生物工程導(dǎo)論緒論公開課一等獎優(yōu)質(zhì)課大賽微課獲獎?wù)n件

1、生物工程導(dǎo)論吳堅平浙江大學(xué)生物工程研究所玉泉校區(qū) 教十-6201E-mail: Tel:623098）87952363（O）第1頁緒 論生物工程概念生物產(chǎn)業(yè)特色與現(xiàn)實狀況生物工程主要研究領(lǐng)域本課程內(nèi)容第2頁生物工程概念生命科學(xué)生物化學(xué)細(xì)胞生物學(xué)分子生物學(xué)微生物學(xué)工程學(xué)科化學(xué)工程學(xué)機械工程學(xué)控制學(xué)化學(xué)數(shù)學(xué)、物理生物工程工業(yè)、農(nóng)業(yè)、健康、資源、環(huán)境服務(wù)于利用工程學(xué)方法，將生命科學(xué)和技術(shù)研究結(jié)果應(yīng)用于生產(chǎn)實踐或到達(dá)其它社會目標(biāo)第3頁生物產(chǎn)業(yè)特色與現(xiàn)實狀況生物產(chǎn)業(yè)特色知識、技術(shù)密集型資本密集型周期長高風(fēng)險、高收益永續(xù)發(fā)展環(huán)境友好綠色產(chǎn)業(yè)，可連續(xù)發(fā)展關(guān)乎人類乃至生物界生死存亡第

2、4頁生物產(chǎn)業(yè)特色與現(xiàn)實狀況生物產(chǎn)業(yè)現(xiàn)實狀況生物產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品與產(chǎn)值世界部分國家生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)比較世界主要生物技術(shù)企業(yè)介紹我國生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)實狀況第5頁生物產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品與產(chǎn)值傳統(tǒng)生物技術(shù)產(chǎn)品主要指有機酸、氨基酸、維生素、酶制劑、抗生素及類似藥品等傳統(tǒng)發(fā)酵工業(yè)產(chǎn)品當(dāng)代生物技術(shù)產(chǎn)品主要指重組醫(yī)藥產(chǎn)品因為重組技術(shù)普遍使用，二者界限正變得越來越含糊當(dāng)前我國生物產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值近5000億元第6頁10大生物技術(shù)上市企業(yè)名次上市企業(yè)名稱總營業(yè)額（億美元 ）1Amgen 143（174）2Genentech 14.2（154）3 Serono(瑞士) 10.54Bigen 7.945 Genzyme 7.726Chiron 7

3、.627Immunex 5.418 edimmune 3.839CSL(澳大利亞) 2.7410Nabi 2.33第7頁4大生物技術(shù)藥品促紅細(xì)胞生成素促紅細(xì)胞生成素粒細(xì)胞集落刺激因子胰島素生物技術(shù)行業(yè)吸引力是多方面。生物技術(shù)企業(yè)處于創(chuàng)新研究與開發(fā)前緣，今年生物技術(shù)企業(yè)有11家研究與開發(fā)費用超出1億美元。其中Amgen居世界生物技術(shù)企業(yè)首位，到達(dá)8.22億美元(比1998年增加24%)。第8頁世界部分國家生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)比較美國自70年代以基因重組技術(shù)和單克隆抗體技術(shù)為標(biāo)志當(dāng)代生物技術(shù)誕生以來，美國作為科技和經(jīng)濟大國在當(dāng)代生物技術(shù)各領(lǐng)域均占據(jù)了領(lǐng)先地位，各種生物技術(shù)產(chǎn)品被廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、

