生物技术概论总论PPT课件

1、1,生物技术概论,刘 静,2,如何进行科技论文检索,1. 中文科技期刊数据库 2. Google schoolor 3. 重庆维普科技期刊数据库 4. 万方数据库 5. 国家数字图书馆 6. NCBI 7. 专题网站,3,2 生物技术总目录,绪论 基因工程 细胞工程 发酵工程 酶工程 蛋白质工程 生物技术的应用,4,3 考试,3.1 考试方式 形式: 闭卷 期中考试（20%）和期末考试 （70%） 内容: 以课堂讲授内容为主，含引申内容。 3.2 平时成绩（10%） 考勤（10%) 3.3 总成绩,5,生物技术总论Biotechnology General Introduction,6,主要内

2、容,1 生物技术的含义 2 生物技术发展简史 3 生物技术对经济社会发展的影响 4 我国生物技术现状 5 面临不少严峻的问题,7,1 什么是生物技术 1.1 前言,21世纪生物经济必将超过网络经济” 有关统计表明，全球生物技术产业的销售额约每5年翻一番，增长率高达2530，是世界经济增长率的810倍左右，已经成为一个新的经济增长点。 应用的第一、二次浪潮是在医药和农业领域，并已取得初步成效。 下一个重点是改造工业和保护环境、能源,8,1.2 生物技术的定义,生物技术（biotechnology）： 亦称生物工程（bioengineering），是以生物科学为基础，运用先进的科学原理和工程技术手

3、段来加工或改造生物体或加工生物原料，从而产生出人类需要的产品或达到某种目的。 是生物科学与工程技术有机结合的一门综合性科学技术,9,先进的科学原理和工程技术手段 改造生物体 生物原料 为人类生产出某些产品 达到某种目的,1.2 生物技术的定义,10,1.3 生物技术涉及的学科,分子生物学、发育生物学、组织工程学、遗传学、免疫学、器官移植、 细胞生物、微生物、人体生理学、动物生理学、生物化学、计算机技术、信息学、植物生理学 自然学科中涵盖范围最广的,11,1.4 生物技术的基本特征,高效益可带来高额利润 高智力具有创造性和突破性 高投入前期研究和开发需要大量资金 高竞争时效性竞争，与时俱进，领先

4、 高风险 高势能对政治、经济、文化和社会有潜在态势和能量,12,1.4 生物技术的基本特征,以生命体为研究、利用、服务对象，着眼于资源的合理与再生利用，而不完全依赖于地球上的有效资源； 产品生产与人类生命相关，反应条件温和，易操作，节约能源； 开辟了生产高纯度、优质、安全、可靠的生物制品，尤其是生物药剂的新途径,13,1.4 生物技术的基本特征,可以解决常规技术和传统方法难以或无法解决的问题； 可按人类需要改造现有物种及产品，创造新物种及产品，提供更多可利用的产品； 生产过程包括了食品、医药、化工、农业、畜牧业、环保、能源等各种生产和处理过程,14,1.4 生物技术的基本特征,生 物 技 术

5、树,现代化高精尖仪器： 超速离心机 电子显微镜 HPLC DNA合成仪器 DNA、蛋白/多肽测序仪 PCR仪 生物反应器 发酵罐 各类电泳设备 各类生物分析软件,15,1.5 生物技术的种类及其相互关系,1.5.1 基因工程 (gene engineering) 在分子水平上，提取或合成不同生物的遗传物质，在体外切割，再和一定的载体拼接重组，然后把重组的DNA分子引入细胞或生物体内，使这种外源DNA在受体细胞中进行复制与表达，按需要繁殖扩增基因或产生不同的产物或定向的创造生物的新性状，并能稳定的遗传给下代,16,17,1.5 生物技术的种类及其相互关系,1.5.2 细胞工程(cell engi

6、neering) 细胞工程就是指在细胞水平上的遗传操作，利用细胞的全能性，采用组织与细胞培养或融合技术对动、植物进行改良，为人类提供优良品种、产品和保存珍贵物种。 优势：避免了分离、提纯、剪切、拼接等基因操作，提高基因的转移效率。 可以在同类间进行杂交，也可以在动物与植物或植物与微生物之间进行融合,18,1.5.2 细胞工程 包括：动、植物细胞的体外培养技术 细胞融合技术（细胞杂交技术） 单克隆抗体技术 细胞核移植与动物克隆技术 胚胎工程 干细胞技术,1.5 生物技术的种类及其相互关系,19,1.5.3 酶工程(enzyme engineering) 酶工程是利用酶、细胞或细胞器所具有的生物催

