現(xiàn)代生物技術(shù)精

1、第一章現(xiàn)代生物技術(shù)革命醫(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(jìn)技術(shù)的發(fā)展密切相關(guān)，特別兩項(xiàng)生物技術(shù)：細(xì)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(jì):細(xì)胞是生命的基本單位。細(xì)胞學(xué)說(shuō)：細(xì)胞是動(dòng)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(xì)胞為基礎(chǔ)表達(dá)的。分子生物學(xué)、分子遺傳學(xué)：20世紀(jì)生物學(xué)的主流以核酸和蛋白質(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(xì)胞和有機(jī)體所有生命活動(dòng)都是以這些生物大分子及其復(fù)合物的結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)和相互作用來(lái)實(shí)現(xiàn)的。人類(lèi)對(duì)自然界的要求認(rèn)識(shí)一利用一再造一改造一創(chuàng)造隨著反向生物學(xué)的問(wèn)世,在20世紀(jì)八十年代誕生了生物技術(shù)（Biotechnology這門(mén)新學(xué)科。生物技術(shù)學(xué)科

2、的地位生物技術(shù)是世界新技術(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(jì)算機(jī)一起已成為新產(chǎn)業(yè)革命三大支柱；陽(yáng)光技術(shù)，朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)，黃金工程，倍受世界各國(guó)重視。21世紀(jì)是生物生命世紀(jì)，生物技術(shù)將成為21世紀(jì)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(zhēng)與災(zāi)害；促進(jìn)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)改造和新產(chǎn)業(yè)的形成，對(duì)人類(lèi)社會(huì)生活產(chǎn)生深遠(yuǎn)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(gè)方面，將對(duì)人類(lèi)的發(fā)展做出貢獻(xiàn)。重點(diǎn)掌握1、生物技術(shù)的概念、內(nèi)容2、生物技術(shù)的特點(diǎn)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(zhuān)業(yè)選擇自己所需的

3、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(chēng)為生物工程（bioengineering,現(xiàn)統(tǒng)一稱(chēng)：生物技術(shù)。1、定義：生物技術(shù)”這個(gè)詞最初是由一位匈牙利工程師KarlEreky于1917年提出的。當(dāng)時(shí)，他提出的生物技術(shù)這一名詞的涵義是：用甜菜作為飼料進(jìn)行大規(guī)模養(yǎng)豬，即利用生物將原材料轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)品國(guó)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(jìn)行加工改造，獲得人類(lèi)所需產(chǎn)品的技術(shù)?，F(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(jī)結(jié)合在一起，按照預(yù)先的設(shè)計(jì)，定向地在不同水平上改造

4、生物遺傳性狀或加工生物原料，產(chǎn)生對(duì)人類(lèi)有用的新產(chǎn)品（或達(dá)到某種目的之綜合性科學(xué)技術(shù)。2、概念要點(diǎn)：(1對(duì)象是具遺傳特性有生命物質(zhì)：包括病毒、細(xì)菌、植物、動(dòng)物、直到人類(lèi)。(2生物體系多個(gè)不同水平研究：從大分子(DNA、RNA、蛋白質(zhì)、酶、亞細(xì)胞、細(xì)胞、組織、器官到整個(gè)機(jī)體。(3應(yīng)用工程學(xué)原理：經(jīng)人類(lèi)思維，設(shè)計(jì)方案、定向修飾、加工制作過(guò)程、經(jīng)過(guò)體外環(huán)節(jié)。(4有目的產(chǎn)品：目的產(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(lèi)所需的工業(yè)農(nóng)業(yè)、醫(yī)療和食品產(chǎn)品。(5高新技術(shù)起重要作用。3、生物技術(shù)的主要內(nèi)容包括五個(gè)方面或領(lǐng)域(1細(xì)胞工程(2基因工程(3酶工程(4發(fā)酵工程(5蛋白質(zhì)工程4、根據(jù)研究對(duì)象

5、不同，生物技術(shù)又可分為：(1植物生物技術(shù)(2動(dòng)物生物技術(shù)(3微生物生物技術(shù)二、生物技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展生物技術(shù)的發(fā)展分為兩個(gè)階段：生物技術(shù)是既古老又現(xiàn)代的應(yīng)用技術(shù)。按照它的發(fā)展歷程，大致可以分為三個(gè)階段：1、傳統(tǒng)生物技術(shù)2、近代生物技術(shù)3、現(xiàn)代生物技術(shù)生命科學(xué)經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段：描述生物學(xué)階段（19世紀(jì)中葉以前實(shí)驗(yàn)生物學(xué)階段（19世紀(jì)中到20世紀(jì)中創(chuàng)造生物學(xué)階段（20世紀(jì)中葉以后1傳統(tǒng)生物技術(shù)發(fā)展石器時(shí)代后期（距今8000多年前我國(guó)制曲釀酒，最早的發(fā)酵技術(shù)。公元前6000年古巴比倫開(kāi)始啤酒發(fā)酵。公元前4000年埃及人制作面包。公元前2500年春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)代中國(guó)制造醬油和醋。公元十世紀(jì)宋朝中國(guó)預(yù)防天花

