engineering ） 1.對象 ： Ig 基因 2.定義 抗體工程： 通過對抗體分子結(jié)構(gòu)和功能關(guān)系的 研究，有計劃地對抗體基因序列進行改 造，改善抗體的某些功能的技術(shù)。 在 80年代初， 抗體基因結(jié)構(gòu)和功能 的研究 成果與 重組 DNA技術(shù) 相結(jié)合，產(chǎn)生了基因 工程抗體技術(shù)。 基因工程抗體即將抗體的基因按不同

17、需要進行加工、改造和重新裝配，然后導(dǎo) 入適當?shù)氖荏w細胞中進行表達的抗體分子。 3.抗體工程的內(nèi)容 完整抗體，及抗體的人源化 完整抗體與抗體片段的藥代動力學(xué)比較 改造抗體片段的多種特異性 雙功能抗體 抗體庫的構(gòu)建、展示和篩選 噬菌體展示技術(shù) mRNA-蛋白質(zhì)復(fù)合物庫 細胞表面庫 轉(zhuǎn)基因鼠 抗體的生產(chǎn)、穩(wěn)定性和表達水平 親和力成熟 骨架替換 臨床應(yīng)用 中和病原體及抗病毒治療 細胞內(nèi)抗體 腫瘤治療與細胞補充療法 疫苗應(yīng)用 用于未來診斷的生物傳感器和微矩陣技 術(shù) (五 ) 組織工程 (Tissue engineering) 1、對象 ：干細胞、組織和器官。 2、定義： 運用工程學(xué)和生命科學(xué)原理和方法，

18、 在了解正常和病理學(xué)組織結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系 和生長機理的基礎(chǔ)上， 研制生物學(xué)組織器官 替代品 ， 通過 移植 ， 達到 重建、恢復(fù)、維持和改進組織功能 學(xué) 科。 3、要點 ： 依據(jù)正常組織結(jié)構(gòu)、功能設(shè)計方案； 選擇種子細胞培養(yǎng)； 選擇細胞外基質(zhì)、生物支架材料； 體外構(gòu)建三維結(jié)構(gòu)替代品； 植入機體，替代病理組織。 4、應(yīng)用： 組織器官移植。 (六 )干細胞工程 (stem cell engineering) 干細胞 干細胞是具有無限期產(chǎn)生各種分化細胞能力 的細胞 。 它是各種干細胞的統(tǒng)稱 。 通常認為 干細胞有幾個主要特征： 未分化的早期細胞； 具有分化成各種特定細胞的能力； 可無限地分裂增值 ，

19、產(chǎn)生大量后裔 ; 其子細胞有兩種命運 ， 保持為干細胞或分化 為特定細胞 。 克隆羊多莉 供卵母羊 供體細胞羊 卵子 體細胞 體細胞核 去核卵子 植入受體去核卵中 克隆羊多莉 外源核卵子 植入代育母羊子宮 發(fā)育、成長、降生 克 隆 技 術(shù) (七 ) 轉(zhuǎn)基因動物 (亦稱 : 胚胎工程 Transgenetic animal） 1.對象 : 胚胎早期細胞上 轉(zhuǎn)基因動物 受體基因 （乳腺基因） 授體基因 (干擾素基因 ) 植入受體受精卵核 轉(zhuǎn)基因受精卵植 入受體動物子宮 發(fā)育，降生 擁有外源基因的 轉(zhuǎn)基因動物 (分泌乳汁含有干擾素 ) 重組基因 2. 定義 : 把新的遺傳信息 (DNA序列 ) 用特