4、海洋和國防等領(lǐng)域。歐洲在當(dāng)代生物技術(shù)發(fā)展早期，作為傳統(tǒng)工業(yè)強國歐洲國家動作遲緩，造成今日在這一領(lǐng)域稍顯落后于美國，但現(xiàn)在他們正在奮起直追，許多大型化學(xué)工業(yè)企業(yè)，如BASF、Hoechst等都正在向生物技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展。中國因為資金實力和先進設(shè)備普及率尚難與西方列強爭雄，現(xiàn)實狀況不容樂觀，但與其它發(fā)展中國家相比尚處于領(lǐng)先地位。 第9頁美國生物技術(shù)發(fā)展情況 除傳統(tǒng)生物技術(shù)產(chǎn)品外，美國FDA已經(jīng)同意了117種以上新型生物技術(shù)藥品和疫苗。據(jù)預(yù)計，生物技術(shù)業(yè)現(xiàn)有800個產(chǎn)品在臨床試驗階段，其中350個在開發(fā)后期階段。約有30個生物技術(shù)產(chǎn)品在等候美國FDA上市同意。 這些藥品或疫苗針對200各種疾病而開發(fā)，包

5、含各種癌癥、早老性癡呆癥、心臟病、糖尿病和艾滋病等。 美國已經(jīng)有1400家生物技術(shù)企業(yè)，這還不包含眾多涉足生物技術(shù)傳統(tǒng)制藥企業(yè)。在生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)就業(yè)人數(shù)達(dá)17.4萬人，超出了玩具和體育用具產(chǎn)業(yè)就業(yè)人數(shù)總和。生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)還為服務(wù)于它行業(yè)創(chuàng)造了近30萬個就業(yè)機會。第10頁美國生物技術(shù)發(fā)展情況 這些成就取得與美國在生物技術(shù)研究和開發(fā)方面很多優(yōu)勢密不可分。 其中最主要是資金優(yōu)勢和智力優(yōu)勢。第11頁美國生物技術(shù)發(fā)展情況資金優(yōu)勢（1）美國國家衛(wèi)生研究院財政年度取得政府撥款達(dá)321億美元；同時，還將接收美國復(fù)興法案提供104億美元研發(fā)資金。（能源部研發(fā)資金總額為112億美元 ）（2）美國各州也制訂了各自生物技

6、術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展計劃，全美50個州中有41個州已實施了最少一項生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展計劃；（3）美國生物技術(shù)企業(yè)中有300多家公開上市，其市場資本總額在到達(dá)3308億美元。 第12頁美國生物技術(shù)發(fā)展情況智力資源美國擁有世界領(lǐng)先波士頓、舊金山、圣迭戈、華盛頓和北卡羅來納五大生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)區(qū)。這五大生物產(chǎn)業(yè)區(qū)都毗鄰實力雄厚大學(xué)和研究機構(gòu)。如：波士頓：哈佛大學(xué)和MIT；舊金山灣區(qū)：加州大學(xué)舊金山分校、伯克利分校和斯坦福大學(xué)等；圣迭戈：加州大學(xué)圣迭戈分校是全美大學(xué)中取得美國國家科研經(jīng)費最多高校之一華盛頓：NIH、FDA、霍華德休斯醫(yī)學(xué)院研究試驗室、馬里蘭大學(xué)研究中心和約翰斯霍普金斯大學(xué)等；北卡羅來納：杜克大學(xué)、北卡

7、羅來納州立大學(xué)羅利分校、北卡羅來納大學(xué)查珀爾希爾分校。第13頁歐洲生物技術(shù)發(fā)展情況 當(dāng)前德國暫居于歐洲生物科技企業(yè)數(shù)量榜首，并是生物科技企業(yè)增加最快國度，其后是英國、法國、瑞典、瑞士、芬蘭、荷蘭、比利時等。第14頁歐洲各國生物技術(shù)企業(yè)數(shù)量比較第15頁歐洲與美國生物技術(shù)企業(yè)產(chǎn)值比較第16頁世界主要生物技術(shù)企業(yè)介紹生物技術(shù)企業(yè)典范Amgen Inc. （安進企業(yè)，美國）Genentech Inc. （基因技術(shù)企業(yè)，美國）Novo Nordisk （諾和諾德企業(yè)，丹麥）第17頁Amgen Inc.Amgen（安進企業(yè)）是由一群科學(xué)家和風(fēng)險投資商于1980年創(chuàng)建，1981年企業(yè)開始運作。因為一直沒有產(chǎn)

