第四章生物技术与生物经济

第七章生物技术与生物经济什么是生物技术？生物经济的缘起与开展谁将取代信息经济：知识经济？生物经济？试论“生物经济〞？中国的生命科学与生物技术？中国如何抢占生物技术“制高点〞？中国人民大学农业与乡村开展学院朱信凯zxk@

在人的眼中，一切的大猩猩都是一样的；也许在大猩猩的眼中，一切的人也是一样的。但现实上，大猩猩才是更接近现实的那一个——大猩猩之间的基因差别远远大于人类。我们如今就像一个无知的孩子走进了科学的图书馆，这里有自然花了亿万年写成的生命天书，我们如今只是知道了一点点。……我们不能够扮演上帝的角色，我们在读基因的这些序列时，心里充溢了对上帝的感恩。——遗传学家艾瑞克·兰德博士中国人民大学农业与乡村开展学院朱信凯zxk@什么是基因？Gene？作为控制性状的遗传物质的功能单位和构造单位，基因是脱氧核糖核酸〔DNA〕分子上具有遗传效应的功能片段。人体由细胞组成。每个细胞内都有细胞核，细胞核内有23对共46条染色体，每条染色体分上下两段，缠绕着多组DNA〔脱氧核糖核酸〕，像麻绳般扭在一同，呈双螺旋构造。基因位于细胞核内的染色体上。每个细胞内的基因总数为基因组，人类只需一个基因组，大约有3万多个基因，30亿个碱基对，储存着生命从诞生到死亡的全部信息。经过复制、表达、修复，完成生命繁衍、细胞分裂、蛋白质合成等重要生理过程。基因与人的容颜、特征、性格、体态、智力以及疾病等都有着亲密的关系。总之，基因是生命之源，生命之本。人类生命大约有6万至10万个基因，迄今为止，已破译了其中绝大多数的陈列顺序图。科学是完成可以把人类全部基因的陈列顺序搞清楚的。

中国人民大学农业与乡村开展学院朱信凯zxk@DNA双螺旋构造1953年4月25日，英国<自然>杂志上登载的一篇论文<核酸的分子构造—脱氧核糖核酸的一个构造模型>，在科学界引起了极大反响。这篇论文把人们对生物科学研讨的视野，一下子从细胞程度推向了分子程度，而这篇文章的撰稿人，却是两位年轻人—美国生物学家沃森(Watson1928)和英国物理学家克里克(F.Crick1916)。DNA双螺旋构造的发现标志着分子生物学从此诞生。它不仅阐明了DNA为什么是遗传信息的携带者，而且阐明了基因的复制和突变等机理。1962年，沃森、克里克和维尔金斯三人共同获得了诺贝尔医学奖。中国人民大学农业与乡村开展学院朱信凯zxk@现代生物技术来源于20世纪70年代，由一组新技术组成—基因组学、组织培育、微观繁衍、遗传标志辅助育种、基因移接和转基因—允许育种者在分子程度上有选择地修饰活性生物体。一个基因组是用来构成任何活性生物体的一套完好的指令，细菌和人类都概莫能外。任何个体基因组都包含了生物体生命周期内一切细胞构造和活动的方案。它在一系列叫做DNA的分子内被译成密码，有一些病毒在RNA的分子内被译成密码。每个DNA/RNA分子包含许多基因(例如，一种谷类的DNA就大约包含有5000种基因)。基因是遗传的根本物质和功能单位。例如，一种谷类大约只需10%的DNA被用于将基因译成遗传密码，而其他的控制顺序以确定何时和何处特别的基因得到表达。普遍的遗传代码运用于一切的活性生物体，从最简单的生物体到人类都一样。由于生物体包含的基因组合不同，从而构成各种种类。遗传代码能让一段DNA详细指明一种特定的蛋白质构造。当蛋白质被合成时，一种基因得到了表达。中国人民大学农业与乡村开展学院朱信凯zxk@遗传性状是由蛋白质表达的中国人民大学农业与乡村开展学院朱信凯zxk@基因的表现遗传基因DNA构成遗传性状蛋白质表现中国人民大学农业与乡村开展学院朱信凯zxk@ATTGACC单股DNA双螺旋DNA遗传密码RNAUGACUGA密码子蛋白质转录转译中国人民大学农业与乡村开展学院朱信凯zxk@细胞核细胞质DNADNARNA蛋白质转录

转译mRNA遗传讯息(密码)经由转录，由mRNA从细胞核带到细胞质酵素中国人民大学农业与乡村开展学院朱信凯zxk@核糖体DNARNA蛋白质转录

转译细胞质UGACUGAUAGCCmRNAUAGCCUUAGCCUtRNA補密碼CCU胺基酸GUUtRNA補密碼胺基酸中国人民大学农业与乡村开展学院朱信凯zxk@DNARNA蛋白质转录

