第1章生物技術(shù)總論

生物技術(shù)總論學(xué)習(xí)目的①概要了解生物技術(shù)的含義、特點(diǎn)以及生物技術(shù)的發(fā)展史。②了解生物技術(shù)的各項(xiàng)技術(shù)及其相互關(guān)系。③認(rèn)識(shí)生物技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域及其對(duì)人類社會(huì)發(fā)展的影響。生物技術(shù)是一門新興學(xué)科，它包括傳統(tǒng)生物技術(shù)和現(xiàn)代生物技術(shù)兩部分。傳統(tǒng)的生物技術(shù)是指舊有的制造醬、醋、酒、面包、奶酪、酸奶及其他食品的傳藝?，F(xiàn)代生物技術(shù)則是指20世紀(jì)70年代末80年代初發(fā)展起來的，以現(xiàn)代生物學(xué)研究為基礎(chǔ)，以基因工程為核心的新興學(xué)科。當(dāng)前所稱的生物技術(shù)基本上都是指現(xiàn)代生物技術(shù)。本書主要討論現(xiàn)代生物技術(shù)。一、生物技術(shù)的含義生物技術(shù)也稱生物工程：是指人們以現(xiàn)代生命科學(xué)為基礎(chǔ)，結(jié)合其他基礎(chǔ)學(xué)科的科學(xué)原理，采用先進(jìn)的工程技術(shù)手段，按照預(yù)先的設(shè)計(jì)改造生物體或加工生物原料，為人類生產(chǎn)出所需產(chǎn)品或達(dá)到某種目的。先進(jìn)的工程技術(shù)手段：指基因工程、細(xì)胞工程、酶工程、發(fā)酵工程和蛋白質(zhì)工程等新技術(shù)。改造生物體：指獲得優(yōu)良品質(zhì)的動(dòng)物、植物或微生物品系。生物原料：指生物體的某一部分或生物生長過程產(chǎn)生的能利用的物質(zhì)，如淀粉、糖蜜、纖維素等有機(jī)物，也包括一些無機(jī)化學(xué)品，甚至某些礦石。為人類生產(chǎn)出所需的產(chǎn)品：包括糧食、醫(yī)藥、食品、化工原料、能源、金屬等。達(dá)到某種目的：則包括疾病的預(yù)防、診斷與治療和食品的檢驗(yàn)以及環(huán)境污染的檢測(cè)和治理等。2、生物技術(shù)的種類及其相互關(guān)系（1）、基因工程：是20世紀(jì)70年代以后興起的一門新技術(shù)，其主要原理是應(yīng)用人工方法把生物的遺傳物質(zhì)，通常是脫氧核糖核酸(DNA)分離出來，在體外進(jìn)行切割、拼接和重組。然后將重組了的DNA導(dǎo)人某種宿主細(xì)胞或個(gè)體，從而改變它們的遺傳品性；有時(shí)還使新的遺傳信息(基因)在新的宿主細(xì)胞或個(gè)體中大量表達(dá)，以獲得基因產(chǎn)物(多肽或蛋白質(zhì))。這種通過體外DNA重組創(chuàng)造新生物并給予特殊功能的技術(shù)就稱為基因工程，也稱DNA重組技術(shù)。（2）細(xì)胞工程細(xì)胞工程(cellengmeenng)是指以細(xì)胞為基本單位，在體外條件下進(jìn)行培養(yǎng)、繁殖；或人為地使細(xì)胞某些生物學(xué)特性按人們的意愿發(fā)生改變，從而達(dá)到改良生物品種和創(chuàng)造新品種；或加速繁育動(dòng)、植物個(gè)體；或獲得某種有用的物質(zhì)的過程。所以細(xì)胞工程應(yīng)包括動(dòng)、植物細(xì)胞的體外培養(yǎng)技術(shù)、細(xì)胞融合技術(shù)(也稱細(xì)胞雜交技術(shù))、細(xì)胞器移植技術(shù)、克隆技術(shù)、干細(xì)胞技術(shù)等。（3）酶工程酶工程(enzymeengineenng)：是利用酶、細(xì)胞器或細(xì)胞所具有的特異催化功能，對(duì)酶進(jìn)行修飾改造，并借助生物反應(yīng)器和工藝過程來生產(chǎn)人類所需產(chǎn)品的一項(xiàng)技術(shù)。它包括酶的固定化技術(shù)、細(xì)胞的固定化技術(shù)、酶的修飾改造技術(shù)及酶反應(yīng)器的設(shè)計(jì)等技術(shù)。（4）發(fā)酵工程發(fā)酵工程：利用微生物生長速度快、生長條件簡單以及代謝過程特殊等特點(diǎn)，在合適條件下，通過現(xiàn)代化工程技術(shù)手段，由微生物的某種特定功能生產(chǎn)出人類所需的產(chǎn)品稱為發(fā)酵工程，也稱微生物工程。（5）蛋白質(zhì)工程蛋白質(zhì)工程：是指在基因工程的基礎(chǔ)上，結(jié)合蛋白質(zhì)結(jié)晶學(xué)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和蛋白質(zhì)化學(xué)等多學(xué)科的基礎(chǔ)知識(shí)，通過對(duì)基因的人工定向改造等手段，從而達(dá)到對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行修飾、改造、拼接以產(chǎn)生能滿足人類需要的新型蛋白質(zhì)的技術(shù)?，F(xiàn)代生物技術(shù)的范疇A、基因工程(核心)B、細(xì)胞工程（平臺(tái)）C、發(fā)酵工程D、酶工程E、蛋白質(zhì)工程五項(xiàng)技術(shù)彼此之間是互相聯(lián)系、互相滲透基因工程技術(shù)是核心技術(shù)3、生物技術(shù)涉及的學(xué)科（1）生物學(xué)科：分子生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、微生物學(xué)、免疫生物學(xué)、人體生理學(xué)、動(dòng)物生理學(xué)、植物生理學(xué)、微生物生理學(xué)、生物化學(xué)、生物物理學(xué)、遺傳學(xué)等。（2）生物學(xué)領(lǐng)域之外的學(xué)科：化學(xué)、化學(xué)工程學(xué)、數(shù)學(xué)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、信息學(xué)等。二、生物技術(shù)發(fā)展簡史