8、品上市，企業(yè)先后于1983，1986，1987年經(jīng)過公開發(fā)行股票籌集資金以維持企業(yè)生存。全球最大生物技術(shù)企業(yè)Amgen是應(yīng)用分子遺傳學(xué)(Applied Molecular Genetics)縮寫第18頁1989年6月安進企業(yè)第一個產(chǎn)品重組人紅細(xì)胞生成素(erythropoietin，簡稱EPO)取得美國FDA同意，用于治療慢性腎功效衰竭引發(fā)貧血和HIV感染治療貧血。1991年2月企業(yè)第二個產(chǎn)品重組粒細(xì)胞集落刺激因子(filgrastim，G-CSF)取得美國FDA同意，其適應(yīng)證為腫瘤化療引發(fā)嗜中性白細(xì)胞降低癥。安進企業(yè)這兩個全球商業(yè)化最為成功生物技術(shù)藥品EPO(商品名EPOGEN)和G-CSF

9、(商品名NEUPOGEN)，不但造福了無數(shù)血液透析患者和癌癥化療患者，也為企業(yè)帶來了巨額利潤，企業(yè)也據(jù)此快速發(fā)展壯大。Amgen Inc.第19頁Amgen Inc.1992年安進企業(yè)首次躋身財富500強，當(dāng)年企業(yè)產(chǎn)品銷售首次突破10億美元。財富500強排名，安進企業(yè)排在455位。在全球醫(yī)藥50強中排在21位。安進企業(yè)現(xiàn)擁有近7000名員工，企業(yè)分部遍布全球。年銷售額到達(dá)174億美元。第20頁Amgen Inc. 上市產(chǎn)品第21頁Amgen Inc. 成功經(jīng)驗1強有力專利保護 對企業(yè)開發(fā)產(chǎn)品及時申請專利，使企業(yè)產(chǎn)品獨占市場。安進企業(yè)最初產(chǎn)品品種不多，上市品種總共只有三個(EPO、G-CSF和I

10、NF-1)。其成功全賴企業(yè)兩個拳頭產(chǎn)品Epogen和Neupogen卓越市場銷售。相比之下，Infergen市場表現(xiàn)平平，并不出眾。因為前兩個產(chǎn)品企業(yè)擁有專利獨占權(quán)，并處于市場壟斷地位，而干擾素在市場上同類產(chǎn)品數(shù)量繁多。第22頁Amgen Inc. 成功經(jīng)驗2強大研發(fā)力度 為了保持在生物技術(shù)方面領(lǐng)先水平，Amgen企業(yè)不停增加R&D投入，加大新產(chǎn)品、新技術(shù)研發(fā)力度。同時對現(xiàn)有產(chǎn)品進行完善，作深入深入開發(fā)。企業(yè)研發(fā)費用為8.45億美元， 占當(dāng)年銷售收入26.4，企業(yè)已在全球范圍建立起發(fā)展機構(gòu)，配合全球臨床計劃。在R&D方面投資促使Amgen企業(yè)形成大量很有市場前景新高效治療藥品產(chǎn)品鏈。預(yù)計年企業(yè)

11、將有3種新藥上市，其后兩年內(nèi)也將會有數(shù)個新藥投放市場。第23頁1976年，Kleiner Perkins企業(yè)風(fēng)險投資家Swanson鼓動重組DNA技術(shù)創(chuàng)造人之一Boyer，合作成立企業(yè)共同探索重組DNA商業(yè)化，并給企業(yè)取名為Genentech，即為基因工程技術(shù)縮寫。風(fēng)險投資在生物技術(shù)領(lǐng)域成功典范Genentech Inc.第24頁 1976年4月，Swanson從Kleiner Perkins企業(yè)得到了10萬美元風(fēng)險投資，條件是Kleiner Perkins企業(yè)擁有25產(chǎn)權(quán)。伴隨企業(yè)經(jīng)營進展，9個月后，Kleiner Perkins企業(yè)又進行了一輪風(fēng)險投資。這一輪投資額為85萬美元，條件是再占

