第四章生物技術(shù)與生物經(jīng)濟

1、第七章 生物技術(shù)與生物經(jīng)濟u 什么是生物技術(shù)？u 生物經(jīng)濟的緣起與發(fā)展u 誰將取代信息經(jīng)濟：知識經(jīng)濟？生物經(jīng)濟？u 試論“生物經(jīng)濟”？u 中國的生命科學與生物技術(shù)？u 中國如何搶占生物技術(shù)“制高點” ？ 在人的眼中，所有的大猩猩都是一樣的；也許在大猩猩的眼中，所有的人也是一樣的。但事實上，大猩猩才是更接近事實的那一個大猩猩之間的基因差別遠遠大于人類。 我們現(xiàn)在就像一個無知的孩子走進了科學的圖書館，這里有自然花了億萬年寫成的生命天書，我們現(xiàn)在只是知道了一點點。我們不可能扮演上帝的角色，我們在讀基因的這些序列時，心里充滿了對上帝的感恩。 遺傳學家艾瑞克蘭德博士 什么是基因？ GeneGene？作為

2、控制性狀的遺傳物質(zhì)的功能單位和結(jié)構(gòu)單位，基因是脫氧核糖核酸（DNA）分子上具有遺傳效應(yīng)的功能片段。人體由細胞組成。每個細胞內(nèi)都有細胞核，細胞核內(nèi)有23對共46條染色體，每條染色體分上下兩段，纏繞著多組DNA（脫氧核糖核酸），像麻繩般扭在一起，呈雙螺旋結(jié)構(gòu)?；蛭挥诩毎藘?nèi)的染色體上。每個細胞內(nèi)的基因總數(shù)為基因組，人類只有一個基因組，大約有3萬多個基因，30億個堿基對，貯存著生命從誕生到死亡的全部信息。通過復(fù)制、表達、修復(fù)，完成生命繁衍、細胞分裂、蛋白質(zhì)合成等重要生理過程?；蚺c人的相貌、特征、性格、體態(tài)、智力以及疾病等都有著密切的關(guān)系。總之，基因是生命之源，生命之本。人類生命大約有6萬至10萬

3、個基因，迄今為止，已破譯了其中絕大多數(shù)的排列順序圖?？茖W是完成能夠把人類全部基因的排列順序搞清楚的。 DNADNA雙螺旋結(jié)構(gòu)雙螺旋結(jié)構(gòu)1953年4月25日，英國自然雜志上登載的一篇論文核酸的分子結(jié)構(gòu)脫氧核糖核酸的一個結(jié)構(gòu)模型，在科學界引起了極大反響。這篇論文把人們對生物科學研究的視野，一下子從細胞水平推向了分子水平，而這篇文章的撰稿人，卻是兩位年輕人美國生物學家沃森(Watson 1928)和英國物理學家克里克(F.Crick 1916)。DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)標志著分子生物學從此誕生。它不僅說明了DNA為什么是遺傳信息的攜帶者，而且說明了基因的復(fù)制和突變等機理。1962年，沃森、克里克和維爾

4、金斯三人共同獲得了諾貝爾醫(yī)學獎?，F(xiàn)代生物技術(shù)起源于20世紀70年代，由一組新技術(shù)組成基因組學、組織培養(yǎng)、微觀繁殖、遺傳標記輔助育種、基因移接和轉(zhuǎn)基因允許育種者在分子水平上有選擇地修飾活性生物體。一個基因組是用來形成任何活性生物體的一套完整的指令，細菌和人類都概莫能外。任何個體基因組都包含了生物體生命周期內(nèi)所有細胞結(jié)構(gòu)和活動的計劃。它在一系列叫做DNA的分子內(nèi)被譯成密碼，有一些病毒在RNA的分子內(nèi)被譯成密碼。每個DNA/RNA分子包含許多基因(例如，一種谷類的DNA就大約包含有5000種基因)。基因是遺傳的基本物質(zhì)和功能單位。例如，一種谷類大約只有10%的DNA被用于將基因譯成遺傳密碼，而其余的