6、活疫苗。1676年荷蘭人列文虎克發(fā)明顯微鏡首次觀察微生物。1885年,巴斯德首先證實(shí)發(fā)酵有微生物引起并建立微生物純種培養(yǎng)技術(shù)。20世紀(jì)20年代工業(yè)大規(guī)模純種培養(yǎng)技術(shù)發(fā)酵生產(chǎn)丙酮和丁醇。1897年德國(guó)人布切尼無(wú)細(xì)胞的酵母菌壓榨汁中的酒化酶對(duì)葡萄糖進(jìn)行酒精發(fā)酵成功開(kāi)創(chuàng)微生物生化研究新時(shí)代（一傳統(tǒng)生物技術(shù)和近代生物技術(shù)的發(fā)展實(shí)際上生物技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用可以追溯到1000多年以前，而人類(lèi)有意識(shí)地利用酵母進(jìn)行大規(guī)模發(fā)酵生產(chǎn)是在19世紀(jì)。當(dāng)時(shí)人類(lèi)用發(fā)方法制備酒、醋、醬及食品等,此時(shí)主要是生物技術(shù)的經(jīng)驗(yàn)階段。并形成產(chǎn)業(yè)。1、傳統(tǒng)生物技術(shù)階段在20世紀(jì)30年代之前時(shí)期，主要是通過(guò)微生物的初級(jí)發(fā)酵來(lái)生產(chǎn)食品，是以

7、發(fā)酵產(chǎn)品為主干的工業(yè)微生物技術(shù)體系。產(chǎn)品如乳酸、酒精、面包酵母、檸檬酸和蛋白酶等微生物的初級(jí)代謝產(chǎn)物。（1主要包括以下三個(gè)步驟：第一步:上游處理過(guò)程。第二步：發(fā)酵和轉(zhuǎn)化。第三步：下游處理過(guò)程。（2步驟第一步：上游處理過(guò)程-粗材料進(jìn)行加工過(guò)程，作為微生物的營(yíng)養(yǎng)和能量來(lái)源；第二步:發(fā)酵和轉(zhuǎn)化-發(fā)酵指的是目的微生物的大量生長(zhǎng)。發(fā)酵過(guò)程必須在一個(gè)大的生物反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行，反應(yīng)器容積通常大于100L。可連續(xù)生產(chǎn)某一個(gè)目的產(chǎn)品，比如抗生素氨基酸或蛋白質(zhì)等；第三步:下游處理過(guò)程-所需目的產(chǎn)物的純化過(guò)程，人們既可以從細(xì)胞的培養(yǎng)液個(gè)純化，也可以直接從細(xì)胞中純化。1929年英國(guó)人弗萊明發(fā)現(xiàn)青霉素，二戰(zhàn)期間得到廣泛應(yīng)用

8、。工業(yè)上開(kāi)始采用大規(guī)模發(fā)酵產(chǎn)生抗生素酶制劑和其他化工原料是近代生物技術(shù)建立和全勝時(shí)期。20世紀(jì)60年代隨著遺傳學(xué)的建立和應(yīng)用產(chǎn)生了遺傳育種學(xué)，細(xì)胞學(xué)廣泛應(yīng)用產(chǎn)生了細(xì)胞工程發(fā)酵工程取得輝煌成就，被譽(yù)為第一次綠色革命2、近代生物技術(shù)階段1928年,Flemming爵士發(fā)現(xiàn)了青霉素，從此生物技術(shù)產(chǎn)品中增加了一大類(lèi)新的產(chǎn)品即抗生素。也使生物技術(shù)從單純的食品、飼料制備擴(kuò)展到抗生素產(chǎn)品，該產(chǎn)業(yè)至今長(zhǎng)盛不衰。20世紀(jì)30年代到70年代這一時(shí)期抗生素工業(yè)、氨基酸發(fā)酵和酶制劑工程相繼得到發(fā)展，更為突出的是植物組織培養(yǎng)技術(shù)日臻完善。（二生物技術(shù)研究的主要目標(biāo)生物技術(shù)研究的主要目標(biāo)是（1最大限度地提高這3個(gè)步驟的整

9、體效率；（2同時(shí)尋找一些可以用來(lái)制備食品、食品添加劑和藥物的微生物。從20世紀(jì)6070年代起，生物技術(shù)的研究主要集中在上游處理過(guò)程、生物反應(yīng)器的設(shè)計(jì)和下游的純化過(guò)程方面，這些研究使得下面四個(gè)方面都有了很大的發(fā)展。在發(fā)酵過(guò)程的監(jiān)測(cè)：生物反應(yīng)體系的檢測(cè)技術(shù)和；有效地大量培養(yǎng)微生物的技術(shù)及；相關(guān)儀器。二生物技術(shù)研究的主要目標(biāo)在利用微生物生產(chǎn)商品的整個(gè)過(guò)程中，生物轉(zhuǎn)化這個(gè)環(huán)節(jié)是條件最難優(yōu)化的一個(gè)環(huán)節(jié)。通常用于大規(guī)模生產(chǎn)的培養(yǎng)條件往往不是自然條件下微生物的最佳生長(zhǎng)條件。因此,人們一般都通過(guò)化學(xué)突變、化學(xué)誘變或者紫外線照射來(lái)產(chǎn)生突變體，從而改良菌種提高產(chǎn)量;傳統(tǒng)的誘導(dǎo)突變和選擇的方法在生物技術(shù)生產(chǎn)中獲得了