7、化功能，对酶进行修饰改造，并借助生物反应器和工艺过程，应用于生产、生活、医疗诊断和环境保护等方面的一门科学技术。概括地说，酶工程是由酶制剂的生产和应用两方面组成的。 包括：酶的固定化技术、细胞固定化技术、酶的修饰改造、酶反应器的设计及应用、生物传感器等,1.5 生物技术的种类及其相互关系,20,1.5.4 发酵工程(fermentation engineering) 发酵工程指利用微生物生长速度快、生长条件简单以及代谢过程特殊等特点，在合适的条件下，通过现代化工程技,1.5 生物技术的种类及其相互关系,术手段，由微生物的某种特定功能产生出人类所需的产品，也称微生物工程,21,由三部分组成： 上

8、游工程 发酵工程 下游工程,22,1.5.4 发酵工程 举例： 酒精类饮料、醋酸和面包 胰岛素、干扰素、生长激素、抗生素和疫苗等多种医疗保健药物 天然杀虫剂、细菌肥料和微生物除草剂等农用生产资料 氨基酸、香料、酶、维生素和单细胞蛋白等,1.5 生物技术的种类及其相互关系,23,1.5.5 蛋白质工程(protein engineering) 蛋白质工程就是根据蛋白质的精细结构和生物活力的作用机制之间的关系，利用基因工程的手段，按照人类自身的需要，定向地改造天然的蛋白质，甚至于创造新的、自然界本不存在的、具有优良特性的蛋白质分子,1.5 生物技术的种类及其相互关系,24,与基因工程的不同 包括蛋

9、白质的分子设计与修饰、改造、拼接等,25,26,1.5.6基因工程与蛋白质工程的关系 基因工程是把外源基因转入生物体内，并表达，它的产品还是该基因编码的天然存在的蛋白质。 蛋白质工程则根据分子设计的方案，通过对天然蛋白质的基因进行改造，来实现对其所编码的蛋白质的改造，它的产品已不是天然的蛋白质，而是经过改造的,1.5 生物技术的种类及其相互关系,27,From DNA to Human,1.5 生物技术的种类及其相互关系,28,1.5.7 五大工程间的关系 按照自己的愿望改造物种，往往要采用基因工程或细胞工程的方法。 基因工程和细胞工程的研究成果，要通过发酵工程和酶工程来实现产业化。 基因工程

10、和细胞工程看作生物工程的上游处理技术，将发酵工程和酶工程看作生物工程的下游处理技术。 基因工程、细胞工程和发酵工程中所需要的酶，往往通过酶工程来获得。 酶工程中酶的生产，一般要通过微生物发酵的方法来进行,1.5 生物技术的种类及其相互关系,29,30,2.1 传统生物技术的产生 生物技术最初由一位匈牙利工程师KarlEreky于1917年提出的 传统生物技术主要是通过微生物的初级发酵来生产商品 现代生物技术包括基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程和蛋白质工程,2 生物技术发展简史,31,生物经济（Bioeconomy）的概念最先是由斯坦戴维斯和克里斯托弗迈耶（Stan Davis and Ch

11、ristopher Meyer于2000年5月正式提出的 . 生物经济是以生物科技研究开发与应用为基础的经济，是一个与农业经济、工业经济以及信息经济相对应的经济形态。 2001年2月，时任北京大学副校长、“863”计划生物领域专家的陈章良，以其生物科技战略专家的眼光在“中国青年创新论坛”介绍了经济展望杂志所提出的一个新名词“生物经济”，并认为生物技术的发展是一个基因可以形成一个产业。在同年4月 “2001中国企业高峰会”上，他又指出：生物技术突飞猛进的发展，将造就一大批成功的公司，生物技术是继IT产业后又一个为各国政府重视的产业,32,2.2 传统生物技术的发展,19世纪60年代，法国L. P

12、asteur，首先建立微生物纯种培养技术，发酵 20世纪20年代，大规模发酵化工原料丙酮、丁醇； 50年代，青霉素、发酵工业、酶制剂工业； 医药、食品、化工、制革、农产品加工等 60年代，遗传学，遗传育种学， “第一次绿色革命”； 细胞工程，细胞学理论被应用于生产,33,1944年，DNA是遗传物质，Avery等 1953年，DNA双螺旋结构模型，半保留复制， Watson和Crick 1961年，遗传密码的破译，Khorana 和 Nirenberg 20世纪70年代：DNA体外重组技术的建立（1972年，Berg），标志生物技术的核心技术基因工程开始 以基因工程为核心，带动了现代发酵工程、