傳統(tǒng)生物技術(shù)現(xiàn)代生物技術(shù)1、傳統(tǒng)生物技術(shù)的產(chǎn)生（1）中國公元前221年，豆腐、醬和醋。公元10世紀(jì)，預(yù)防天花的活疫苗。16世紀(jì)，知道被瘋狗咬傷可傳播狂犬病。（2）在西方公元前6000年，蘇美爾人和巴比倫人開始啤酒發(fā)酵。公元前4000年，埃及人就開始制作面包。1676年，荷蘭人Leeuwen制成了顯微鏡并首先觀察到了微生物。19世紀(jì)60年代，法國科學(xué)家證實(shí)發(fā)酵是由微生物引起的。20世紀(jì)20年代，大規(guī)模的純種培養(yǎng)技術(shù)發(fā)酵化工原料丙酮、丁醇。20世紀(jì)50年代，大規(guī)模發(fā)酵生產(chǎn)青霉素。2、現(xiàn)代生物技術(shù)的發(fā)展1944年，Avery等闡明了DNA是遺傳信息的攜帶者。1953年，Watson和Crick提出了DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。1961年，Khorana和Nirenberg破譯了遺傳密碼。1972年，Berg首先實(shí)現(xiàn)了DNA體外重組技術(shù)。三、生物技術(shù)對(duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的影響

1、改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、解決食品短缺2、提高生命質(zhì)量、延長人類壽命3、解決能源危機(jī)、治理環(huán)境污染4、制造工業(yè)原料、生產(chǎn)貴重金屬5、生物技術(shù)的安全及其對(duì)倫理、道德、法律的影響1、改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、解決食品短缺（1）提高農(nóng)作物產(chǎn)量及其品質(zhì)a培育抗逆的作物優(yōu)良品系b植物種苗的工廠化生產(chǎn)c提高糧食品質(zhì)d生物固氮，減少化肥使用量e生物農(nóng)藥，生產(chǎn)綠色食品（2）發(fā)展畜牧業(yè)生產(chǎn)a動(dòng)物的大量快速無性繁殖b培育動(dòng)物的優(yōu)良品系2、提高生命質(zhì)量、延長人類壽命開發(fā)制造奇特而又貴重的新型藥品疾病的預(yù)防和診斷----基因芯片基因治療人類基因組計(jì)劃3、解決能源危機(jī)、治理環(huán)境污染

解決能源危機(jī)環(huán)境保護(hù)4、制造工業(yè)原料、生產(chǎn)貴重金屬制造工業(yè)原料：包括食品工業(yè)原料和化學(xué)工業(yè)原料生產(chǎn)貴重金屬：提的金屬包括金、銀、銅、鈾、錳、鉬、鋅、鈷、鎳、鋇、鉈等10多種5、生物技術(shù)的安全及其對(duì)倫理、道德、法律的影響(1)基因工程對(duì)微生物的改造是否會(huì)產(chǎn)生某種有致病性的微生物，這些微生物都帶有特殊的致病基因，如果它們從實(shí)驗(yàn)室逸出并且擴(kuò)散，有可能造成類似鼠疫那樣的可怕疾病的流行。(2)轉(zhuǎn)基因作物及食品的生產(chǎn)和銷售，是否對(duì)人類和環(huán)境造成長期的影響，擅自改變植物基因是否可能引起一些難以預(yù)料的危險(xiǎn)。(3)分子克隆技術(shù)在人類身上的應(yīng)用可能造成巨大的社會(huì)問題，并對(duì)人類自身的進(jìn)化產(chǎn)生影響；而應(yīng)用在其他生物上同樣具有危險(xiǎn)性，因?yàn)樗鶆?chuàng)造出的新物種有可能具有極強(qiáng)的破壞力而引發(fā)一場(chǎng)浩劫。(4)生物技術(shù)的發(fā)展將不可避免地推動(dòng)生物武器的研制與發(fā)展，使籠罩在人類頭上的生存陰影越來越大。(5)動(dòng)物克隆技術(shù)的建立，如果被某些人用來制造克隆人、超人，將可能破壞整個(gè)人類社會(huì)的和平。生物技術(shù)可能帶來

