現(xiàn)代生物技術(shù)

1、細(xì)胞是生命的細(xì)胞是生命的 基本單位基本單位遺傳密碼蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄線性多肽鏈（無功能活性）翻譯以核酸和蛋白質(zhì)為中心的生物大分子是生命現(xiàn)象以核酸和蛋白質(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。相互作用來實(shí)現(xiàn)的。 人類對自然界的要求人類對自然界的要求 認(rèn)識認(rèn)識利用利用再造再造改改造造 創(chuàng)造創(chuàng)造 隨著反向生物學(xué)的問世隨著反向生物學(xué)的問世, , 在在2020世紀(jì)八世紀(jì)八十年代誕生了生物技術(shù)十年代誕生了生物技術(shù)(Biotech

2、nology)(Biotechnology)這門新學(xué)科。這門新學(xué)科。 生物技術(shù)學(xué)科的地位生物技術(shù)學(xué)科的地位v 世界新技術(shù)革命的主角之一世界新技術(shù)革命的主角之一, , 生物技術(shù)生物技術(shù)與新材料與新材料, , 信息技術(shù)信息技術(shù)( (包括微電子、計(jì)算機(jī)包括微電子、計(jì)算機(jī)) )一起已成為新產(chǎn)業(yè)革命三大支柱之一；一起已成為新產(chǎn)業(yè)革命三大支柱之一；v 陽光技術(shù)，朝陽產(chǎn)業(yè)，黃金工程，陽光技術(shù)，朝陽產(chǎn)業(yè)，黃金工程，倍倍受世界各國重視受世界各國重視。v 2121世紀(jì)是生物生命世紀(jì)，生物技術(shù)將成為世紀(jì)是生物生命世紀(jì)，生物技術(shù)將成為2121世紀(jì)高技術(shù)革命的核心內(nèi)容。世紀(jì)高技術(shù)革命的核心內(nèi)容。生物技術(shù)的重要性生物技術(shù)

3、的重要性v 有助于解決全球的重大難題：資源（能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、健康與疾病源）、人口、糧食、生態(tài)環(huán)境、健康與疾病和戰(zhàn)爭與災(zāi)害；和戰(zhàn)爭與災(zāi)害；v 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，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；對人類社會生活產(chǎn)生深遠(yuǎn)的革命性影響；v 生物技術(shù)這一新生事物正迅速走向老百性生物技術(shù)這一新生事物正迅速走向老百性日常生活各個方面日常生活各個方面, , 將對人類的發(fā)展做出貢將對人類的發(fā)展做出貢獻(xiàn)。獻(xiàn)。1.1.定義定義: :生物工程是指應(yīng)用生物科學(xué)及工程學(xué)生物工程是指應(yīng)用生物科學(xué)及工程學(xué)原理，依靠生物

4、體系作反應(yīng)器，將物原理，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)品料進(jìn)行加工改造，獲得人類所需產(chǎn)品的技術(shù)。的技術(shù)。 現(xiàn)代生物技術(shù)定義現(xiàn)代生物技術(shù)定義： 以現(xiàn)代生命科學(xué)為基礎(chǔ)以現(xiàn)代生命科學(xué)為基礎(chǔ), , 把把生物生物體系與體系與工程學(xué)工程學(xué)技術(shù)有機(jī)結(jié)合在一起技術(shù)有機(jī)結(jié)合在一起， 按照預(yù)先的按照預(yù)先的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)，定向定向地在不同水平地在不同水平上上改造改造生物遺傳性狀或加工生物原料生物遺傳性狀或加工生物原料, , 產(chǎn)產(chǎn)生對人類有用的生對人類有用的新產(chǎn)品新產(chǎn)品( (或達(dá)到某種目的或達(dá)到某種目的) )之綜合性科學(xué)技術(shù)。之綜合性科學(xué)技術(shù)。2.2.要點(diǎn)要點(diǎn): : 對象對象 是具遺傳特性有生命物

5、質(zhì)是具遺傳特性有生命物質(zhì): :包括病包括病毒、細(xì)菌、植物、動物、直到人類。毒、細(xì)菌、植物、動物、直到人類。 生物體系多個生物體系多個不同水平不同水平研究研究: : 從大分子從大分子(DNA(DNA、RNARNA、蛋白質(zhì)、酶、蛋白質(zhì)、酶) )、亞細(xì)胞、細(xì)、亞細(xì)胞、細(xì)胞、組織、器官到整個機(jī)體。胞、組織、器官到整個機(jī)體。 應(yīng)用工程學(xué)原理應(yīng)用工程學(xué)原理: : 經(jīng)人類思維經(jīng)人類思維, , 設(shè)計(jì)方設(shè)計(jì)方案、定向修飾、加工制作過程、經(jīng)過體案、定向修飾、加工制作過程、經(jīng)過體外環(huán)節(jié)。外環(huán)節(jié)。 有有目的產(chǎn)品目的產(chǎn)品: : 目的產(chǎn)品有三新特目的產(chǎn)品有三新特征征: : 新遺傳功能、新遺傳性狀、新新遺傳功能、新遺傳性狀

