【正文】 現(xiàn)代生物技術(shù)與生物技術(shù)藥物當(dāng)今世界，科學(xué)技術(shù)日新月異，以生物技術(shù)、信息技術(shù)為代表的高新技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展，已經(jīng)成為世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展的動力。生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)具有美好的發(fā)展前景，被喻為21世紀(jì)的“朝陽產(chǎn)業(yè)”。近年來，生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)在發(fā)達(dá)國家得到了迅猛發(fā)展。僅以美國為例，1998年生物技術(shù)公司總市值還只有970億美元，到2000年2月就已經(jīng)增長到3500億美元。同時，生物技術(shù)產(chǎn)品在全球化市場中流通和銷售的趨勢愈來愈明顯。至1999年底，世界上最大的8家生物技術(shù)公司均搶灘我國。因此，如何加快我國生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，提高國際競爭能力，已經(jīng)成為我國國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展中最為緊迫而又艱巨的任務(wù)之一。 第一章 現(xiàn)代生物技術(shù)一、現(xiàn)代生物技術(shù)的定義與主要內(nèi)容以電子信息技術(shù)、新藥源技術(shù)、航天技術(shù)、生物技術(shù)、新材料技術(shù)等為代表的高新技術(shù)是20世紀(jì)人類科學(xué)技術(shù)事業(yè)最偉大的成就。生物技術(shù)，英文為Biotechnology，有時也被人們稱為生物工程（Bioengineering），這可能強(qiáng)調(diào)這一領(lǐng)域源發(fā)于生命科學(xué)與工程技術(shù)的結(jié)合。但是由于在國際上應(yīng)用Biotechnology這一術(shù)語遠(yuǎn)較Bionengineering普遍，所以在我國生物技術(shù)這個名稱似乎更為通用。 何謂生物技術(shù)？ 生物技術(shù)就是針對生物有機(jī)體（這些生物有機(jī)體包括從微生物至高等動、植物）或其組成部分（包括器官、組織、細(xì)胞或細(xì)胞器等），運(yùn)用分子生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、生物化學(xué)、生物物理學(xué)、生物信息學(xué)等手段，研究、設(shè)計、改造生命系統(tǒng)，以改良生物乃至創(chuàng)造新的生物品種的一種技術(shù)體系。 一般認(rèn)為，現(xiàn)代生物技術(shù)是指70年代中期崛起的，以基因工程為核心的一套生物高新技術(shù)，主要內(nèi)容包括四個方面： （1）基固工程：主要涉及一切生物類型所共有的遺傳物質(zhì)——核酸的分離、提取、體外剪切、拼接重組以及擴(kuò)增與表達(dá)等技術(shù)。 （2）細(xì)胞工程：包括一切生物類型的基本單位——細(xì)胞（有時也包括器官或組織）的離體培養(yǎng)、繁殖、再生、融合以及細(xì)胞核、細(xì)胞質(zhì)及染色體與細(xì)胞器（如線粒體、葉綠體等）的移植與改建等操作技術(shù)。 （3）酶工程：指的是利用生物機(jī)體內(nèi)酶所具有的特異催化功能，借助固定化技術(shù)，生物反應(yīng)器和生物傳感器等新技術(shù)、新裝置、高效優(yōu)質(zhì)地生產(chǎn)特定產(chǎn)品的一種技術(shù)。 （4）發(fā)酵工程：也有人稱為微生物工程，就是給微生物提供最適宜的發(fā)酵條件生產(chǎn)特定產(chǎn)品的一種技術(shù)。 現(xiàn)代生物技術(shù)的這四大組成部分雖然均可以自成體系，構(gòu)成獨(dú)立的完整技術(shù)，但在許多情況下又是高度相互滲透和密切相關(guān)的，事實(shí)上如果沒有這種相互滲透和彼此依賴，現(xiàn)代生物技術(shù)也就不可能成為高新技術(shù)，因?yàn)樯锛夹g(shù)的依據(jù)和出發(fā)點(diǎn)是生物有機(jī)體本身的種種機(jī)能，是各類生物在生長、發(fā)育與繁殖過程中進(jìn)行物質(zhì)合成、降解和轉(zhuǎn)化的能力（也就是利用其新陳代謝的能力），各種生物，不管是低等的細(xì)菌、真菌等微生物，還是高等的動物。 植物、人，其新陳代謝的過程就好像是一座反應(yīng)器，而且是效率極高的反應(yīng)器，在此反應(yīng)器中，各種各樣代謝反應(yīng)（化學(xué)反應(yīng)）在各種生物催化劑——酶的催化下有條不紊地進(jìn)行，而什么酶催化什么反應(yīng)，該酶具有什么樣的特異結(jié)構(gòu)與功能，又是受特定的遺傳基因所決定，所以從某種意義上說，基因工程和細(xì)胞工程可看做是現(xiàn)代生物技術(shù)的核心基礎(chǔ)，因?yàn)橥ㄟ^基因工程和細(xì)胞工程可以創(chuàng)造出許許多多具有特殊功能或多種功能的“工程菌株”或“工程細(xì)胞株”，這些“工程菌株”或“工程細(xì)胞株”往往可使酶工程或發(fā)酵工程生產(chǎn)出更多、更好的產(chǎn)品，發(fā)揮出更大的經(jīng)濟(jì)效益，而酶工程和發(fā)酵工程往往又是現(xiàn)代生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)化，特別是發(fā)展大規(guī)模生產(chǎn)的最關(guān)鍵環(huán)節(jié)，因此，現(xiàn)代生物技術(shù)所包括的四個方面應(yīng)當(dāng)是一個完整的整體。 二、現(xiàn)代生物技求的優(yōu)越性現(xiàn)代生物技術(shù)自問世以來就向世人展示它可以多方面應(yīng)用并可發(fā)展成相應(yīng)的產(chǎn)業(yè)，因而，很快受到農(nóng)業(yè)界、醫(yī)藥衛(wèi)生界、化學(xué)與食品工業(yè)界以及環(huán)境保護(hù)界等各行各業(yè)的極大興趣和高度重視，原因是現(xiàn)代生物技術(shù)具有以下的優(yōu)越性。 （一）不可取代性 現(xiàn)代生物技術(shù)能完成一般常規(guī)技術(shù)所不能完成的任務(wù)，能生產(chǎn)出其他方法所無法生產(chǎn)或難以生產(chǎn)的產(chǎn)品。 例如：某種植物的品種改良一般采用的是雜交育種，目的在于提高產(chǎn)量，增加抵抗力等，但是常規(guī)的雜交育種一般只限于物種內(nèi)部，如小麥與小麥，最多只能擴(kuò)展到親緣關(guān)系較近的種屬，因?yàn)槌Ｒ?guī)改良育種，能重組到良種基因中的遺傳資源是受到限制的，但是，用基因工程改良品種，基因資源的來源就可能不受這種限制，如將細(xì)菌中的一種毒素轉(zhuǎn)移到煙草和馬鈴薯中，則這種煙草和馬鈴薯就不會受害蟲的危害。 又如西紅柿去掉腐爛基因，常溫幾周不壞。把牛或豬的生長激素基因轉(zhuǎn)移給魚，使魚的生長、發(fā)育加快，體重迅速增長。