10、較大的成功。多種抗生素的大量生產(chǎn)就是這種方法的成功例證。但是，傳統(tǒng)生物技術(shù)仍然的有其一定局限性。(三傳統(tǒng)和近代生物技術(shù)的特點(diǎn)(局限性(1主要通過(guò)微生物初級(jí)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。(2沒(méi)有改變微生物的遺傳物質(zhì)，也沒(méi)有出現(xiàn)新的微生物遺傳性狀。(3生產(chǎn)過(guò)程簡(jiǎn)單，上游主要是培養(yǎng)大量的微生物、對(duì)材料進(jìn)行加工即進(jìn)行發(fā)酵和轉(zhuǎn)化，通過(guò)誘變選育良種，下游主要對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行純化。(4生產(chǎn)周期長(zhǎng)，費(fèi)用高，產(chǎn)量低，效率差。(四現(xiàn)代生物技術(shù)的產(chǎn)生在1953年Watson和Crick發(fā)現(xiàn)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，1973年DNA重組技術(shù)的誕生意味著現(xiàn)代生物技術(shù)階段的開(kāi)始。而源于近代生物技術(shù)的細(xì)胞工程

11、，在現(xiàn)代生物技術(shù)階段有了突破性發(fā)展?，F(xiàn)代生物技術(shù)是以20世紀(jì)70年代DNA重組技術(shù)的建立為標(biāo)志的。1944年艾弗里等人通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明DNA是遺傳物質(zhì)。2、DNA重組技術(shù)1973年，美國(guó)加利福尼亞大學(xué)舊金山分校的HerberBoyer教授和斯坦福大學(xué)的StanleyCohen教授共同完成了一項(xiàng)著名的實(shí)驗(yàn)-DNA重組實(shí)驗(yàn)，這是人類(lèi)歷史上第一次有目的的基因重組的嘗試，并獲得成功。這是人類(lèi)歷史上第一次有目的的基因重組的嘗試。雖然這兩位科學(xué)家在這次實(shí)驗(yàn)中沒(méi)有涉及到任何有用的基因，但是他們還是敏感地意識(shí)到了這一實(shí)驗(yàn)的重大意義,并據(jù)此提出了基因克隆”的策略。特別是DNA重組技術(shù)可以1、改變生物的遺傳性狀，使分

12、離高產(chǎn)量的工程菌變的容易，簡(jiǎn)化了生產(chǎn)過(guò)程；2、擴(kuò)大了反應(yīng)器范圍，從發(fā)酵罐發(fā)展到細(xì)胞、植物及動(dòng)物個(gè)體天然生物反應(yīng)器。3、DNA重組技術(shù)對(duì)生物技術(shù)產(chǎn)生的影響(1DNA重組技術(shù)使得生物技術(shù)過(guò)程中生物轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)的優(yōu)化過(guò)程變得更為有效它所提供的方法不僅可以分離到那些高產(chǎn)量的微生物菌株，還可以人工制造高產(chǎn)量的菌株，原核生物細(xì)胞和真核細(xì)胞都可以作為生物工廠來(lái)生產(chǎn)胰島素、干擾素、生長(zhǎng)激素、病毒抗原等大量外源蛋白;DNA重組技術(shù)還可以簡(jiǎn)化許多有用化合物和大分子的生產(chǎn)過(guò)程。(2植物和動(dòng)物也可以作為天然的生物反應(yīng)器，用來(lái)生產(chǎn)新的或改造過(guò)的基因產(chǎn)物3DNA重組技術(shù)大大簡(jiǎn)化了新藥的開(kāi)發(fā)和檢測(cè)系統(tǒng)。DNA重組技術(shù)在很大程度

13、上得益于分子生物學(xué)、細(xì)菌遺傳學(xué)和核酸酶學(xué)等領(lǐng)域的發(fā)展；反過(guò)來(lái)DNA重組技術(shù)的逐步成熟和發(fā)展對(duì)生命科學(xué)的許多其它領(lǐng)域都產(chǎn)生了革命性的影響，這些領(lǐng)域包括生物行為學(xué)、發(fā)育生物學(xué)、分子進(jìn)化、細(xì)胞生物學(xué)和遺傳學(xué)等，從而使得生命科學(xué)日新月異，其進(jìn)展一日千里成為20世紀(jì)以來(lái)發(fā)展最快的學(xué)科之一。(4而受DNA重組技術(shù)的影響最為深刻的生物技術(shù)領(lǐng)域，迅速完成了從傳統(tǒng)生物技術(shù)向現(xiàn)代生物技術(shù)的飛躍轉(zhuǎn)變，從原來(lái)的一項(xiàng)鮮為人知的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)一躍而成為代表著21世紀(jì)的發(fā)展方向、具有遠(yuǎn)大發(fā)展前景的新興學(xué)科和產(chǎn)業(yè)?；蚬こ膛c人類(lèi)生活及經(jīng)濟(jì)發(fā)展關(guān)系密切是20世紀(jì)末和21世紀(jì)初發(fā)展最為迅速的高新技術(shù)之一，使發(fā)酵、食品、輕工等傳統(tǒng)工業(yè)發(fā)