5、控制順序以確定何時和何處特別的基因得到表達。普遍的遺傳代碼應(yīng)用于所有的活性生物體，從最簡單的生物體到人類都一樣。由于生物體包含的基因組合不同，從而形成各種種類。遺傳代碼能讓一段DNA詳細指明一種特定的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)。當?shù)鞍踪|(zhì)被合成時，一種基因得到了表達。遺傳性狀是由蛋白質(zhì)表達的基因的表現(xiàn)遺傳基因DNA構(gòu)成遺傳性狀蛋白質(zhì)表現(xiàn)ATTGACC單股DNA雙螺旋DNA遺傳密碼RNAUGACUGA密碼子蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)譯細胞核細胞質(zhì)DNADNARNA蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄 轉(zhuǎn)譯m RNA遺傳訊息(密碼)經(jīng)由轉(zhuǎn)錄，由m RNA從細胞核帶到細胞質(zhì)酵素核糖體DNARNA蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄 轉(zhuǎn)譯細胞質(zhì)UGACUGAUA GCCm RNAUA

6、GCCUUAGCCUt RNA補密碼CCU胺基酸GUUt RNA補密碼胺基酸DNARNA蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄 轉(zhuǎn)譯基因的表達現(xiàn)代生物技術(shù)的基礎(chǔ)由于遺傳代碼在DNA上用分子術(shù)語被記入，它必定可能解釋遺傳信息。使用那種用于基因繪圖而為人所知的物理化學方法可完成這一過程。例如，2000年，一個特別大的國際科學計劃(人類基因組計劃，The Human Genome Project)完成了人類基因的初步繪圖。由于遺傳密碼是通用的，基因轉(zhuǎn)移能被用來將遺傳信息引進一個生物體。物種間遺傳物質(zhì)的轉(zhuǎn)移作為轉(zhuǎn)基因而為人所知?；蛐揎?Genetic modification, GM將人工分離和修飾過的基因?qū)氲缴矬w基因組中

7、，由于導(dǎo)入基因的表達，引起生物體的性狀的可遺傳的修飾，這一技術(shù)稱之為轉(zhuǎn)基因技術(shù)。人們常說的“遺傳工程”、“基因工程”、“遺傳轉(zhuǎn)化”均為轉(zhuǎn)基因的同義詞。經(jīng)轉(zhuǎn)基因技術(shù)修飾的生物體在媒體上常被稱為“遺傳修飾過的生物體”（Genetically modified organism，簡稱GMO）。傳統(tǒng)選擇育種是一種形式的基因修飾。如果從這種觀點來理解，幾乎所有的商用農(nóng)作物和馴養(yǎng)動物都經(jīng)歷了一些基因修飾現(xiàn)代生物技術(shù)與傳統(tǒng)選擇育種的主要區(qū)別： 基因組繪圖讓科學家準確地選擇基因，使理想的特性得到表達。而老的選擇育種技術(shù)是有選擇地培養(yǎng)大樣本，然后從中挑選出理想特性得以表達的下一代生物體做進一步的實驗，只有通過碰

8、巧的實驗才能獲得進展。 當生物技術(shù)方法被用于種內(nèi)修飾時，能以比選擇育種更快和更準確的方式來改良生物體。種內(nèi)基因修飾獲得某些生物性狀能比通過自然選擇育種降低成本和提高準確性?；蛐揎椀暮诵膯栴}基因修飾的的核心問題是：在分子水平上，物種間遺傳材料的轉(zhuǎn)移(例如，將的魚的基因插入番茄體內(nèi))。這種轉(zhuǎn)基因變化獲得的生物體性狀是通過自然方法所達不到的。在以下的討論中，轉(zhuǎn)基因生物體將被用來表示任何含有重組DNA的生物體這就是說，它有從其他生物體轉(zhuǎn)移過來的DNA?；蛐揎検莿?chuàng)造轉(zhuǎn)基因生物體的過程，在這一過程當中所得到的產(chǎn)品(或產(chǎn)品群)就是轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品?；蛐揎椶r(nóng)作物的發(fā)展20世紀末，全世界大約種植了1億英畝的基因