把人的血紅蛋白的基因轉(zhuǎn)移到豬體內(nèi)，則使豬可以生產(chǎn)人的血紅蛋白，分離這種血紅蛋白可以作為人血液的替代物等等。而在醫(yī)藥行業(yè)，這樣，的例子就更多，很多人體內(nèi)的生長代謝必需的物質(zhì)由于其含量極微，是很難通過分離。提取或合成的方式生產(chǎn)的，如：生長激素釋放抑制因子，這是一種人腦激素，它的正常作用是抑制生長激素不合時宜的分泌，所以是一種很有用的藥物，有一種病叫做“肢端肥大癥”患者臉形增大、面貌粗陋、手足厚大、生長激素釋放抑制因子就是治療肢端肥大癥的特效藥?？墒且玫缴L激素釋放抑制因子相當(dāng)不容易，人類最初經(jīng)過了21次的努力，用了50萬個羊腦，得到了5mg樣品，后來也用化學(xué)法合成，但5mg價格仍在300多美元?；蚬こ谭椒ǔ晒σ院?，成本僅幾十美分，類似這樣的例子十分多。 （二）快速、精確 用現(xiàn)代生物技術(shù)生產(chǎn)的試劑盒可以快速、精確地對人類和動、植物疾病進(jìn)行有效的早期診斷，這對疾病的預(yù)防和及時治療十分重要（尤其是遺傳病、病毒引起的疾病和癌癥等嚴(yán)重影響人類健康的疾?。?，例如用單克隆抗體檢查婦女妊娠比用抗血清法檢查進(jìn)一步提高了靈敏度，使婦女能在懷孕后8天即得知，準(zhǔn)確率可達(dá)100％，無疑這一方面對計劃生育是非常有用的，這種妊娠檢查可以避免在不知妊娠情況下服用對胎兒有害的許多藥物，從而保證了胎兒的早期健康發(fā)育，對實(shí)現(xiàn)優(yōu)生優(yōu)育也具有特別重要意義。 （三）低耗、高效 用現(xiàn)代生物技術(shù)對化學(xué)工業(yè)和制藥工業(yè)進(jìn)行技術(shù)改造具有能耗低，效率高和不依賴特定原料等優(yōu)點(diǎn)，例如用生物催化劑“酶”催化化學(xué)效應(yīng)，不像用化學(xué)催化劑那樣需要高溫、高壓和強(qiáng)酸堿等苛刻的條件，這樣就大大降低了能耗的成本，通過生物技術(shù)降低成本和能耗的例子，在有機(jī)酸和氨基酸的生產(chǎn)中已很明顯： 又如：治療株儒病的人生長激素，過去只能從死人的垂體提取，一個侏儒患者每年所需的用藥量大約要從50個死人的垂體中提取，價格十分昂貴且來源十分困難，而用基因工程生產(chǎn)人生長激素價格只有提取的1/4，更為關(guān)鍵的是不需要依賴死人腦這樣緊缺的原料來源。 （四）副產(chǎn)物少、不良反應(yīng)小、安全性好 眾所周知，制藥行業(yè)（特別是化學(xué)合成藥）也是一種高污染產(chǎn)業(yè)，廢氣、廢水和一些副產(chǎn)物有時都有毒性，又如疫苗的生產(chǎn)，常規(guī)方法就是用血液，這不僅成本高，同時也有可能帶來病毒感染的危險性。事實(shí)上，在國內(nèi)外已出現(xiàn)了很多這方面感染的例子，而通過現(xiàn)代生物技術(shù)，用大腸桿菌來生產(chǎn)這些藥物，如乙肝疫苗，凝血因子等，就大大改進(jìn)了使用這些藥物時的安全性。 由于現(xiàn)代生物技術(shù)新產(chǎn)品、新工藝的上述優(yōu)越性，許多國家特別是發(fā)達(dá)國家都競相開展生物技術(shù)的研究和發(fā)展生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)，特別是一些著名的跨國公司，如美國的杜邦、孟山都；英國的帝國化學(xué)公司；日本的三井、三菱、住友、武田制藥、味之素；德國拜耳；荷蘭的殼牌化學(xué)公司；瑞士的西巴嘉基等。目前國際上能夠排得上名次的生物技術(shù)公司已達(dá)數(shù)千家，我國1987年初開始實(shí)馳的“高新技術(shù)研究發(fā)展計劃綱要”（863計劃）中，生物技術(shù)被列為7領(lǐng)域的重點(diǎn)之一。