14、生了深刻的革命，為解決人類(lèi)的人口膨脹、食物短缺、能量匱乏、疾病防治和環(huán)境污染等問(wèn)題帶來(lái)了新的希望；將對(duì)人類(lèi)生活和健康、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會(huì)進(jìn)步產(chǎn)生巨大的影響20世紀(jì)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(jì)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(dāng)前生物技術(shù)一詞實(shí)質(zhì)上已成為現(xiàn)代生物技術(shù)的簡(jiǎn)稱(chēng)。三.生物技術(shù)的特點(diǎn)(八高一低1、高水平:學(xué)科具有先進(jìn)性，是知識(shí)、技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)，處分子水平、新技術(shù)前沿。2、高綜合:跨學(xué)科專(zhuān)業(yè)，位多學(xué)科發(fā)展的交叉點(diǎn)上，涉及的行業(yè)多、范圍廣。3、高投入:與其他技術(shù)比較，在資金、人員、設(shè)備、試劑及研發(fā)上投資大。

15、4、高競(jìng)爭(zhēng):各國(guó)、各行業(yè)、個(gè)單位之間，在技術(shù)、時(shí)效性，知識(shí)及人才上競(jìng)爭(zhēng)激烈。5、高風(fēng)險(xiǎn):上述原因造成一定風(fēng)險(xiǎn)，加上技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)帶來(lái)高風(fēng)險(xiǎn)。6、高效益:應(yīng)用性強(qiáng)，有目的產(chǎn)品，最易商業(yè)化。7、高智力：具有創(chuàng)新性和突破性，可按人類(lèi)需要定向改變和創(chuàng)造生物的遺傳特性,要求在人才、計(jì)劃、設(shè)計(jì)、工藝和產(chǎn)品上都要與眾不同。從認(rèn)識(shí)、利用、再造階段上升到改造和創(chuàng)造階段。8、高控性:采用工程學(xué)手段，易自動(dòng)化、程控化及連續(xù)化生產(chǎn)。9、低污染:生物技術(shù)以生物資源為對(duì)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(diǎn)。五、生物技術(shù)的內(nèi)容（1醫(yī)學(xué)生物技術(shù)（2藥學(xué)生物技術(shù)（3動(dòng)物生物技術(shù)（4農(nóng)業(yè)生物技術(shù)（5海

16、洋生物技術(shù)（6微生物生物技術(shù)注：上述十項(xiàng)工程是國(guó)家科委規(guī)定統(tǒng)計(jì)的上報(bào)內(nèi)容，注意下述三個(gè)概念：?上游工程:是生物技術(shù)的實(shí)驗(yàn)室研究階段，應(yīng)用基礎(chǔ)研究，產(chǎn)生新產(chǎn)品的源泉。?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:是生物技術(shù)的擴(kuò)大生產(chǎn)，加工應(yīng)用階段使新產(chǎn)品能達(dá)到三化：商品化、工程化、企業(yè)化，是效益階段遺傳工程（原來(lái)的一種籠統(tǒng)概念，現(xiàn)已不用：其基本含義是指對(duì)不同來(lái)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(duì)象包括細(xì)胞、亞細(xì)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DNA重組技術(shù)，細(xì)胞培養(yǎng)及融合技術(shù)，抗體制備技術(shù)

17、，干細(xì)胞培養(yǎng)及定向分化，顯微注射技術(shù)，動(dòng)物飼養(yǎng)技術(shù)，轉(zhuǎn)基因技術(shù)，胚胎克隆，細(xì)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(lèi)（十大工程（一基因工程（Geneengineering1、對(duì)象：在核酸分子（DNA或RNA或基因上操作。2、定義-基因工程:基因工程是指在體外對(duì)DNA進(jìn)行切割、拼接，使遺傳物質(zhì)重新組合，經(jīng)載體轉(zhuǎn)移到細(xì)胞中擴(kuò)增表達(dá)，獲得人類(lèi)所需產(chǎn)品，或組建新生物類(lèi)型的技術(shù)。文獻(xiàn)上常見(jiàn)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(shí)上主要內(nèi)容相似，不同之處在