13、酶工程、细胞工程及蛋白质工程的发展，形成现代生物技术,2.3 现代生物技术的发展,34,3 生物技术对经济社会发展的影响,3.1 改善农业生产、解决食品短缺 3.2 提高生命质量、延长人类寿命 3.3 解决能源危机、治理环境污染 3.4 制造工业原料、生产贵重金属 3.5 生物技术的安全及其对伦理、道德、法律的影响,35,3.1 改善农业生产、解决食品短缺,3.1.1 提高农作物产量和品质 （1）培育抗性品种,转基因 烟草,36,3.1.1 提高农作物产量和品质 （2）工厂化育苗,3.1 改善农业生产、解决食品短缺,37,3.1.1 提高农作物产量和品质 （3）提高粮食品质,世界杂交水稻之父袁

14、隆平，“超级杂交稻” “东方魔稻”，847kg/亩 ，第五大发明，“第二次绿色革命”，世界性饥饿问题,3.1 改善农业生产、解决食品短缺,38,3.1 改善农业生产、解决食品短缺,3.1.1 提高农作物产量和品质 （4）生物固氮，减少化肥用量,39,3.1 改善农业生产、解决食品短缺,3.1.1 提高农作物产量和品质 （5）生物农药，生产绿色食品,40,3.1.2 发展畜牧业生产 （1）胚胎工程,3.1 改善农业生产、解决食品短缺,胚胎切割,41,3.1 改善农业生产、解决食品短缺,3.1.2 发展畜牧业生产 （1）胚胎工程,多莉”及其代母,1997年,42,3.1 改善农业生产、解决食品短缺

15、,3.1.2 发展畜牧业生产 （1）胚胎工程,试管牛、试管绵羊,43,3.1 改善农业生产、解决食品短缺,3.1.2 发展畜牧业生产 （2）培育转基因动物品系,44,45,转基因猴,携带有人体白蛋白基因的 中国首例转基因试管牛,46,3.2 提高生命质量、延长人类寿命,生物制药：抗生素第一例基因工程药物，人生长激素释放抑制因子，治疗肢端肥大症（50万头羊5mg，而基因工程，9L细菌发酵液等,转基因药物,47,3.2 提高生命质量、延长人类寿命,疾病的预防和诊断：病毒性肝炎、爱滋病诊断试剂盒、遗传性疾病和传染性疾病的诊断（DNA探针,48,动物实验证实：基因治疗后的患病小鼠寿命延长，运动能力提高

16、 ，为帕金森等带来治疗希望,3.2 提高生命质量、延长人类寿命,基因治疗：恶性肿瘤、遗传病、代谢性疾病、传染病等90个基因治疗方案通过FDA审查；我国血友病、地中海贫血、恶性肿瘤等多个基因治疗方案正在实施中,49,3.2 提高生命质量、延长人类寿命,人类基因组计划（HGP）：破解人类基因所携带的全部遗传信息。（美前总统肯尼迪提出两大计划之一,50,美国病毒学家R杜尔贝科（1914）1986年3月7日在美国科学杂志上发表了一篇题为癌症研究的转折点人类基因组的全序列分析的文章，他指出：“人类DNA序列是人类的真谛，这个世界上发生的一切事情，都与这一序列息息相关。”该文后来被称为“人类基因组计划”的

17、“标书,51,人类基因组计划（HGP）：与阿波罗登月计划、曼哈顿原子弹计划并称为人类科学史上的三大计划。1990年10月1日正式启动，历时三个五年计划，耗资30亿美元；提前两年完成,意义：困扰人类的重大疾病的发病机制；种族与民族的起源与演进；揭示生命的奥秘,美、英、日、法、德和中六国科学家提前绘成人类基因组序列图-2003年4月14日，Collins,52,应用HGP的DNA测序仪,对人类23对染色体上多达30亿对碱基的测定上，美国人的贡献最大，承担了54%，其次是英国承担了33%、日本为7%、法国为2.8%、德国为2.2%、中国科学家承担了1%的测序任务。人类基因组的破译意义深远，是人类认识

