生物科技與生活

生物科技與生活第1頁/共70頁2前言一、生物技術（biotechnology）是結(jié)合了遺傳學、微生物學、醫(yī)藥、化學、物理、數(shù)學、電子等，所形成的一種整合性的科學與技術。二、生物技術的應用範圍極為廣泛，與我們的生活息息相關，如疾病治療、藥物開發(fā)、工業(yè)生產(chǎn)、食品改良、環(huán)保、能源等。第2頁/共70頁3三、二十一世紀毫無疑問的是「生物技術的時代」，中華民國也於民國七十三年將生物科技列為國家科技發(fā)展的重點之一。四、本課程將探討生物技術的發(fā)展以及對人類的貢獻和衝擊。第3頁/共70頁4表一、生物技術發(fā)展史

1953JamesWatson和FrancisCrick發(fā)現(xiàn)DNA結(jié)構(gòu)為雙螺旋體並發(fā)表在Nature雜誌上。JamesWatson1928-FrancisCrick1916-2004第4頁/共70頁51971HerbertBoyer和StanleyCohen發(fā)明基因重組技術（RecombinantDNA）1975GeorgesKohler發(fā)明細胞融合瘤技術（Hybridomas）1977第一個利用微生物產(chǎn)生的蛋白質(zhì)1985KaryMullis在CetusCorp.發(fā)明基因藥物Somastatin（生長激素抑制劑）誕生放大儀器─聚合酶連鎖反應器（PCR）第5頁/共70頁61987人類基因圖譜計劃（HumanGenomeProject）基金成立1996複製羊桃麗誕生2000人類基因輿圖初稿公佈2001HGP和Celera分別在Science和Nature公佈基因輿圖完稿2003人類基因定序完成2006人類第一對染色體基因定序完成第6頁/共70頁7肉毒桿菌

(Clostridiumbotulinum)肉毒桿菌素肉毒桿菌的型態(tài)第7頁/共70頁8/menu-plastic/menu-botox/default.htm第8頁/共70頁9(二)新聞案例的討論複製豬酷比(2002)、複製牛如意家族(2004)複製羊之死(2003)稻米基因定序完成(2005)人類第一對染色體完成基因定序(2006)胚胎篩檢訂做「救人寶寶」治病兒(2006)第9頁/共70頁10案例一、人類第一對染色體完成基因定序

2006.5.【法新社劉學源】

（法新社巴黎十七日電）

科學家今天宣布，已完成人類第一對染色體（Chromosome1）的基因定序，耗時十六年的「人類基因組計畫」大功告成，旨在解讀「生命之書」的人類基因圖譜解碼，終於完成最後一章的解析。第10頁/共70頁11案例二、複製羊之死活了六歲桃莉羊安樂死2003年2月14日第11頁/共70頁12案例三、臺灣複製牛家族2004.5.24【中央社】中央社記者紀錦玲傳真

如意二、三、四、五號，他們都來自同一媽媽的耳朵細胞複製，皮毛花色都很相似。

(農(nóng)委會畜產(chǎn)試驗所提供)/040524/43/o8ie.html第12頁/共70頁13案例四、胚胎篩檢訂做「健康寶寶」

2006.7.2【東森電子報】臺大醫(yī)院基因醫(yī)學部主治醫(yī)師蘇怡寧表示，臺大發(fā)展的胚胎著床前基因篩檢技術，可以替這對父母篩檢出健康而且組織配對吻合的胚胎，在去除突變基因後，將胚胎植入母體內(nèi)，可獲得健康的新生兒。/060702/15/3b3ha.html第13頁/共70頁14案例五、水母基因轉(zhuǎn)植臺大培育螢光豬