18、于所突出的內(nèi)容有異。（二細(xì)胞工程（cellengineering1、對(duì)象:細(xì)胞在細(xì)胞水平上實(shí)現(xiàn)基因轉(zhuǎn)移或改變生物學(xué)性狀。2、定義：（1廣義細(xì)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(xì)胞融合，獲得具有來(lái)自雙親代基因的雜交細(xì)胞，雜交細(xì)胞的遺傳物質(zhì)發(fā)生改變，達(dá)到改造物種，創(chuàng)建新種之目的。（2狹義淋巴細(xì)胞雜交瘤技術(shù)：骨髓瘤細(xì)胞+淋巴細(xì)胞融合（制備McAb。（3現(xiàn)代概念:把廣義的概念擴(kuò)展，細(xì)胞工程指在體外條件對(duì)細(xì)胞進(jìn)行培養(yǎng)、繁殖，按人們的意愿改變細(xì)胞某些生物學(xué)特性，獲得有用的產(chǎn)品或達(dá)到改良生物品種的技術(shù)。3、細(xì)胞工程包括（1細(xì)胞融合技術(shù)（2工程細(xì)胞移植，即有目的地改造細(xì)胞遺傳特性后，植入機(jī)體

19、。（3細(xì)胞折合，（4染色體導(dǎo)入及細(xì)胞器導(dǎo)入技術(shù)，（5胚胎細(xì)胞植入。4、分類(lèi)（1微生物細(xì)胞工程,如原生質(zhì)體融合,試管菌。（2植物細(xì)胞工程，1978年培育出土豆西紅柿新物種。（3動(dòng)物細(xì)胞工程,McAb。5、應(yīng)用以McAb制備成績(jī)突出、診斷、治療（三蛋白質(zhì)工程（Proteinengineering1、對(duì)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、蛋白質(zhì)工程定義用X衍射和晶體分析術(shù)了解蛋白質(zhì)三名t空間結(jié)構(gòu)和功能關(guān)系基礎(chǔ)上，借用計(jì)算機(jī)和分子設(shè)計(jì)輔助技術(shù)，在DNA分子水平上操作更換或改變其序列，達(dá)到改變蛋白質(zhì)分子氨基酸序列，實(shí)現(xiàn)人為改變蛋白質(zhì)分子形狀及功能，使之具有新遺傳學(xué)特性。3、核

20、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(chēng)為是生物技術(shù)發(fā)展的第二浪，如通過(guò)增加或減少人工二硫鍵、置換氨基酸等修飾技術(shù)提高或改變活性多肽（激素、酶、細(xì)胞因子的穩(wěn)定性（四抗體工程（Antibodyengineering1、對(duì)象:Ig基因2、定義抗體工程是指通過(guò)對(duì)抗體分子結(jié)構(gòu)和功能關(guān)系的研究，有計(jì)劃地對(duì)抗體基因序列進(jìn)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需要進(jìn)行加工、改造和重新裝配，然后導(dǎo)入適當(dāng)?shù)氖荏w細(xì)胞中進(jìn)行表達(dá)的抗體分子。3、抗體工程的內(nèi)容（

21、1完整抗體，及抗體的人源化（2完整抗體與抗體片段的藥代動(dòng)力學(xué)比較（3改造抗體片段的多種特異性（4mRNA-蛋白質(zhì)復(fù)合物庫(kù)（5抗體庫(kù)的構(gòu)建、展示和篩選（6抗體的生產(chǎn)、穩(wěn)定性和表達(dá)水平（7噬菌體展示技術(shù)親和力成熟（8雙功能抗體（10細(xì)胞表面庫(kù)（9轉(zhuǎn)基因鼠（11骨架替換4、臨床應(yīng)用（1中和病原體及抗病毒治療（2細(xì)胞內(nèi)抗體（3月中瘤治療與細(xì)胞補(bǔ)充療法（4疫苗應(yīng)用（5用于未來(lái)診斷的生物傳感器和微矩陣技術(shù)（五組織工程（Tissueengineering1、對(duì)象:干細(xì)胞、組織和器官。2、定義:組織工程就是運(yùn)用工程學(xué)和生命科學(xué)原理和方法，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(zhǎng)機(jī)理的基礎(chǔ)上，研制生物學(xué)組織器

22、官替代品，通過(guò)移植,達(dá)到重建、恢復(fù)、維持和改進(jìn)組織功能學(xué)科。3、要點(diǎn):（1依據(jù)正常組織結(jié)構(gòu)、功能設(shè)計(jì)方案；（2選擇種子細(xì)胞培養(yǎng)；（3）選擇細(xì)胞外基質(zhì)、生物支架材料；（4）體外構(gòu)建三維結(jié)構(gòu)替代品；（5）植入機(jī)體，替代病理組織。4、應(yīng)用：組織器官移植。（六干細(xì)胞工程（stemcellengineering1、干細(xì)胞干細(xì)胞是具有無(wú)限期產(chǎn)生各種分化細(xì)胞能力的細(xì)胞。它是各種干細(xì)胞的統(tǒng)稱(chēng)。通常認(rèn)為干細(xì)胞有幾個(gè)主要特征（1）未分化的早期細(xì)胞；（2）具有分化成各種特定細(xì)胞的能力；（3）可無(wú)限地分裂增值，產(chǎn)生大量后裔；（4）其子細(xì)胞有兩種命運(yùn)，保持為干細(xì)胞或分化為特定細(xì)胞。（七轉(zhuǎn)基因動(dòng)物（亦稱(chēng)：胚胎工程Tran