12、有企業(yè)25產(chǎn)權(quán)。1977年，基因技術(shù)企業(yè)成功地使人工合成生長激素釋放抑制因子(14肽)基因在大腸桿菌中表示，這是人類第一次采取基因工程方法生產(chǎn)出有藥用價值產(chǎn)品。風(fēng)險投資家們也從中看出希望，進行第三輪投資，但這次95萬美元投資僅換回了8.6產(chǎn)權(quán)。在短短16個月時間里，基因技術(shù)企業(yè)價值便由40萬美元增加為1100萬美元。Genentech Inc.第25頁 當(dāng)前基因技術(shù)企業(yè)已擁有4200多名職員。 企業(yè)再一次被財富雜志評為“100家美國最正確工作企業(yè)”，且由1999年52位上升到32位。 在全球醫(yī)藥50強中排在37位。 年銷售額到達(dá)154億美元。Genentech Inc.第26頁Genentec

13、h Inc.美國股票增值最快十家企業(yè) 企業(yè)名增幅所屬行業(yè)基因科技(Genentech)182%生物科技雅虎(Yahoo)175%互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)信通訊(Nextel)143%通訊華冠電子(EMC)110%計算機英特爾(Intel)106%計算機德州儀器(Texas Instruments)96%通訊eBay91%互聯(lián)網(wǎng)思科(Cisco)85%計算機卡特彼勒(Caterpillar)82%工程設(shè)備制造福力特波士頓(Fleet Boston)80%商業(yè)銀行第27頁基因技術(shù)企業(yè)研究領(lǐng)域主要集中在腫瘤、心血管系統(tǒng)疾病和內(nèi)分泌疾病。已經(jīng)有14種生物技術(shù)藥品取得同意，企業(yè)自己生產(chǎn)并銷售其中9種產(chǎn)品，其它轉(zhuǎn)讓給其它

14、企業(yè)生產(chǎn)。1)抗腫瘤藥品：抗-HER2單抗 Herceptin用于治療過分表示HER-2蛋白轉(zhuǎn)移性乳腺癌 ；抗-CD20抗體 Rituxan用于治療復(fù)發(fā)CD20陽性、B-細(xì)胞非何杰金淋巴瘤 。2)心血管系統(tǒng)類藥品：溶栓藥品 ACtiraSe治療急性心肌梗死，急性大量肺栓塞 。3)內(nèi)分泌系統(tǒng)類藥品 ：重組人生長激素 Protropin治療生長激素缺乏小孩 、Nutropin治療與特納綜合征相關(guān)身材矮小 、Nutropin Depot治療小兒生長激素不足長期有效重組生長激素；重組鏈道酶 Pulmozyme治療輕度到中度囊性纖維化 。Genentech Inc.第28頁1風(fēng)險投資成功典范 基因技術(shù)企

15、業(yè)能夠說是風(fēng)險投資家和科學(xué)家成功合作典范， 已被看成經(jīng)典案例寫入教科書。由一項并未成熟試驗技術(shù)發(fā)展到含有巨大社會效益和經(jīng)濟效益一系列產(chǎn)品上市，這需要風(fēng)險投資家獨具慧眼，要勇于投資；也需要科學(xué)家認(rèn)真務(wù)實工作和勇于創(chuàng)新魄力。 事后Swanson對外界說，“每個人都說我為時過早。從人體內(nèi)中提取得一個有開發(fā)價值激素可能要花上，要轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€商業(yè)產(chǎn)品，順利話恐怕也要。每個人都這么說，除了Herb Boyer”。Genentech Inc. 成功經(jīng)驗第29頁2勉勵創(chuàng)新，營建以知識為中心企業(yè)文化氣氛 基因技術(shù)企業(yè)主動勉勵企業(yè)員工創(chuàng)造性工作，企業(yè)給每位員工很大自由度。企業(yè)對研究人員堅持讓他們在完成份內(nèi)工作外能夠