2006.1.12【TVBS】臺大動物科學技術學系助理教授吳信志（右）與研究團隊成功產(chǎn)製「綠色螢光豬」，利用豬隻身上綠色螢光蛋白質(zhì)，可以作為幹細胞分化、增生及修補等再生醫(yī)學研究結(jié)果的標示物。/060111/39/2r3jg.html第14頁/共70頁15生物技術的定義生物技術（biotechnology）乃利用生物程序、生物細胞或其代謝物質(zhì)來製造產(chǎn)品、改進傳統(tǒng)生產(chǎn)程序及提升人類生活素質(zhì)的科學。第15頁/共70頁16生物技術的發(fā)展過程一、生物技術雖然是現(xiàn)代尖端科技之一，但其發(fā)展歷史可追溯到人類釀酒、製造乳酪、醬油、醋等相當久遠的時代。二、1970年代以後，人類發(fā)展出基因操作及細胞融合技術後，才結(jié)合傳統(tǒng)的醱酵技術，來發(fā)展出以遺傳工程為主的生物科技。第16頁/共70頁17三、DNA限制酶、DNA黏合酶（DNA連接酶）、載體是基因工程不可或缺的三要素。四、聚合酶鏈鎖反應（PCR）、DNA重組技術、細胞離體培養(yǎng)技術、細胞核轉(zhuǎn)移技術以及DNA微陣列技術（DNA晶片）為生物科技的核心技術。第17頁/共70頁18生物技術的範疇一、醱酵及酵素技術二、基因工程技術三、細胞及組織培養(yǎng)技術四、胚及細胞核移植技術第18頁/共70頁19生物技術的關鍵技術一、DNA重組技術二、細胞融合三、生體反應技術-醱酵、酵素及生物反應器四、細胞培養(yǎng)技術五、組織培養(yǎng)技術六、胚移植技術及細胞核移植技術七、DNA微陣列技術（DNA晶片）第19頁/共70頁20生物技術基因重組技術作物栽培品種改良食品加工能源環(huán)境保護製藥化學工業(yè)作物栽培品種改良食品加工能源製藥食品加工製藥化學工業(yè)作物栽培品種改良食品加工製藥作物栽培食品加工能源環(huán)境保護製藥化學工業(yè)家畜飼養(yǎng)品種改良食品加工病毒鑑定藥物開發(fā)疾病診斷胚移植及核移植技術DNA微陣列技術細胞大量培養(yǎng)技術組織培養(yǎng)技術生體反應利用技術細胞融合技術關鍵性技術主要應用對象生物技術基因重組技術作物栽培品種改良食品加工能源環(huán)境保護製藥化學工業(yè)作物栽培品種改良食品加工能源製藥食品加工製藥化學工業(yè)作物栽培品種改良食品加工製藥作物栽培食品加工能源環(huán)境保護製藥化學工業(yè)家畜飼養(yǎng)品種改良食品加工病毒鑑定藥物開發(fā)疾病診斷胚移植及核移植技術DNA微陣列技術細胞大量培養(yǎng)技術組織培養(yǎng)技術生體反應利用技術細胞融合技術關鍵性技術主要應用對象第20頁/共70頁21遺傳工程（基因工程或DNA重組技術）遺傳工程技術即所謂的基因重組技術，此技術賦予生物新的重組基因，因此表現(xiàn)新的特性及功能。第21頁/共70頁22遺傳工程的基礎一、細胞及遺傳學二、遺傳的基本單位–DNA三、DNA的複製四、基因工程第22頁/共70頁23第23頁/共70頁24第24頁/共70頁25第25頁/共70頁26第26頁/共70頁27細胞融合的技術以人為的操作，將兩種不同生物細胞的染色體及細胞質(zhì)互相融合，使成為一個雜種細胞（hybridcell）的技術，如利用融合瘤細胞（hydridoma）製造單源抗體。第27頁/共70頁28第28頁/共70頁29生體反應利用技術一、酵素技術二、醱酵技術三、生物反應器第29頁/共70頁30第30頁/共70頁31細胞培養(yǎng)技術一、微生物細胞培養(yǎng)技術二、植物細胞培養(yǎng)技術三、動物細胞培養(yǎng)技術第31頁/共70頁32植物培養(yǎng)技術1.莖頂培養(yǎng)2.花藥培養(yǎng)3.體細胞或組織培養(yǎng)4.胚培養(yǎng)第32頁/共70頁33第33頁/共70頁34第34頁/共70頁35第35頁/共70頁36胚移植及細胞核移植技術1.胚移植技術2.細胞核移植技術—桃莉羊第36頁/共70頁37生物技術在醫(yī)學上的應用

生物技術已大量應用在醫(yī)學及藥學的各個領域上，包括疾病的診斷、基因診斷、基因治療、藥物及疫苗的製造、組織工程及試管嬰兒等，已為醫(yī)療事業(yè)帶來革命性的發(fā)展。第37頁/共70頁38一、藥物的製造二、疫苗的製造三、單株抗體（monoclonalantibody）四、基因治療五、親子鑑定六、組織工程和器官移殖七、試管嬰兒第38頁/共70頁39一、藥物的製造

遺傳工程能將各種生物（包括人類）的基因轉(zhuǎn)殖到可大量繁殖的細胞，如細菌、酵母菌、動物及植物細胞，以製造藥物。其中細菌是最為普遍應用的「生物工廠」，可以大量生產(chǎn)藥物。第39頁/共70頁40已經(jīng)在使用的遺傳工程藥物

藥物名稱治療病癥胰島素糖尿病生長激素腦垂體分泌不良、侏儒癥血纖維蛋白溶酶心臟病、血管阻塞干擾素癌癥紅血球生成素（刺激紅血球形成的激素）貧血癥白血球介素2（協(xié)助T淋巴球形成）癌癥腫瘤壞死因子癌癥人類凝血第八因子血友病第40頁/共70頁41二、疫苗的製造

例如B型肝炎表面抗原病苗的開發(fā)（一）將B型肝炎表面抗原的基因轉(zhuǎn)殖到酵母菌以生產(chǎn)B肝表面抗原病苗。（二）以B型肝炎病毒表面抗原的基因轉(zhuǎn)殖至香蕉以生產(chǎn)表面抗原。第41頁/共70頁42三、單株抗體