20、定技術(shù) 導(dǎo)入 胚胎早期受精卵 , 經(jīng) 發(fā)育 后 , 外源遺傳 信息分布到所有體細胞 生殖細胞中去 , 這種 使動物帶有 新遺傳信息 的基因轉(zhuǎn)移技術(shù)稱胚 胎工程。 所得動物稱 轉(zhuǎn)基因動物 (Transgenetic animals)， 或 基因工程動物 。 3. 過程 : 提取人所需要蛋白質(zhì)基因、 cDNA； 基因重組 (cDNA控制基因載 體 )； 分離、培養(yǎng)人工受精的卵細胞 (如牛 )； 把重組體轉(zhuǎn)入到受精的卵細胞； 植入子宮 ,使之發(fā)育為個體 (每一個體細胞均含有新的基因 )； 活化植入新基因 ,使之表達 (如在乳腺中 表達 )； 提取目的基因表達產(chǎn)物 ,進行驗證 (定性、 定量 )； 進

21、行安全性及臨床試驗。 4. 要點 : 必須有外源新基因轉(zhuǎn)移 , 在早期生殖細胞整合 , 發(fā)育成新個體中有外源基因正常表達 , 5. 應(yīng)用 : 腫瘤發(fā)生、傳染病的動物模型 , 新品種 :新物種研究 , 藥物生產(chǎn)、動物乳汁中分泌有 tPA, IX因子 , 圖七、胚植入輸卵管。圖 為小鼠實驗。 (八 ) 生物醫(yī)學(xué)工程 ( Biomedical engineering) 1 對象 : 人體 2 定義 : 從工程學(xué)角度研究人體結(jié)構(gòu)、功能及 生命現(xiàn)象 , 為防治疾病提供新技術(shù)、新方法、 3 內(nèi)容 : 生物材料 ( 人造器官、起搏器的材料 )、 康復(fù)工程、醫(yī)學(xué)成像 ( 超聲、 CT、核磁 )、生 物傳感、監(jiān)

22、護系統(tǒng)等。 (九 ) 生物制藥化學(xué)制藥工程 (Biochemical pharmaceutical engineering) 1生產(chǎn)對象 : 藥物 ( 活性多肽、酶、抗生素等 ) 2定義 (待確定 ): 利用現(xiàn)代生物技術(shù) , 以生物反應(yīng)器（微生 物、動物細胞、植物及動物個體）， 大規(guī)模 地制備高純度的藥物。 如基因工程藥物、同 份異構(gòu)體的拆分（利用 Abzyme 特異結(jié)合、 (十 ) 酶工程 (Enzyme engineering) 1.對象 : 酶分子修飾、生產(chǎn)應(yīng)用和酶的固定化 2. 定義 : 在給定的生產(chǎn)工藝和生物反應(yīng)器中 , 利用 酶、細胞器或細胞所具有的特異催化功能， 或?qū)γ高M行修飾改

23、造提高酶的轉(zhuǎn)化率 , 把對 應(yīng)的原料高效地轉(zhuǎn)化成所需有用的物質(zhì)之技 3. 要點 : 固定化酶、酶分子改造技術(shù)和酶 反映器的設(shè)計是當前酶工程的重點。 近年把酶電極生物傳感器也歸到酶工 程范圍內(nèi)。如 : 底物固定化酶 化 學(xué)信號 電信號 人視覺 控制 (十一 ) 發(fā)酵工程 (Fermentation engineering) 1.對象 : 微生物 , 在常規(guī)發(fā)酵工藝上發(fā)展而成。有時也稱微生物 工程。 2. 定義 : 利用微生物特定性狀（生長快、培養(yǎng)簡單和代 謝過程特殊等） , 通過現(xiàn)代化工程技術(shù) , 快速、 連續(xù)生產(chǎn)人類所需物質(zhì)的技術(shù)。 3. 要點 : 核心是提高產(chǎn)率 , 過程包括 : 菌種選育、