转译基因的表达中国人民大学农业与乡村开展学院朱信凯zxk@现代生物技术的根底由于遗传代码在DNA上用分子术语被记入，它必定能够解释遗传信息。运用那种用于基因绘图而为人所知的物理—化学方法可完成这一过程。例如，2000年，一个特别大的国际科学方案(人类基因组方案，TheHumanGenomeProject)完成了人类基因的初步绘图。由于遗传密码是通用的，基因转移能被用来将遗传信息引进一个生物体。物种间遗传物质的转移作为转基因此为人所知。中国人民大学农业与乡村开展学院朱信凯zxk@基因修饰Geneticmodification,GM将人工分别和修饰过的基因导入到生物体基因组中，由于导入基因的表达，引起生物体的性状的可遗传的修饰，这一技术称之为转基因技术。人们常说的“遗传工程〞、“基因工程〞、“遗传转化〞均为转基因的同义词。经转基因技术修饰的生物体在媒体上常被称为“遗传修饰过的生物体〞〔Geneticallymodifiedorganism，简称GMO〕。传统选择育种是一种方式的基因修饰。假设从这种观念来了解，几乎一切的商用农作物和驯养动物都阅历了一些基因修饰现代生物技术与传统选择育种的主要区别：基因组绘图让科学家准确地选择基因，使理想的特性得到表达。而老的选择育种技术是有选择地培育大样本，然后从中挑选出理想特性得以表达的下一代生物体做进一步的实验，只需经过碰巧的实验才干获得进展。当生物技术方法被用于种内修饰时，能以比选择育种更快和更准确的方式来改良生物体。种内基因修饰获得某些生物性状能比经过自然选择育种降低本钱和提高准确性。中国人民大学农业与乡村开展学院朱信凯zxk@基因修饰的中心问题基因修饰的的中心问题是：在分子程度上，物种间遗传资料的转移(例如，将的鱼的基因插入番茄体内)。这种转基因变化获得的生物体性状是经过自然方法所达不到的。在以下的讨论中，转基因生物体将被用来表示任何含有重组DNA的生物体—这就是说，它有从其他生物体转移过来的DNA。基因修饰是发明转基因生物体的过程，在这一过程当中所得到的产品(或产品群)就是转基因产品。中国人民大学农业与乡村开展学院朱信凯zxk@基因修饰农作物的开展20世纪末，全世界大约种植了1亿英亩的基因修饰农作物。有12个国家进展基因产品的商品消费，其中99%的商业活动集中在3个国家—美国、阿根廷和加拿大。1999年转基因大豆的种植面积占全球大豆种植面积的一半，转基因谷物(玉米)的种植面积大约是全球玉米种植面积的1/4，转基因棉花和转基因油菜的种植面积各占全球种植面积的10%。第一代转基因农作物提高了现有农作物的消费效率，经过减少本钱或损失，它们的主要利益表达在农艺学上。迄今为止，最重要的农艺学改善是耐除草剂的特性，由此培育出能耐受特殊化学药剂的商品农作物，使除草剂能被用于杀灭杂草而不对农作物产生不良影响。第二代转基因产品将是那些以消费者直接受害的方式改动产品最终构成的产品。换句话说，它将能够加强产品现有的理想特性(例如强化大米营养)或者加上消费者想要的新的特性。中国人民大学农业与乡村开展学院朱信凯zxk@几种常用的动植物转基因方法几种常用的植物转基因方法:农杆菌介导转化法基因枪介导转化法花粉管通道法常用的动物转基因技术:显微注射法体细胞核移植方法中国人民大学农业与乡村开展学院朱信凯zxk@生物经济的缘起与开展生物经济是以生命科学与生物技术研讨开发与运用为根底的、建立在生物技术产品和产业之上的经济，是一个与农业经济、工业经济、信息经济相对应的新的经济形状。生物经济与现代生物技术和生命科学研讨开发亲密相关，并与目前的信息经济和知识经济开展有着严密的联络。人们早就预言21世纪是生物学世纪，但将21世纪与“生物经济〞一个新的时代相联络还是在21世纪前夜刚刚发生的事。生物经济〔bio-economy〕的概念最先由斯坦·戴维斯(StanDavis)和克里斯托弗·迈耶〔ChristopherMeyer〕于2000年5月正式提出，但他们并未给出一个确切的定义。上海的<经济展望>杂志也几乎同时提出了“生物经济〞这一新的名词。中国人民大学农业与乡村开展学院朱信凯zxk@2001年初，中国学者张田勘发表<基因时代与基因经济>，提出了与“生物经济〞相近的“基因经济〞概念，以为“基因经济与生物经济大致一样〞，“凡涉及生物的经济都可以称为生物经济，只需涉及DNA的经济才算是基因经济〞。2002年初，邓心安以为“生物经济是一个与农业经济、工业经济、信息经济相对应的经济形状，是以生命科学与生物技术研讨开发与运用为根底的、建立在生物技术产品和产业之上的经济〞，并将生物经济与新时期农业开展联络起来，初步提出了构建以现代生物技术为中心的“新型农业体系〞的想象。“生物经济〞与现代生物技术和生命科学研讨开发亲密相关，并与目前的信息经济和知识经济开展有着千丝万缕的联络。基于此，我们以为：生物经济是以生命科学与生物技术研讨开发与运用为根底的、建立在生物技术产品和产业之上的经济，是一个与农业经济、工业经济、信息经济相对应的新的经济形状。中国人民大学农业与乡村开展学院朱信凯zxk@谁将取代信息经济：