6、、新物種。要有合乎人類所需的工業(yè)、物種。要有合乎人類所需的工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療和食品產(chǎn)品。農(nóng)業(yè)、醫(yī)療和食品產(chǎn)品。 高新技術(shù)高新技術(shù)起重要作用。起重要作用。二二. . 生物技術(shù)的特點(diǎn)生物技術(shù)的特點(diǎn) ( (八高一低八高一低) )v高水平高水平：即學(xué)科具有先進(jìn)性，是知識、技術(shù)密集即學(xué)科具有先進(jìn)性，是知識、技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)型產(chǎn)業(yè), , 處分子水平、新技術(shù)前沿。處分子水平、新技術(shù)前沿。v高綜合高綜合：跨學(xué)科專業(yè)跨學(xué)科專業(yè), , 位多學(xué)科發(fā)展的交叉點(diǎn)上，位多學(xué)科發(fā)展的交叉點(diǎn)上，涉及的行業(yè)多、范圍廣。涉及的行業(yè)多、范圍廣。v高投入高投入, , 與其他技術(shù)比較與其他技術(shù)比較, , 在資金、人員、設(shè)備、在資金、人員、

7、設(shè)備、試劑及研發(fā)上投資大。試劑及研發(fā)上投資大。v高競爭高競爭，各國、各行業(yè)、個單位之間，在技術(shù)、各國、各行業(yè)、個單位之間，在技術(shù)、時效性、知識及人才上競爭激烈。時效性、知識及人才上競爭激烈。v 高風(fēng)險(xiǎn)高風(fēng)險(xiǎn)，上述原因造成一定風(fēng)險(xiǎn)，加上上述原因造成一定風(fēng)險(xiǎn)，加上技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)帶來高風(fēng)險(xiǎn)。技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)帶來高風(fēng)險(xiǎn)。v 高效益高效益, , 應(yīng)用性強(qiáng)應(yīng)用性強(qiáng), , 有目的產(chǎn)品有目的產(chǎn)品, , 最易最易商業(yè)化。商業(yè)化。 從事生物技術(shù)猶如種樹將獲得豐碩果實(shí)從事生物技術(shù)猶如種樹將獲得豐碩果實(shí), , 如干擾素的投入雖然高達(dá)數(shù)百萬美元如干擾素的投入雖然高達(dá)數(shù)百萬美元, ,但產(chǎn)但產(chǎn)值數(shù)年達(dá)值數(shù)年達(dá)3030億美元億美元, ,

8、用于治病將產(chǎn)生巨大經(jīng)用于治病將產(chǎn)生巨大經(jīng)濟(jì)和社會效益。生物技術(shù)在解決人類面臨眾濟(jì)和社會效益。生物技術(shù)在解決人類面臨眾多難題上是沒有任何產(chǎn)業(yè)可比的。多難題上是沒有任何產(chǎn)業(yè)可比的。v高智力：高智力： 具有創(chuàng)新性和突破性具有創(chuàng)新性和突破性, , 可按人類需要定向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、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。計(jì)劃、設(shè)計(jì)、工藝和產(chǎn)品上都要與眾不同。 從認(rèn)識、利用、再造階段上升到改造和創(chuàng)從認(rèn)識、利用、再造階段上升到改造和創(chuàng)造階段造階段。v高控性：高控性：采用工程學(xué)手段，易自動化、程控采用工程學(xué)手段，易自動化、程控化及連續(xù)化

9、生產(chǎn)?；斑B續(xù)化生產(chǎn)。v低污染：低污染：生物技術(shù)以生物資源為對象生物技術(shù)以生物資源為對象, , 生物生物資源具有再生性資源具有再生性, , 是再生資源。具有不受限是再生資源。具有不受限制、污染小、周期短的優(yōu)點(diǎn)。制、污染小、周期短的優(yōu)點(diǎn)。 三三. . 生物工程與生物工程與 諸學(xué)科關(guān)系諸學(xué)科關(guān)系 四、生物工程的內(nèi)容四、生物工程的內(nèi)容 生物工程的上中下游生物工程的上中下游v上游工程：上游工程：實(shí)驗(yàn)室研究和開發(fā)階段，包括基實(shí)驗(yàn)室研究和開發(fā)階段，包括基因、細(xì)胞、干細(xì)因、細(xì)胞、干細(xì)胞胞、轉(zhuǎn)基因生物、組織工程、轉(zhuǎn)基因生物、組織工程等獲得優(yōu)良菌株、細(xì)胞系或固定化的菌體等。等獲得優(yōu)良菌株、細(xì)胞系或固定化的菌體等