23、sgeneticanimal1、對(duì)象：胚胎早期細(xì)胞上實(shí)現(xiàn)基因轉(zhuǎn)移。2、定義：胚胎工程是指把新的遺傳信息（DNA序列用特定技術(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(xì)胞生殖細(xì)胞中去，這種使動(dòng)物帶有新遺傳信息的基因轉(zhuǎn)移技術(shù)稱(chēng)胚胎工程。所得動(dòng)物稱(chēng)轉(zhuǎn)基因動(dòng)物（Transgeneticanimals或基因工程動(dòng)物。3、過(guò)程：（1）提取人所需要蛋白質(zhì)基因、cDNA;（2）基因重組（cDNA+控制基因+載體；（3）分離、培養(yǎng)人工受精的卵細(xì)胞（如牛；把重組體轉(zhuǎn)入到受精的卵細(xì)胞；植入子宮，使之發(fā)育為個(gè)體（每（4）（5）一個(gè)體細(xì)胞均含有新的基因（6）活化植入新基因，使之表達(dá)（如在乳腺中表達(dá)；（7）

24、提取目的基因表達(dá)產(chǎn)物，進(jìn)行驗(yàn)證（定性、定量；（8）進(jìn)行安全性及臨床試驗(yàn)4、要點(diǎn)：（1）必須有外源新基因轉(zhuǎn)移，（2）在早期生殖細(xì)胞整合，（3）發(fā)育成新個(gè)體中有外源基因正常表達(dá)，（4）可遺傳后代。5、應(yīng)用：（1）月中瘤發(fā)生、傳染病的動(dòng)物模型，（2）新品種:新物種研究，（3）藥物生產(chǎn)、動(dòng)物乳汁中分泌有tPA,IX因子，（4）免疫機(jī)制研究。（八生物醫(yī)學(xué)工程（Biomedicalengineering1、對(duì)象:人體2、定義：生物醫(yī)學(xué)工程是指從工程學(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、新儀器和新材料的科學(xué)。3、內(nèi)容：（1）生物材料（人造器官、起搏器的材料（2）康復(fù)工程（3）醫(yī)學(xué)

25、成像（超聲、CT、核磁（4）生物傳感（5）監(jiān)護(hù)系統(tǒng)等。（九生物制藥/化學(xué)制藥工程（Biochemicalpharmaceuticalengineering1、生產(chǎn)對(duì)象：藥物（活性多肽、酶、抗生素等2、定義（待確定：生物制藥/化學(xué)制藥工程是指利用現(xiàn)代生物技術(shù)，以生物反應(yīng)器（微生物、動(dòng)物細(xì)胞、植物及動(dòng)物個(gè)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、特異地進(jìn)行酶消化來(lái)完成）等。（十）酶工程（Enzymeengineering1、對(duì)象:酶分子修飾、生產(chǎn)應(yīng)用和酶的固定化2、定義:酶工程是指在給定的生產(chǎn)工藝和生物反應(yīng)器中，利用酶、細(xì)胞器或細(xì)胞所具有的特異催化

26、功能，或?qū)γ高M(jìn)行修飾改造提高酶的轉(zhuǎn)化率，把對(duì)應(yīng)的原料高效地轉(zhuǎn)化成所需有用的物質(zhì)之技術(shù)。3、要點(diǎn)：固定化酶、酶分子改造技術(shù)和酶反映器的設(shè)計(jì)是當(dāng)前酶工程的重點(diǎn)。近年把酶電極生物傳感器也歸到酶工程范圍內(nèi)。如：底物+固定化酶一-化學(xué)信號(hào)-電信號(hào)-人視覺(jué)-控制反應(yīng)。（H一）發(fā)酵工程（Fermentationengineering1對(duì)象：微生物，在常規(guī)發(fā)酵工藝上發(fā)展而成。有時(shí)也稱(chēng)微生物工程。2、定義:發(fā)酵工程是指利用微生物特定性狀（生長(zhǎng)快、培養(yǎng)簡(jiǎn)單和代謝過(guò)程特殊等），通過(guò)現(xiàn)代化工程技術(shù)，快速、連續(xù)生產(chǎn)人類(lèi)所需物質(zhì)的技術(shù)。3、要點(diǎn)：核心是提高產(chǎn)率，過(guò)程包括：菌種選育、生產(chǎn)、代謝產(chǎn)物的利用。所用技術(shù)包括大規(guī)模

27、懸浮培養(yǎng)，細(xì)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(xì)胞蛋白生產(chǎn)、環(huán)境保護(hù)、微生物冶金技術(shù)。（十二生化工程（Biochemistryengineering1、對(duì)象:生化反應(yīng)器（反應(yīng)環(huán)境與裝置，產(chǎn)品的分離提純技術(shù)。2、定義（待確定:生化工程是指為活細(xì)胞和酶提供適宜反應(yīng)環(huán)境，能大規(guī)模自動(dòng)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(jì)、傳感器的制造、電泳、離心、層折、免疫層析等。這是下游工程的關(guān)鍵一環(huán)。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，通過(guò)它才能真正按人的意向通過(guò)設(shè)計(jì)、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