但是也有幾點(diǎn)需要明確的是，生物技術(shù)也像其他高技術(shù)一樣是一種知識密集型和資金密集型技術(shù)，需要高投入，這對我國的許多企業(yè)來說還是有較大困難的，必須引起足夠的重視。 三、現(xiàn)代生物技術(shù)在醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用（一）現(xiàn)代生物技術(shù)在疾病診斷與治療中的應(yīng)用 1．單克隆抗體與疾病診斷。妊娠試驗(yàn)所經(jīng)歷的變革足以說明單克隆抗體的應(yīng)用對醫(yī)學(xué)產(chǎn)生的巨大影響。類似這樣能有效提高診斷水平的單克隆抗體已得到迅速發(fā)展。美國食品與藥物管理局批準(zhǔn)上市的單克隆抗體產(chǎn)品已有幾十種。 2．“生物導(dǎo)彈”。用藥物治療腫瘤的難題在于使用的藥物在殺傷腫瘤細(xì)胞的同時也殺傷正常分裂的細(xì)胞，毒副作用嚴(yán)重。于是人們設(shè)想，如能制備抗某種腫瘤的單克隆抗體，再在其上接上抗癌藥物，進(jìn)人體內(nèi)，讓該單克隆抗體只與該腫瘤細(xì)胞特異性結(jié)合，豈不就能像導(dǎo)彈那樣把抗癌藥物專一地、靶向地帶到腫瘤細(xì)胞而不影響其他細(xì)胞？這就是“生物導(dǎo)彈”。但是，按現(xiàn)行制備單克隆抗體的技術(shù)路線，所得單克隆抗體是小鼠的免疫球蛋白，對人體來說是異種蛋白，進(jìn)入人體后易遭排斥而不能有效地到達(dá)“靶點(diǎn)”。國外有人用蛋白質(zhì)工程構(gòu)建雜合抗體，使作為“生物導(dǎo)彈”的單克隆抗體免疫球蛋白分子中含有人免疫球蛋白分子片段，明顯地提高了效果。 3．基因診斷?；蛟\斷是1978年由簡悅威等在鐮狀細(xì)胞貧血癥的研究中突破的。他們采用的是核酸分子雜交的方法。運(yùn)用同樣的方法，已經(jīng)有一大批重要的遺傳病，如苯丙酮尿癥、珠蛋白合成障礙性貧血、假肥大型肌營養(yǎng)不良、甲型血友病、乙型血友病、成年型多囊腎、慢性進(jìn)行性舞蹈病等，建立了產(chǎn)前基因診斷和癥狀前基因診斷的方法。將核酸分子雜交技術(shù)應(yīng)用于傳染病病原體的檢測，方法更為簡單。80年代中期以來，基因診斷技術(shù)又廣泛應(yīng)用了聚合酶鏈反應(yīng)體外擴(kuò)增基因的方法。就生物技術(shù)而言，聚合酶鏈反應(yīng)已成為最有用的技術(shù)之一。 4．基因治療?；蛑委煹淖畛跄繕?biāo)是一些因單一結(jié)構(gòu)基因即編碼蛋白質(zhì)的基因缺陷所引起的遺傳病，因此，其治療方式就是通過導(dǎo)人正?；騺硇Ｕ毕莼鸬腄NA代謝異常以及細(xì)胞突變，從而使之恢復(fù)正常功能。世界上第一位受益于結(jié)構(gòu)基因藥物治療的是一位叫Ashanti的美國女孩。1990年9月14日，4歲Ashanti成為美國政府批準(zhǔn)的基因治療第一人。 （二）未來醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域中的生物技術(shù)展望 1．轉(zhuǎn)基因動物生產(chǎn)的“轉(zhuǎn)基因藥物”。用轉(zhuǎn)基因動物生產(chǎn)人用醫(yī)藥制品是基因工程制藥業(yè)中新崛起的最富有誘人前景的行業(yè)，1978年科學(xué)家們把人tPA基因轉(zhuǎn)入小鼠受精卵發(fā)育成轉(zhuǎn)基因小鼠并證明在其乳汁中能得到tPA以來，美國和英國已組建4家生物技術(shù)公司專門從事用轉(zhuǎn)基因動物生產(chǎn)“轉(zhuǎn)基因藥物”，并各具特色，如美國DNX公司的“制藥工廠”用轉(zhuǎn)基因豬，環(huán)球基因藥物公司用轉(zhuǎn)基因奶牛，基因酶公司用轉(zhuǎn)基因山羊，英國藥物蛋白公司則用轉(zhuǎn)基因綿羊。