知识经济还是生物经济？国内学术界曾根据1996年经济协作与开展组织〔OECD〕的一份报告，将知识经济定义为“以知识为根底的经济〞。终究什么是知识经济的内涵，该定义没有提示出来。综合近两年国内外相关文献，知识经济的内涵可以归结为两点：其一，产业或职业活动的主要产出是知识。其二，以知识运用为主要目的的信息管理、加工、传输与分配。从技术和产业上讲，它的范围过于广泛——包含大部分传统意义上的第三产业和其他一些非农产业，因此与农业经济、工业经济、信息经济不属于同等范畴。但是，作为一种类似于信息经济的概念框架，已根本上被广泛接受。中国人民大学农业与乡村开展学院朱信凯zxk@工业经济、农业经济都可以划分出其时代的周期。一切的经济时代也都有开场与终结。一个经济时代的终结，并非由于这种经济逐渐消逝〔工业经济、农业经济并未消逝〕，而是由于新的“挑战者〞后来居上，占据主流位置。狩猎与采集经济，主宰人类数百万年，终究被农业经济取代。在农业经济统治了约三万年之后，工业经济诞生了。工业经济肇始于1760年的英国，并于50年代初在美国率先完成。信息经济从开场到终结，估计将继续70～80年，于21世纪20年代完成时代赋予的使命。目前我们正处在信息经济时代的中间站。对于世界不同地域来讲，进入各个时代的先后虽然不尽一样。但是时代的脚步永不停息，并不会由于后进者而踟蹰不前。中国人民大学农业与乡村开展学院朱信凯zxk@不同经济时代的生命周期，可以是相互交错更迭的。无论是曾经完成的工业经济和农业经济、正处于成熟阶段的信息经济，还是即将降临的生物经济，都可以划分为四个明显阶段，即孕育、生长、成熟、衰退。因特网是信息经济步入成熟阶段的标志。信息经济最后阶段即衰退阶段，将以廉价芯片和无线技术等互联技术的广泛运用为标志。在信息经济进入成熟阶段之前，生物经济即在孕育。生物经济发动于1953年，以FrancisCrick和JamesWatson发现DNA双螺旋构造为标志，从此生物经济进入孕育阶段。人类基因组破译的完成和出版发表标志着孕育阶段的终结。当前我们正在进入生物经济的第二阶段，即生长阶段。估计2025年，生物经济将进入成熟阶段。中国人民大学农业与乡村开展学院朱信凯zxk@任何一种经济时代，都是经过采用该时代最新的技术来满足根本需求。信息经济时代，计算机、因特网成了社会生活的根本需求。从2O25开场，我们将面临一个成熟的生物经济时代，到那时，生物技术的影响将广泛浸透到非生物界领域，改动许多非生物产业的消费方式，从而成为社会的根本需求。那时的农场可望成为超级生物加工厂，许多农产品将出自这样的加工厂，而非来自大田。安康医疗方式将由治疗为主转到以预防为主，并按照预防方式〔Preventive－model〕进展管理。中国人民大学农业与乡村开展学院朱信凯zxk@我国生命科学与生物技术开展现状?近20年来，生命科学与生物技术的飞速开展为世界各国医疗业、制药业、农业、环保等行业开辟了宽广的开展前景。作为“对全社会最为重要并能够改动未来工业和经济格局的技术〞，生命科学与生物技术日益遭到世界各国的普遍关注。中国作为一个拥有近13亿人口的大国，在人口与安康领域及农业领域面临着宏大的挑战，开展生命科学与生物技术对实现我国社会经济可继续开展有着重要的意义。我国生命科学根底性研讨的优先开展领域：基因组和功能基因组学、艰苦疾病相关基因的识别、分子生物学与生物化学、细胞和发育生物学、神经生物学、动植物区系的系统演化与协同进化、生物信息学等。我国生物技术研讨与开发重点领域：高产优质农作物的遗传育种、转基因技术和动物克隆、生物反响器、基因和蛋白质工程疫苗及药物、基因治疗等。