【正文】 工程 ) (二 )細(xì)胞工程 (cell engineering) 對象 ： 細(xì)胞 在細(xì)胞水平上實(shí)現(xiàn)基因轉(zhuǎn)移或改變生物學(xué)性狀。 生物技術(shù)涉及的具體技術(shù)包括 : DNA 重組技術(shù)，細(xì)胞培養(yǎng)及融合技術(shù)，抗體制備技術(shù)，干細(xì)胞培養(yǎng)及定向分化，顯微注射技術(shù)，動物飼養(yǎng)技術(shù)，轉(zhuǎn)基因技術(shù)， 胚胎克隆，細(xì)胞及酶的固定化技術(shù)，發(fā)酵技術(shù)，生物反應(yīng)器，蛋白質(zhì)分離純化，生物大分子合成及純化，生物大分子修飾 ,生物物理、生物信息及其他相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)。 ? 中游工程： 中游加工以生物反應(yīng)器為中心，優(yōu)化和 放大生產(chǎn)工藝。具有不受限制、污染小、 周期短的優(yōu)點(diǎn)。 三、 生物技術(shù)的特點(diǎn) (八高一低 ) 高智力 ：具有創(chuàng)新性和突破性 , 可按人類需要定向改變 和創(chuàng)造生物的遺傳特性，要求在人才、計(jì)劃、 設(shè)計(jì)、工藝和產(chǎn)品上都要與眾不同。 高投入 ： 與其他技術(shù)比較 , 在資金、人員、設(shè)備、試劑 及研發(fā)上投資大。 20世紀(jì) 80年代，現(xiàn)代生物技術(shù)的發(fā)展日新月異，一躍成為代表 21世紀(jì)新技術(shù)的發(fā)展方向，并成為具有廣闊應(yīng)用前景的新興學(xué)科與產(chǎn)業(yè)。 DNA重組技術(shù)對生物技術(shù)產(chǎn)生的影響 （ 3） DNA重組技術(shù)大大簡化了新藥的開發(fā)和檢測系統(tǒng)。 如果能選出一個(gè)制造一種專一抗體的漿細(xì)胞進(jìn)行培養(yǎng)，就可得到由單細(xì)胞經(jīng)分裂增殖而形成 細(xì)胞群，即單克隆。 DNA重組技術(shù)對生物技術(shù)產(chǎn)生的影響 （ 1） DNA重組技術(shù)使得生物技術(shù)過程中生物轉(zhuǎn)化環(huán) 節(jié)的優(yōu)化過程變得更為有效 它所提供的方法不 僅可以分離到那些高產(chǎn)量的微生物菌株，還可以人 工制造高產(chǎn)量的菌株，原核生物細(xì)胞和真核細(xì)胞都 可以作為生物工廠來生產(chǎn)胰島素、干擾素、生長激 素、病毒抗原等大量外源蛋白； DNA重組技術(shù)還可 以簡化許多有用化合物和大分子的生產(chǎn)過程。 Watson and Crick 1962年諾貝爾醫(yī)學(xué)獎(jiǎng) DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn) DNA重組技術(shù) 1973年，美國加利福尼亞大學(xué)舊金山分校的 Herber Boyer教授和斯坦福大學(xué)的 Stanley Cohen教授共同完成了一項(xiàng)著名的實(shí)驗(yàn) DNA重組實(shí)驗(yàn)，這是人類歷史上第一次有目的的基因重組的嘗試，并獲得成功。 （ 3）生產(chǎn)過程簡單，上游主要是培養(yǎng)大量的微生物、對 材料進(jìn)行加工即進(jìn)行發(fā)酵和轉(zhuǎn)化，通過誘變選育良 種，下游主要對產(chǎn)品進(jìn)行純化。多種抗生素的大量生產(chǎn)就是這種方法的成功例證。 ①在發(fā)酵過程的監(jiān)測； ②生物反應(yīng)體系的檢測技術(shù)和； ③有效地大量培養(yǎng)微生物的技術(shù)及； ④相關(guān)儀器。也使生物技術(shù) 從單純的食品、飼料制備擴(kuò)展到抗生素產(chǎn)品，該產(chǎn)業(yè)至今長盛不衰。 （ 2）步驟 第一步： 上游處理過程 粗材料進(jìn)行加工過程， 作為微生物的營養(yǎng)和能量來源； 第二步： 發(fā)酵和轉(zhuǎn)化 發(fā)酵指的是目的微生物的 大量生長。產(chǎn)品如乳酸、酒精、面包酵母、檸檬酸和蛋白酶 等 微生物的初級代謝產(chǎn)物 。 