9、修飾農(nóng)作物。有12個國家進行基因產(chǎn)品的商品生產(chǎn)，其中99%的商業(yè)活動集中在3個國家美國、阿根廷和加拿大。1999年轉(zhuǎn)基因大豆的種植面積占全球大豆種植面積的一半，轉(zhuǎn)基因谷物(玉米)的種植面積大約是全球玉米種植面積的1/4，轉(zhuǎn)基因棉花和轉(zhuǎn)基因油菜的種植面積各占全球種植面積的10%。第一代轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物提高了現(xiàn)有農(nóng)作物的生產(chǎn)效率，通過減少成本或損失，它們的主要利益體現(xiàn)在農(nóng)藝學上。迄今為止，最重要的農(nóng)藝學改善是耐除草劑的特性，由此培育出能耐受特殊化學藥劑的商品農(nóng)作物，使除草劑能被用于殺滅雜草而不對農(nóng)作物產(chǎn)生不良影響。第二代轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品將是那些以消費者直接受益的方式改變產(chǎn)品最終構(gòu)成的產(chǎn)品。換句話說，它將可能

10、增強產(chǎn)品現(xiàn)有的理想特性(例如強化大米營養(yǎng))或者加上消費者想要的新的特性。幾種常用的動植物轉(zhuǎn)基因方法幾種常用的動植物轉(zhuǎn)基因方法 幾種常用的植物轉(zhuǎn)基因方法: 農(nóng)桿菌介導(dǎo)轉(zhuǎn)化法 基因槍介導(dǎo)轉(zhuǎn)化法 花粉管通道法常用的動物轉(zhuǎn)基因技術(shù): 顯微注射法 體細胞核移植方法 生物經(jīng)濟的緣起與發(fā)展生物經(jīng)濟是以生命科學與生物技術(shù)研究開發(fā)與應(yīng)用為基礎(chǔ)的、建立在生物技術(shù)產(chǎn)品和產(chǎn)業(yè)之上的經(jīng)濟，是一個與農(nóng)業(yè)經(jīng)濟、工業(yè)經(jīng)濟、信息經(jīng)濟相對應(yīng)的新的經(jīng)濟形態(tài)。生物經(jīng)濟與現(xiàn)代生物技術(shù)和生命科學研究開發(fā)密切相關(guān)，并與目前的信息經(jīng)濟和知識經(jīng)濟發(fā)展有著緊密的聯(lián)系。 人們早就預(yù)言21世紀是生物學世紀，但將21世紀與“生物經(jīng)濟”一個新的時代相聯(lián)

11、系還是在21世紀前夜剛剛發(fā)生的事。 生物經(jīng)濟（bio-economy）的概念最先由斯坦戴維斯(Stan Davis)和克里斯托弗邁耶（Christopher Meyer）于2000年5月正式提出，但他們并未給出一個確切的定義。上海的經(jīng)濟展望雜志也幾乎同時提出了“生物經(jīng)濟”這一新的名詞。 2001年初，中國學者張?zhí)锟卑l(fā)表基因時代與基因經(jīng)濟，提出了與“生物經(jīng)濟”相近的“基因經(jīng)濟”概念，認為“基因經(jīng)濟與生物經(jīng)濟大致相同”，“凡涉及生物的經(jīng)濟都可以稱為生物經(jīng)濟，只有涉及DNA的經(jīng)濟才算是基因經(jīng)濟” 。2002年初，鄧心安認為“生物經(jīng)濟是一個與農(nóng)業(yè)經(jīng)濟、工業(yè)經(jīng)濟、信息經(jīng)濟相對應(yīng)的經(jīng)濟形態(tài)，是以生命科學與