24、生產(chǎn)、 代謝產(chǎn)物的利用。 所用技術(shù)包括大規(guī)模懸浮培養(yǎng) , 細胞固定化 , 產(chǎn)物分離提取。 4應(yīng)用 : 藥物生產(chǎn) ( 活性多肽、抗生素 )、單細胞蛋白生 產(chǎn)、環(huán)境保護、微生物冶金技術(shù)。 (十二 ) 生化工程 (Biochemistry engineering) 1 對象 : 生化反應(yīng)器 (反應(yīng)環(huán)境與裝臵 )， 2.定義 (待確定 ): 為活細胞和酶提供適宜反應(yīng)環(huán)境 , 能大 規(guī)模自動化生產(chǎn)、分離、精制出所需產(chǎn)品的 技術(shù)。 3.內(nèi)容包括 : 生物反應(yīng)器的設(shè)計、傳感器的制造、 電泳、離心、層折、免疫層析等。這是下游 注 ： 1.十二大工程相互聯(lián)系 , 相輔相成 。 上游中 , 基因工程是基礎(chǔ)、核心

25、, 通過 它才能真正按人的意向通過設(shè)計、改造、 生產(chǎn)特定生物工程產(chǎn)品。 下游工程中關(guān)鍵是發(fā)酵工程的生產(chǎn)和利 用生化工程對產(chǎn)物進行提純 , 它們是生物 技術(shù)產(chǎn)生效益的必要條件。其他工程相互 配合 ,共同組成生物技術(shù)體系。 2. 生物技術(shù)發(fā)展迅速 , 任務(wù)內(nèi)容不斷 豐富更新 , 第二節(jié) 生物技術(shù) 的意義及應(yīng)用 生物技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域很廣，可把生物技術(shù) 分為： 醫(yī)學(xué)生物技術(shù)、植物生物技術(shù)、動物 生物技術(shù)、食品生物技術(shù)、環(huán)境生物技術(shù)和 軍事生物技術(shù)等。生物技術(shù)應(yīng)用的意義巨大， 主要有以下幾個方面。 一 . 1. 理論上 : 生命學(xué)科飛躍 , 步入按需改造和 創(chuàng)造新生物時代 , 2. 新技術(shù)革命 的重要支柱

26、 , 具巨大潛在力量 , 不亞于原子裂變和半導(dǎo)體的問世。 3. 為解決人類面臨的重大問題提供新途 徑 , 帶來了希望 (國外稱之為六大危機 ): 人口問題 : A) 節(jié)育 : 藥、疫苗 , B)優(yōu)生 : 遺傳病基因治療。 糧食問題 : 綠色革命 ,高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗病新品種 , 單細胞蛋白 , 農(nóng)藥、肥料。 能源、資源問題 : 生物電池、光合菌、乙醇 生產(chǎn)、石油采集菌、生物冶煉。 環(huán)境污染 : 石油、污水 , 有害金屬污染 , 特 嗜菌的構(gòu)建。 醫(yī)療保健 : 抗衰老、防治心血管病、瘧疾、 傳染病、遺傳病 (見下 )。 戰(zhàn)爭等災(zāi)害：生物戰(zhàn)劑、生物恐怖。 二、巨大經(jīng)濟效益 , 明顯社會效益 (幾個實例

27、 ) 1. 美國生物技術(shù)產(chǎn)值達 500億美元以上 , 單是藥物達 100億美元。估計到 2008年， 美國生物技術(shù)產(chǎn)品銷售達 362億美元以 上。 2. 1980年代起 , 生物技術(shù)長盛不衰 , 公 司林立 , 美國達 2 000多家。 3. 各國政府投資逐年增加 , 科研人員大 量投入 (美國數(shù)十萬人 ) 美國生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況 0 100 200 300 400 500 產(chǎn)值（億美 元） 1980 1991 1996 1997 2000 年份 美國生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況 美國生物制藥產(chǎn)品種類及數(shù)量 （ PHRAM） 疾病種類 產(chǎn)品數(shù)量 疾病種類 產(chǎn)品數(shù)量 感染性疾病 39 心臟病 26 神