按照它的發(fā)展歷程，大致可以分為三個(gè)階段： 傳統(tǒng)生物技術(shù) 近代生物技術(shù) 現(xiàn)代生物技術(shù) （一）傳統(tǒng)生物技術(shù)和近代生物技術(shù)的發(fā)展 實(shí)際上生物技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用可以追溯到 l000多年以前，而人類有意識地利用酵母進(jìn)行大規(guī)模發(fā)酵生產(chǎn)是在 19世紀(jì)。 （ 3）應(yīng)用工程學(xué)原理 : 經(jīng)人類思維 , 設(shè)計(jì)方 案、定向修 飾、加工制作過程、經(jīng)過體 外環(huán)節(jié)。 國際上沿用 1982年的概念 生物技術(shù)是指 應(yīng)用生物科學(xué)及工程學(xué)原理，依靠生物體系作反應(yīng)器，將物料進(jìn)行加工改造，獲得人類所需產(chǎn)品的技術(shù)。 重點(diǎn)掌握 生物技術(shù)的概念、內(nèi)容 生物技術(shù)的特點(diǎn)和重要性 學(xué)習(xí)生物技術(shù)的意義在于創(chuàng)新 結(jié)合專業(yè)選擇自己所需的生物技術(shù) 第一節(jié) 生物技術(shù)的概念和內(nèi)容 一、生物技術(shù)的定義及內(nèi)涵 生物技術(shù) (Biotechnology, BT), 亦稱為生物工程（ bioengineering), 現(xiàn)統(tǒng)一稱 : 生物技術(shù)。 人類對自然界的要求 認(rèn)識 — 利用 — 再造 — 改造 — 創(chuàng)造 隨著反向生物學(xué)的問世 , 在 20世紀(jì)八十年代誕生了生物技術(shù)（ Biotechnology）這門新學(xué)科。第一章復(fù)習(xí)題 “生物技術(shù)”一詞是由誰提出來的，其最初的含義是什 么？國際上沿用 1982年的概念是什么？ ( 9） 現(xiàn)代生物技術(shù)的概念是什么？ （ 8） 傳統(tǒng)的生物技術(shù)的重要步驟有哪些？ （ 15） 人類社會發(fā)展的三次技術(shù)革命分別是什么？ （ 2） 生物技術(shù)的特點(diǎn)是什么？ （ 37） 生物技術(shù)包括哪些種類的工程？ （ 42） 中國生物技術(shù)發(fā)展存在的問題是什么？ （ 104） 第一章 現(xiàn)代生物技術(shù)革命 醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)發(fā)展到現(xiàn)代醫(yī)學(xué)分子遺傳學(xué)與先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展密切相關(guān) , 特別兩項(xiàng)生物技術(shù) : 細(xì)胞融合技術(shù) 和 DNA重組技術(shù)所起的作用十分重要。 分子生物學(xué)、分子遺傳學(xué)： 20世紀(jì)生物學(xué)的主流 以核酸和蛋白質(zhì)為中心的生物大分子是生命現(xiàn)象的共同物質(zhì)基礎(chǔ)，細(xì)胞和有機(jī)體所有生命活動都是以這些生物大分子及其復(fù)合物的結(jié)構(gòu)、運(yùn)動和相互作用來實(shí)現(xiàn)的。 生物技術(shù)的重要性 有助于解決全球的重大難題：資源（能源）、人口、糧食、生態(tài)環(huán)境、健康與疾病和戰(zhàn)爭與災(zāi)害；促進(jìn)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)改造和新產(chǎn)業(yè)的形成，對人類社會生活產(chǎn)生深遠(yuǎn)的革命性影響； 生物技術(shù)這一新生事物正迅速走向老百性日常生活各個(gè)方面 , 將對人類的發(fā)展做出貢獻(xiàn)。當(dāng)時(shí)，他提出的生物技術(shù)這一名詞的涵義是： “ 用甜菜作為飼料進(jìn)行大規(guī)模養(yǎng)豬，即利用 生物 將原材料 轉(zhuǎn)變?yōu)?產(chǎn)品 ”。 （ 2）生物體系多個(gè)不同水平研究 : 從大分子 (DNA、 RNA、蛋白質(zhì)、酶 )、亞細(xì)胞、細(xì) 胞、組織、器 官到整個(gè)機(jī)體。 