18、自身、解读生命奥秘、提高健康水平和发展生命科学的重要里程碑，对人类的贡献是难以估量的，6月26日美国的媒体称此为“人类历史上10万年一遇”的重要事件,53,主要进展,1986年，Dulbecco提出，ScienceHuman Genome Sequence：A Turning Point in the Cancer Research被视为第一份标书； 1990年，美国国会拨款30亿美元，2亿/年； 1994年，我国正式启动HGP，拨款300万RMB； 1997年，谈家桢院士上书中共中央，呼吁应保护我国的遗传资源，江泽民批示人无远虑，必有近忧，我们得珍惜我们的基因资源； 1997年1998年，中

19、国973计划启动HGP投资达到数千万RMB； 1998年，夏家辉先生的实验室克隆了我国第一个遗传病的致病基因高频耳鸣并将成果发表在自然遗传学,54,主要进展,1999年7月，中国的杨焕明、于军等科学家成功加入该计划，计划1%； 2000年5月，江总书记视察我国国家人类基因组研究中心 2000年6月26日，宣布测出了Working draft； 2001年2月15日，公共领域在Nature上发表了该研究成果； 2001年2月16日，Celera公司及其合作者在Science上发表了其研究成果； 2001年2月，中国沈岩教授和孔祥银的小组同时在自然遗传学上发表了关于遗传性乳光牙基因突变的两篇文章；

20、,55,HGP的伦理性问题,1、利用基因工程设计后代 2、科学“占卜术”出现：预测疾病、外貌、性格等 3、改变了“隐私”的内涵：如工作与保险索赔 4、人的寿命可无限延长：1200岁 5、世界人口构成失衡：富裕国家 6、基因武器用于战争,56,家蚕基因组图,57,3.3 解决能源危机、治理环境污染,生物能源(新能源)： “工程菌”，可以利用稻、木屑、秸秆与食物下脚料生产出酒精；微生物发酵沼气；微生物分解蜡质，提高石油开采率,58,净化环境：化学工业与生物技术比较（农药、化肥）；微生物处理污水；基因工程 “超级菌” 迅速降解水上浮油,3.3 解决能源危机、治理环境污染,海上浮油,59,3.4 制造

21、工业原料、生产贵重金属,利用微生物生长过程中积累的代谢产物，生产食品工业原料，如味精、酸味剂、甜味剂等 * 冶金方面：细菌浸矿技术、废渣矿、尾矿等,60,3.5 生物技术对经济社会发展的影响,生物技术的安全 历史回顾 体外重组DNA技术的创始人P. Berg，用病毒DNA与一种噬菌体DNA在体外成功地拼接起来的时候，停止了他的研究，建议将DNA重组的研究先冻结一年，以便讨论这项技术的安全性问题。 现代生物技术从它诞生之日起，其负面影响就是无法回避的问题,61,3.5 生物技术对经济社会发展的影响,生物技术是一把双刃剑。 人们在享受生物技术所带来的种种好处的同时，生物技术也可能给人类社会带来意想

22、不到的冲击，可能产生人们始料不及的严重后果。人们的担忧主要来自以下几个方面,62,1)基因工程对微生物的改造是否会产生某种有致病性的微生物，这些微生物都带有特殊的致病基因，如果它们从实验室逸出并且扩散，有可能造成类似鼠疫那样的可怕疾病的流行,3.5 生物技术对经济社会发展的影响,63,3.5 生物技术对经济社会发展的影响,2)转基因作物及食品的生产和销售，是否对人类和环境造成长期的影响，擅自改变植物基因是否可能引起一些难以预料的危险,64,3)分子克隆技术在人类身上的应用可能造成巨大的社会问题，并对人类自身的进化产生影响；而应用在其他生物上同样具有危险性，因为所创造出的新物种有可能具有极强的破

23、坏力而引发一场浩劫,3.5 生物技术对经济社会发展的影响,65,4)生物技术的发展将不可避免地推动生物武器的研制与发展，使笼罩在人类头上的生存阴影越来越大,3.5 生物技术对经济社会发展的影响,66,5)动物克隆技术的建立，如果被某些人用来制造克隆人、超人，将可能破坏整个人类社会的和平。 应该说，这种种忧虑在理论上都是有一定道理并且都有其现实基础，因此，人们从生物技术诞生那天起就一直对其加以关注并采取防御措施,3.5 生物技术对经济社会发展的影响,67,人们除了对生物技术的安全性表示关注外，近年来人们对生物技术可能带来 的对人类社会的伦理、道德、法律的冲击越来越关注。目前人们关注的主要在以下几个方面,3.5 生物技术对经济社会发展的影响,68,1)转基因技术 某些宗教团体禁止食用的动物基因转入他们通常食用的动物中，这可能触怒这些团体，例如将猪的基因