第一章 现代生物技术总论

现代生物技术概论蒋红玲生物化学与分子生物学教研室1515542857410/14/20231第一章现代生物技术总论科学技术生产力生产生物科学

生物技术

社会生产

现代生物技术

30年

10/14/20232第一节生物技术概念10/14/20233生物技术概念生物技术biotechnology：是由英文biological（生物）technology（技术）这两个词缩写而成，主要指生命科学与工程技术的结合和应用。

生物工程bioengineering：多指生物技术研究中侧重于后期产品处理的部分。生物技术=生物工程>基因工程

10/14/20234标志一门综合性学科

以20世纪70年代DNA重组技术的建立

——标志10/14/20235最先提出匈牙利工程师KarlEreky于1917年最先提出。KarlEreky把生物技术定义为“凡是以生物机体为原料，不论其用何种方法进行产品生产的技术”。

10/14/20236《中国生物技术纲要》以现代生命科学为基础，结合先进的工程技术手段和其他基础学科的科学原理，按照预先的设计改造生物体或加工生物原料，为人类生产出所需产品或达到某种目的的新技术。10/14/20237先进的工程技术基因工程细胞工程酶工程发酵工程蛋白质工程

10/14/20238改造生物体获得优良品系的动物、植物或微生物品系

10/14/20239生物原料

生物体的某一部分或生物生长过程中所能利用的物质，如淀粉或纤维素等有机物，也包括一些无机物。10/14/202310人类生产出所需产品粮食、医药、食品、化工原料、能源、金属等各种产品

10/14/202311达到某种目的的新技术疾病的预防、诊断与治疗（生物工程乙肝疫苗）环境的监测与治理等（石油污染，分解石油超级菌）甚至军事方面（第一次世界大战期间，人们用发酵法生产原料，制造炸药

）10/14/202312两种不同的定义

凡是用有机体或其产物开发产品的技术—传统的生物技术。重组DNA的技术—基因工程—狭义的生物技术。基因工程只是生物技术中十分重要的内容之一。10/14/202313第二节生物技术发展简史10/14/202314一、传统生物技术20世纪中期以前的生物技术技术特征—酿造技术：酿酒、酿醋、制酱、发面、渍菜（酸菜）、制造奶酪等。里程碑—19世纪中期，法国微生物学家巴斯德发现了发酵现象。10/14/20231519世纪中期，法国微生物学家巴斯德发现了发酵现象。

20世纪初期，第一次世界大战期间，人们用发酵法生产原料，制造炸药，从此发酵工业开始了。

20世纪40年代，青霉素，抗生素工业开始出现。

20世纪60年代，日本人发明了固定化酶连续使用的新技术，于是使酶制剂、氨基酸、核酸、有机酸发酵工业相继获得了发展。

传统生物技术的发展简史10/14/202316传统生物技术—直接利用生物功能

现代生物技术—改造生命体，使生命体出现新的功能

10/14/202317二、现代生物技术

基因工程为核心：打破物种之间遗传物质交换的天然屏障，跨越生物远缘不能杂交的鸿沟。不可思议的“复制”艺术—

《侏罗纪公园》

10/14/202318不可思议的“复制”艺术1981年，美国加利福尼亚大学柏克莱分校的波纳和海斯两位教授，奇迹般地从一枚琥珀的切片中清楚地看到了生活于4000万年前的一只蚊子的细胞，而这个细胞的所有构造又惊人地完整。正是这个重大发现，诱发了科学家决心再造恐龙的伟大构想。根据这一奇想，一个由12位古生物学家、遗传工程学家组成的“失去的DNA联合研究小组”很快诞生了。按照这个小组的设想，在恐龙繁盛的白垩纪时代，必有一些刚叮过恐龙血的爬虫被树脂胶粘住后经石化作用形成琥珀，这种爬虫的血液无疑含有恐龙的细胞核。由于每一个细胞都含有复制另一个细胞的遗传信息，所以一旦找到一个属于恐龙的完整细胞核，这个复制就将不是幻想了。美国一位作家，根据这种设想，写了一部小说《侏罗纪公园》，描写了恐龙的复活，后被改编拍成轰动全球的科幻电影。《侏罗纪公园》10/14/2023191953年，沃森、克里克的论文《核酸的分子结构—DNA结构》发表在两大科学期刊之一《自然》杂志上，这不足1000字的论文改变了世界。1973年，美国斯坦福大学科恩等完成了第一个重组转化成功的例子。1977年，美国旧金山建立了世界第一家遗传工程公司。2003年，由美、英、日、法、德和中国科学家经过13年努力耗资20亿美元共同绘制完成了人类基因组序列图。近年来，各国还相继开展了后人类基因组计划。现代生物技术的发展简史10/14/202320第三节现代生物技术的应用及发展前景10/14/202321四大科学技术支柱