12、生物技術(shù)研究開發(fā)與應(yīng)用為基礎(chǔ)的、建立在生物技術(shù)產(chǎn)品和產(chǎn)業(yè)之上的經(jīng)濟”，并將生物經(jīng)濟與新時期農(nóng)業(yè)發(fā)展聯(lián)系起來，初步提出了構(gòu)建以現(xiàn)代生物技術(shù)為中心的“新型農(nóng)業(yè)體系”的設(shè)想。 “生物經(jīng)濟”與現(xiàn)代生物技術(shù)和生命科學研究開發(fā)密切相關(guān)，并與目前的信息經(jīng)濟和知識經(jīng)濟發(fā)展有著千絲萬縷的聯(lián)系?；诖?，我們認為：生物經(jīng)濟是以生命科學與生物技術(shù)研究開發(fā)與應(yīng)用為基礎(chǔ)的、建立在生物技術(shù)產(chǎn)品和產(chǎn)業(yè)之上的經(jīng)濟，是一個與農(nóng)業(yè)經(jīng)濟、工業(yè)經(jīng)濟、信息經(jīng)濟相對應(yīng)的新的經(jīng)濟形態(tài)。誰將取代信息經(jīng)濟：誰將取代信息經(jīng)濟： 知識經(jīng)濟還是生物經(jīng)濟？知識經(jīng)濟還是生物經(jīng)濟？ 國內(nèi)學術(shù)界曾根據(jù) 1996年經(jīng)濟合作與發(fā)展組織（OECD）的一份報告，將知

13、識經(jīng)濟定義為“以知識為基礎(chǔ)的經(jīng)濟”。究竟什么是知識經(jīng)濟的內(nèi)涵，該定義沒有揭示出來。綜合近兩年國內(nèi)外相關(guān)文獻，知識經(jīng)濟的內(nèi)涵可以歸結(jié)為兩點：其一，產(chǎn)業(yè)或職業(yè)活動的主要產(chǎn)出是知識。其二，以知識使用為主要目的的信息管理、加工、傳輸與分配。從技術(shù)和產(chǎn)業(yè)上講，它的范圍過于寬泛 包含大部分傳統(tǒng)意義上的第三產(chǎn)業(yè)和其他一些非農(nóng)產(chǎn)業(yè)，因而與農(nóng)業(yè)經(jīng)濟、工業(yè)經(jīng)濟、信息經(jīng)濟不屬于同等范疇。但是，作為一種類似于信息經(jīng)濟的概念框架，已基本上被廣泛接受。 工業(yè)經(jīng)濟、農(nóng)業(yè)經(jīng)濟都可以劃分出其時代的周期。所有的經(jīng)濟時代也都有開始與終結(jié)。一個經(jīng)濟時代的終結(jié)，并非由于這種經(jīng)濟逐漸消失（工業(yè)經(jīng)濟、農(nóng)業(yè)經(jīng)濟并未消失），而是因為新的 “挑

14、戰(zhàn)者”后來居上，占據(jù)主流位置。狩獵與采集經(jīng)濟，主宰人類數(shù)百萬年，終究被農(nóng)業(yè)經(jīng)濟取代。在農(nóng)業(yè)經(jīng)濟統(tǒng)治了約三萬年之后，工業(yè)經(jīng)濟誕生了。工業(yè)經(jīng)濟肇始于 1760年的英國，并于50年代初在美國率先完成。信息經(jīng)濟從開始到終結(jié)，預(yù)計將持續(xù)7080年，于21世紀20年代完成時代賦予的使命。目前我們正處在信息經(jīng)濟時代的中間站。對于世界不同地區(qū)來講，進入各個時代的先后雖然不盡相同。但是時代的腳步永不停息，并不會因為后進者而踟躕不前。不同經(jīng)濟時代的生命周期，可以是相互交織更迭的。無論是已經(jīng)完成的工業(yè)經(jīng)濟和農(nóng)業(yè)經(jīng)濟、正處于成熟階段的信息經(jīng)濟，還是即將來臨的生物經(jīng)濟，都可以劃分為四個明顯階段，即孕育、成長、成熟、衰退