用轉(zhuǎn)基因動物生產(chǎn)“轉(zhuǎn)基因藥物”與用細(xì)菌。酵母菌或動物細(xì)胞生產(chǎn)基因工程藥物相比較，最大的優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)量高，另一大優(yōu)點(diǎn)是成本低，再者轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品具有與人體自身產(chǎn)生的蛋白相同的生物學(xué)活性。這些動物的乳腺細(xì)胞能進(jìn)行一系列的翻譯后修飾作用，包括糖基化作用等，正確地產(chǎn)生人體蛋白。 2．人型單克隆抗你的制備。有幾條可供采用的技術(shù)路線。一是在鼠型單克隆抗體分子中用蛋白質(zhì)工程的方法更換一段人抗體分子中與抗原結(jié)合的鏈段。二是從人鼠雜交瘤細(xì)胞中直接克隆人抗體基因并使之在細(xì)菌中得到表達(dá)。三是將人免疫球蛋白重鏈C區(qū)基因轉(zhuǎn)入小鼠受精卵，發(fā)育成轉(zhuǎn)基因小鼠，用特定抗原免疫這種轉(zhuǎn)基因小鼠，就直接得到人型化的單克隆抗體。 3．基因治療。通過各種手段導(dǎo)人的外源基因在細(xì)胞中的整合位點(diǎn)一般是隨機(jī)的，這很可能影響基因治療的效果，甚至導(dǎo)致與預(yù)期目標(biāo)相反的結(jié)果，80年代未興起的“基因打靶”技術(shù)能將外源基因定點(diǎn)整合到細(xì)胞基因組的某一確定位點(diǎn)上，因而能對缺陷基因進(jìn)行原位修復(fù)，在今后，“基因打靶”的效率將會得到大幅度提高，使基因治療的臨床應(yīng)用建立在安全可靠的基礎(chǔ)上。 此外，生物技術(shù)的各個環(huán)節(jié)將不斷得到改進(jìn)。首先是聚合酶鏈反應(yīng)及其他不斷涌現(xiàn)的分子生物學(xué)新技術(shù)將得到廣泛應(yīng)用。同時，在細(xì)菌、酵母菌、昆蟲細(xì)胞、哺乳動物細(xì)胞等不同的細(xì)胞內(nèi)能得到高效表達(dá)的載體將不斷地構(gòu)建成功，大幅提高基因工程的生產(chǎn)效率。此外，生物技術(shù)后處理工程和蛋白質(zhì)工程將迅速發(fā)展，通過蛋白質(zhì)工程修飾和改造基因工程產(chǎn)品以及有目的地修飾、改造乃至重新組建蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)的理想將逐步實(shí)現(xiàn)。 四、現(xiàn)代生物技術(shù)與化學(xué)、食品工業(yè)（一）利用生物技術(shù)開辟新的食品資源 1．單細(xì)胞蛋白——食品與飼料的新來源 蛋白質(zhì)是生命的基本物質(zhì)，全世界蛋白質(zhì)缺乏的問題已存在多年，開發(fā)單細(xì)胞蛋白，正是用生物技術(shù)解決這一問題的一條重要途徑。單細(xì)胞蛋白就是從酵母或細(xì)菌等微生物菌體中獲取蛋白質(zhì)，單細(xì)胞蛋白的氨基酸組成不亞于動物蛋白質(zhì)，如酵母菌體蛋白，其營養(yǎng)十分豐富，人體必需的8種氨基酸，除蛋氨酸外，它具備7種。微生物細(xì)胞中除含有蛋白質(zhì)外，還含有豐富的糖類以及脂類、維生素、礦物質(zhì)，因此單細(xì)胞蛋白營養(yǎng)價值很高。 生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白質(zhì)的原料