生物技術(shù)的主要內(nèi)容包括五個(gè)方面或領(lǐng)域 （ 1）細(xì)胞工程 （ 2）基因工程 （ 3）酶工程 （ 4）發(fā)酵工程 （ 5）蛋白質(zhì)工程 根據(jù)研究對象不同，生物技術(shù)又可分為： （ 1）植物生物技術(shù) （ 2）動物生物技術(shù) （ 3）微生物生物技術(shù) 二、 生物技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展 生物技術(shù)的發(fā)展分為兩個(gè)階段：生物技術(shù)是既古老又現(xiàn)代的應(yīng)用技術(shù)。 傳統(tǒng)生物技術(shù) 階段 在 20世紀(jì) 30年代之前時(shí)期，主要是通過 微生物的初級發(fā)酵來生產(chǎn)食品 ，是以發(fā)酵產(chǎn)品為主干的工業(yè)微生物技術(shù)體系。 第三步：下游處理過程。 近代生物技術(shù)階段 1928年 ， Flemming爵士發(fā)現(xiàn)了青霉素 ，從此生物技術(shù)產(chǎn)品中增加了一大類新的產(chǎn)品即 抗生素 。 從 20世紀(jì) 60— 70年代起，生物技術(shù)的研究主要集中在上游處理過程、生物反應(yīng)器的設(shè)計(jì)和下游的純化過程方面，這些研究使得下面四個(gè)方面都有了很大的發(fā)展。 因此，人們一般都通過化學(xué)突變、化學(xué)誘變或者紫外線照射來產(chǎn)生突變體，從而改良菌種，提高產(chǎn)量；傳統(tǒng)的誘導(dǎo)突變和選擇的方法在生物技術(shù)生產(chǎn)中獲得了較大的成功。 （ 2）沒有改變微生物的遺傳物質(zhì)，也沒有出現(xiàn) 新的微生 物遺傳性狀 。而源于近代生物技術(shù)的細(xì)胞工程，在現(xiàn)代生物技術(shù)階段有了突破性發(fā)展。 特別是 DNA重組技術(shù)可以 改變生物的遺傳性狀 , 使分離高產(chǎn)量的工程菌變的 容易 , 簡化了生產(chǎn)過程； 擴(kuò)大了反應(yīng)器范圍，從發(fā)酵罐發(fā)展到細(xì)胞、植物 及動 物個(gè)體天然生物反應(yīng)器。被激活的 B細(xì)胞分裂增殖形成效應(yīng) B細(xì)胞（漿細(xì)胞）和記憶 B細(xì)胞，大量的漿細(xì)胞克隆合成和分泌大量的抗體分子分布到血液、體液中。 一般抗原決定簇是由 6－ 12氨基酸或碳水基團(tuán)組成，它可以是由連續(xù)序列（蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)）組成或由不連續(xù)的蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)組成 。 基因工程與人類生活及經(jīng)濟(jì)發(fā)展關(guān)系密切 是 20世紀(jì)末和 21世紀(jì)初發(fā)展最為迅速的高新技術(shù)之一 , 使發(fā)酵、食品、輕工等傳統(tǒng)工業(yè)發(fā)生了深刻的革命，為解決人類的人口膨脹、食物短缺、能量匱乏、疾病防治和環(huán)境污染等問題帶來了新的希望；將對人類生活和健康、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會進(jìn)步產(chǎn)生巨大的影響。 高綜合 ： 跨學(xué)科專業(yè) , 位多學(xué)科發(fā)展的交叉點(diǎn)上，涉及 的行業(yè)多、范圍廣。 高效益 ： 應(yīng)用性強(qiáng) , 有目的產(chǎn)品 , 最易商業(yè)化。 低污染 ： 生物技術(shù)以生物資源為對象 , 生物資源具有再 生性 , 是再生資源。 四、生物技術(shù)與諸學(xué)科關(guān)系 五、生物技術(shù)的內(nèi)容 （ 1）醫(yī)學(xué)生物技術(shù) （ 2）藥學(xué)生物技術(shù) （ 3）動物生物技術(shù) （ 4）農(nóng)業(yè)生物技術(shù) （ 5）海洋生物技術(shù) （ 6）微生物生物技術(shù) 注 : 上述十項(xiàng)工程是國家科委規(guī)定統(tǒng)計(jì)的上報(bào)內(nèi)容， 注意下述三個(gè)概念 : ? 上游工程： 是生物技術(shù)的實(shí)驗(yàn)室研究階段，應(yīng)用基 礎(chǔ)研究，產(chǎn)生新產(chǎn)品的源泉。對象包括 :細(xì)胞、亞細(xì)胞、染色體、核酸分子、基因等 , 包括大部分上游工程。 文