第1章生物技术总论.ppt

生物技术总论,学习目的,概要了解生物技术的含义、特点以及生物技术的发展史。了解生物技术的各项技术及其相互关系。认识生物技术的应用领域及其对人类社会发展的影响。,生物技术,是一门新兴学科，它包括传统生物技术和现代生物技术两部分。传统的生物技术是指旧有的制造酱、醋、酒、面包、奶酪、酸奶及其他食品的传艺。现代生物技术则是指20世纪70年代末80年代初发展起来的，以现代生物学研究为基础，以基因工程为核心的新兴学科。当前所称的生物技术基本上都是指现代生物技术。本书主要讨论现代生物技术。,一、生物技术的含义,生物技术也称生物工程：是指人们以现代生命科学为基础，结合其他基础学科的科学原理，采用先进的工程技术手段，按照预先的设计改造生物体或加工生物原料，为人类生产出所需产品或达到某种目的。,先进的工程技术手段：指基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程和蛋白质工程等新技术。改造生物体：指获得优良品质的动物、植物或微生物品系。生物原料：指生物体的某一部分或生物生长过程产生的能利用的物质，如淀粉、糖蜜、纤维素等有机物，也包括一些无机化学品，甚至某些矿石。为人类生产出所需的产品：包括粮食、医药、食品、化工原料、能源、金属等。达到某种目的：则包括疾病的预防、诊断与治疗和食品的检验以及环境污染的检测和治理等。,2、生物技术的种类及其相互关系,（1）、基因工程：是20世纪70年代以后兴起的一门新技术，其主要原理是应用人工方法把生物的遗传物质，通常是脱氧核糖核酸(DNA)分离出来，在体外进行切割、拼接和重组。然后将重组了的DNA导人某种宿主细胞或个体，从而改变它们的遗传品性；有时还使新的遗传信息(基因)在新的宿主细胞或个体中大量表达，以获得基因产物(多肽或蛋白质)。这种通过体外DNA重组创造新生物并给予特殊功能的技术就称为基因工程，也称DNA重组技术。,（2）细胞工程,细胞工程(cellengmeenng)是指以细胞为基本单位，在体外条件下进行培养、繁殖；或人为地使细胞某些生物学特性按人们的意愿发生改变，从而达到改良生物品种和创造新品种；或加速繁育动、植物个体；或获得某种有用的物质的过程。所以细胞工程应包括动、植物细胞的体外培养技术、细胞融合技术(也称细胞杂交技术)、细胞器移植技术、克隆技术、干细胞技术等。,（3）酶工程,酶工程(enzymeengineenng)：是利用酶、细胞器或细胞所具有的特异催化功能，对酶进行修饰改造，并借助生物反应器和工艺过程来生产人类所需产品的一项技术。它包括酶的固定化技术、细胞的固定化技术、酶的修饰改造技术及酶反应器的设计等技术。,（4）发酵工程,发酵工程：利用微生物生长速度快、生长条件简单以及代谢过程特殊等特点，在合适条件下，通过现代化工程技术手段，由微生物的某种特定功能生产出人类所需的产品称为发酵工程，也称微生物工程。,（5）蛋白质工程,蛋白质工程：是指在基因工程的基础上，结合蛋白质结晶学、计算机辅助设计和蛋白质化学等多学科的基础知识，通过对基因的人工定向改造等手段，从而达到对蛋白质进行修饰、改造、拼接以产生能满足人类需要的新型蛋白质的技术。,现代生物技术的范畴,A、基因工程(核心)B、细胞工程（平台）C、发酵工程D、酶工程E、蛋白质工程,五项技术彼此之间是互相联系、互相渗透,基因工程技术是核心技术,3、生物技术涉及的学科,（1）生物学科：分子生物学、细胞生物学、微生物学、免疫生物学、人体生理学、动物生理学、植物生理学、微生物生理学、生物化学、生物物理学、遗传学等。（2）生物学领域之外的学科：化学、化学工程学、数学、微电子技术、计算机科学、信息学等。,二、生物技术发展简史,传统生物技术现代生物技术,1、传统生物技术的产生,（1）中国公元前221年，豆腐、酱和醋。公元10世纪，预防天花的活疫苗。16世纪，知道被疯狗咬伤可传播狂犬病。（2）在西方公元前6000年，苏美尔人和巴比伦人开始啤酒发酵。公元前4000年，埃及人就开始制作面包。1676年，荷兰人Leeuwen制成了显微镜并首先观察到了微生物。19世纪60年代，法国科学家证实发酵是由微生物引起的。20世纪20年代，大规模的纯种培养技术发酵化工原料丙酮、丁醇。20世纪50年代，大规模发酵生产青霉素。,2、现代生物技术的发展,1944年，Avery等阐明了DNA是遗传信息的携带者。1953年，Watson和Crick提出了DNA的双螺旋结构模型。1961年，Khorana和Nirenberg破译了遗传密码。1972年，Berg首先实现了DNA体外重组技术。