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1發(fā)展?fàn)顩r

近些年來，以基因工程、細(xì)胞工程、酶工程、發(fā)酵工程為代表的現(xiàn)代生物技術(shù)發(fā)展迅猛，并日益影響和改變著人們的生產(chǎn)和生活方式。所謂生物技術(shù)（Biotechnology）是指“用活的生物體（或生物體的物質(zhì)）來改進(jìn)產(chǎn)品、改良植物和動(dòng)物，或?yàn)樘厥庥猛径囵B(yǎng)微生物的技術(shù)”。生物工程則是生物技術(shù)的統(tǒng)稱，是指運(yùn)用生物化學(xué)、分子生物學(xué)、微生物學(xué)、遺傳學(xué)等原理與生化工程相結(jié)合，來改造或重新創(chuàng)造設(shè)計(jì)細(xì)胞的遺傳物質(zhì)、培育出新品種，以工業(yè)規(guī)模利用現(xiàn)有生物體系，以生物化學(xué)過程來制造工業(yè)產(chǎn)品。簡(jiǎn)言之，就是將活的生物體、生命體系或生命過程產(chǎn)業(yè)化的過程。生物工程包括基因工程、細(xì)胞工程、酶工程、發(fā)酵工程、生物電子工程、生物反應(yīng)器、滅菌技術(shù)以及新興的蛋白質(zhì)工程等，其中，基因工程是現(xiàn)代生物工程的核心。基因工程（或稱遺傳工程、基因重組技術(shù)）就是將不同生物的基因在體外剪切組合，并和載體（質(zhì)粒、噬菌體、病毒）的DNA連接，然后轉(zhuǎn)入微生物或細(xì)胞內(nèi)，進(jìn)行克隆，并使轉(zhuǎn)入的基因在細(xì)胞或微生物內(nèi)表達(dá)，產(chǎn)生所需要的蛋白質(zhì)。有60%以上的生物技術(shù)成果集中應(yīng)用于醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)，用以開發(fā)特色新藥或?qū)鹘y(tǒng)醫(yī)藥進(jìn)行改良，由此引起了醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)的重大變革，生物制藥也得以迅速發(fā)展。

生物制藥就是把生物工程技術(shù)應(yīng)用到藥物制造領(lǐng)域的過程，其中為主要的是基因工程方法。即利用克隆技術(shù)和組織培養(yǎng)技術(shù)，對(duì)DNA進(jìn)行切割、插入、連接和重組，從而獲得生物醫(yī)藥制品。生物藥品是以微生物、寄生蟲、動(dòng)物毒素、生物組織為起始材料，采用生物學(xué)工藝或分離純化技術(shù)制備，并以生物學(xué)技術(shù)和分析技術(shù)控制中間產(chǎn)物和成品質(zhì)量而制成的生物活化制劑，包括菌苗、疫苗、毒素、類毒素、血清、血液制品、免疫制劑、細(xì)胞因子、抗原、單克隆抗體及基因工程產(chǎn)品（DNA重組產(chǎn)品、體外診斷試劑）等。人類已研制開發(fā)并進(jìn)入臨床應(yīng)用階段的生物藥品，根據(jù)其用途不同可分為三大類：基因工程藥物、生物疫苗和生物診斷試劑。這些產(chǎn)品在診斷、預(yù)防、控制乃至消滅傳染病，保護(hù)人類健康中，發(fā)揮著越來越重要的作用。

一般新的生物產(chǎn)品的開發(fā)必須經(jīng)過

（1）實(shí)驗(yàn)室研究（生產(chǎn)工藝路線探索和質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)的建立）；

（2）臨床前研究（藥理、毒理、藥效等動(dòng)物實(shí)驗(yàn)）；

（3）保健食品需經(jīng)過試驗(yàn)產(chǎn)品的安全性試驗(yàn)；

（4）而藥品則需經(jīng)過一期臨床試驗(yàn)（用健康志愿者試驗(yàn)藥品的安全性）、二期臨床試驗(yàn)（小規(guī)模臨床藥效學(xué)研究）、三期臨床試驗(yàn)（大規(guī)模臨床藥效學(xué)研究）等五個(gè)階段的研究工作，才有可能被批準(zhǔn)進(jìn)行試生產(chǎn)。

藥品還必須在試生產(chǎn)一年后，再上報(bào)質(zhì)量穩(wěn)定性和進(jìn)一步擴(kuò)大規(guī)模的臨床試驗(yàn)結(jié)果，才能申報(bào)正式的生產(chǎn)批文^[1] 。

2開設(shè)院

北京大學(xué)、清華大學(xué)、浙江大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、南開大學(xué)、武漢大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、吉林大學(xué)、深圳大學(xué)、中山大學(xué)、上海交通大學(xué)、北京城市學(xué)院.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)、北京理工大學(xué)、北京工業(yè)大學(xué)、北方民族大學(xué)、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)、華中科技大學(xué)、西南大學(xué)^[2] 、內(nèi)蒙古大學(xué)、江蘇科技大學(xué)、江蘇大學(xué) 暨南大學(xué)、電子科技大學(xué)、北京科技大學(xué)、北京林業(yè)大學(xué)、北京農(nóng)學(xué)院、哈爾濱師范大學(xué)、黑龍江大學(xué)、蘇州科技學(xué)院、合肥工業(yè)大學(xué)、安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)、安徽醫(yī)科大學(xué)、安徽師范大學(xué)、西北農(nóng)林科技大學(xué)、四川農(nóng)業(yè)大學(xué)、商洛學(xué)院、溫州醫(yī)科大學(xué)、浙江*學(xué)院、浙江中醫(yī)藥大學(xué)、北京師范大學(xué)、中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)、沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)、河南大學(xué)、福建農(nóng)林大學(xué)、河南城建學(xué)院、北京聯(lián)合大學(xué)、南昌大學(xué)、海南大學(xué)、河北大學(xué)、河北農(nóng)業(yè)大學(xué)、河北聯(lián)合大學(xué)、河北職業(yè)技術(shù)師范學(xué)院、山東大學(xué)、中國(guó)海洋大學(xué)、山東農(nóng)業(yè)大學(xué)、齊魯工業(yè)大學(xué)、泰山醫(yī)學(xué)院、濰坊醫(yī)學(xué)院、濰坊學(xué)院、濱州學(xué)院、濱州醫(yī)學(xué)院、通化師范學(xué)院、長(zhǎng)治學(xué)院、山西農(nóng)大、晉中學(xué)院、湖南大學(xué)、湖南科技大學(xué)、湖南工業(yè)大學(xué)、南華大學(xué)、呂梁學(xué)院、貴州大學(xué)、湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 、武漢生物工程學(xué)院、大連工業(yè)大學(xué)、牡丹江師范學(xué)院、長(zhǎng)沙醫(yī)學(xué)院、北京電子科技職業(yè)學(xué)院、臨沂大學(xué)、北京師范大學(xué)珠海分校、山西中醫(yī)學(xué)院、成都中醫(yī)藥大學(xué)等等，（共338所本科院校）。

3培養(yǎng)要求

本專業(yè)學(xué)生主要學(xué)習(xí)生物技術(shù)方面的基本理論、基本知識(shí)，受到應(yīng)用基礎(chǔ)研究和技術(shù)開發(fā)方面的科學(xué)思維和科學(xué)實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練，具有較好的科學(xué)素養(yǎng)及初步的教學(xué)、研究、開發(fā)與管理的基本能力。

生物技術(shù)是現(xiàn)代生物學(xué)發(fā)展及其與相關(guān)學(xué)科交差融和的產(chǎn)物，其核心是以DNA重組技術(shù)為中心的基因工程，還包括微生物工程、生化工程、細(xì)胞工程及生物制品等領(lǐng)域。培養(yǎng)掌握現(xiàn)代生物學(xué)和生物技術(shù)的基本理論、基本知識(shí)和基本技能，獲得應(yīng)用基礎(chǔ)研究和科技開發(fā)研究的初步訓(xùn)練，具有良好的科學(xué)素質(zhì)、較強(qiáng)的創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力的生物技術(shù)人才。生物技術(shù)專業(yè)培養(yǎng)具有生態(tài)學(xué)知識(shí)，能在科研機(jī)構(gòu)、高等學(xué)校、企事業(yè)單位及行政管理部門從事生態(tài)環(huán)境保護(hù)與管理等工作的專門人才。

4主要課程

微生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、遺傳學(xué)、動(dòng)物學(xué)、植物學(xué)、生態(tài)學(xué)、植物生理學(xué)、動(dòng)物生理學(xué)、生物化學(xué)、分子生物學(xué)、工業(yè)微生物學(xué)育種學(xué)、基因工程、細(xì)胞工程、微生物工程、生化工程、生物工程下游技術(shù)、發(fā)酵工程設(shè)備、酶工程等。

5畢業(yè)生

生物工程實(shí)驗(yàn)

生物技術(shù)畢業(yè)生應(yīng)獲得以下幾方面的知識(shí)和能力：

1．掌握數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)等方面的基本理論和基本知識(shí)；

2．掌握基礎(chǔ)生物學(xué)、生物化學(xué)、分子生物學(xué)、微生物學(xué)、基因工程、發(fā)酵工程及細(xì)胞工程、動(dòng)植物學(xué)等方面的基本理論、基本知識(shí)和基本實(shí)驗(yàn)技能，以及生物技術(shù)及其產(chǎn)品開發(fā)的基本原理和基本方法；

3．了解相近專業(yè)的一般原理和知識(shí)；

4．熟悉國(guó)家生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)政策、知識(shí)產(chǎn)權(quán)及生物工程安全條例等有關(guān)政策和法規(guī)；

5．了解生物技術(shù)的理論前沿、應(yīng)用前景和新發(fā)展動(dòng)態(tài)，以及生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展?fàn)顩r；

6．掌握資料查詢、文獻(xiàn)檢索及運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù)獲取相關(guān)信息的基本方法；具有一定的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，創(chuàng)造實(shí)驗(yàn)條件，歸納、整理、分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，撰寫論文，參與學(xué)術(shù)交流的能力。