10、。v中游工程：中游工程：中游加工以中游加工以生物反應(yīng)器生物反應(yīng)器為中心，為中心，優(yōu)化和放大生產(chǎn)工藝。優(yōu)化和放大生產(chǎn)工藝。v下游工程：下游工程：從反應(yīng)液中提取目的產(chǎn)物從反應(yīng)液中提取目的產(chǎn)物 加工精加工精制成合格產(chǎn)品。制成合格產(chǎn)品。生物技術(shù)涉及的具體技術(shù)包括生物技術(shù)涉及的具體技術(shù)包括: :l DNA DNA 重組技術(shù)重組技術(shù), , 細(xì)胞培養(yǎng)及融合技術(shù)細(xì)胞培養(yǎng)及融合技術(shù), , 抗體制備技術(shù)抗體制備技術(shù), ,l 干細(xì)胞培養(yǎng)及定向分化干細(xì)胞培養(yǎng)及定向分化, , 顯微注射技術(shù)顯微注射技術(shù), , 動物飼養(yǎng)技術(shù)動物飼養(yǎng)技術(shù), ,l 轉(zhuǎn)基因技術(shù)轉(zhuǎn)基因技術(shù), , 胚胎克隆胚胎克隆, , 細(xì)胞及酶的固定化技術(shù)細(xì)胞及

11、酶的固定化技術(shù), , 發(fā)酵技術(shù)發(fā)酵技術(shù), ,l 生物反應(yīng)器生物反應(yīng)器, , 蛋白質(zhì)分離純化蛋白質(zhì)分離純化, , 生物大分子生物大分子 合成及純化合成及純化, ,( (一一) ) 基因工程基因工程 (Gene engineering)1. 1. 對象對象: : 在核酸分子在核酸分子 (DNA(DNA或或RNA) RNA) 或基因上操作?；蚧蛏喜僮鳌?. 2. 定義定義: : 在體外對在體外對DNADNA進(jìn)行切割、拼接進(jìn)行切割、拼接, , 使遺傳使遺傳物質(zhì)重新組合物質(zhì)重新組合, , 經(jīng)載體轉(zhuǎn)移到細(xì)胞中擴(kuò)增經(jīng)載體轉(zhuǎn)移到細(xì)胞中擴(kuò)增表達(dá)表達(dá), , 獲得人類所需產(chǎn)品獲得人類所需產(chǎn)品, , 或組建新生物或

12、組建新生物類型的技術(shù)。類型的技術(shù)。 文獻(xiàn)上常見到文獻(xiàn)上常見到DNADNA重組、分子克隆、基因重組、分子克隆、基因克隆、克隆、 遺傳工程等名詞與基因工程混用遺傳工程等名詞與基因工程混用, , 事實(shí)上主要內(nèi)容相似事實(shí)上主要內(nèi)容相似, , 不同之處在于所突出不同之處在于所突出的內(nèi)容有異。的內(nèi)容有異。 供 體 細(xì) 胞目 的 基 因載 體重 組 D N A 分 子轉(zhuǎn) 化 細(xì) 胞受 體 細(xì) 胞多 肽 藥 物疫 苗 、 抗 體基 因 治 療基 因 診 斷 轉(zhuǎn) 基 因 動 物( 畜 牧 業(yè) 、 漁 業(yè) 生 物 反 應(yīng) 器 )轉(zhuǎn) 基 因 植 物( 農(nóng) 業(yè) 、 林 業(yè) 生 物 反 應(yīng) 器 )冶 金 、 環(huán) 保輕

13、工 、 食 品供 體 細(xì) 胞目 的 基 因載 體重 組 D N A 分 子轉(zhuǎn) 化 細(xì) 胞受 體 細(xì) 胞多 肽 藥 物疫 苗 、 抗 體基 因 治 療基 因 診 斷 轉(zhuǎn) 基 因 動 物(畜 牧 業(yè) 、 漁 業(yè) 生 物 反 應(yīng) 器 )轉(zhuǎn) 基 因 植 物(農(nóng) 業(yè) 、 林 業(yè) 生 物 反 應(yīng) 器 )冶 金 、 環(huán) 保輕 工 、 食 品( (二二) )細(xì)胞工程細(xì)胞工程 (cell engineering) 1.1.對象對象: : 細(xì)胞細(xì)胞, , 在細(xì)胞水平上實(shí)現(xiàn)基因轉(zhuǎn)移或改在細(xì)胞水平上實(shí)現(xiàn)基因轉(zhuǎn)移或改變生物學(xué)性狀。變生物學(xué)性狀。2. 2. 定義定義: : (1)(1)廣義廣義 細(xì)胞融合技術(shù)細(xì)胞融合技術(shù):

14、 : 在特定的條在特定的條 件下件下 ( (環(huán)環(huán)境、融合技術(shù)境、融合技術(shù)), ), 使不同的細(xì)胞融合使不同的細(xì)胞融合, , 獲獲得具有來自雙親代基因的雜交細(xì)胞得具有來自雙親代基因的雜交細(xì)胞, , 雜交雜交細(xì)胞的遣傳物質(zhì)發(fā)生改變細(xì)胞的遣傳物質(zhì)發(fā)生改變, , 達(dá)到改造物種，達(dá)到改造物種，創(chuàng)建新種之目的。創(chuàng)建新種之目的。(2) (2) 狹義狹義: : 淋巴細(xì)胞雜交瘤技術(shù)淋巴細(xì)胞雜交瘤技術(shù): : 骨髓瘤細(xì)胞淋巴細(xì)胞融合骨髓瘤細(xì)胞淋巴細(xì)胞融合( (制備制備 McAb)McAb)。 (3) (3) 現(xiàn)代概念現(xiàn)代概念: : 把廣義的概念擴(kuò)展把廣義的概念擴(kuò)展, , 指在體外條件對細(xì)指在體外條件對細(xì)胞進(jìn)行培養(yǎng)、