16、花25時間在自己感興趣項目上。當(dāng)前基因技術(shù)企業(yè)4200多名員工中大學(xué)生占80，其中有碩士和博士學(xué)位人占25。企業(yè)擁有300多位科學(xué)家和技術(shù)教授，平均每年有250篇論文發(fā)表，幾乎每個工作日發(fā)表一篇，企業(yè)擁有3600項專利，另有2600項等候?qū)徟?，這在生物技術(shù)企業(yè)中是少有。Genentech Inc.成功經(jīng)驗第30頁Novo Nordisk (諾和諾德)是歐洲最大生物制藥企業(yè)之一。主要業(yè)務(wù)范圍是研究和生產(chǎn)生物藥品和工業(yè)用酶制劑。在生物藥品領(lǐng)域，諾和諾德在胰島素研究和生產(chǎn)方面處于世界領(lǐng)先地位；在工業(yè)用酶領(lǐng)域，諾和諾德企業(yè)已成為世界上最大酶制劑供給商?？偛?位于丹麥哥本哈根現(xiàn)今在全球70個國家設(shè)有分支

17、機構(gòu)，員工16,000人，銷售遍布超出179個國家。Novo Nordisk第31頁11月14日，為了便于管理和發(fā)展，企業(yè)決定把制藥產(chǎn)業(yè)和工業(yè)酶制劑分離。新成立Novozymes (諾維信)企業(yè)主要致力于工業(yè)用酶制劑方面發(fā)展。而諾和諾德企業(yè)則集中在制藥行業(yè)領(lǐng)域里發(fā)展。企業(yè)在全球藥品銷售額為24.79億美元，在全球醫(yī)藥50強中排在27位。諾和諾德1994年進入中國，建立了諾和諾德(天津)生物技術(shù)有限企業(yè)。Novo Nordisk第32頁1) 糖尿病治療領(lǐng)域 ：速效胰島素；短效胰島素；中效胰島素；混合胰島素(短效胰島素和中效胰島素按一定百分比混合)；長期有效胰島素等。2)凝血障礙領(lǐng)域 ：重組凝血因

18、子VIIa(NovoSeven)用于治療血友病A和B患者出血。3)生長激素 ：Norditropin SimpleXx用于治療生長激素缺乏兒童；生長激素缺乏成年人和特納綜合征等。4)激素替換療法 ：當(dāng)前全球最大激素替換療法(HRT)產(chǎn)品生產(chǎn)廠家之一上市主要產(chǎn)品Novo Nordisk第33頁 Novo Nordisk企業(yè)有雄厚科研基礎(chǔ)。企業(yè)研究發(fā)展發(fā)展經(jīng)費超出總營業(yè)額16%，科研人員占員工總數(shù)22%。 除丹麥之外， Novo Nordisk企業(yè)還在美國，瑞士，日本和馬來西亞均建立了研究中心。 Novo Nordisk科研人員在工作中與全世界學(xué)術(shù)研究中心進行了普遍接觸，建立了廣泛國際合作項目。重

19、視科學(xué)研究Novo Nordisk 成功經(jīng)驗第34頁 Novo Nordisk企業(yè)1月25日在北京亦莊經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)建立了世界級研發(fā)中心，諾和諾德企業(yè)中國研發(fā)中心同時也是跨國制藥企業(yè)中第一家在中國設(shè)置致力于生物技術(shù)研究研發(fā)中心 。該中心瞄準(zhǔn)世界高水平，利用生物技術(shù)和分子生物學(xué)領(lǐng)域國際前沿研究方法，進行著與國際先進水平同時研究。Novo Nordisk 中國第35頁 我國生物技術(shù)在第三世界處領(lǐng)先地位。與發(fā)達(dá)國家比較，在人才貯備和技術(shù)水平上差距也不大，有些詳細(xì)研究領(lǐng)域（如水稻基因組研究和育種等）研究還處于國際領(lǐng)先水平，但因為資金和設(shè)備方面顯著落后，自主知識產(chǎn)權(quán)工業(yè)產(chǎn)品開發(fā)嚴(yán)重滯后，研究工作主要由高校和政府研究所負(fù)擔(dān)，企業(yè)科研實力遠(yuǎn)落后于發(fā)達(dá)國家。 1999年醫(yī)藥生物技術(shù)