的對(duì)人類社會(huì)的倫理、道德、法律的沖擊(1)轉(zhuǎn)基因技術(shù)：某些宗教團(tuán)體禁止食用的動(dòng)物基因轉(zhuǎn)入他們通常食用的動(dòng)物中，這可能觸怒這些團(tuán)體，例如將豬的基因轉(zhuǎn)入綿羊；將動(dòng)物基因轉(zhuǎn)入食用植物可能會(huì)引起一些素食主義者的特別關(guān)注；用含人類基因的生物體作為動(dòng)物飼料而可能引發(fā)的倫理問題。(2)動(dòng)物克隆技術(shù)：上面已經(jīng)提到人的克隆可能對(duì)人類社會(huì)的破壞。從法律層面看，人的克隆同樣給人們帶來困擾，提供體細(xì)胞的人與被克隆的人從法律上看是父子、母子或兄弟?(3)人類基因組與基因診斷技術(shù)：一個(gè)人的遺傳信息(基因組序列)是不是一種隱私?基因診斷過程會(huì)不會(huì)侵犯?jìng)€(gè)人隱私?保險(xiǎn)公司或工廠的顧主是否有權(quán)力要求投保人或被雇傭者進(jìn)行基因組檢測(cè)，預(yù)測(cè)他們將來可能罹患某些疾病，再?zèng)Q定是否接受投保或雇傭?1976年美國成立了第一家生物技術(shù)公司—Genentech公司（基因泰克，Boyer是創(chuàng)始人之一），進(jìn)行小牛和小豬的生長激素的研發(fā)，開創(chuàng)了基因工程制藥——現(xiàn)代生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新紀(jì)元；國際上生物技術(shù)研究成果60％以上集中在醫(yī)藥領(lǐng)域；第一家生物技術(shù)公司—Genentech公司1999年：我國正式加入人類基因組計(jì)劃2000年：人類基因組草圖宣告完成2002年：中國完成了對(duì)水稻（秈稻）基因組序列草圖的測(cè)定及初步分析2003年：人類基因組序列繪制成功，開始進(jìn)入后基因組時(shí)代主要產(chǎn)品1、基因工程產(chǎn)品：如利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)制備的各種藥物、疫苗等2、單克隆抗體（單抗）3、動(dòng)植物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)4、轉(zhuǎn)基因植物和動(dòng)物5、克隆動(dòng)物2009年全球醫(yī)藥市場(chǎng)總銷售額為8150億美元，其中生物技術(shù)藥物的銷售額合計(jì)為1300億美元2010年全球藥品市場(chǎng)的銷售額達(dá)到8500億美元，其中生物技術(shù)藥物達(dá)到1400億美元。

在2009年暢銷國際醫(yī)藥市場(chǎng)的三大類生物技術(shù)藥物為：單克隆抗體類藥品（400億美元）、疫苗類藥品（380億美元）、TNF（腫瘤壞死因子抑制劑類）220億美元。在10只世界暢銷藥中，生物技術(shù)藥品占據(jù)“半壁江山”，數(shù)量為5只。而在2009年世界暢銷藥排名榜前20位藥品中，生物技術(shù)藥品則占到8席。

2007年全球十大生物醫(yī)藥企業(yè)2009年輝瑞制藥以680億美元收購惠氏，羅氏制藥468億美元收購基因泰克。轉(zhuǎn)雪花蓮凝集素基因水稻（抗螟蟲、稻飛虱）1994年，軟化成熟較慢，保存期長的西紅柿，世界上第一種被批準(zhǔn)上市的轉(zhuǎn)基因植物產(chǎn)品（美國）應(yīng)用最早和最為廣泛的領(lǐng)域

——醫(yī)藥行業(yè)2007年全球十大生物醫(yī)藥治療領(lǐng)域

2007年全球十大生物醫(yī)藥產(chǎn)品

2007年，全球共110種藥物的年銷售額超過10億美元，就有29種為生物技術(shù)藥物，而其中還包括16種年銷售額超過40億美元的“超級(jí)重磅炸彈”。

負(fù)面的聲音展望生物技術(shù)的