生物技术与工程研究内容：初识生物技术与工程

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生物技术与工程研究内容：初识生物技术与工程

• 基因的玄奥，克隆的神奇，DNA如何编辑，蛋白质到底有什么用，生物发展如何影响我们，涉猎一个全新的领域。
• 当农业的发展细化至微生物进而细致到细胞这个层面时，生物存在的逻辑突然变动的更加规律，而外延也变得更加宽广，而当DNA被发现，基因作为密码破解后，生物工程将和数字化进行跨界融合，算法与测试将搭上摩尔定律的快车，以基因工程为核心的合成生物领域将大放异彩。而我们知之甚少，打开一部书名类似教科书的书，读下来发现可能仅仅是一本科普读物，只将其纲要绪论做了总结，浅尝辄止，开卷有益吧。

• >>生物技术与工程
• 微生物学、遗传学、分子生物学、细胞生物学、细胞工程、基因工程、酶工程、发酵工程、生化分离工程等
• >> 生物工程包括基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程、生物电子工程、生物反应器、灭菌技术以及新兴的蛋白质工程等，其中，基因工程是现代生物工程的核心。

• >> 一、发酵工程
• >> 微生物是生物的一大组成部分。利用微生物及其内含酶系的生理特性，应用现代工程技术手段生产或加工人类所需的产品的技术体系，即为发酵工程，又称为微生物工程。
• >> 利用微生物的生理机能进行细菌冶金、生物净化等同样属于发酵工程。
• >> 传统的工业菌株培育是利用自然界现有的菌种，而现在则可运用细胞融合技术和重组DNA技术，选育出人们所需要的类型

• >> 二、酶工程
• >> 酶是一种具有特定生物催化功能的蛋白质。酶工程简单地说就是酶制剂在工业上的大规模生产及应用
• >> 化学酶工程和生物酶工程
• >> 它通过对酶基因的修饰改造或设计，产生自然界不曾有过的、性能稳定、催化效率更高的新酶。现代酶工程的关键技术是固定化酶技术。

• >> 三、细胞工程
• >> 细胞是除病毒外的所有生物体的基本结构和功能单位。
• 现代细胞工程就是应用细胞生物学和分子生物学的理论、方法和技术，以细胞为基本单位进行离体培养、繁殖，或人为地使细胞某些生物学特性按照人们的意愿发生改变，从而改良生物品种和创造新品种，或加速动植物个体的繁殖，或获得有用物质。它主要包括细胞融合、细胞培养、细胞器移植、染色体工程等。
• >> 细胞融合技术也就是体细胞杂交。

• >> 四、基因工程
• 基因是具有遗传效应的DNA片段，是遗传物质的功能单位和结构单位。基因工程就是在基因水平上对生物体进行操作，改变细胞遗传结构从而使细胞具有更强的某种性能或获得全新功能的技术。它实质上是生物体向遗传信息的转移技术。
• >> DNA重组技术是基因工程的核心，也是现代生物技术的核心

• >> 五、蛋白质工程
• 蛋白质是组成生命体系的一类具有复杂结构和功能的生物大分子。
• >> 蛋白质工程其实是基因工程深化发展的产物。
• >> （一）现代生物技术是实现高效农业和可持续发展农业的重要手段
• >> 第一，应用于植物抗病毒
• >> 生物工程在植物中做的就是把病毒的遗传编码重组到植物体内，植物便具有病毒的遗传物质。
• >>第二虫害问题。如苏云金杆菌喷施农作物
• >> 正在研究将细菌体内编码这种毒蛋白的遗传物质用基因工程的办法取出来，再组到植物里面去，
• >> 第三，清除杂质。
• >> 第四，基因工程还可以提高水果的保鲜度，原理主要是破坏水果细胞壁纤维酶，
• >> （二）生物技术的发展给人类带来健康的福音
• >> 一是解决了过去用常规方法不能生产或者生产成本特别昂贵的药品的生产技术问题
• >> 二是研制出了一些灵敏度高、性能专一、实用性强的临床诊断新设备，如体外诊断试剂、免疫诊断试剂盒等，
• >> 三是基因工程疫苗、菌苗的研制成功直至大规模生产为人类抵制传染病的侵袭
• >> （三）进行生物治理是环境保护的根本出路
• >> 微生物发电将是未来极具前景的能源项目
• >> 评价环境的有效方法，主要包括利用新的指示生物、利用核酸探针和利用生物传感器。
• >> （四）现代生物技术的渗透将使传统工业大大改观
• >> 量生产一些人体所需而又不易得到的优质蛋白质