15、。因特網(wǎng)是信息經(jīng)濟步入成熟階段的標志。信息經(jīng)濟最后階段即衰退階段，將以廉價芯片和無線技術(shù)等互聯(lián)技術(shù)的廣泛使用為標志。在信息經(jīng)濟進入成熟階段之前，生物經(jīng)濟即在孕育。生物經(jīng)濟發(fā)動于 1953年，以Francis Crick和James Watson發(fā)現(xiàn)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)為標志，從此生物經(jīng)濟進入孕育階段。人類基因組破譯的完成和出版發(fā)表標志著孕育階段的終結(jié)。當前我們正在進入生物經(jīng)濟的第二階段，即成長階段。預(yù)計2025年，生物經(jīng)濟將進入成熟階段。任何一種經(jīng)濟時代，都是通過采用該時代最新的技術(shù)來滿足基本需求。信息經(jīng)濟時代，計算機、因特網(wǎng)成了社會生活的基本需求。從 2O25開始，我們將面臨一個成熟的生物經(jīng)濟時

16、代，到那時，生物技術(shù)的影響將廣泛滲透到非生物界領(lǐng)域，改變許多非生物產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)模式，從而成為社會的基本需求。那時的農(nóng)場可望成為超級生物加工廠，許多農(nóng)產(chǎn)品將出自這樣的加工廠，而非來自大田。健康醫(yī)療方式將由治療為主轉(zhuǎn)到以預(yù)防為主，并按照預(yù)防模式（Preventivemodel）進行管理。 我國生命科學與生物技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀?近 20 年來，生命科學與生物技術(shù)的飛速發(fā)展為世界各國醫(yī)療業(yè)、制藥業(yè)、農(nóng)業(yè)、環(huán)保等行業(yè)開辟了廣闊的發(fā)展前景。作為 “ 對全社會最為重要并可能改變未來工業(yè)和經(jīng)濟格局的技術(shù) ” ，生命科學與生物技術(shù)日益受到世界各國的普遍關(guān)注。中國作為一個擁有近 13 億人口的大國，在人口與健康領(lǐng)域及農(nóng)業(yè)

17、領(lǐng)域面臨著巨大的挑戰(zhàn)，發(fā)展生命科學與生物技術(shù)對實現(xiàn)我國社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展有著重要的意義。我國生命科學基礎(chǔ)性研究的優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域：基因組和功能基因組學、重大疾病相關(guān)基因的識別、分子生物學與生物化學、細胞和發(fā)育生物學、神經(jīng)生物學、動植物區(qū)系的系統(tǒng)演化與協(xié)同進化、生物信息學等。我國生物技術(shù)研究與開發(fā)重點領(lǐng)域：高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)農(nóng)作物的遺傳育種、轉(zhuǎn)基因技術(shù)和動物克隆、生物反應(yīng)器、基因和蛋白質(zhì)工程疫苗及藥物、基因治療等。 生命科學研究進展-基因組研究：在基因組這一前沿領(lǐng)域，我國科學家承擔了人類基因組1的測序任務(wù)，是繼美、英、法、日、德后成為正式參加國際人類基因組合作項目的第6個國家，也是惟一加入該計劃的發(fā)展中國家；

18、克隆了功能新基因的全長cDNA多條，已申請一批國內(nèi)外專利；證明了東亞人群的基因組與其他現(xiàn)代人群一樣起源于非洲等。最近，中國科學院在水稻基因組研究中取得重大進展，已經(jīng)發(fā)表了水稻基因組的框架序列，并在參加水稻基因組完成序列圖測定的國際合作中率先完成了第四號染色體的工作。我國在微生物基因組測序方面也已成為主要的參加國，迄今已完成了鉤端螺旋體等6個微生物的全基因組測序 生命科學研究進展-疾病相關(guān)基因研究：我國科學家充分發(fā)揮人類遺傳資源優(yōu)勢，近年來取得了疾病致病基因定位、克隆的一系列進展。首先在急性早幼粒白血病的致病基因克隆和功能研究方面取得突破，繼而克隆了耳聾、短指（趾）等一批單基因疾病的致病基因，近