由單一B淋巴球與骨髓瘤細胞融合而成的融合瘤細胞，所產(chǎn)生的單一抗體稱為單株抗體，可用於治療或檢驗特定蛋白質(zhì)。第42頁/共70頁43四、基因治療

治療遺傳疾病時，可以設法以健康的基因替換缺陷的基因，或者改變受精卵的基因組成，以達到治病的目的。

第43頁/共70頁44五、DNA鑑定

DNA鑑定亦稱為DNA指紋，已廣泛應用在親子及刑事醫(yī)學的鑑定。第44頁/共70頁45DNA指紋第45頁/共70頁46六、組織工程和器官移殖

器官移殖的問題主要是器官來源缺乏及排斥的問題。利用組織工程培養(yǎng)器官是解決器官移殖的方法之一。

第46頁/共70頁47七、試管嬰兒

將精卵在體外受精，培養(yǎng)成為初期胚胎，再殖入子宮中發(fā)育成嬰兒的技術。

第47頁/共70頁48生物技術在工業(yè)上的應用一、食品工業(yè)：以微生物生產(chǎn)人工甜味劑（代糖，如阿斯巴甜）、果寡糖、甲殼素等。二、化妝品工業(yè)：如含「紫草」紅色素的口紅，以取代人工色素。三、能源工業(yè)：生質(zhì)能源如以發(fā)酵的方法生產(chǎn)酒精、甲烷。第48頁/共70頁49四、清潔工業(yè)：清潔劑中含蛋白酶、澱粉酶和脂肪酶等酵素，藉以清除油汙。五、皮革工業(yè)：利用蛋白酶、脂肪酶除去除毛髮、油脂。六、生產(chǎn)化學原料：如胺基酸、乙醇、丙酮、乳酸、醋酸、澱粉等。第49頁/共70頁50植物生物技術在農(nóng)業(yè)上的應用1.抗殺草劑基因轉(zhuǎn)殖作物2.利用生物技術增加作物之固氮能力3.抗蟲基因轉(zhuǎn)殖作物4.抗寒作用5.抗逆境作物第50頁/共70頁516.改進作物品質(zhì)（1）高蛋白質(zhì)含量（2）增加植物組織中人體必需氨基酸的含量（3）增加飼料作物之營養(yǎng)價值（4）增加飼料的消化性能（5）藥用植物之發(fā)展7.植物成熟期調(diào)整及增加收獲後之耐貯藏性等第51頁/共70頁52傳統(tǒng)育種與基因工程改造植物之差別

1.耗時2.有遺傳學上的限制3.育種結(jié)果不可有效控制1.省時2.可從任何生物取得選殖基因3.可精確的殖入所需要的遺傳基因傳統(tǒng)育種

基因工程改造植物第52頁/共70頁53動物生物技術對動物及其畜產(chǎn)物生產(chǎn)的影響1.增加牛乳、肉、蛋及飼料作物的產(chǎn)量2.禽、畜牧的預防及治療3.改進畜產(chǎn)品的品質(zhì)（1）如利用遺傳工程生產(chǎn)低膽固醇的蛋（2）利用遺傳工程減少豬肉的脂肪含量等第53頁/共70頁544.利用遺傳工程生產(chǎn)特殊蛋白質(zhì)

（1）利用動物轉(zhuǎn)殖基因技術在牛乳中生產(chǎn)胰島素或荷爾蒙（2）利用羊奶生產(chǎn)人類之凝血因子5.利用動物胚胎技術加速純系動物之繁殖效率6.利用生技產(chǎn)品來增加禽畜之生產(chǎn)效能第54頁/共70頁55第55頁/共70頁56（三）醱酵的目的1.食品保存2.增加食物之營養(yǎng)價值3.改進食物之風味4.生產(chǎn)微生物細胞、酵素、代謝產(chǎn)物等第56頁/共70頁57（四）醱酵的種類1.傳統(tǒng)的醱酵2.生物反應器第57頁/共70頁58各種生物的反應器第58頁/共70頁59（五）微生物生物技術在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的應用1.生物防治微生物之生產(chǎn)2.固氮菌之生產(chǎn)3.反芻動物有益腸內(nèi)菌的生產(chǎn)4.動物荷爾蒙或胰島素之生產(chǎn)5.乳酸菌的生產(chǎn)第59頁/共70頁60（六）微生物生物技術在食品工業(yè)上的應用1.改進醱酵食品的品質(zhì)2.發(fā)展新的加工食品3.改進食品的安全4.食品安全檢驗技術的應用第60頁/共70頁61（七）微生物生物技術在環(huán)境保護上的應用1.生物分解作用2.有毒物質(zhì)之分解第61頁/共70頁62其他：與生物技術相關的行業(yè)1.與農(nóng)業(yè)相關的行業(yè)酵素、食品添加、飼料、動植物育種、農(nóng)藥、疫苗、植物荷爾蒙、肥料、病害診斷等。2.其他相關行業(yè)品質(zhì)管制、動植物檢疫、製造業(yè)、生產(chǎn)業(yè)、資訊系統(tǒng)業(yè)、市場行銷