15、繁殖，按人們的意愿改變細(xì)胞胞進(jìn)行培養(yǎng)、繁殖，按人們的意愿改變細(xì)胞某些生物學(xué)特性，獲得有用的產(chǎn)品或達(dá)到改某些生物學(xué)特性，獲得有用的產(chǎn)品或達(dá)到改良生物品種的技術(shù)。良生物品種的技術(shù)。 細(xì)胞工程包括：細(xì)胞工程包括： 細(xì)胞融合技術(shù)細(xì)胞融合技術(shù) 工程細(xì)胞移植工程細(xì)胞移植, , 即有目的地改造細(xì)胞即有目的地改造細(xì)胞 遺傳特性后遺傳特性后, , 植入機(jī)體。植入機(jī)體。 細(xì)胞折合細(xì)胞折合, , 染色體導(dǎo)入及細(xì)胞器導(dǎo)入技術(shù)染色體導(dǎo)入及細(xì)胞器導(dǎo)入技術(shù), , 胚胎細(xì)胞植入。胚胎細(xì)胞植入。 3. 3. 分類分類: : 微生物細(xì)胞工程微生物細(xì)胞工程, , 如原生質(zhì)如原生質(zhì) 體融體融 合合, , 試管菌。試管菌。 植物細(xì)胞工

16、程，植物細(xì)胞工程，19781978年培育年培育 出土豆西紅柿新物種。出土豆西紅柿新物種。 動物細(xì)胞工程動物細(xì)胞工程, McAb, McAb。 4. 4. 應(yīng)用應(yīng)用: : 以以McAbMcAb制備成績突出制備成績突出, , 診斷、治療。診斷、治療。細(xì)胞工程細(xì)胞工程授體基因授體基因(大腸桿菌大腸桿菌)(干擾素基因干擾素基因)受體基因受體基因重組基因重組基因植入受體細(xì)胞核植入受體細(xì)胞核(大腸桿菌，酵母菌大腸桿菌，酵母菌)發(fā)酵發(fā)酵分離分離 生物藥劑生物藥劑（干擾素、胰島素等）（干擾素、胰島素等）廢液廢液 ( (三三) ) 蛋白質(zhì)工程蛋白質(zhì)工程 (Protein engineering)v對象對象: :

17、 v 基因序列基因序列DNADNA分子中改造分子中改造, , 最最終導(dǎo)致蛋白分子氨基酸序列改變。終導(dǎo)致蛋白分子氨基酸序列改變。 2. 2. 定義定義: : 在在X X衍射和晶體分析術(shù)了解蛋白質(zhì)三維空衍射和晶體分析術(shù)了解蛋白質(zhì)三維空間結(jié)構(gòu)和功能關(guān)系基礎(chǔ)上間結(jié)構(gòu)和功能關(guān)系基礎(chǔ)上, , 借用計(jì)算機(jī)和分子設(shè)計(jì)輔助技術(shù)借用計(jì)算機(jī)和分子設(shè)計(jì)輔助技術(shù), , 在在DNADNA分子水平上操作更換或改變其序列分子水平上操作更換或改變其序列, , 達(dá)到改變蛋白質(zhì)分子氨基酸序列達(dá)到改變蛋白質(zhì)分子氨基酸序列, , 實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)人為改變蛋白質(zhì)分子形狀及功能人為改變蛋白質(zhì)分子形狀及功能, , 使之具有使之具有新遺傳學(xué)特性。新遺

18、傳學(xué)特性。 3. 3. 核心核心: : 蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu), DNA, DNA重組重組, , 人工定向改人工定向改造蛋白質(zhì)功能域構(gòu)象造蛋白質(zhì)功能域構(gòu)象, , 使得功能改變。使得功能改變。 這被稱為是生物技術(shù)發(fā)展的第二浪這被稱為是生物技術(shù)發(fā)展的第二浪, , 如通如通過增加或減少人工二硫鍵、置換氨基酸等修過增加或減少人工二硫鍵、置換氨基酸等修飾技術(shù)飾技術(shù), , 提高或改變活性多肽提高或改變活性多肽 ( (激素、酶、激素、酶、細(xì)胞因子細(xì)胞因子) ) 的穩(wěn)定性。的穩(wěn)定性。 ( (四四) ) 組織工程組織工程 (Tissue engineering)(Tissue engineering)1