中国人民大学农业与乡村开展学院朱信凯zxk@生命科学研讨进展-基因组研讨：在基因组这一前沿领域，我国科学家承当了人类基因组1％的测序义务，是继美、英、法、日、德后成为正式参与国际人类基因组协作工程的第6个国家，也是独一参与该方案的开展中国家；克隆了功能新基因的全长cDNA多条，已恳求一批国内外专利；证明了东亚人群的基因组与其他现代人群一样来源于非洲等。最近，中国科学院在水稻基因组研讨中获得艰苦进展，曾经发表了水稻基因组的框架序列，并在参与水稻基因组完成序列图测定的国际协作中率先完成了第四号染色体的任务。我国在微生物基因组测序方面也已成为主要的参与国，迄今已完成了钩端螺旋体等6个微生物的全基因组测序中国人民大学农业与乡村开展学院朱信凯zxk@生命科学研讨进展-疾病相关基因研讨：我国科学家充分发扬人类遗传资源优势，近年来获得了疾病致病基因定位、克隆的一系列进展。首先在急性早幼粒白血病的致病基因克隆和功能研讨方面获得突破，继而克隆了耳聋、短指〔趾〕等一批单基因疾病的致病基因，近来又定位了II型糖尿病、原发性高血压和鼻咽癌的基因。中国人民大学农业与乡村开展学院朱信凯zxk@生命科学研讨进展-其他前沿领域：在诸如生物化学和分子生物学、神经生物学、进化生物学等方面，近年来我国生命科学界也获得了不少国际一流成果。例如，发现了与精子成熟和维护有关的抗菌肽基因、提示了果蝇有与高等动物类似的认知行为，初次察看到植物防止自交的一种新的繁育机制等。在系统发育和动植物区系演化方面，完成了255卷的<植物志>、<动物志>、<中国隐花植物志>，这些任务均得到国际同行的高度评价。中国人民大学农业与乡村开展学院朱信凯zxk@生物技术研讨进展-农业生物技术：我国在超级杂交稻研讨与组合运用上处于世界领先位置，已选育出一批两系法亚种间杂交稻新组合，较好地实现了杂种优势与理想株型的结合。育成的超级杂交稻组合比如今消费上运用的杂交稻组合增产15％—25％。在植物基因工程研讨开发方面，我国曾经有转基因耐贮藏番茄、转查尔酮合成酶基因矮牵牛、抗病毒甜椒、抗病毒番茄、抗虫棉花5种自主研制的转基因植物经过了国家商品化消费答应，并有20余种转基因植物进入环境释放阶段。在动物生物技术研讨与开发方面也获得了可喜的成果：转基因鱼研讨到达了国际领先程度；获得了消费人药用蛋白的转基因动物；获得了山羊、牛等一大批克隆动物，其消费程度已到达国际先进。此外，部分畜禽基因工程疫苗曾经到达了商业化消费的阶段。中国人民大学农业与乡村开展学院朱信凯zxk@生物技术研讨进展-医药生物技术：经多年努力，基因工程药物产业初具规模，同意上市的产品有18种，进入一、二期临床的有21种，处于临床前开发的有35种。产品市场占有率不断提高，例如α1b干扰素国内市场占有率已达60%。治疗性乙型肝炎疫苗初露端倪，人工血液的中心技术已实现艰苦转让。经过产学研的结合，我国基因工程制药业具备一定消费才干的企业已有60多家。生物技术药物由仿制逐渐向创新转变，在世界前10种销量最大的种类中，我国能消费8种。此外，肿瘤免疫治疗、抗血管治疗等获得了一系列突破与重要进展；基因治疗的关键技术实现突破，恶性肿瘤、B型血友病等5种治疗方案进入临床实验。中国的生物技术产品销售额1986年2.6亿元人民币，到2000年时就已达200亿元人民币。中国人民大学农业与乡村开展学院朱信凯zxk@生物技术开展的机遇与挑战生物技术不断获得艰苦突破，为生物经济奠定了坚实根底。许多国家纷纷抢占生物技术及产业制高点。21世纪生物技术与产业开展的根本态势：一是生物技术〔BT〕曾经成为许多国家研讨开发的重点，英国、法国、德国、澳大利亚、韩国等国政府近年来研讨开发投入最多的领域是生物技术。二是生物技术产业〔BI〕曾经成为国际科技竞争乃至经济竞争的重点，不少大企业和金融机构纷纷投资生物技术产业。三是生物经济〔BE〕正在成为网络经济之后的又一个新经济增长点。生