6就業(yè)前景

生物技術(shù)專業(yè)由于連續(xù)數(shù)年失業(yè)量較大，就業(yè)率持續(xù)走低，在2010年已被教育部列為*“紅牌”的本科專業(yè)。希望廣大考生在填報(bào)志愿的時(shí)候，根據(jù)自身的經(jīng)濟(jì)條件和興趣愛好理智填報(bào)。^[3] 以上引用為來自專升本期刊。生物技術(shù)及生物相關(guān)領(lǐng)域行業(yè)就業(yè)的事宜學(xué)歷為研究生以上學(xué)歷，就業(yè)范圍為生物科研單位，生物制品行業(yè)，制藥企業(yè)，生物日用企業(yè)。

7信息技術(shù)

生物技術(shù)與信息技術(shù)的關(guān)系

生物技術(shù)（Biotechnology）是以生命科學(xué)為基礎(chǔ)，利用生物（或生物組織、細(xì)胞及其他組成部分）的特性和功能，設(shè)計(jì)、構(gòu)建具有預(yù)期性能的新物質(zhì)或新品系，以及與工程原理相結(jié)合，加工生產(chǎn)產(chǎn)品或提供服務(wù)的綜合性技術(shù)。信息技術(shù)（information science）是研究信息的獲取、傳輸和處理的技術(shù)，由計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、微電子技術(shù)結(jié)合而成，即是利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行信息處理，利用現(xiàn)代電子通信技術(shù)從事信息采集、存儲(chǔ)、加工、利用以及相關(guān)產(chǎn)品制造、技術(shù)開發(fā)、信息服務(wù)的新學(xué)科。信息技術(shù)和生物技術(shù)都是*，二者在新經(jīng)濟(jì)中并非此消彼長(zhǎng)的關(guān)系，而是相輔相成，共同推進(jìn)21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展。

8信息技術(shù)支撐

（1）信息技術(shù)為生物技術(shù)的發(fā)展提供強(qiáng)有力的計(jì)算工具。在現(xiàn)代生物技術(shù)發(fā)展過程中，計(jì)算機(jī)與高性能的計(jì)算技術(shù)發(fā)揮了巨大的推動(dòng)作用。在賽萊拉基因研究公司、英國(guó)Sanger中心、美國(guó)懷特海德研究院、美國(guó)國(guó)家衛(wèi)生研究院和中國(guó)科學(xué)院遺傳所人類基因組中心聯(lián)合繪制的人類基因組草圖的發(fā)布中，美國(guó)多家研究機(jī)構(gòu)特別強(qiáng)調(diào)正是信息技術(shù)廠商提供的高性能計(jì)算技術(shù)使這一切成為可能。同樣，在被稱為“生命科學(xué)阿波羅登月計(jì)劃”的人類基因草圖的誕生過程中，康柏公司的Alpha服務(wù)器也為研究人員提供了出色的計(jì)算動(dòng)力。業(yè)界分析人士稱，在這場(chǎng)激烈的基因解碼競(jìng)賽背后隱含的是一場(chǎng)超級(jí)計(jì)算能力的競(jìng)賽，同時(shí)，這次競(jìng)賽有助于大眾對(duì)超級(jí)計(jì)算機(jī)的*能力形成普遍認(rèn)知。在此之前，這些造價(jià)至少在數(shù)百萬美元以上可以超高速運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)器一直默默無聞，他們被用于控制核反應(yīng)堆、預(yù)報(bào)天氣或是與國(guó)際象棋大師同臺(tái)對(duì)弈。如今，人們?cè)絹碓角逍训卣J(rèn)識(shí)到，超級(jí)計(jì)算機(jī)在創(chuàng)造新品種的藥物、治愈疾病以及終使我們能夠修復(fù)人類基因缺陷等方面是至關(guān)重要的，高性能計(jì)算可以為人類作出更大的貢獻(xiàn)。

賽萊拉公司執(zhí)行總裁在接受《今日美國(guó)》的采訪時(shí)說:“將人類基因密碼以線型方式組合起來，這還是人類有史以來的次?！辟惾R拉公司要將32億個(gè)堿基對(duì)按照正確順序加以排列，在曾經(jīng)嘗試過的大規(guī)模計(jì)算中，這次挑戰(zhàn)是為嚴(yán)峻的一次。為了完成這次歷史性課題所需的數(shù)量極為龐大的數(shù)據(jù)處理工作，賽萊拉公司動(dòng)用了700臺(tái)互聯(lián)的Alpha64位處理器，運(yùn)算能力達(dá)到每秒1.3萬億次浮點(diǎn)運(yùn)算。同時(shí)，賽萊拉公司還采用了康柏的Storage Works系統(tǒng)，用以完成對(duì)一個(gè)空間為50TB且以每年IOTB速度增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)庫(kù)管理工作.康柏電腦公司董事會(huì)主席曾在一次演講上說道:“如今，我們很難將生物技術(shù)的進(jìn)步與高性能計(jì)算領(lǐng)域的發(fā)展割裂開來。實(shí)際上，許多的科學(xué)家都相信，高性能計(jì)算是生物和醫(yī)藥的未來。今后，越來越多的具有*功能的計(jì)算機(jī)和軟件將會(huì)被用來搜集、存儲(chǔ)、分析、模擬和發(fā)布信息。

信息技術(shù)還有助于加強(qiáng)生物技術(shù)領(lǐng)域的各種數(shù)據(jù)庫(kù)管理、信息傳遞、檢索和資源共享等。另一個(gè)僅次于基因排序器、在生物技術(shù)領(lǐng)域引起關(guān)注的硬件是基因芯片，它的研制也非常依賴于信息技術(shù)。在顯微鏡載片或硅片等基片上把基因片段排列、固定，這就是基因芯片。把這個(gè)芯片上的基因片段和檢體的基因片段放到基因芯片讀出器（也是一種破譯裝置）上，就能迅速比較和破譯檢體信息。 基因排序器是從零入手破譯檢體的遺傳信息的裝置，而基因芯片和其讀出器則是與已經(jīng)有的遺傳信息相對(duì)照破譯信息的裝置。 在這個(gè)領(lǐng)域，美國(guó)的企業(yè)比較有名，但日本企業(yè)也在同美國(guó)企業(yè)合作的同時(shí)，積極參與這個(gè)領(lǐng)域的開發(fā)。

（2）生物技術(shù)發(fā)展需要特定軟件技術(shù)的支持。生物技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)的發(fā)展對(duì)于生物技術(shù)類軟件的需求將進(jìn)一步增加，軟件技術(shù)將成為支撐生物技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵力量之一。在生物技術(shù)各領(lǐng)域中均需要相應(yīng)的專業(yè)軟件來支撐：1） 各類生物技術(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)建需要性能優(yōu)良、更新?lián)Q代迅速的軟件技術(shù)；2）核酸低級(jí)結(jié)構(gòu)分析、引物設(shè)計(jì)、質(zhì)粒繪圖、序列分析、蛋白質(zhì)低級(jí)結(jié)構(gòu)分析、生化反應(yīng)模擬等等也需要相應(yīng)的軟件及其技術(shù)支撐；3） 加強(qiáng)生物安全管理與生物信息安全管理也離不開軟件及其技術(shù)發(fā)展的支持。

9信息技術(shù)發(fā)展

（1）生物技術(shù)推動(dòng)超級(jí)計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。隨著人類基因組計(jì)劃各項(xiàng)任務(wù)的完成，有關(guān)核酸、蛋白質(zhì)的序列和結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)呈指數(shù)增長(zhǎng)。面對(duì)如此巨大而復(fù)雜的數(shù)據(jù)，只有運(yùn)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)管理、控制誤差、加速分析過程，使得人類終能夠從中受益。然而要完成這些過程，并非一般的計(jì)算機(jī)力所能及，而需要具有超級(jí)計(jì)算能力的計(jì)算機(jī)。因此，生物技術(shù)的發(fā)展將對(duì)信息技術(shù)提出更高的需求，從而推動(dòng)信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。比較有說服力的例子是，2001年11月22日出版的《自然》雜志上，以色列科學(xué)家宣布研制出一種由dna分子和酶分子構(gòu)成的微型“生物計(jì)算機(jī)”，一萬億個(gè)這樣的計(jì)算機(jī)僅一滴水那樣大，運(yùn)算速度達(dá)到每秒10億次，準(zhǔn)確率為99.8%。當(dāng)然像所有的新技術(shù)一樣，有的科學(xué)家表示懷疑。他們認(rèn)為，這種試管里的計(jì)算機(jī)存在致命的缺陷，因?yàn)樯磻?yīng)本身存在一定的隨機(jī)性，這種運(yùn)算的結(jié)果可能不*；而且，參與運(yùn)算的dna分子之間的不能像傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)一樣通信，只能“各自為戰(zhàn)”，不足以處理一些大型計(jì)算。

歐美各國(guó)及日本相繼成立了生物信息數(shù)據(jù)中心，美國(guó)有國(guó)家生物技術(shù)信息中心（ncbi）、英國(guó)有歐洲生物信息研究所（ebi）、日本有70余家制藥、生物及高技術(shù)公司組成的“生物產(chǎn)業(yè)信息化共同體”等。而戈德曼-薩克斯財(cái)團(tuán)2001年的一份報(bào)告顯示，美國(guó)國(guó)際商用機(jī)器公司（ibm）、sun、康伯和摩托羅拉等公司每家已至少與生物技術(shù)公司和調(diào)研公司達(dá)成12項(xiàng)合作意向，共有140多項(xiàng)合作協(xié)議，合作內(nèi)容涉及到各種技術(shù)領(lǐng)域，包括基因芯片，用計(jì)算機(jī)模擬藥效等。