28、經(jīng)系統(tǒng)疾病 28 呼吸系統(tǒng)疾病 22 艾滋病及相關(guān)疾病 19 自主免疫系統(tǒng)疾病 19 皮膚病 19 移植 13 消化系統(tǒng)疾病 11 遺傳疾病 11 血液疾病 9 糖尿病及并發(fā)癥 7 不育癥 5 眼病 3 生長發(fā)育不良癥 3 骨質(zhì)疏松 2 妊娠預(yù)防 2 腫瘤疾病 175 三、生物技術(shù)為人類 新醫(yī)療保健開辟新紀元 1. 是探索生命奧秘 , 解開眾多遺傳之謎 的工具。 如中心法則的補充與生命起源的 RNA假 說 , 通過產(chǎn)物表達和蛋白功能分析 , 發(fā)現(xiàn) 與證實疾病基因 (糖尿病的基因 )。又如對 癌癥發(fā)病機理研究 , 除外因外 , 還有內(nèi)因， 癌基因 , 抗癌基因等。 2. 疾病診斷 分子水平的診斷

29、向更特異、敏感、 快速、簡單、穩(wěn)定方向發(fā)展。如 : McAb運用 : ELISA、 IFA、 ELA、 RIA、蛋白質(zhì)免疫診斷。 核酸水平本質(zhì)上診斷 : REA、 RFLP、 核酸雜交、 PCR。 新儀器 : 生物傳感器、成像系統(tǒng)、 3. 從基因水平上對疾病基因進行修復(fù)、替 代。如基因工程構(gòu)建病毒載體導(dǎo)入正?；?因治療先天遺傳病。 4. 疾病預(yù)防 : 基因工程疫苗、多價疫苗 , 安全、價低 易大量制。 抗獨特型抗體疫苗 , 多肽疫苗 (表達 )。 四 . 為醫(yī)藥工業(yè)帶來革命 新藥的設(shè)計與生產(chǎn) 1. 大量生產(chǎn)生化藥物 如基因工程生產(chǎn)的生長激素釋放抑制激素 : 9升 發(fā)酵液可得 50mg純化產(chǎn)品

30、, 這和從 50萬頭羊腦組織 中的提取物相當。 轉(zhuǎn)基因動物生產(chǎn) tPA 一個動物一個工廠 , 放 牧 , 擠奶 , 提取便可。目前不包括抗生素在內(nèi) , 研 究基因工程藥物達 500種 ,如許多活性多肽、激素、 酶、細胞因子 , 尤其是后者目前是熱門 ,研究 30種 , 生產(chǎn)已有 19 2. 改造、促進抗生素工業(yè) , 除固定化酶、細胞技術(shù) , 包括對酶的更新。 例如 : 基因工程可生產(chǎn)強有力的新?；?, 可大量制備新抗生素 (如頭孢毒素等 )。 3. “生物導(dǎo)彈 ” 藥物 : McAb毒素蛋白、抗癌藥、 TNF、酶等。 Abzyme、特異結(jié)合酶切分解。 受體藥物 “ 愛國者導(dǎo)彈 ” : CD4

31、受體 HIV 等。 4. 超級藥物 人工設(shè)計、合成分子藥物 : 反義核酸、基因封條、阻止轉(zhuǎn)錄、翻譯 , 酶性 RNA (Ribozyme) 切掉有害基因。 5. 酶制劑基因工程 : 如 : tPA(組織纖維蛋白溶酶原激活因子 ), 基因工程試劑的高回報 堿性成纖維細胞生長因子 231元 /ug 紅細胞生成素 1072元 /ug 白細胞介素 -2 410元 /ug 巨細胞粒細胞集落刺激因子 1960元 /ug 胰島素 10.2元 /mg 五其他領(lǐng)域應(yīng)用 (簡略 ) 1、農(nóng)業(yè) : 第一次綠色革命是選育高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)良種 , 第 一次綠色革命則是利用農(nóng)業(yè)生物技術(shù)，通過 改造和創(chuàng)造，有目的獲得新良種、新產(chǎn)品。 如具有 “ 五抗 ” (抗病 , 抗蟲 , 抗鹽堿 , 抗 倒伏 , 抗腐爛 ) 新品種。土豆西紅柿的產(chǎn) 生， 生物固氮、生物殺蟲除草劑研制、快速 2、畜牧 : 良種、基因動物疫苗預(yù)防疾病 , Thank You for Your Attention!