19、來又定位了 II 型糖尿病、原發(fā)性高血壓和鼻咽癌的基因。生命科學研究進展-其他前沿領(lǐng)域：在諸如生物化學和分子生物學、神經(jīng)生物學、進化生物學等方面，近年來我國生命科學界也取得了不少國際一流成果。例如，發(fā)現(xiàn)了與精子成熟和保護有關(guān)的抗菌肽基因、揭示了果蠅有與高等動物類似的認知行為，首次觀察到植物防止自交的一種新的繁育機制等。在系統(tǒng)發(fā)育和動植物區(qū)系演化方面，完成了 255 卷的植物志、動物志、中國隱花植物志，這些工作均得到國際同行的高度評價。 生物技術(shù)研究進展-農(nóng)業(yè)生物技術(shù)：我國在超級雜交稻研究與組合應(yīng)用上處于世界領(lǐng)先地位，已選育出一批兩系法亞種間雜交稻新組合，較好地實現(xiàn)了雜種優(yōu)勢與理想株型的結(jié)合。育

20、成的超級雜交稻組合比現(xiàn)在生產(chǎn)上應(yīng)用的雜交稻組合增產(chǎn) 15 25。在植物基因工程研究開發(fā)方面，我國已經(jīng)有轉(zhuǎn)基因耐貯藏番茄、轉(zhuǎn)查爾酮合成酶基因矮牽牛、抗病毒甜椒、抗病毒番茄、抗蟲棉花 5 種自主研制的轉(zhuǎn)基因植物通過了國家商品化生產(chǎn)許可，并有20 余種轉(zhuǎn)基因植物進入環(huán)境釋放階段。在動物生物技術(shù)研究與開發(fā)方面也取得了可喜的成績：轉(zhuǎn)基因魚研究達到了國際領(lǐng)先水平；獲得了生產(chǎn)人藥用蛋白的轉(zhuǎn)基因動物；獲得了山羊、牛等一大批克隆動物，其生產(chǎn)水平已達到國際先進。此外，部分畜禽基因工程疫苗已經(jīng)達到了商業(yè)化生產(chǎn)的階段。 生物技術(shù)研究進展-醫(yī)藥生物技術(shù)：經(jīng)多年努力，基因工程藥物產(chǎn)業(yè)初具規(guī)模，批準上市的產(chǎn)品有18種，進入

21、一、二期臨床的有21種，處于臨床前開發(fā)的有35種。產(chǎn)品市場占有率不斷提高，例如1b干擾素國內(nèi)市場占有率已達60% 。治療性乙型肝炎疫苗初露端倪，人工血液的核心技術(shù)已實現(xiàn)重大轉(zhuǎn)讓。通過產(chǎn)學研的結(jié)合，我國基因工程制藥業(yè)具備一定生產(chǎn)能力的企業(yè)已有 60多家。生物技術(shù)藥物由仿制逐步向創(chuàng)新轉(zhuǎn)變，在世界前 10種銷量最大的品種中，我國能生產(chǎn)8種。此外，腫瘤免疫治療、抗血管治療等取得了一系列突破與重要進展；基因治療的關(guān)鍵技術(shù)實現(xiàn)突破，惡性腫瘤、B型血友病等5種治療方案進入臨床試驗。中國的生物技術(shù)產(chǎn)品銷售額1986年2.6億元人民幣，到2000年時就已達200億元人民幣。生物技術(shù)發(fā)展的機遇與挑戰(zhàn)生物技術(shù)不斷取得重大突破，為生物經(jīng)濟奠定了堅實基礎(chǔ)。許多國家紛紛搶占生物技術(shù)及產(chǎn)業(yè)制高點。21世紀生物技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基本態(tài)勢 ： 一是生物技術(shù)（BT）已經(jīng)成為許多國家研究開發(fā)的重點，英國、法國、德國、澳大利亞