（2）生物技術(shù)將從根本上突破計(jì)算機(jī)的物理極限。使用的計(jì)算機(jī)是以硅芯片為基礎(chǔ)，由于受到物理空間的限制、面臨耗能和散熱等問題，將不可避免地遭遇發(fā)展極限，要取得大的突破，需要依賴于新材料的革新。2000年美國(guó)加利福尼亞大學(xué)洛杉磯分校的科學(xué)家根據(jù)生物大分子在不同狀態(tài)下可產(chǎn)生有和無信息的特性，研制出分子開關(guān)（molecular switches）。2001年世界*可自動(dòng)運(yùn)行的DNA計(jì)算機(jī)問世，并被評(píng)為當(dāng)年世界*科技進(jìn)展。2002年，DNA計(jì)算機(jī)研究領(lǐng)域的*阿德勒曼教授利用簡(jiǎn)單的DNA計(jì)算機(jī)，在實(shí)驗(yàn)中為一個(gè)有24個(gè)變量、100萬種可能結(jié)果的數(shù)學(xué)難題找到了答案，DNA計(jì)算機(jī)的研制邁出了重要一步。

信息產(chǎn)業(yè)和生物產(chǎn)業(yè)無疑都是高科技的產(chǎn)物，在生命科學(xué)的研究中，始終不能缺少計(jì)算機(jī)的工作，如果到基因組測(cè)序的研究所去看一看，大量的以超級(jí)計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的測(cè)序儀，會(huì)使你誤以為到了一家信息技術(shù)公司。生物產(chǎn)業(yè)因計(jì)算機(jī)的加盟而提速，信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)也因生命科學(xué)的需要而得以發(fā)展、獲利。運(yùn)用數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)和生物學(xué)的各種工具，來闡明和理解大量基因組研究獲得數(shù)據(jù)中所包含的生物學(xué)意義，生物學(xué)和信息學(xué)交叉、結(jié)合，從而形成了一個(gè)新的學(xué)科。生物信息學(xué)或信息生物學(xué)，它的進(jìn)步所帶來的效益是不可估量的。美國(guó)已經(jīng)出現(xiàn)了大批基于生物信息學(xué)的公司，希冀在基因工程藥物、生物芯片、代謝工程等領(lǐng)域掘出財(cái)富，生物信息學(xué)工業(yè)潛力巨大。可以說，生物科技（生物技術(shù)）與信息科技（信息技術(shù)）的融合，才是世界經(jīng)濟(jì)市場(chǎng)的未來。在深圳舉行的第三屆中國(guó)國(guó)際*成果交易會(huì)*論壇上，中國(guó)工程院副院長(zhǎng)侯云德院士指出，應(yīng)該把生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)定位為僅次于信息產(chǎn)業(yè)的重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)。他說，信息和生物技術(shù)是關(guān)系到我國(guó)新世紀(jì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國(guó)家命運(yùn)的關(guān)鍵技術(shù)，并將成為我國(guó)創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。

10應(yīng)用專業(yè)

生物技術(shù)*者

很多人認(rèn)為，2000年是生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)投資年。人類基因測(cè)序的完成和公布，是科學(xué)*的又一個(gè)里程碑，它令很多投資者為之神魂顛倒。2000年美國(guó)的生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)股票市場(chǎng)新增300億美元，這一數(shù)值大大超過前5年該產(chǎn)業(yè)股市投資的總和，生物技術(shù)的股票與其它科技行業(yè)股票異常高漲。很多跡象表明，生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)雖然歷史不到30年，但正步入成熟期。

美國(guó)經(jīng)濟(jì)處于衰退中的2001年，生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)仍吸收了150億美元的投資，這是該產(chǎn)業(yè)歷*二大的投資年。投資者認(rèn)為，生物技術(shù)公司，特別是那些專攻新藥的生物技術(shù)公司和其合作的制藥公司，在未來的5年中，將推出數(shù)百種一類新藥。生物技術(shù)在基因科學(xué)、蛋白質(zhì)學(xué)、生物信息學(xué)、計(jì)算機(jī)輔助藥物設(shè)計(jì)、DNA生物芯片和藥物基因?qū)W等領(lǐng)域中的突破，使對(duì)疾病的攻克進(jìn)入分子水平。很多投資者認(rèn)為，用生物技術(shù)方法開發(fā)新藥將得到回報(bào)。

根據(jù)美國(guó)生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)組織（BIO）的統(tǒng)計(jì)，1982—2000年間，大約有120個(gè)生物藥進(jìn)入市場(chǎng)；2001年有300個(gè)新藥正在進(jìn)行后階段的臨床試驗(yàn)。根據(jù)過去的經(jīng)驗(yàn)，到2007年，美國(guó)食品與藥物管理局（FDA）大約要批準(zhǔn)其中的240個(gè)新藥進(jìn)入市場(chǎng)，從而使市場(chǎng)上的生物技術(shù)藥翻2倍。大多數(shù)生物技術(shù)新藥是用于治療心臟病、癌癥、糖尿病和傳染病的一類新藥。

生物技術(shù)的顯著應(yīng)用不僅在健康行業(yè)，生物技術(shù)在其它產(chǎn)業(yè)中的研發(fā)投入也十分突出。依靠生物技術(shù)，農(nóng)業(yè)上用更少的土地生產(chǎn)更多的健康食品；制造業(yè)可以減少環(huán)境污染、節(jié)省能耗；工業(yè)可以利用再生資源生產(chǎn)原料，以保護(hù)環(huán)境。

生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)的成熟除了體現(xiàn)在產(chǎn)品開發(fā)方面外，另一個(gè)主要標(biāo)志是行業(yè)的現(xiàn)金儲(chǔ)量。2000年由于生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)在社會(huì)上籌集了大量資本，大多數(shù)生物技術(shù)企業(yè)在2001年的資金情況很好。根據(jù)Ernst & Young’s 2001年生物技術(shù)報(bào)告，美國(guó)上市的340家生物技術(shù)公司中，超過半數(shù)的公司現(xiàn)金儲(chǔ)量可維持三年以上的運(yùn)行，這為該行業(yè)今后的快速發(fā)展奠定了良好基礎(chǔ)。

生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)成熟的另一個(gè)標(biāo)志是合并化。資金雄厚的生物技術(shù)企業(yè)，如基因公司，正在兼并其它輔助性技術(shù)公司，從而形成綜合性的生物制藥公司，能夠開發(fā)、生產(chǎn)和銷售自己的產(chǎn)品。這種兼并活動(dòng)，不僅增加企業(yè)的產(chǎn)品種類和收入，同時(shí)也有助于提高整個(gè)行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。

生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)是新經(jīng)濟(jì)的主要推動(dòng)力。盡管近生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)的股值也縮水很大，但其過去所得多于現(xiàn)在所失。在過去的一年中，納斯達(dá)克生物技術(shù)指數(shù)下降了20%，但與前三年相比，該指數(shù)的增長(zhǎng)仍接近100%。在目前的熊市狀態(tài)下，該指數(shù)的表現(xiàn)優(yōu)于納斯達(dá)克綜合指數(shù)和道瓊工業(yè)指數(shù)。很多分析家認(rèn)為，2002年生物和醫(yī)藥股將表現(xiàn)平平但健康發(fā)展，在今后的12至24個(gè)月中，生物股將再次起飛，新的生物技術(shù)產(chǎn)品將開始進(jìn)入市場(chǎng)。

美國(guó)很多州政府支持生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，陸續(xù)推出了不少經(jīng)濟(jì)發(fā)展計(jì)劃以吸引生物技術(shù)企業(yè)。例如，密西根州是美國(guó)*生物技術(shù)州之一，州政府承諾要在生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域進(jìn)入全美前5名，擬投入10億美元，建成密西根生命科學(xué)走廊，目前該走廊已有300多家生物公司。

11從基因到藥

在21世紀(jì)的年，科學(xué)家們完成了人類基因的測(cè)序。這一成就對(duì)生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展影響將是難以估量的。在探索人類基因的奧秘過程，發(fā)現(xiàn)一些新的藥物，成為生物技術(shù)關(guān)注的熱點(diǎn)。

2001年5月，F(xiàn)DA批準(zhǔn)諾華公司開發(fā)的Gleevec上市，這是一種治療慢性白血病的良藥。這是依據(jù)癌細(xì)胞活動(dòng)機(jī)理而設(shè)計(jì)開發(fā)的種抗癌新藥。傳統(tǒng)抗癌藥在治療過程中，同時(shí)會(huì)影響到正常細(xì)胞，對(duì)病人產(chǎn)生很大的副作用，而Gleevec僅殺滅基因變異的癌細(xì)胞。新研究表明，Gleevec對(duì)血液癌癥和腫瘤都有效，它可能成為一種廣譜的抗癌新藥。

治療癌癥的另外一類生物技術(shù)藥是單克隆抗體。這類抗體的目標(biāo)是與癌細(xì)胞有關(guān)一些特定分子。自1980年以來，單克隆抗體魔術(shù)般的效果引起眾多醫(yī)藥公司的關(guān)注。經(jīng)過十多年的研究，單克隆抗體作為抗癌新藥初步得以實(shí)現(xiàn)。目前，很多藥廠正在開發(fā)單克隆抗體，其應(yīng)用從抗癌擴(kuò)展到其它疾病治療方面，到2000年，F(xiàn)DA批準(zhǔn)了9個(gè)單克隆抗體，另外60多個(gè)產(chǎn)品正在進(jìn)行臨床試驗(yàn)。

在抗癌方面，單克隆抗體的作用如同人體自身免疫系統(tǒng)，但大多數(shù)情況下，人體自身免疫系統(tǒng)不會(huì)將癌細(xì)胞作為有害細(xì)胞而進(jìn)行阻止，使癌細(xì)胞在體內(nèi)繁殖，危害人體生命。

單克隆抗體的作用是瞄準(zhǔn)癌細(xì)胞，將癌細(xì)胞消滅或啟動(dòng)體內(nèi)免疫系統(tǒng)對(duì)癌細(xì)胞進(jìn)行攻擊。單克隆抗體也可成為一種“聰明炸彈”，攜帶放射性或化學(xué)介質(zhì)，選擇癌細(xì)胞進(jìn)行攻擊。