现代生物技术与信息、新材料和新能源技术并列成为影响国计民生的四大科学技术支柱，是21世纪高新技术产业的先导。10/14/202322农业生物技术

改善农业生产、解决食品短缺传统的绿色农业—动植物资源农业新兴的白色农业—微生物资源

蓝色农业—海洋生物资源

工厂化农业—人工合成粮食将共同构成未来农业的模式，并为人类提供品种各异、营养丰富的食品资源。

10/14/202323转基因植物研究已进入市场的转基因植物

抗除草剂的大豆抗病毒病的甜椒抗腐能力强/耐贮性高的番茄高含量必须氨基酸的马铃薯等农业生物技术

10/14/202324转基因动物研究已进入实用化阶段转基因动物转基因的瘦肉型猪高产奶的奶牛能从奶中提取药物的转基因羊等农业生物技术

10/14/202325“三色”大农业与工厂化农业“三色”大农业——传统的绿色农业新兴的白色农业新兴蓝色农业

工厂化农业——人工合成粮食

农业生物技术

10/14/202326绿色农业

以太阳光为直接能源，以水、土为主要养料，靠绿色植物光合作用转换能量进行生产的农业。

10/14/202327白色农业指微生物资源农业。每年世界石油产量的2％→→微生物发酵工程→→鱼细胞蛋白质→→供20亿人吃一年。

我国每年5亿吨作物桔杆的20％为原料→→微生物发酵→→获得相当于400亿千克的饲料粮，这相当于我国目前饲料用量的1/3。

10/14/202328蓝色农业指海洋生物资源农业，即是以海洋水生生物和浮游生物为资源，进行利用加工的海洋农业。

近海海域自然生长的藻类植物→→加工成人类食物→→年产量相当于目前世界小麦总产量的15倍以上。如果把海洋藻类植物和浮游生物均纳入人类食物范围，则海洋可养活300亿人。

10/14/202329未来农业的模式农业工厂化，按人类要求，高水平的控制环境因素，实现规模化、机械化、自动化生产，产生质量稳定、供应稳定、价格稳定、营养丰富的农业产品——未来的人工合成粮食工厂

安全的转基因动、植物投放市场；具有营养保健、医疗功效的猪牛羊、蔬菜水果等转基因食品大批走向餐桌。

10/14/202330我国农业生物技术的应用培养出水稻、小麦、油菜、橡胶等一批作物新品种、新品系、新种质转基因鱼瘦肉型猪基因工程育种

10/14/202331医学生物技术

提高生命质量，延长人类寿命10/14/202332医疗生物技术投资比例占生物技术领域的首位10/14/202333医疗生物技术产品市场占生物技术领域的首位10/14/202334提高生命质量，延长人类寿命应用于开发新型药品生物工程药品：重组蛋白质药品、重组疫苗、诊断或治疗用的单克隆抗体。医学生物技术

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1977年，美国首先采用大肠杆菌生产了人类第一个基因工程药物——人生长激素释放抑制激素，开辟了药物生产的新纪元。该激素可抑制生长激素、胰岛素和胰高血糖素的分泌，用来治疗肢端肥大症和急性胰腺炎。如果用常规方法生产该激素，50万头羊的下丘脑才能生产5mg，而用大肠杆菌生产，只需9L细菌发酵液，其价格降至每克300美元。应用于开发新型药品10/14/2023361987年所有上市的基因工程药品产值约5.4亿美元。到了1993年，10种主要基因工程药品的经销额已接近77亿美元。到2003年全球基因工程药物产值已达到130亿美元，且每年以20％的速度增长。应用于开发新型药品10/14/202337医药行业是我国增长速度最快的行业之一，生物药品也保持高速增长，1990年中国生物技术药品产值为18亿元，1997年则超过30亿元，到2000年已达100亿元。应用于开发新型药品10/14/202338近年来，由于生活方式、环境变化及人口老龄化等因素，全球肿瘤、心血管病和遗传性疾病患者大幅增加，中国也不例外，以上疾病已经成为中国患者人数最多的病种，患者人数年增长速度超过10％，由于生物药品在治疗以上疾病方面比传统药品效果更显著，因此对生物药品的需求日益增大，20