19、1、對象、對象：干細(xì)胞、組織和器官。：干細(xì)胞、組織和器官。 2 2、定義：、定義： 運(yùn)用工程學(xué)和生命科學(xué)原理和方法，運(yùn)用工程學(xué)和生命科學(xué)原理和方法， 在了解正常和病理學(xué)組織結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系在了解正常和病理學(xué)組織結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系和生長機(jī)理的基礎(chǔ)上，和生長機(jī)理的基礎(chǔ)上， 研制生物學(xué)組織器官研制生物學(xué)組織器官替代品替代品，通過通過移植移植， 達(dá)到達(dá)到重建、恢復(fù)、維持和改進(jìn)組織功能重建、恢復(fù)、維持和改進(jìn)組織功能學(xué)學(xué)科?？?。3 3、要點(diǎn)、要點(diǎn)： 依據(jù)正常組織結(jié)構(gòu)、功能設(shè)計(jì)方案；依據(jù)正常組織結(jié)構(gòu)、功能設(shè)計(jì)方案； 選擇種子細(xì)胞培養(yǎng)；選擇種子細(xì)胞培養(yǎng)； 選擇細(xì)胞外基質(zhì)、生物支架材料；選擇細(xì)胞外基質(zhì)、生物支架材料；

20、 體外構(gòu)建三維結(jié)構(gòu)替代品；體外構(gòu)建三維結(jié)構(gòu)替代品； 植入機(jī)體，替代病理組織。植入機(jī)體，替代病理組織。4 4、應(yīng)用：、應(yīng)用： 組織器官移植。組織器官移植。( (五五) )干細(xì)胞工程干細(xì)胞工程 (stem cell engineering)v干細(xì)胞干細(xì)胞 干細(xì)胞是具有無限期產(chǎn)生各種分化細(xì)胞能力干細(xì)胞是具有無限期產(chǎn)生各種分化細(xì)胞能力的細(xì)胞。它是各種干細(xì)胞的統(tǒng)稱。通常認(rèn)為的細(xì)胞。它是各種干細(xì)胞的統(tǒng)稱。通常認(rèn)為干細(xì)胞有幾個主要特征：干細(xì)胞有幾個主要特征：v 未分化的早期細(xì)胞；未分化的早期細(xì)胞；v 具有分化成各種特定細(xì)胞的能力；具有分化成各種特定細(xì)胞的能力；v 可無限地分裂增值，產(chǎn)生大量后裔可無限地分裂增

21、值，產(chǎn)生大量后裔; ;v 其子細(xì)胞有兩種命運(yùn)，保持為干細(xì)胞或分化其子細(xì)胞有兩種命運(yùn)，保持為干細(xì)胞或分化 為特定細(xì)胞。為特定細(xì)胞?？寺⊙蚨嗬蚩寺⊙蚨嗬蚬┞涯秆蚬┞涯秆蚬w細(xì)胞羊供體細(xì)胞羊卵子卵子體細(xì)胞體細(xì)胞體細(xì)胞核體細(xì)胞核去核卵子去核卵子植入受體去核卵中植入受體去核卵中克隆羊多莉克隆羊多莉 外源核卵子外源核卵子植入代育母羊子宮植入代育母羊子宮發(fā)育、成長、降生發(fā)育、成長、降生克克隆隆技技術(shù)術(shù) ( (六六) ) 轉(zhuǎn)基因動物轉(zhuǎn)基因動物( (亦稱亦稱: : 胚胎工程胚胎工程Transgenetic animal）1.1.對象對象: : 胚胎早期細(xì)胞上胚胎早期細(xì)胞上實(shí)現(xiàn)基因轉(zhuǎn)移。實(shí)現(xiàn)基因轉(zhuǎn)移。轉(zhuǎn)基因動物轉(zhuǎn)

22、基因動物受體基因受體基因（乳腺基因）（乳腺基因）授體基因授體基因(干擾素基因干擾素基因)植入受體受精卵核植入受體受精卵核轉(zhuǎn)基因受精卵植轉(zhuǎn)基因受精卵植入受體動物子宮入受體動物子宮 發(fā)育，降生發(fā)育，降生擁有外源基因的擁有外源基因的 轉(zhuǎn)基因動物轉(zhuǎn)基因動物(分泌乳汁含有干擾素分泌乳汁含有干擾素)重組基因重組基因 2. 2. 定義定義: : 把新的遺傳信息把新的遺傳信息 (DNA(DNA序列序列) ) 用特定技術(shù)用特定技術(shù)導(dǎo)入導(dǎo)入胚胎早期受精卵胚胎早期受精卵, , 經(jīng)經(jīng)發(fā)育發(fā)育后后, , 外源遺傳外源遺傳信息分布到所有體細(xì)胞信息分布到所有體細(xì)胞生殖細(xì)胞中去生殖細(xì)胞中去, , 這種這種使動物帶有使動物帶有

23、新遺傳信息新遺傳信息的基因轉(zhuǎn)移技術(shù)稱胚的基因轉(zhuǎn)移技術(shù)稱胚胎工程。胎工程。 所得動物稱所得動物稱轉(zhuǎn)基因動物轉(zhuǎn)基因動物 (Transgenetic (Transgenetic animals)animals)， 或或基因工程動物基因工程動物。3. 3. 過程過程: : 提取人所需要蛋白質(zhì)基因、提取人所需要蛋白質(zhì)基因、cDNAcDNA； 基因重組基因重組 (cDNA(cDNA控制基因載控制基因載 體體) )； 分離、培養(yǎng)人工受精的卵細(xì)胞分離、培養(yǎng)人工受精的卵細(xì)胞( (如牛如牛) )； 把重組體轉(zhuǎn)入到受精的卵細(xì)胞；把重組體轉(zhuǎn)入到受精的卵細(xì)胞； 植入子宮植入子宮 , ,使之發(fā)育為個體使之發(fā)育為個體 (