28、生產(chǎn)和利用生化工程對(duì)產(chǎn)物進(jìn)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，應(yīng)密切關(guān)注。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(dòng)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(gè)方面。一、戰(zhàn)略意義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(shí)代，革命性變化。2、新技術(shù)革命的重要支柱，具巨大潛在力量，不亞于原子裂變和半導(dǎo)體的問(wèn)世。3、為解決人類(lèi)面臨的重大問(wèn)題提供新途徑，帶來(lái)了希望（國(guó)外稱(chēng)之為六大危機(jī)：（1）人口問(wèn)題

29、：A）節(jié)育：藥、疫苗，B）優(yōu)生：遺傳病基因治療。（2）糧食問(wèn)題：綠色革命,高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗病新品種，單細(xì)胞蛋白，農(nóng)藥、肥料。（3）能源、資源問(wèn)題：生物電池、光合菌、乙醇生產(chǎn)、石油采集菌、生物冶煉。（4）環(huán)境污染：石油、污水，有害金屬污染，特嗜菌的構(gòu)建。（5）醫(yī)療保健：抗衰老、防治心血管病、瘧疾、傳染病、遺傳病。（6）戰(zhàn)爭(zhēng)等災(zāi)害：生物戰(zhàn)劑、生物恐怖。二、巨大經(jīng)濟(jì)效益，明顯社會(huì)效益（幾個(gè)實(shí)例）1、美國(guó)生物技術(shù)產(chǎn)值達(dá)500億美元以上，單是藥物達(dá)100億美元。估計(jì)到2008年，美國(guó)生物技術(shù)產(chǎn)品銷(xiāo)售達(dá)362億美元以上。1980年代起，生物技術(shù)長(zhǎng)盛不衰，2、公司林立，美國(guó)達(dá)2000多家。3、各國(guó)政府投資逐年

30、增加，科研人員大量投入（美國(guó)數(shù)十萬(wàn)人。三、生物技術(shù)為人類(lèi)新醫(yī)療保健開(kāi)辟新紀(jì)元1、是探索生命奧秘，解開(kāi)眾多遺傳之謎的工具。如中心法則的補(bǔ)充與生命起源的RNA假說(shuō)，通過(guò)產(chǎn)物表達(dá)和蛋白功能分析，發(fā)現(xiàn)與證實(shí)疾病基因（糖尿病的基因。又如對(duì)癌癥發(fā)病機(jī)理研究，除外因外，還有內(nèi)因，（1）癌基因，（2）抗癌基因等。2.疾病診斷分子水平的診斷向更特異、敏感、快速、簡(jiǎn)單、穩(wěn)定方向發(fā)展。如：（1）McAb運(yùn)用：ELISA、IFA、ELA、RIA、蛋白質(zhì)免疫診斷。（2）核酸水平本質(zhì)上診斷：REA、RFLP、核酸雜交、PCR。（3）新儀器：生物傳感器、成像系統(tǒng)、監(jiān)護(hù)康復(fù)系統(tǒng)等。3、基因治療從基因水平上對(duì)疾病基因進(jìn)行修復(fù)、

31、替代。如基因工程構(gòu)建病毒載體導(dǎo)入正常基因治療先天遺傳病。4、疾病預(yù)防（1）基因工程疫苗、多價(jià)疫苗,安全、價(jià)低、易大量制。（2）抗獨(dú)特型抗體疫苗，（3）多肽疫苗（表達(dá)。四、為醫(yī)藥工業(yè)帶來(lái)革命新藥的設(shè)計(jì)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(zhǎng)激素釋放抑制激素：9升發(fā)酵液可得50mg純化產(chǎn)品，這和從50萬(wàn)頭羊腦組織中的提取物相當(dāng)。轉(zhuǎn)基因動(dòng)物生產(chǎn)tPA一個(gè)動(dòng)物一個(gè)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(dá)500種，如許多活性多肽、激素、酶、細(xì)胞因子，尤其是后者目前是熱門(mén)，研究30種住產(chǎn)已有19種。2、改造、促進(jìn)抗生素工業(yè)除固定化酶、細(xì)胞技術(shù)，包括對(duì)酶的更新。例如：基因工

32、程可生產(chǎn)強(qiáng)有力的新?；福纱罅恐苽湫驴股兀ㄈ珙^抱毒素等。3、生物導(dǎo)彈”藥物：McAb一毒素蛋白、抗癌藥、TNF、酶等。Abzyme、特異結(jié)合+酶切分解。受體藥物愛(ài)國(guó)者導(dǎo)彈”：CD較體一HIV等。4、超級(jí)藥物人工設(shè)計(jì)、合成分子藥物：（1）反義核酸、基因封條、阻止轉(zhuǎn)錄、翻譯，（2）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，鏈激酶等。五.其他領(lǐng)域應(yīng)用（簡(jiǎn)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，第二次綠色革命則是利用農(nóng)業(yè)生物技術(shù)，通過(guò)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(chóng)，抗鹽堿，抗倒伏，抗腐爛新品種。土豆西紅柿的