1997年FDA批準(zhǔn)個(gè)單克隆抗體Rituxin，用于治療非何杰金氏淋巴癌，1998年另一種單克隆抗體Herceptin上市，用于治療乳腺癌。

Herceptin由美國(guó)基因技術(shù)公司研制，該公司成立于1976年，是早成立的生物制藥公司。美國(guó)基因技術(shù)公司是全球*生物技術(shù)公司之一，有十個(gè)基于蛋白質(zhì)的生物醫(yī)藥產(chǎn)品上市，正在開發(fā)的產(chǎn)品有20多個(gè)，主要是癌癥、心血管和免疫系統(tǒng)疾病的治療藥。該公司有從業(yè)人員5000多人。人類基因公司成立于1992年，是生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域*開發(fā)人類基因的公司。該公司首先研究探索人類基因與疾病的關(guān)系，目標(biāo)是發(fā)現(xiàn)與疾病有關(guān)的基因，開發(fā)相關(guān)的治療藥物。該公司現(xiàn)有8個(gè)產(chǎn)品正在進(jìn)行臨床試驗(yàn)。

其它的生物醫(yī)藥產(chǎn)品有基因治療法、干細(xì)胞和疫苗等。隨著人們對(duì)人體生物學(xué)認(rèn)識(shí)的進(jìn)一步深入，藥物發(fā)現(xiàn)變得更加復(fù)雜。生物技術(shù)和制藥業(yè)不得不依靠更*、復(fù)雜的工具來開發(fā)新藥。歷*，Agilent一直是醫(yī)藥測(cè)試設(shè)備的主要生產(chǎn)廠，該公司與世界*制藥公司有著十分密切的商業(yè)往來。今天，Agilent也能提供新的科學(xué)儀器，用于疾病診斷和新藥研究。

12農(nóng)業(yè)生物技術(shù)

DNA

生物技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用是基于對(duì)植物、動(dòng)物基因?qū)W和蛋白質(zhì)學(xué)的認(rèn)識(shí)。很多專家認(rèn)為只有依靠生物技術(shù)，發(fā)展中國(guó)家才能戰(zhàn)勝饑餓，全球因人口增長(zhǎng)而產(chǎn)生的食品短缺才有望得以緩解。

通過利用動(dòng)植物中的特定基因，可以實(shí)現(xiàn)用更少的土地種植更多的作物，同時(shí)減少農(nóng)藥的使用。利用生物技術(shù)，可以在惡劣的氣候環(huán)境下生產(chǎn)作物。利用生物技術(shù)，還可以改善食品的營(yíng)養(yǎng)和口感等。

美國(guó)的St. Louis是全球農(nóng)業(yè)生物技術(shù)發(fā)展快的地區(qū)。該地區(qū)被認(rèn)為是生物產(chǎn)業(yè)帶，的農(nóng)業(yè)生物技術(shù)公司孟山都即在該地區(qū)。

生物技術(shù)用于育種是一種快捷、有效的育種方法。通過引入特定的基因，以改變動(dòng)植物的品質(zhì)。例如，科學(xué)家在西紅柿中植入抗成熟的基因，可以延長(zhǎng)西紅柿的貨架期。在植物中引入對(duì)人體無害的抗蟲基因，可以防止病蟲害，減少農(nóng)藥的使用，在水稻中介入產(chǎn)生維生素A的基因，可以提高稻米的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。

生物技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的另一個(gè)可能的應(yīng)用是生產(chǎn)食用疫苗，利用水果、蔬菜生產(chǎn)抗肝炎、霍亂等傳染病的疫苗?？寺〖夹g(shù)用于動(dòng)物，可以保留高品質(zhì)動(dòng)物的高產(chǎn)性能。

市場(chǎng)上的農(nóng)業(yè)生物技術(shù)產(chǎn)品主要是轉(zhuǎn)基因的大豆、玉米、油菜、棉花等。轉(zhuǎn)基因植物以其優(yōu)異的品質(zhì)很快被農(nóng)戶接受。2001年，世界上轉(zhuǎn)基因植物的種植面積達(dá)5300萬公頃，比2000年增加 19%。

13工業(yè)與環(huán)境

生物技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)制造和環(huán)境管理，是為了推動(dòng)工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，1998年，經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織認(rèn)為生物技術(shù)將對(duì)工業(yè)的持續(xù)發(fā)展起著十分關(guān)鍵的作用，鼓勵(lì)其成員國(guó)支持工業(yè)和環(huán)境生物技術(shù)的研究。

微生物被認(rèn)為是天然的化學(xué)工廠。它們正取代工業(yè)催化劑而用于化學(xué)品的制造。例如，酶制劑能取代洗滌劑中的磷和皮革鞣制過程中的硫化物。在造紙過程中，酶制劑可以減少氯化物在紙漿漂白過程中的用量。微生物在工業(yè)生產(chǎn)過程中的應(yīng)用，使工業(yè)生產(chǎn)變得清潔、，具有可持續(xù)性。

酶也可以作為生物催化劑將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為能源、乙醇等。更誘人的是，通過生物酶，玉米秸稈可以轉(zhuǎn)化為可降解的塑料，用于食品包裝等。

基因?qū)W和蛋白質(zhì)學(xué)在工業(yè)生物技術(shù)中的應(yīng)用，不僅僅在于發(fā)現(xiàn)微生物酶的特性，而且可以通過目標(biāo)的變異，使微生物產(chǎn)生各種用途的新型酶制劑。

科學(xué)家預(yù)測(cè)10至20年后，生物技術(shù)在工業(yè)中的應(yīng)用將與其在人類健康中的應(yīng)用變得同等重要。

14生物技術(shù)應(yīng)用

傳統(tǒng)生物技術(shù)的應(yīng)用

現(xiàn)代生物技術(shù)的應(yīng)用

生物技術(shù)應(yīng)用

傳統(tǒng)生物技術(shù)的應(yīng)用

包括：

顯微鏡技術(shù)玻片標(biāo)本制作與染色技術(shù)同位素標(biāo)記示蹤技術(shù)無土栽培技術(shù)作物育種技術(shù) 顯微鏡技術(shù)光電顯微鏡技術(shù) 電子顯微鏡技術(shù)

應(yīng)用：細(xì)胞（顯微水平、亞顯微水平） 玻片標(biāo)本制作與染色技術(shù)

應(yīng)用：用于細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能研究 同位素標(biāo)記示蹤技術(shù)*

應(yīng)用：研究細(xì)胞內(nèi)或生物體內(nèi)化學(xué)物質(zhì)的有關(guān)問題，如某物質(zhì)存在部位、移動(dòng)途徑、物質(zhì)摻如情況等。

應(yīng)用

目前生物技術(shù)除主要在人類健康、農(nóng)業(yè)、工業(yè)與環(huán)境中應(yīng)用外，在其它領(lǐng)域也有一些應(yīng)用。

現(xiàn)在開發(fā)畜牧醫(yī)用產(chǎn)品的生物公司越來越多，美國(guó)每年用于動(dòng)物健康的產(chǎn)品市場(chǎng)約40億美元，美國(guó)農(nóng)業(yè)部批準(zhǔn)的動(dòng)物用生物制品約100種，主要是防止動(dòng)物傳染病和常見病的疫苗和治療藥。

生物技術(shù)也應(yīng)用于野生動(dòng)物的保護(hù)，通過DNA識(shí)別來鑒別動(dòng)物的種類，跟蹤其活動(dòng)地域等。

海洋生物技術(shù)的應(yīng)用使受過度捕撈而瀕臨滅絕的海洋生物的生存得到發(fā)展。同時(shí)又給人類從豐富的海洋生物資源匯總發(fā)現(xiàn)新藥提供了途徑。例如海螺中的一種毒素是有效的止痛藥，海綿可以用作抗感染等。

生物技術(shù)應(yīng)用于太空發(fā)展，可以為宇航員構(gòu)建長(zhǎng)期太空探險(xiǎn)所需的生命支持環(huán)境。另外，生物技術(shù)也用于人類考古和犯罪調(diào)查，通過DNA分析可以研究人類種群的進(jìn)化史。DNA技術(shù)應(yīng)用于犯罪案件調(diào)查可以幫助執(zhí)法人員確認(rèn)罪犯。

生物反恐

美國(guó)911恐怖事件和隨后的炭疽菌案件，使大部分美國(guó)人感到，今后的生物恐怖事件可能發(fā)生，對(duì)生物恐怖事件的防衛(wèi)必須予以重視。

過去，幾家美國(guó)生物技術(shù)公司曾與合作，提出生物武器的防衛(wèi)戰(zhàn)略，但大多數(shù)試驗(yàn)僅是模擬。在911事件以前，美國(guó)衛(wèi)生部用于生物防恐的研究經(jīng)費(fèi)為5000萬美元。但911事件以后，該預(yù)算大大增加。今年6月通過的一項(xiàng)生物反恐法案，撥款45億美元用于美國(guó)本土安全部的生物反恐。專家們預(yù)測(cè)，生物反恐將成為國(guó)防的新領(lǐng)域，美國(guó)將利用生物技術(shù)防衛(wèi)各種可能的生物恐怖襲擊。生物反恐將與公共健康系統(tǒng)、傳統(tǒng)國(guó)防工業(yè)、生物技術(shù)和制藥業(yè)緊密關(guān)聯(lián)。911事件后，美國(guó)迅速開發(fā)了針對(duì)炭疽和天花的疫苗。大約有24家美國(guó)生物技術(shù)公司正參與其它疫苗和藥品研究與開發(fā)，美國(guó)政府?dāng)M支付6．4億美元用于存積有關(guān)的疾病疫苗，以防止各種可能的生物恐怖事件。例如，新型抗菌素和抗病毒處理劑正在研制，以用于對(duì)付已是抗病性的病原體。一家公司正在研究利用單克隆抗體清除血液中的毒素。其它研制中的產(chǎn)品包括專用酶制劑，用于修復(fù)被有意污染的環(huán)境、快速大氣監(jiān)測(cè)儀、傳染物診斷試劑、新的藥物運(yùn)送系統(tǒng)等。