24、(每一個體細(xì)胞均含有新的基因每一個體細(xì)胞均含有新的基因) )； 活化植入新基因活化植入新基因, ,使之表達(dá)使之表達(dá) ( (如在乳腺中如在乳腺中 表達(dá)表達(dá)) )； 提取目的基因表達(dá)產(chǎn)物提取目的基因表達(dá)產(chǎn)物, ,進(jìn)行驗(yàn)證進(jìn)行驗(yàn)證( (定性、定性、 定量定量) )； 進(jìn)行安全性及臨床試驗(yàn)。進(jìn)行安全性及臨床試驗(yàn)。4. 4. 要點(diǎn)要點(diǎn): : 必須有外源新基因轉(zhuǎn)移必須有外源新基因轉(zhuǎn)移, , 在早期生殖細(xì)胞整合在早期生殖細(xì)胞整合, , 發(fā)育成新個體中有外源基因正常表達(dá)發(fā)育成新個體中有外源基因正常表達(dá), , 可遺傳后代?？蛇z傳后代。5. 5. 應(yīng)用應(yīng)用: : 腫瘤發(fā)生、傳染病的動物模型腫瘤發(fā)生、傳染病的動物模

25、型, , 新品種新品種: :新物種研究新物種研究, , 藥物生產(chǎn)、動物乳汁中分泌有藥物生產(chǎn)、動物乳汁中分泌有 tPA, IXtPA, IX因子因子, , 免疫機(jī)制研究。免疫機(jī)制研究。圖七、胚植入輸卵管。圖為小鼠實(shí)驗(yàn)。 ( (七七) ) 酶工程酶工程 (Enzyme engineering)1.1.對象對象: : 酶分子修飾、生產(chǎn)應(yīng)用和酶的固定化酶分子修飾、生產(chǎn)應(yīng)用和酶的固定化 2. 2. 定義定義: : 在給定的生產(chǎn)工藝和生物反應(yīng)器中在給定的生產(chǎn)工藝和生物反應(yīng)器中, , 利用利用酶、細(xì)胞器或細(xì)胞所具有的特異催化功能，酶、細(xì)胞器或細(xì)胞所具有的特異催化功能，或?qū)γ高M(jìn)行修飾改造提高酶的轉(zhuǎn)化率或?qū)γ高M(jìn)

26、行修飾改造提高酶的轉(zhuǎn)化率, , 把對把對應(yīng)的原料高效地轉(zhuǎn)化成所需有用的物質(zhì)之技應(yīng)的原料高效地轉(zhuǎn)化成所需有用的物質(zhì)之技術(shù)。術(shù)。 3. 3. 要點(diǎn)要點(diǎn): : 固定化酶、酶分子改造技術(shù)和酶固定化酶、酶分子改造技術(shù)和酶反映器的設(shè)計(jì)是當(dāng)前酶工程的重點(diǎn)。反映器的設(shè)計(jì)是當(dāng)前酶工程的重點(diǎn)。近年把酶電極生物傳感器也歸到酶工近年把酶電極生物傳感器也歸到酶工程范圍內(nèi)。如程范圍內(nèi)。如: : 底物固定化酶底物固定化酶化學(xué)信號化學(xué)信號電信號電信號人視覺人視覺控制反應(yīng)?？刂品磻?yīng)。( (八八) ) 發(fā)酵工程發(fā)酵工程 (Fermentation engineering)(Fermentation engineering)1.1

27、.對象對象: : 微生物微生物, , 在常規(guī)發(fā)酵工藝上發(fā)展而成。有時也稱微生物在常規(guī)發(fā)酵工藝上發(fā)展而成。有時也稱微生物工程。工程。2. 2. 定義定義: : 利用微生物特定性狀（生長快、培養(yǎng)簡單和代利用微生物特定性狀（生長快、培養(yǎng)簡單和代謝過程特殊等）謝過程特殊等）, , 通過現(xiàn)代化工程技術(shù)通過現(xiàn)代化工程技術(shù), , 快速、快速、連續(xù)生產(chǎn)人類所需物質(zhì)的技術(shù)。連續(xù)生產(chǎn)人類所需物質(zhì)的技術(shù)。 3. 3. 要點(diǎn)要點(diǎn): : 核心是提高產(chǎn)率核心是提高產(chǎn)率, , 過程包括過程包括: : 菌種選育、生產(chǎn)、菌種選育、生產(chǎn)、 代謝產(chǎn)物的利用。代謝產(chǎn)物的利用。 所用技術(shù)包括大規(guī)模懸浮培養(yǎng)所用技術(shù)包括大規(guī)模懸浮培養(yǎng),