33、產(chǎn)生，生物固氮、生物殺蟲(chóng)除草劑研制、快速生長(zhǎng)劑的開(kāi)發(fā)等。2、畜牧良種、基因動(dòng)物疫苗預(yù)防疾病，高科技飼料。第三節(jié)現(xiàn)代生物技術(shù)的商業(yè)化（一）現(xiàn)代生物技術(shù)商業(yè)化的前景生物技術(shù)研究的最終目標(biāo)是生產(chǎn)商業(yè)產(chǎn)品，因此，與很多科學(xué)研究不同，現(xiàn)代生物技術(shù)在某種程度上是由經(jīng)濟(jì)的發(fā)展所推動(dòng)的，商業(yè)投資不僅在支撐著現(xiàn)代生物技術(shù)的研究，而且對(duì)于商業(yè)回報(bào)的預(yù)期也使人們?cè)诂F(xiàn)代生物技術(shù)發(fā)展的早期階段積極地對(duì)它進(jìn)行投資。（二）現(xiàn)代生物技術(shù)商業(yè)化的特點(diǎn)1、屬于典型的技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)2、市場(chǎng)迅速擴(kuò)張3、世界各國(guó)均投入了巨額資金4、現(xiàn)代生物技術(shù)產(chǎn)品不斷增加5、經(jīng)營(yíng)現(xiàn)代生物技術(shù)產(chǎn)品的公司競(jìng)爭(zhēng)激烈6、各生物技術(shù)公司的研究目標(biāo)日趨集中，生產(chǎn)

34、的產(chǎn)品更加專(zhuān)一7、醫(yī)學(xué)生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程最快三、人們對(duì)現(xiàn)代生物技術(shù)關(guān)心的問(wèn)題1、那些經(jīng)過(guò)基因工程改造的生物體是否會(huì)對(duì)其他的生物體或環(huán)境造成危害2、使用和開(kāi)發(fā)基因工程生物是否會(huì)降低自然界的遺傳多樣性；3、人是否也可以成為基因工程操作的對(duì)象；4、基因診斷的程序會(huì)不會(huì)侵犯?jìng)€(gè)人隱私權(quán)；5、那些經(jīng)過(guò)基因工程改造過(guò)的生物體可不可以變成私人擁有的財(cái)產(chǎn)；6、對(duì)現(xiàn)代生物技術(shù)的經(jīng)濟(jì)資助是否會(huì)影響或限制其他重要技術(shù)的發(fā)展；7、強(qiáng)調(diào)商業(yè)的成功是不是意味著現(xiàn)代生物技術(shù)的利益將只對(duì)富人有用而窮人卻用不起；8、農(nóng)業(yè)生物技術(shù)是否會(huì)徹底改變傳統(tǒng)的耕作方式；9、用現(xiàn)代生物技術(shù)生產(chǎn)的藥物進(jìn)行治療是否會(huì)壓抑同樣有效的傳統(tǒng)治療方式；1

35、0、現(xiàn)代生物技術(shù)專(zhuān)利的申請(qǐng)是否會(huì)阻止科學(xué)家之間自由的思想的交流，從而影響生物技術(shù)的發(fā)展。第四節(jié)現(xiàn)代生物技術(shù)與中國(guó)雖然中國(guó)目前的現(xiàn)代生物技術(shù)研究和開(kāi)發(fā)水平與發(fā)達(dá)國(guó)家相比仍有一定的差距，但自1986年中國(guó)政府開(kāi)始實(shí)施生物技術(shù)領(lǐng)域”86科劃以來(lái)，這一領(lǐng)域已經(jīng)取得了舉世矚目的成就。目前中國(guó)的生物技術(shù)水平在亞洲地區(qū)已名列前茅，特別是中國(guó)的醫(yī)藥生物技術(shù)在過(guò)去的10幾年中取得了一系列突破性進(jìn)展。一、中國(guó)現(xiàn)代生物技術(shù)的應(yīng)用成果1、醫(yī)藥方面（1）現(xiàn)已投產(chǎn)生產(chǎn)了新型乙肝病毒表面抗原凝集診斷試劑，丙肝病毒抗酶聯(lián)免疫試劑盒，血糖酶試劑盒（糖尿病、尿酸酶試劑盒（腎病、谷丙轉(zhuǎn)氨酶試劑盒（肝炎、谷草轉(zhuǎn)氨酶試劑盒（心肌梗塞、甘油三酯酶試劑盒（心血管病等多種診斷試劑，并形成了中國(guó)自己的新型診斷試劑工業(yè)。（2）在現(xiàn)代生物技術(shù)生產(chǎn)藥物方面，中國(guó)已成功生產(chǎn)了重組乙肝疫苗，人干擾素、人紅細(xì)胞生成素，堿性成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子（bFGF、鏈?酶（RSK等多種藥