實(shí)例

有絲分裂過程中的DNA復(fù)制光合作用中的物質(zhì)變化 動(dòng)植物細(xì)胞中的物質(zhì)運(yùn)輸激素在生物體內(nèi)分布與運(yùn)輸 動(dòng)物胚胎層發(fā)育分化 遺傳物質(zhì)發(fā)現(xiàn)的研究 無土栽培技術(shù)

利用溶液培養(yǎng)法的原理，把植物體生長(zhǎng)發(fā)育過程中所需要的各種礦質(zhì)元素，按照一定的比例配制成營(yíng)養(yǎng)液，并利用這種營(yíng)養(yǎng)液來栽培植物的技術(shù)。

15基因工程

基因工程是指在基因水平上，按照人類的需要進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后按設(shè)計(jì)方案創(chuàng)建出具有某種新的性狀的生物新品系，并能使之穩(wěn)定地遺傳給后代?；蚬こ滩捎门c工程設(shè)計(jì)十分類似的方法，明顯地既具有理學(xué)的特點(diǎn)，同時(shí)也具有工程學(xué)的特點(diǎn)。

生物學(xué)家在了解遺傳密碼是RNA轉(zhuǎn)錄表達(dá)以后，還想從分子的水平去干預(yù)生物的遺傳。1973年，美國(guó)斯坦福大學(xué)的科恩教授，把兩種質(zhì)粒上不同的抗藥基因"裁剪"下來，"拼接"在同一個(gè)質(zhì)粒中。當(dāng)這種雜合質(zhì)粒進(jìn)入大腸桿菌后，這種大腸桿菌就能抵抗兩種藥物，且其后代都具有雙重抗菌性，科恩的重組實(shí)驗(yàn)拉開了基因工程的大幕。

DNA重組技術(shù)是基因工程的核心技術(shù)。重組，顧名思義，就是重新組合，即利用供體生物的遺傳物質(zhì)，或人工合成的基因，經(jīng)過體外切割后與適當(dāng)?shù)妮d體連接起來，形成重組DNA分子，然后將重組DNA分子導(dǎo)入到受體細(xì)胞或受體生物構(gòu)建轉(zhuǎn)基因生物，該種生物就可以按人類事先設(shè)計(jì)好的藍(lán)圖表現(xiàn)出另外一種生物的某種性狀。

1、DNA重組技術(shù)的物質(zhì)基礎(chǔ)

（1）目的基因

基因工程是一種有預(yù)期目的的創(chuàng)造性工作，它的原料就是目的基因。所謂目的基因，是指通過人工方法獲得的符合設(shè)計(jì)者要求的DNA片段，在適當(dāng)條件下，目的基因?qū)?huì)以蛋白質(zhì)的形式表達(dá)，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)者改造生物性狀的目標(biāo)。

（2）載體

目的基因一般都不能直接進(jìn)入另一種生物細(xì)胞，它需要與特定的載體結(jié)合,才能安全地進(jìn)入到受體細(xì)胞中。目前常用的載體有質(zhì)粒、噬菌體和病毒。

質(zhì)粒是在大多數(shù)細(xì)菌和某些真核生物的細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)的一種環(huán)狀DNA分子，它位于細(xì)胞質(zhì)中。許多質(zhì)粒含有在某種環(huán)境下可能是*的基因。

噬菌體是專門感染細(xì)菌的一類病毒，由蛋白質(zhì)外殼和中心的核酸組成。在感染細(xì)菌時(shí)，噬菌體把DNA注入到細(xì)菌里，以此DNA為模板，復(fù)制DNA分子，并合成蛋白質(zhì)，后組裝成新的噬菌體。當(dāng)細(xì)菌死亡破裂后，大量的噬菌體被釋放出來，去感染下一個(gè)目標(biāo)。。

質(zhì)粒、噬菌體和病毒的相似之處在于，它們都能把自己的DNA分子注入到宿主細(xì)胞中并保持DNA分子的完整，因而，它們成為運(yùn)載目的基因的合適載體。因此，基因工程中的載體實(shí)質(zhì)上是一些特殊的DNA分子。

（3）工具酶

基因工程需要有一套工具，以便從生物體中分離目的基因，然后選擇適合的載體，將目的基因與載體連接起來。DNA分子很小，其直徑只有20埃（10-10米），基因工程實(shí)際上是一種“超級(jí)顯微工程”，對(duì)DNA的切割、縫合與轉(zhuǎn)運(yùn)，必須有特殊的工具。

1968年，科學(xué)家次從大腸桿菌中提取出了限制性內(nèi)切酶。限制性內(nèi)切酶大的特點(diǎn)是專一性強(qiáng)，能夠在DNA上識(shí)別特定的核苷酸序列，并在特定切點(diǎn)上切割DNA分子。70年代以來，人們已經(jīng)分離提取了400多種限制性內(nèi)切酶。有了它，人們就可以隨心所欲地進(jìn)行DNA分子長(zhǎng)鏈切割了。1976年，5個(gè)實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家?guī)缀跬瑫r(shí)發(fā)現(xiàn)并提取出一種酶，叫作DNA連接酶。從此，DNA連接酶就成了 “粘合”基因的“分子粘合劑”。

1、 DNA重組技術(shù)的一般操作步驟

一個(gè)典型的DNA重組包括五個(gè)步驟：

（1）目的基因的獲取

目前，獲取目的基因的方法主要有三種：反向轉(zhuǎn)錄法、從細(xì)胞基因組直接分離法和人工合成法。

反向轉(zhuǎn)錄法是利用mRNA反轉(zhuǎn)錄獲得目的基因的方法?，F(xiàn)在用這種方法人們已先后合成了家兔、鴨和人的珠蛋白基因、羽毛角蛋白基因等。

從細(xì)胞基因組中直接分離目的基因常用"鳥槍法"，因?yàn)檫@種方法猶如用散彈打鳥,所以又稱"散彈槍法"。用"鳥槍法"分離目的基因，具有簡(jiǎn)單、方便和經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)。許多病毒和原核生物、一些真核生物的基因，都用這種方法獲得了成功的分離。

化學(xué)合成目的基因是20世紀(jì)70年代以來發(fā)展起來的一項(xiàng)新技術(shù)。應(yīng)用化學(xué)合成法，可在短時(shí)間內(nèi)合成目的基因?？茖W(xué)家們已相繼合成了人的生長(zhǎng)激素釋放抑制素、胰島素、干擾素等蛋白質(zhì)的編碼基因。

（2）DNA分子的體外重組

體外重組是把載體與目的基因進(jìn)行連接。例如，以質(zhì)粒作為載體時(shí)，首先要選擇出合適的限制性內(nèi)切酶，對(duì)目的基因和載體進(jìn)行切割，再以DNA連接酶使切口兩端的脫氧核苷酸連接，于是目的基因被鑲嵌進(jìn)質(zhì)粒DNA，重組形成了一個(gè)新的環(huán)狀DNA分子（雜種DNA分子）。

（3）DNA重組體的導(dǎo)入

把目的基因裝在載體上后，就需要把它引入到受體細(xì)胞中。導(dǎo)入的方式有多種，主要包括轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導(dǎo)、顯微注射、微粒轟擊和電擊穿孔等方式。轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)導(dǎo)主要適用于細(xì)菌一類的原核生物細(xì)胞和酵母這樣的低等真核生物細(xì)胞，其他方式主要應(yīng)用于高等動(dòng)植物的細(xì)胞。

（4）受體細(xì)胞的篩選

由于DNA重組體的轉(zhuǎn)化成功率不是太高，因而，需要在眾多的細(xì)胞中把成功轉(zhuǎn)入DNA重組體的細(xì)胞挑選出來。應(yīng)事先找到特定的標(biāo)志，證明導(dǎo)入是否成功。

例如，我們常用抗生素來證明證明導(dǎo)入的成功。

（5）基因表達(dá)

目的基因在成功導(dǎo)入受體細(xì)胞后，它所攜帶的遺傳信息必須要通過合成新的蛋白質(zhì)才能表現(xiàn)出來，從而改變受體細(xì)胞的遺傳性狀。目的基因在受體細(xì)胞中要表達(dá)，需要滿足一些條件。例如，目的基因是利用受體細(xì)胞的核糖體來合成蛋白質(zhì)，因此目的基因上必須含有能啟動(dòng)受體細(xì)胞核糖體工作的功能片段。

這五個(gè)步驟代表了基因工程的一般操作流程。

人們掌握基因工程技術(shù)的時(shí)間并不長(zhǎng)，但已經(jīng)獲得了許多具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的成果，基因工程作為現(xiàn)代生物技術(shù)的核心，將在社會(huì)生產(chǎn)和實(shí)踐中發(fā)揮越來越重要的作用。

16現(xiàn)代技術(shù)

現(xiàn)代生物技術(shù)一般包括基因工程、細(xì)胞工程、酶工程、發(fā)酵工程和蛋白質(zhì)工程。20世紀(jì)未，隨著計(jì)算生物學(xué)、化學(xué)生物學(xué)與合成生物學(xué)的興起，發(fā)展了系統(tǒng)生物學(xué)的生物技術(shù) - 即系統(tǒng)生物技術(shù)（systems biotechnology），包括生物信息技術(shù)、納米生物技術(shù)與合成生物技術(shù)等。

17應(yīng)用前景

伴隨著生命科學(xué)的新突破，現(xiàn)代生物技術(shù)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)牧業(yè)、醫(yī)藥、環(huán)保等眾多領(lǐng)域，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