28、, 細(xì)胞固定化細(xì)胞固定化, , 產(chǎn)物分離提取。產(chǎn)物分離提取。 4 4應(yīng)用應(yīng)用: : 藥物生產(chǎn)藥物生產(chǎn)( ( 活性多肽、抗生素活性多肽、抗生素) )、單細(xì)胞蛋白生、單細(xì)胞蛋白生產(chǎn)、環(huán)境保護(hù)、微生物冶金技術(shù)。產(chǎn)、環(huán)境保護(hù)、微生物冶金技術(shù)。 注注： 1. 1.八大工程相互聯(lián)系八大工程相互聯(lián)系, , 相輔相成相輔相成。 上游中上游中, , 基因工程是基礎(chǔ)、核心基因工程是基礎(chǔ)、核心, , 通通過它才能真正按人的意向通過設(shè)計(jì)、改造、過它才能真正按人的意向通過設(shè)計(jì)、改造、生產(chǎn)特定生物工程產(chǎn)品。生產(chǎn)特定生物工程產(chǎn)品。 下游工程中關(guān)鍵是發(fā)酵工程的生產(chǎn)和下游工程中關(guān)鍵是發(fā)酵工程的生產(chǎn)和利用生化工程對產(chǎn)物進(jìn)行提純利

29、用生化工程對產(chǎn)物進(jìn)行提純, , 它們是生它們是生物技術(shù)產(chǎn)生效益的必要條件。其他工程相物技術(shù)產(chǎn)生效益的必要條件。其他工程相互配合互配合, ,共同組成生物技術(shù)體系。共同組成生物技術(shù)體系。 2. 2. 生物技術(shù)發(fā)展迅速生物技術(shù)發(fā)展迅速, , 任務(wù)內(nèi)容不斷任務(wù)內(nèi)容不斷豐富更新豐富更新, , 應(yīng)密切關(guān)注。應(yīng)密切關(guān)注。生物工程的意義及生物工程的意義及應(yīng)用應(yīng)用v 生物工程的應(yīng)用領(lǐng)域很廣，可把生物技術(shù)生物工程的應(yīng)用領(lǐng)域很廣，可把生物技術(shù)分為：分為： 醫(yī)學(xué)生物技術(shù)、植物生物技術(shù)、動物醫(yī)學(xué)生物技術(shù)、植物生物技術(shù)、動物生物技術(shù)、食品生物技術(shù)、環(huán)境生物技術(shù)和生物技術(shù)、食品生物技術(shù)、環(huán)境生物技術(shù)和軍事生物技術(shù)等。生物技

30、術(shù)應(yīng)用的意義巨大，軍事生物技術(shù)等。生物技術(shù)應(yīng)用的意義巨大，主要有以下幾個方面。主要有以下幾個方面。一一. . 戰(zhàn)略意義戰(zhàn)略意義理論上理論上: : 生命學(xué)科飛躍生命學(xué)科飛躍, , 步入按需改造和步入按需改造和創(chuàng)造新生物時代創(chuàng)造新生物時代, , 革命性變化。革命性變化。新技術(shù)革命新技術(shù)革命的重要支柱的重要支柱, , 具巨大潛在力量具巨大潛在力量, , 不亞于原子裂變和半導(dǎo)體的問世。不亞于原子裂變和半導(dǎo)體的問世。3. 3. 為解決人類面臨的重大問題提供新途為解決人類面臨的重大問題提供新途徑徑, , 帶來了希望帶來了希望 ( (國外稱之為六大危機(jī)國外稱之為六大危機(jī)):): 人口問題人口問題: : A)

31、 A) 節(jié)育節(jié)育: : 藥、疫苗藥、疫苗, , B) B)優(yōu)生優(yōu)生: : 遺傳病基因治療。遺傳病基因治療。 糧食問題糧食問題: : 綠色革命綠色革命, ,高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗病新品種高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗病新品種 , , 單細(xì)胞蛋白單細(xì)胞蛋白, , 農(nóng)藥、肥料。農(nóng)藥、肥料。 能源、資源問題能源、資源問題: : 生物電池、光合菌、乙醇生物電池、光合菌、乙醇生產(chǎn)、石油采集菌、生物冶煉。生產(chǎn)、石油采集菌、生物冶煉。 環(huán)境污染環(huán)境污染: : 石油、污水石油、污水, , 有害金屬污染有害金屬污染, , 特特嗜菌的構(gòu)建。嗜菌的構(gòu)建。 醫(yī)療保健醫(yī)療保健: : 抗衰老、防治心血管病、瘧疾、抗衰老、防治心血管病、瘧疾、傳染病

32、、遺傳病傳染病、遺傳病( (見下見下) )。 戰(zhàn)爭等災(zāi)害：生物戰(zhàn)劑、生物恐怖。戰(zhàn)爭等災(zāi)害：生物戰(zhàn)劑、生物恐怖。二、巨大經(jīng)濟(jì)效益二、巨大經(jīng)濟(jì)效益, , 明顯社會效益明顯社會效益( (幾個實(shí)例幾個實(shí)例) )1. 1. 美國生物技術(shù)產(chǎn)值達(dá)美國生物技術(shù)產(chǎn)值達(dá)500500億美元以上億美元以上, , 單是藥物達(dá)單是藥物達(dá)100100億美元。估計(jì)到億美元。估計(jì)到20082008年，年，美國生物技術(shù)產(chǎn)品銷售達(dá)美國生物技術(shù)產(chǎn)品銷售達(dá)362362億美元以億美元以上。上。2. 19802. 1980 年代起年代起, , 生物技術(shù)長盛不衰生物技術(shù)長盛不衰, , 公公司林立司林立, , 美國達(dá)美國達(dá)2 0002 000