• >> 六、生物技术发展的趋向和前景
• >> 1.基因操作技术日新月异
• 将通过商业渠道，大力推广。目前，基因转移技术、基因扩增技术、基因克隆技术、基因修饰技术等正日渐成熟，并形成专项技术和全套试剂的买卖市场，进一步推广到基层。
• 2.生物治疗将突飞猛进。
• 基因工程药物将成为竞相开发的领域，应用将日趋普及。基因治疗方法有望治愈现在一些人们对之束手无策的重大疾变和遗传病，人类的平均寿命将因之大大延长。
• 3.转基因植物和动物将有重大突破。
• 转基因生物的种类和外源基因生物将进一步扩大，一些已经获得成功的转基因生物将逐渐进入实用化阶段并投放市场；采用新生物技术改造整个农业，估计到下个世纪上半叶之前就能全面展开，它将给人类的生活带来巨大的改变。
• 4.阐明生物体基因纽及其编码蛋白质的结构和功能是当今生命科学发展的一个主流方向。

• 人类基因组计划
• 2000年6月26日，参加人类基因组工程项目的美国、英国、法兰西共和国、德意志联邦共和国、日本和中国等六国科学家共同宣布，人类基因组草图的绘制工作已经完成。最终完成图要求测序所用的克隆能忠实地代表常染色体的基因组结构，序列错误率低于万分之一。 95％常染色质区域被测序，每个Gap小于150kb。完成图于2003年完成，比预计提前两年。（1990年启动，计划15年30亿美元）
• 基因诊断、基因治疗和基于基因组知识的治疗、基于基因组信息的疾病预防、疾病易感基因的识别、风险人群生活方式、环境因子的干预。这对于揭开人类许多疾病的奥秘、开发新的有效的治疗手段和药物无疑提供了美好的前景。

• 5.生物技术与其他科学技术的相互交叉融合，将带来科学技术水平和社会生活的全面改观。
• 比如生物材料和生物能源的开发将成为研究的热点
• 目前就已有科学家在研究“生物芯片”，以代替硅芯片，以便造出性能更为优越的、智能的新一代计算机。基因工程和医药学的结合，将革新医药学和整个医疗卫生领域。基因技术还有可能改变自然界优胜劣汰、自然选择的规律以及长期、缓慢的进化趋向，使人工干预生命、干预进化进程成为现实。它已经创造了许多人类为之瞠目的奇迹，还将创造更大的奇迹，甚至连人类自身也面临着基因改造成为新人类的可能。

• >> 农业生物技术产业发展的研究热点
• （一）动物基因标记诊断技术
• >> （二）饲料添加剂的研究
• >> （三）可再生资源的转化利用
• >> （四）绿色天然的功能食品
• >> 延缓衰老的维生素（富含维生素E的牛肉）及微量元素（如富硒鸡蛋）；有益于健康的植物油（如低芥酸、低硫甙含量的菜籽油，富含维生素E的玉米油）；可以降低对胆固醇吸收的植物奶油；富含优质蛋白的水产食品等。
• >> （五）新绿色革命与现代农业发展

• >> 生物医学的研究热点
• （一）生物芯片及其商业化趋势
• >> 每秒能够进行数万次的生化反应。它利用微点阵技术将成千上万的生物信息密码集中到一小片固相基质上，从而使一些传统的生物学分析手段能够在尽量小的空间范围内，以尽量快的速度完成。生物芯片技术可将人类基因编码破译工作加快千倍以上
• >> 我国的基因芯片研究取得的重要进展有：
• （1）上海博道基因技术有限公司研制出以玻璃片为载体，以双荧光检测为特征的基因芯片；制备了有8000个点、含4000种新基因表达谱研究芯片，并用这种芯片成功地筛选到400多种与人体生长发育和肿瘤相关的新基因；
• >> （二）基因组、后基因组和基因治疗研究取得重要进展
• >> （三）器官移植将成为新世纪临床医学的重要研究课题
• >> （四）超级抗药性病原及其代谢活动后效应之危害与防治
• >> （五）细胞克隆技术有较大发展
• >> （六）新世纪老年生命科学必将加大研究力度

• >> 发展环保产业是世界潮流
• >> 1.无机污染物的生物治理。
• >> 在美国，利用一种绿藻的特定功能消耗无机污染物很有成效，对磷酸盐的除去率达92％，硝酸盐的除去率达97％；同时可收获藻体生物量，其蛋白质含量达55％~60％，藻体生物量既可用作饲料，亦可从中开发其他产品。
• >> 2.有机污染物的生物治理。
• >> 3.发展生物可降解塑料

• >>开发核燃料铀的生物技术

• >> 生物酶制剂研究出现新的增长点（酶工程）
• >> 总之，生物酶及酶制剂经高新技术改造后其效价或酶活性可以成倍地提高，在工业、农业、医药等诸多领域有着广阔的应用前景