工業(yè)方面

食品方面

首先，生物技術(shù)被用來提高生產(chǎn)效率，從而提高食品產(chǎn)量。

其次，生物技術(shù)可以提高食品質(zhì)量。例如，以淀粉為原料采用固定化酶（或含酶菌體）生產(chǎn)高果糖漿來代替蔗糖，這是食糖工業(yè)的一場(chǎng)革命。

第三，生物技術(shù)還用于開拓食品種類。利用生物技術(shù)生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白為解決蛋白質(zhì)缺乏問題提供了一條可行之路。目前，*單細(xì)胞蛋白的產(chǎn)量已經(jīng)超過3000萬噸，質(zhì)量也有了重大突破，從主要用作飼料發(fā)展到走上人們的餐桌。

材料方面

通過生物技術(shù)構(gòu)建新型生物材料，是現(xiàn)代新材料發(fā)展的重要途徑之一。

首先，生物技術(shù)使一些廢棄的生物材料變廢為寶。例如，利用生物技術(shù)可以從蝦、蟹等甲殼類動(dòng)物的甲殼中獲取甲殼素。甲殼素是制造手術(shù)縫合線的*材料，它柔軟，可加速傷口愈合，還可被人體吸收而免于拆線。

其次，生物技術(shù)為大規(guī)模生產(chǎn)一些稀缺生物材料提供了可能。例如，蜘蛛絲是一種特殊的蛋白質(zhì)，其強(qiáng)度大，可塑性高，可用于生產(chǎn)防彈背心、降落傘等用品。利用生物技術(shù)可以生產(chǎn)蛛絲蛋白，得到與蜘蛛絲媲美的纖維。

第三，利用生物技術(shù)可開發(fā)出新的材料類型。例如，一些微生物能產(chǎn)出可降解的生物塑料，避免了“白色污染”。

能源方面

生物技術(shù)一方面能提高能源的開采率，另一方面能開發(fā)更多可再生能源。

首先，生物技術(shù)提高了石油開采的效率。

其次，生物技術(shù)為新能源的利用開辟了道路。

農(nóng)業(yè)方面

現(xiàn)代生物技術(shù)越來越多地運(yùn)用于農(nóng)業(yè)中，使農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)達(dá)到高產(chǎn)、高質(zhì)、的目的。

農(nóng)作物和花卉生產(chǎn)

生物技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)作物和花卉生產(chǎn)的目標(biāo)，主要是提高產(chǎn)量、改良品質(zhì)和獲得抗逆植物。

首先，生物技術(shù)既能提高作物產(chǎn)量，還能快速繁殖。

其次，生物技術(shù)既能改良作物品質(zhì)，還能延緩植物的成熟，從而延長(zhǎng)了植物食品的保藏期。

第三，生物技術(shù)在培育抗逆作物中發(fā)揮了重要作用。例如，用基因工程方法培育出的抗蟲害作物，不需施用農(nóng)藥，既提高了種植的經(jīng)濟(jì)效益，又保護(hù)了我們的環(huán)境。我國(guó)的轉(zhuǎn)基因抗蟲棉品種，1999年已經(jīng)推廣200多萬畝，創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

畜禽生產(chǎn)

利用生物技術(shù)以獲得高產(chǎn)的畜禽產(chǎn)品和提高畜禽的抗病能力。

首先，生物技術(shù)不僅能加快畜禽的繁殖和生長(zhǎng)速度，而且能改良畜禽的品質(zhì)，提供的肉、奶、蛋產(chǎn)品。

其次，生物技術(shù)可以培育抗病的畜禽品種，減少飼養(yǎng)業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)。如利用轉(zhuǎn)基因的方法，培育抗病動(dòng)物，可以大大減少牲畜瘟疫的發(fā)生，保證牲畜健康，也保證人類健康。

農(nóng)業(yè)新領(lǐng)域

基因工程不僅提高了農(nóng)牧產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量。

利用轉(zhuǎn)基因植物生產(chǎn)疫苗是目前的一個(gè)研究熱點(diǎn)?？蒲腥藛T希望能用食用植物表達(dá)疫苗，人們通過食用這些轉(zhuǎn)基因植物就能達(dá)到接種疫苗的目的。目前已經(jīng)在轉(zhuǎn)基因煙草中表達(dá)出了乙型肝炎疫苗。

利用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物生產(chǎn)藥用蛋白同樣是目前的研究熱點(diǎn)。科學(xué)家已經(jīng)培育出多種轉(zhuǎn)基因動(dòng)物，它們的乳腺能特異性地表達(dá)外源目的基因，因此從它們產(chǎn)的奶中能獲得所需的蛋白質(zhì)藥物，由于這種轉(zhuǎn)基因牛或羊吃的是草，擠出的奶中含有珍貴的藥用蛋白，生產(chǎn)成本低，可以獲得巨額的經(jīng)濟(jì)效益。

醫(yī)藥方面

醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域是現(xiàn)代生物技術(shù)應(yīng)用得廣泛、成績(jī)顯著、發(fā)展迅速、潛力也大的一個(gè)領(lǐng)域。

疾病預(yù)防

利用疫苗對(duì)人體進(jìn)行主動(dòng)免疫是預(yù)防傳染性疾病的有效手段之一。注射或口服疫苗可以激活體內(nèi)的免疫系統(tǒng)，產(chǎn)生專門針對(duì)病原體的特異性抗體。

20世紀(jì)70年代以后，人們開始利用基因工程技術(shù)來生產(chǎn)疫苗?；蚬こ桃呙缡菍⒉≡w的某種蛋白基因重組到細(xì)菌或真核細(xì)胞內(nèi)，利用細(xì)菌或真核細(xì)胞來大量生產(chǎn)病原體的蛋白，把這種蛋白作為疫苗。例如用基因工程制造乙肝疫苗用于乙型肝炎的預(yù)防。我國(guó)生產(chǎn)的基因工程乙肝疫苗，主要采用酵母表達(dá)系統(tǒng)產(chǎn)生疫苗。

疾病診斷

生物技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用，提供了新的診斷技術(shù)，特別是單克隆抗體診斷試劑和DNA診斷技術(shù)的應(yīng)用，使許多疾病特別是腫瘤、傳染病在早期就能得到準(zhǔn)確診斷。

圖4-40是單克隆抗體的制備。單克隆抗體以它明顯的*性得到迅速的發(fā)展，*研制成功的單克隆抗體有上萬種，主要用于臨床診斷、治療試劑、特異性殺傷腫瘤細(xì)胞等。有的單克隆抗體能與放射性同位素、毒素和化學(xué)藥品聯(lián)結(jié)在一起，用于癌癥治療，它準(zhǔn)確地找到癌變部位，殺死癌細(xì)胞，有 “生物導(dǎo)彈”、“腫瘤克星”之稱。

DNA診斷技術(shù)是利用重組DNA技術(shù)，直接從DNA水平作出人類遺傳性疾病、腫瘤、傳染性疾病等多種疾病的診斷。它具有專一性強(qiáng)、靈敏度高、操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。

疾病治療

生物技術(shù)在疾病治療方面主要包括提供藥物、基因治療和器官移植等方面。

利用基因工程能大量生產(chǎn)一些來源價(jià)格昂貴的藥物，減輕患者的負(fù)擔(dān)。這些珍貴藥物包括生長(zhǎng)抑素、胰島素、干擾素等等。

基因治療是一種應(yīng)用基因工程技術(shù)和分子遺傳學(xué)原理對(duì)人類疾病進(jìn)行治療的新療法。

世界上例成功的基因治療是對(duì)一位4歲的美國(guó)女孩進(jìn)行的，她由于體內(nèi)缺乏腺苷脫氨酶而*喪失免疫功能，治療前只能在無菌室生活，否則會(huì)由于感染而死亡。經(jīng)治療，這個(gè)女孩可進(jìn)入普通小學(xué)上學(xué)。截至1997年6月，*已批準(zhǔn)的臨床基因治療方案有218項(xiàng)，接受基因治療和基因轉(zhuǎn)移的患者總數(shù)已有2557名患者。

在2013年6月3日的"Cell"期刊上發(fā)表的羅伯特·溫伯格等研究人員在乳腺癌侵襲性的研究取得了新成果:基因決定乳腺癌細(xì)胞命運(yùn)。^[2] 

1990年，人類基因組計(jì)劃在美國(guó)正式啟動(dòng)，2003年4月14日，中美英日法德六國(guó)科學(xué)家宣布：人類基因組序列圖繪制成功。人類基因組計(jì)劃的完成，有助于人類認(rèn)識(shí)許多遺傳疾病以及癌癥的致病機(jī)理，將為基因治療提供更多的理論依據(jù)。器官移植技術(shù)向異種移植方向發(fā)展，即利用現(xiàn)代生物技術(shù)，將人的基因轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物種上，再將此物種的器官取出來置入人體，代替人的生病的“零件”。另外，還可以利用克隆技術(shù)，制造出*適合于人體的器官，來替代人體“病危”的器官。

環(huán)保方面

污染監(jiān)測(cè)

現(xiàn)代生物技術(shù)建立了一類新的快速準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)環(huán)境的有效方法，主要包括利用新的指示生物、利用核酸探針和利用生物傳感器。

人們分別用細(xì)菌、原生動(dòng)物、藻類、高等植物和魚類等作為指示生物，監(jiān)測(cè)它們對(duì)環(huán)境的反應(yīng)，便能對(duì)環(huán)境質(zhì)量作出評(píng)價(jià)。

核酸探針技術(shù)的出現(xiàn)也為環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)提供了一條有效途徑。例如，用桿菌的核酸探針監(jiān)測(cè)水環(huán)境中的大腸桿菌。

近年來，生物傳感器在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用發(fā)展很快。生物傳感器是以微生物、細(xì)胞、酶、抗體等具有生物活性的物質(zhì)作為污染物的識(shí)別元件，具有成本低、易制作、使用方便、測(cè)定快速等優(yōu)點(diǎn)。

污染治理

現(xiàn)代生物治理采用純培養(yǎng)的微生物菌株來降解污染物。

例如科學(xué)家利用基因工程技術(shù)，將一種昆蟲的耐DDT基因轉(zhuǎn)移到細(xì)菌體內(nèi)，培育一種專門“吃”DDT的細(xì)菌，大量培養(yǎng)，放到土壤中，土壤中的DDT就會(huì)被“吃”得一干二凈。

再例如科學(xué)家研制出一種耐污力強(qiáng)的生物菌種RhP，放到污染的水中，可在不消耗水體氧氣的情況下，迅速吸收消耗水體中的氮、磷、硫、碳等污染元素，減少水體的富營(yíng)養(yǎng)成份，切斷藍(lán)藻生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)來源，達(dá)到治理藍(lán)藻的目的。

開設(shè)院校：江蘇科技大學(xué)、浙江*學(xué)院（生物技術(shù)為國(guó)家特色專業(yè)）

比較優(yōu)勢(shì)

從政策扶持的角度看，《國(guó)務(wù)院關(guān)于加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的決定》中，“大力發(fā)展用于重大疾病防治的生物技術(shù)藥物、新型疫苗和診斷試劑、化學(xué)藥物、現(xiàn)代中藥等創(chuàng)新藥物大品種”的表述表明，現(xiàn)代中藥是我國(guó)生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展中*的部分。

從橫向的比較研究角度來看，美日韓等發(fā)達(dá)國(guó)家的經(jīng)驗(yàn)表明，大公司、大牛股往往誕生于能代表其國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)力的行業(yè)，如蘋果、豐田、三星等。以此推測(cè)，如果中國(guó)能出的企業(yè)的話，有可能的還是在我國(guó)的比較優(yōu)勢(shì)領(lǐng)域。

18細(xì)胞工程

關(guān)于細(xì)胞工程的定義和范圍還沒有一個(gè)統(tǒng)一的說法，一般認(rèn)為，細(xì)胞工程是根據(jù)細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)原理，采用細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)，在細(xì)胞水平進(jìn)行的遺傳操作。細(xì)胞工程大體可分染色體工程、細(xì)胞質(zhì)工程和細(xì)胞融合工程。

1、細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)

細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)是細(xì)胞工程的基礎(chǔ)技術(shù)。所謂細(xì)胞培養(yǎng)，就是將生物有機(jī)體的某一部分組織取出一小塊，進(jìn)行培養(yǎng)，使之生長(zhǎng)、分裂的技術(shù)。細(xì)胞培養(yǎng)又叫組織培養(yǎng)。近二十年來細(xì)胞生物學(xué)的一些重要理論研究的進(jìn)展，例如細(xì)胞性的揭示，細(xì)胞周期及其調(diào)控，癌變機(jī)理與細(xì)胞衰老的研究，基因表達(dá)與調(diào)控等，都是與細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)分不開的。

體外細(xì)胞培養(yǎng)中，供給離開整體的動(dòng)植物細(xì)胞所需營(yíng)養(yǎng)的是培養(yǎng)基，培養(yǎng)基中除了含有豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)外，一般還含有刺激細(xì)胞生長(zhǎng)和發(fā)育的一些微量物質(zhì)。培養(yǎng)基一般有固態(tài)和液態(tài)兩種，它必須經(jīng)滅菌處理后才可使用。此外，溫度、光照、振蕩頻率等也都是影響培養(yǎng)的重要條件。

植物細(xì)胞與組織培養(yǎng)的基本過程包括如下幾個(gè)步驟：

步，從健康植株的特定部位或組織，如根、莖、葉、花、果實(shí)、花粉等，選擇用于培養(yǎng)的起始材料（外植體）。

第二步，用一定的化學(xué)藥劑（常用的有次氯酸鈉、升汞和酒精等）對(duì)外植體表面消毒，建立無菌培養(yǎng)體系。

第三步，形成愈傷組織和器官，由愈傷組織再分化出芽并可進(jìn)一步誘導(dǎo)形成小植株。

動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)有兩種方式。一種叫非貼壁培養(yǎng)：也就是細(xì)胞在培養(yǎng)過程中不貼壁， 條件較為復(fù)雜， 難度也大一些，但是容易同時(shí)獲得大量的培養(yǎng)細(xì)胞。這種方法一般用于淋巴細(xì)胞、腫瘤細(xì)胞和一些轉(zhuǎn)化細(xì)胞的培養(yǎng)。另一種培養(yǎng)方式是貼壁培養(yǎng)：也稱為細(xì)胞貼壁，貼壁后的細(xì)胞呈單層生長(zhǎng)，所以此法又叫單層細(xì)胞培養(yǎng)。大多數(shù)哺乳動(dòng)物細(xì)胞的培養(yǎng)必須采用這種方法。

動(dòng)物細(xì)胞不能采用離體培養(yǎng)，以人的皮膚細(xì)胞培養(yǎng)為例，動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)的主要步驟如下：

步，在無菌條件下，從健康動(dòng)物體內(nèi)取出適量組織，剪切成小薄片。

第二步，加入適宜濃度的酶與輔助物質(zhì)進(jìn)行消化作用使細(xì)胞分散。

第三步，將分散的細(xì)胞進(jìn)行洗滌并純化后，以適宜的濃度加在培養(yǎng)基中，37℃下培養(yǎng)，并適時(shí)進(jìn)行傳代。

在細(xì)胞培養(yǎng)中，我們經(jīng)常使用一個(gè)詞——克隆?？寺∫辉~是由英文clone音譯而來，指無性繁殖以及由無性繁殖而得到的細(xì)胞群體或生物群體。細(xì)胞克隆是指細(xì)胞的一個(gè)無性繁殖系。自然界早已存在天然的克隆，例如，同卵雙胞胎實(shí)際上就是一種克隆。

基因工程中，還有稱為分子克?。╩olecular cloning）的，是科恩等在 1973年提出的。分子克隆發(fā)生在DNA分子水平上，是指從一種細(xì)胞中把某種基因提取出來作為外源基因，在體外與載體連接，再將其引入另一受體細(xì)胞自主復(fù)制而得到的DNA分子無性系。

2、細(xì)胞核移植技術(shù)

由于克隆是無性繁殖，所以同一克隆內(nèi)所有成員的遺傳構(gòu)成是*相同的，這樣有利于忠實(shí)地保持原有品種的優(yōu)良特性。人們開始探索用人工的方法來進(jìn)行高等動(dòng)物克隆。哺乳動(dòng)物克隆的方法主要有胚胎分割和細(xì)胞核移植兩種。其中，細(xì)胞核移植是發(fā)展較晚但富有潛力的一門新技術(shù)。

細(xì)胞核移植技術(shù)屬于細(xì)胞質(zhì)工程。所謂細(xì)胞核移植技術(shù)，是指用機(jī)械的辦法把一個(gè)被稱為“供體細(xì)胞”的細(xì)胞核（含遺傳物質(zhì)）移入另一個(gè)除去了細(xì)胞核被稱為“受體”的細(xì)胞中，然后這一重組細(xì)胞進(jìn)一步發(fā)育、分化。核移植的原理是基于動(dòng)物細(xì)胞的細(xì)胞核的性。

采用細(xì)胞核移植技術(shù)克隆動(dòng)物的設(shè)想，初由一位德國(guó)胚胎學(xué)家在1938年提出。從1952年起，科學(xué)家們首先采用兩棲類動(dòng)物開展細(xì)胞核移植克隆實(shí)驗(yàn)，先后獲得了蝌蚪和成體蛙。1963年，我國(guó)童第周教授領(lǐng)導(dǎo)的科研組，以金魚等為材料，研究了魚類胚胎細(xì)胞核移植技術(shù)，獲得成功。到1995年為止，在主要的哺乳動(dòng)物中，胚胎細(xì)胞核移植都獲得成功，但成體動(dòng)物已分化細(xì)胞的核移植一直未能取得成功。

1996年，英國(guó)愛丁堡羅斯林研究所，伊恩?維爾穆特研究小組成功地利用細(xì)胞核移植的方法培養(yǎng)出一只克隆羊——多利，這是世界上利用成年哺乳動(dòng)物的體細(xì)胞進(jìn)行細(xì)胞核移植而培養(yǎng)出的克隆動(dòng)物。。

在核移植中，并不是所有的細(xì)胞都可以作為核供體。作為供體的細(xì)胞有兩種：一種是胚胎細(xì)胞，一種是某些體細(xì)胞。

研究表明，卵細(xì)胞、卵母細(xì)胞和受精卵細(xì)胞都是合適的受體細(xì)胞。

2000年6月，我國(guó)西北農(nóng)林科技大學(xué)利用成年山羊體細(xì)胞克隆出兩只“克隆羊”，這表明我國(guó)科學(xué)家也掌握了哺乳動(dòng)物體細(xì)胞核移植的技術(shù)。

核移植的研究，不僅在探明動(dòng)物細(xì)胞核的性、細(xì)胞核與細(xì)胞質(zhì)關(guān)系等重要理論問題方面具有重要的科學(xué)價(jià)值，而且在畜牧業(yè)生產(chǎn)中有著非常重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和應(yīng)用前景。

3、細(xì)胞融合技術(shù)

細(xì)胞融合技術(shù)屬于細(xì)胞融合工程。細(xì)胞融合技術(shù)是一種新的獲得雜交細(xì)胞以改變細(xì)胞性能的技術(shù)，它是指在離體條件下，利用融合誘導(dǎo)劑，把同種或不同物種的體細(xì)胞人為地融合，形成雜合細(xì)胞的過程。細(xì)胞融合術(shù)是細(xì)胞遺傳學(xué)、細(xì)胞免疫學(xué)、病毒學(xué)、腫瘤學(xué)等研究的一種重要手段