33、多家。多家。3. 3. 各國政府投資逐年增加各國政府投資逐年增加, , 科研人員大科研人員大量投入量投入 ( (美國數(shù)十萬人美國數(shù)十萬人) )。美國生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況美國生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況0100200300400500產(chǎn)值（億美元）19801991199619972000年份 美國生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況美國生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況 美國生物制藥產(chǎn)品種類及數(shù)量美國生物制藥產(chǎn)品種類及數(shù)量（PHRAM）疾病種類疾病種類 產(chǎn)品數(shù)量產(chǎn)品數(shù)量 疾病種類疾病種類 產(chǎn)品數(shù)量產(chǎn)品數(shù)量感染性疾病感染性疾病 39 心臟病心臟病 26神經(jīng)系統(tǒng)疾病神經(jīng)系統(tǒng)疾病 28 呼吸系統(tǒng)疾病呼吸系統(tǒng)疾病 22艾滋病及相關(guān)疾病艾滋病

34、及相關(guān)疾病 19 自主免疫系統(tǒng)疾病自主免疫系統(tǒng)疾病 19皮膚病皮膚病 19 移植移植 13消化系統(tǒng)疾病消化系統(tǒng)疾病 11 遺傳疾病遺傳疾病 11血液疾病血液疾病 9 糖尿病及并發(fā)癥糖尿病及并發(fā)癥 7不育癥不育癥 5 眼病眼病 3生長發(fā)育不良癥生長發(fā)育不良癥 3 骨質(zhì)疏松骨質(zhì)疏松 2妊娠預(yù)防妊娠預(yù)防 2 腫瘤疾病腫瘤疾病 175 三、生物技術(shù)為人類三、生物技術(shù)為人類 新醫(yī)療保健開辟新紀(jì)元新醫(yī)療保健開辟新紀(jì)元是探索生命奧秘是探索生命奧秘, , 解開眾多遺傳之謎解開眾多遺傳之謎的工具。的工具。 如中心法則的補(bǔ)充與生命起源的如中心法則的補(bǔ)充與生命起源的RNARNA假假說說, , 通過產(chǎn)物表達(dá)和蛋白功能

35、分析通過產(chǎn)物表達(dá)和蛋白功能分析, , 發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)與證實(shí)疾病基因與證實(shí)疾病基因( (糖尿病的基因糖尿病的基因) )。又如對。又如對癌癥發(fā)病機(jī)理研究癌癥發(fā)病機(jī)理研究, , 除外因外除外因外, , 還有內(nèi)因，還有內(nèi)因， 癌基因癌基因, , 抗癌基因等。抗癌基因等。 2. 2. 疾病診斷疾病診斷 分子水平的診斷向更特異、敏感、分子水平的診斷向更特異、敏感、 快速、簡單、穩(wěn)定方向發(fā)展。如快速、簡單、穩(wěn)定方向發(fā)展。如: : McAb McAb運(yùn)用運(yùn)用: ELISA: ELISA、IFAIFA、ELAELA、 RIARIA、蛋白質(zhì)免疫診斷。、蛋白質(zhì)免疫診斷。 核酸水平本質(zhì)上診斷核酸水平本質(zhì)上診斷: REA:

36、REA、RFLPRFLP、 核酸雜交、核酸雜交、PCRPCR。 新儀器新儀器: : 生物傳感器、成像系統(tǒng)、生物傳感器、成像系統(tǒng)、 監(jiān)護(hù)康復(fù)系統(tǒng)等。監(jiān)護(hù)康復(fù)系統(tǒng)等。3. 3. 基因治療基因治療 從基因水平上對疾病基因進(jìn)行修復(fù)、替從基因水平上對疾病基因進(jìn)行修復(fù)、替 代。如基因工程構(gòu)建病毒載體導(dǎo)入正?；?。如基因工程構(gòu)建病毒載體導(dǎo)入正?；?因治療先天遺傳病。因治療先天遺傳病。4. 4. 疾病預(yù)防疾病預(yù)防: : 基因工程疫苗、多價(jià)疫苗基因工程疫苗、多價(jià)疫苗, , 安全、價(jià)低安全、價(jià)低 易大量制。易大量制。 抗獨(dú)特型抗體疫苗抗獨(dú)特型抗體疫苗, , 多肽疫苗多肽疫苗( (表達(dá)表達(dá)) )。 三三. . 為醫(yī)藥工業(yè)帶來革命為醫(yī)藥工業(yè)帶來革命 新藥的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)新藥的設(shè)計(jì)與生產(chǎn) 1. 1. 大量生產(chǎn)生化藥物大量生產(chǎn)生化藥物 如基因工程生產(chǎn)的生長激素釋放抑制激素如基因工程生產(chǎn)的生長激素釋放抑制激素: