现代生物技术

出处：按学科分类—工业技术 企业管理出版社《工程师手册》第75页（3754字）

本世纪70年代，DNA重组技术、淋巴细胞杂交瘤与单克隆抗体技术的相继诞生，以及生物加工技术的发展，推动了传统生物技术跨入一个新时代－现代生物技术发展和应用时代，由于它在工农业应用中的巨大潜力，对未来世界经济发展的强大推动力，以及对科学技术发展的促进作用，现代生物技术已被各国视为当今世界急需发展的高技术之一。它的出现和应用，将提供一个巨大的产业，开创新的广阔市场。同时，有可能为世界正面临的饥饿、疾病、能源不足和环境污染等国计民生问题提供解决办法。为此，应用和发展现代生物技术受到了世界各国的普遍关注。各发达国家的政府部门制订发展规划、组织人力、增加投资，一批生物技术企业公司应运而生。我国也于70年代中后期引入此项技术，将其纳入国民经济发展计划，促进其应用化研究。1986年3月我国政府制订的高科技发展规划，把现代生物技术列于包括微电子、信息、航天、新能源、新材料等高技术发展的首位，组织力量攻关，追踪世界先进水平、创建适合我国国情的生物技术产业，促进科学技术的发展。

生物技术的由来

我们祖先早年的制酱、酿酒和造醋，便是最初的发酵工程。追溯到地球上的人类开始农业活动，进行刀耕火种时，就萌发了对生物技术的自发应用。然而随着自然科学的发展，譬如，微生物的发现，经典遗传学的建立以及化学理论与技术的出现，在自然采用古老生物技术过程中，逐渐引入生物学知识和技术，使之纳入科学技术轨道，出现了农作物的遗传育种技术、抗生素生产的发酵工程以及工业化生产的酶工程等等。本世纪40年代的中后期，微生物深层培养技术的出现和应用，使青霉素生产由表面培养技术改为适宜大规模生产的发酵罐培养，继而在50年代形成抗生素发酵的生化工程体系，推动了制药工业发展，收到了明显的经济效益。在用玉米淀粉为原料进行葡萄糖生产中酶法转化技术的成功，使得60年代成为微生物酶学发展鼎盛的10年，同时还萌发了固相化酶技术。自发现了能大量分泌谷氨酸的细菌株之后，天然氨基酸的生产开辟了新的途径。60年代末至70年代初，曾风行应用藻类、酵母、霉菌或细菌将石油馏分转化为食用蛋白质。近几十年来，生物加工技术的发展推动了传统生物技术向近代化方向迈进。

随着分子生物学的飞速发展，1973年生物科学家Cohen和Boyer等采用DNA体外重组方法，成功地创建了第一个具有生物功能的杂交细菌质粒，开创了基因工程技术，继后，1975年Kohler和Milstein建立了淋巴细胞杂交瘤新技术。两个技术的诞生，宣告了生物技术进入了现代生物技术新时代。

基因工程是现代生物技术的核心

生物技术(Biotechnology)是综合利用生物化学、分子生物学、微生物学、遗传学、细胞学、化学、物理学等基础学科研究成果，以及引入微电子学和计算机科学先进尖端技术所发展起来的现代工程技术。它主要包括有DNA体外重组技术、淋巴细胞杂交瘤和单克隆抗体技术、固定化酶和固定化细胞技术以及细胞大量培养技术等等。以上述某一技术为基础发展创建的生物技术工程分别称之基因工程、细胞工程、酶工程和发酵工程。近几年又发展有蛋白质工程，称其为第二代的基因工程。

基因工程是采用DNA体外重组技术将有兴趣的蛋白质或酶的基因导入适宜的细胞或生物体内，使之达到大量生产的目的，或者促使生物体性状改变、创造新品种。它在互相渗透、彼此促进的各项生物技术工程中起着核心作用，为其它各项技术的发展赋予新的内容。譬如，为克服鼠源单克隆抗体临床应用中产生人抗鼠抗体的弊端，在现今人－人单抗技术尚未成熟期间，采用基因工程技术研究嵌合抗体和全套抗体、将是有发展前景的途径。在酶工程中，采用DNA重组技术，可望提供稳定性强、活力高的工程用酶，因此，将基因工程技术引入酶工程，展示了巨大潜力。同样，在工业微生物中，通过基因水平的研究，可以有目的地定向改造基因，提高表达水平，改造或创建微生物菌株。蛋白质工程更需要基因工程技术，因为，由基因水平改造或创建蛋白质是方便易行的途径。本章后一部分有关生物技术应用研究及其发展前景的介绍中，将充分显示基因工程的核心主导作用。