,三、生物技术对经济社会发展的影响,1、改善农业生产、解决食品短缺2、提高生命质量、延长人类寿命3、解决能源危机、治理环境污染4、制造工业原料、生产贵重金属5、生物技术的安全及其对伦理、道德、法律的影响,1、改善农业生产、解决食品短缺,（1）提高农作物产量及其品质a培育抗逆的作物优良品系b植物种苗的工厂化生产c提高粮食品质d生物固氮，减少化肥使用量e生物农药，生产绿色食品（2）发展畜牧业生产a动物的大量快速无性繁殖b培育动物的优良品系,2、提高生命质量、延长人类寿命,开发制造奇特而又贵重的新型药品疾病的预防和诊断-基因芯片基因治疗人类基因组计划,3、解决能源危机、治理环境污染,解决能源危机环境保护,4、制造工业原料、生产贵重金属,制造工业原料：包括食品工业原料和化学工业原料生产贵重金属：提的金属包括金、银、铜、铀、锰、钼、锌、钴、镍、钡、铊等10多种,5、生物技术的安全及其对伦理、道德、法律的影响,(1)基因工程对微生物的改造是否会产生某种有致病性的微生物，这些微生物都带有特殊的致病基因，如果它们从实验室逸出并且扩散，有可能造成类似鼠疫那样的可怕疾病的流行。(2)转基因作物及食品的生产和销售，是否对人类和环境造成长期的影响，擅自改变植物基因是否可能引起一些难以预料的危险。(3)分子克隆技术在人类身上的应用可能造成巨大的社会问题，并对人类自身的进化产生影响；而应用在其他生物上同样具有危险性，因为所创造出的新物种有可能具有极强的破坏力而引发一场浩劫。(4)生物技术的发展将不可避免地推动生物武器的研制与发展，使笼罩在人类头上的生存阴影越来越大。(5)动物克隆技术的建立，如果被某些人用来制造克隆人、超人，将可能破坏整个人类社会的和平。,生物技术可能带来的对人类社会的伦理、道德、法律的冲击,(1)转基因技术：某些宗教团体禁止食用的动物基因转入他们通常食用的动物中，这可能触怒这些团体，例如将猪的基因转入绵羊；将动物基因转入食用植物可能会引起一些素食主义者的特别关注；用含人类基因的生物体作为动物饲料而可能引发的伦理问题。(2)动物克隆技术：上面已经提到人的克隆可能对人类社会的破坏。从法律层面看，人的克隆同样给人们带来困扰，提供体细胞的人与被克隆的人从法律上看是父子、母子或兄弟?(3)人类基因组与基因诊断技术：一个人的遗传信息(基因组序列)是不是一种隐私?基因诊断过程会不会侵犯个人隐私?保险公司或工厂的顾主是否有权力要求投保人或被雇佣者进行基因组检测，预测他们将来可能罹患某些疾病，再决定是否接受投保或雇佣?,1976年美国成立了第一家生物技术公司Genentech公司（基因泰克，Boyer是创始人之一），进行小牛和小猪的生长激素的研发，开创了基因工程制药现代生物技术产业发展的新纪元；国际上生物技术研究成果60以上集中在医药领域；,基因泰克2007全年销售额达117亿美元（2009年被瑞士的罗氏公司收购）,第一家生物技术公司Genentech公司,1999年：我国正式加入人类基因组计划2000年：人类基因组草图宣告完成,2002年：中国完成了对水稻（籼稻）基因组序列草图的测定及初步分析2003年：人类基因组序列绘制成功，开始进入后基因组时代,主要产品,1、基因工程产品：如利用转基因技术制备的各种药物、疫苗等2、单克隆抗体（单抗）3、动植物细胞培养技术4、转基因植物和动物5、克隆动物,2009年全球医药市场总销售额为8150亿美元，其中生物技术药物的销售额合计为1300亿美元2010年全球药品市场的销售额达到8500亿美元，其中生物技术药物达到1400亿美元。,在2009年畅销国际医药市场的三大类生物技术药物为：单克隆抗体类药品（400亿美元）、疫苗类药品（380亿美元）、TNF（肿瘤坏死因子抑制剂类）220亿美元。在10只世界畅销药中，生物技术药品占据“半壁江山”，数量为5只。而在2009年世界畅销药排名榜前20位药品中，生物技术药品则占到8席。,2007年全球十大生物医药企业,2009年辉瑞制药以680亿美元收购惠氏，罗氏制药468亿美元收购基因泰克。,应用最早和最为广泛的领域医药行业,2007年全球十大生物医药治疗领域,2007年全球十大生物医药产品,2007年，全球共110种药物的年销售额超过10亿美元，就有29种为生物技术药物，而其中还包括16种年销售额超过40亿美元的“超级重磅炸弹”。,负面的声音,美国生物技术产业自Genentech成立起，发展了32年，中间经过起起伏伏，到现在总体规模依旧不是很大，真正的较为成熟的大公司只有Amgen和Genentech两家amgen公司，2007年8月15日宣布，由于公司顶级畅销药-治疗贫血症的Aranesp和Epogen销量下滑，公司将被迫进行成立27年以来的首次裁员，并关闭部分工厂，以降低公司资本开销。,展望,生物技术的突飞猛进短时间