動(dòng)物細(xì)胞融合的主要步驟是：

步，獲取親本細(xì)胞。將取樣的組織用胰蛋白酶或機(jī)械方法分離細(xì)胞，分別進(jìn)行貼壁培養(yǎng)或懸浮培養(yǎng)。

第二步，誘導(dǎo)融合。把兩種親本細(xì)胞置于同一培養(yǎng)液中，進(jìn)行細(xì)胞融合。動(dòng)物細(xì)胞的融合過程一般是：兩個(gè)細(xì)胞緊密接觸→細(xì)胞膜合并→細(xì)胞間出現(xiàn)通道或細(xì)胞橋→細(xì)胞橋數(shù)增加擴(kuò)大通道面積→兩細(xì)胞融合為一體。

植物細(xì)胞融合的主要步驟是：

步，制備親本原生質(zhì)體。

第二步，誘導(dǎo)融合。

微生物細(xì)胞的融合步驟與植物細(xì)胞融合基本相同。

從20世紀(jì)70年代開始，已經(jīng)有許多種細(xì)胞融合成功，有植物間、動(dòng)物間、動(dòng)植物間甚至人體細(xì)胞與動(dòng)植物間的成功融合的新的雜交植物，如 “西紅柿馬鈴薯”、“擬南芥油菜”和“蘑菇白菜”等。（圖4-36是利用細(xì)胞融合培育雜交植物）從目前的技術(shù)水平來看，人們還不能把許多遠(yuǎn)緣的細(xì)胞融合后培養(yǎng)成雜種個(gè)體，尤其是動(dòng)物細(xì)胞難度更大。

酶工程、發(fā)酵工程與蛋白質(zhì)工程

1、酶工程酶工程是指利用酶、細(xì)胞或細(xì)胞器等具有的特異催化功能，借助生物反應(yīng)裝置和通過一定的工藝手段生產(chǎn)出人類所需要的產(chǎn)品。它是酶學(xué)理論與化工技術(shù)相結(jié)合而形成的一種新技術(shù)。

酶工程，可以分為兩部分。一部分是如何生產(chǎn)酶，一部分是如何應(yīng)用酶。

酶的生產(chǎn)大致經(jīng)歷了四個(gè)發(fā)展階段。初從動(dòng)物內(nèi)臟中提取酶，隨著酶工程的進(jìn)展，人們利用大量培養(yǎng)微生物來獲取酶，基因基因工程誕生后，通過基因重組來改造產(chǎn)酶的微生物，近些年來，酶工程又出現(xiàn)了一個(gè)新的熱門課題，那就是人工合成新酶，也就是人工酶。

酶在使用中也存在著一些缺點(diǎn)。如遇到高溫、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿時(shí)就會(huì)失去活性，成本高，價(jià)錢貴。實(shí)際應(yīng)用中酶只能使用一次等。利用酶的固定化可以解決這些問題，它被稱為是酶工程的中心。

60年代初，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，許多酶經(jīng)過固定化以后，活性絲毫未減，穩(wěn)定性反而有了提高。這一發(fā)現(xiàn)是酶的推廣應(yīng)用的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，也是酶工程發(fā)展的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。如今，酶的固定化技術(shù)日新月異。它表現(xiàn)在兩方面：

一是固定的方法。目前固定的方法有四大類：吸附法、共價(jià)鍵合法、交聯(lián)法和包埋法。

二是被固定下來的酶，具有多種酶，能催化一系列的反應(yīng)。

與自然酶相比，固定化酶和固定化細(xì)胞具有明顯的優(yōu)點(diǎn)：

1、可以做成各種形狀，如顆粒狀、管狀、膜狀，裝在反應(yīng)槽中，便于取出，便于連續(xù)、反復(fù)使用；

2、穩(wěn)定性提高，不易失去活性，使用壽命延長(zhǎng)；

3、便于自動(dòng)化操作，實(shí)現(xiàn)用電腦控制的連續(xù)生產(chǎn)。

如今已有數(shù)十個(gè)國(guó)家采用固定化酶和固定化細(xì)胞進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)，產(chǎn)品包括酒精、啤酒、各種氨基酸、各種有機(jī)酸以及藥品等等。

2、發(fā)酵工程

現(xiàn)代的發(fā)酵工程。又叫微生物工程，指采用現(xiàn)代生物工程技術(shù)手段，利用微生物的某些特定的功能，為人類生產(chǎn)有用的產(chǎn)品，或直接把微生物應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過程。

發(fā)酵是微生物*的作用，幾千年前就已被人類認(rèn)識(shí)并且用來制造酒、面包等食品。20世紀(jì)20年代主要是以酒精發(fā)酵、甘油發(fā)酵和丙醇發(fā)酵等為主。20世紀(jì)40年代中期美國(guó)抗菌素工業(yè)興起，大規(guī)模生產(chǎn)青霉素以及日本谷氨酸鹽（味精）發(fā)酵成功，大大推動(dòng)了發(fā)酵工業(yè)的發(fā)展。

20世紀(jì)70年代，基因重組技術(shù)、細(xì)胞融合等生物工程技術(shù)的飛速發(fā)展，發(fā)酵工業(yè)進(jìn)入現(xiàn)代發(fā)酵工程的階段。不但生產(chǎn)酒精類飲料、醋酸和面包，而且生產(chǎn)胰島素、干擾素、生長(zhǎng)激素、抗生素和疫苗等多種醫(yī)療保健藥物，生產(chǎn)天然殺蟲劑、細(xì)菌肥料和微生物除草劑等農(nóng)用生產(chǎn)資料，在化學(xué)工業(yè)上生產(chǎn)氨基酸、香料、生物高分子、酶、維生素和單細(xì)胞蛋白等。

從廣義上講，發(fā)酵工程由三部分組成：上游工程，發(fā)酵工程和下游工程。其中上游工程包括優(yōu)良種株的選育，適發(fā)酵條件（pH、溫度、溶解氧和營(yíng)養(yǎng)組成）的確定，營(yíng)養(yǎng)物的準(zhǔn)備等。發(fā)酵工程主要指在適發(fā)酵條件下，發(fā)酵罐中大量培養(yǎng)細(xì)胞和生產(chǎn)代謝產(chǎn)物的工藝技術(shù)。下游工程指從發(fā)酵液中分離和純化產(chǎn)品的技術(shù)。

發(fā)酵工程的步驟一般包括：

步，菌種的選育。

第二步，培養(yǎng)基的制備和滅菌。

第三步，擴(kuò)大培養(yǎng)和接種。

第四步，發(fā)酵過程。

第五步，分離提純。

發(fā)酵工程在醫(yī)藥工業(yè)、食品工業(yè)、農(nóng)業(yè)、冶金工業(yè)、環(huán)境保護(hù)等許多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

3、蛋白質(zhì)工程

在現(xiàn)代生物技術(shù)中，蛋白質(zhì)工程是在20世紀(jì)80年代初期出現(xiàn)的。蛋白質(zhì)工程是指在深入了解蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系，并在掌握基因操作技術(shù)的基礎(chǔ)上，用人工合成生產(chǎn)自然界原來沒有的、具有新的結(jié)構(gòu)與功能的、對(duì)人類生活有用的蛋白質(zhì)分子。

蛋白質(zhì)工程的類型主要有兩種：

一是從頭設(shè)計(jì)，即*按照人的意志設(shè)計(jì)合成蛋白質(zhì)。從頭設(shè)計(jì)是蛋白質(zhì)工程中有意義也是困難的操作類型，目前技術(shù)尚不成熟，已經(jīng)合成的蛋白質(zhì)只是一些很小的短肽。

二是定位突變與局部修飾，即在已有的蛋白質(zhì)基礎(chǔ)上，只進(jìn)行局部的修飾。這種通過造成一個(gè)或幾個(gè)堿基定位突變，以達(dá)到修飾蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)目的的技術(shù)，稱為基因定位突變技術(shù)。

蛋白質(zhì)工程的基本程序是：首先要測(cè)定蛋白質(zhì)中氨基酸的順序，測(cè)定和預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)，建立蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)模型，然后提出對(duì)蛋白質(zhì)的加工和改造的設(shè)想，通過基因定位突變和其它方法獲得需要的新蛋白質(zhì)的基因，進(jìn)而進(jìn)行蛋白質(zhì)合成。（圖4-37）

由于蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，在技術(shù)方面有很多同基因工程技術(shù)相似的地方，因此蛋白質(zhì)工程也被稱為第二代基因工程。

蛋白質(zhì)工程為改造蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能找到了新途徑，而且還預(yù)示人類能設(shè)計(jì)和創(chuàng)造自然界不存在的優(yōu)良蛋白質(zhì)的可能性，從而具有潛在的巨大社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

19報(bào)考專業(yè)

生物科學(xué)實(shí)驗(yàn)室

生物技術(shù)是一個(gè)新興專業(yè),目前生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)在中國(guó)還屬于起步階段，雖然目前國(guó)內(nèi)冒出許多生物技術(shù)公司，但是大部分具有規(guī)模小，技術(shù)含量低的特點(diǎn)，甚至部分只是掛名生物技術(shù)而已。因?yàn)樯锛夹g(shù)具有前期投入大，風(fēng)險(xiǎn)大的特點(diǎn)，按照中國(guó)國(guó)情，短時(shí)間內(nèi)，中國(guó)無法形成大規(guī)模的生物產(chǎn)業(yè)集團(tuán)，就生物技術(shù)專業(yè)而言，該專業(yè)未來前景不錯(cuò)，基于這一原因，目前國(guó)內(nèi)各大高校紛紛開設(shè)生物技術(shù)專業(yè)，但是他們并沒有考慮目前的實(shí)際情況。生物技術(shù)作為一門*學(xué)科，必須經(jīng)過長(zhǎng)期培養(yǎng)才能在實(shí)際應(yīng)用中顯示出一定的效果，因此除非一開始你就打算投身于這一行業(yè)并一直讀碩讀博，你才會(huì)有很大的發(fā)展空間。同時(shí)因?yàn)樯锛夹g(shù)投入過大，國(guó)家經(jīng)費(fèi)有限，國(guó)家重點(diǎn)發(fā)展某幾個(gè)院校，因此國(guó)內(nèi)各高校水平差距極大，要謹(jǐn)慎選擇。