然而，随着生物技术的不断深入和扩展，尤其是向产业方向发展，它需要本领域内各项工程技术的互相渗透以及其他领域科学技术的密切配合，因此，以基因工程、细胞工程、酶工程和发酵工程划分的种种技术在实践中已不是彼此分隔的各种单项技术，它们是各具特点而彼此配合、紧密相连的综合性技术体系。

生物技术发展的特点

1．走产业化道路

生物技术的发展总是与产业化紧密相连的，现代生物技术发展的巨大潜力就在于可开发生产传统生物技术所不能生产的新产品；同时，通过对传统加工工艺的改造，提高传统产品的质量和产量，进一步推动国民经济的发展。医药卫生一直是生物技术应用最活跃的领域，十几年来开发的产品有几百种。大致归纳为单克隆抗体诊断试剂和治疗药物、基因工程活性蛋白与多肽以及基因工程疫苗等三大类。重组基因的胰岛素和干扰素是最早研制成功并获准生产上市的基因工程产品。美国在生物技术产业化方面是领先的，例如在1990年期间进行临床试验的产品就有100多种，其中20%已完成临床试验，正向政府的药品和食品管理局(FDA)申请生产执照。当前，国外的生物技术公司林立，据美国商务部预计，到本世纪末，生物技术产品世界市场年销售总额可高达千亿美元，生物技术迅猛发展势头可持续到21世纪。

2．对各行各业的广泛渗透

医药卫生是现代生物技术最先应用并最早显示效益的领域。随着动、植物基因转移技术的突破，生物技术应用最广、潜力最大的是农业和畜牧业。采用细胞工程技术生产植物优良种苗、脱毒种苗的市场正在开拓，人工种子更是令人注目的新产业。主要目标是采用基因工程技术创造具有丰产、优质、抗逆、抗旱、抗病虫害、耐盐碱等品性的农作物新品种。在畜牧业方面畜用检测药盒和疫苗产品已不断投放市场，采用动物基因工程可培育大型猪、瘦肉型猪，转基因鱼等新品种，以满足世界对肉类食品日益增长的需要。随着基因工程和蛋白质工程技术的引入，工业用酶正发生重大变化，它将促使面包、饮料、乳制品、淀粉加工等食品工业以及制革、纺织、医药等传统技术的革命性变革。生物技术还对矿石开采、能源开发，环境保护以及保持生态平衡有着巨大的应用前景。

随着陆上资源的日益贫乏，走向海洋，发掘海洋生物资源的战略发展方向具有深远的意义。生物技术则提供了开发该领域的强有力手段。同样，由于在微重力下有可能提供更纯净更均一的物质，它吸引着科学家们走向宇宙，开创空间生物加工产业。综上所述，当今的生物技术确实能渗透到各行各业，显示其广泛的应用潜力。

3．与基础科学发展的紧密依存关系

不言而喻，以DNA重组技术和单克隆抗体为标志的现代生物技术的开创是与分子生物学、分子遗传学和细胞免疫学等生物学科的飞速发展密切相关的。然而，生物技术又进一步推动了基础生物学科的深入研究。由于基因分离和体外克隆技术，加至DNA合成、DNA序列分析，氨基酸序列测定、多肽合成等方法成熟和微量化学测试设备仪器的提供，加速了对生物大分子DNA和蛋白质结构与功能的研究。

由于生物技术的应用，使生物学的各学科由过去传统的分隔状的研究融合为相互渗透和沟通的研究。由基因调控水平深入研究发育生物学；从神经递质、调质及其受体的基因研究神经生物学；由抗原、抗体的基因结构和调控研究免疫学；以及基因水平的遗传病、肿瘤和心血管疾患发病机理研究都将在统一的理论上推进生命科学的发展。近年来，分子生物学中有关人基因组作图和全序列测定项目的开展，将一改传统生物学由粗到细、由表及里、由形态到结构的研究途径，而是从生命的基本物质基因着手研究生物大分子的结构以及它们在细胞和生物体生命活动中的地位，以阐明千变万化的生命现象。同样，若从分子水平研究植物光合作用、固氮、生长与发育，以及与病源体的相互作用，将有助于提高植物对恶劣环境抵御能力，提高农业生产力。由此充分显示了生物技术与基础生物学科发展的紧密依存关系。

鉴于现代生物技术在理、工、农和医各领域的巨大应用潜力以及由它而引发的又一次重大技术革命，说明了生物技术对世界经济发展的重要战略价值。