生物化学工程与现代生物技术产业化

生物化学工程与现代生物技术产业化陈洪章

中国科学院过程工程研讨所

生化工程国家重点实验室

1/4/20241化学生物一、生物化学工程生物化学工程化学工程生物工程生物化学工程基因工程现代生物技术产业化1/4/202421、目前能广泛接受的----国际协作及开展组织的定义生物技术是运用自然科学及工程学的原理，依托微生物、动物、植物体作为反响器将物料进展加工以提供产品来为社会效力的技术。

从这个定义中，可归纳出生物技术三个特点：1〕生物技术的多学科性和综合性2〕微生物、动植物作为生物催化剂，有别于化学催化剂3〕最终目的将生物反响开发成为工业消费的工艺过程，即生物反响过程〔Bioprocess〕。二、现代生物技术1/4/202432、现代生物技术的产生〔1953〕Watson和Crick----发现了DNA双螺旋构造---奠定了现代分子生物学的根底

〔1973〕Boyer和Cohen---发明了DNA目的基因重组技术---DNA重组技术在很大程度上得益于分子生物学、微生物遗传学和核酸酶学等领域的开展反过来DNA重组技术的逐渐成熟和开展—---对生命科学的许多领域产生了革命性的影响---成为20世纪以来开展最快的学科之一---而受DNA重组技术的影响最为深化的是生物技术，---完成了从传统生物技术向现代生物技术的飞跃

现代生物技术是随着DNA重组技术的开展而提出来1/4/202443、对现代生物技术的了解

现代生物技术-----是如何利用DNA重组技术-----把它作为有效手段-----并非DNA重组技术就是现代生物技术仅仅有DNA重组技术实现不了生物技术的产业化

4、现代生物技术的内涵根据当前生物技术的开展，给现代生物技术下一个定义：

以DNA重组为主要手段，利用可再生性资源，依托清洁、经济的生物反响器加工人类所需产品的可继续开展技术。

1/4/202451、产业化〔Industrialization〕--技术创新和商业化过程---目的产质量量---市场需求---可商业化程度2、生物技术产业化---当今生物高技术研讨成果的必然---生物技术具有显示强大生命力表达---涉及领域极其广泛〔太空、海洋〕3、生化工程重点研讨生物技术产业化过程中瓶颈问题---保证生物加工工艺设备条件，到达产质量量---技术经济观念贯穿于生化工程研讨始末，降低本钱三、生物技术产业化与生物化学工程1/4/20246四、生物化学工程与生物技术上中下游关系1、生物技术的上、中、下游过程生物反响器---作为生物反响过程的中心即中游加工---反响前与后的工序称为上游加工和下游加工l

上游加工----最重要的是提供和制备高产优质和足够数量的生物催化剂即运用常规选育、基因工程、细胞工程和酶工程手段获得优良菌株、细胞系或固定化的菌体等1/4/20247l

下游加工-----从反响液中提取目的产物加工精制成合格产品l

中游加工-------生物反响器为中心生物化学工程------包括中下游两部分

1/4/20248五、生物化学工程学科----研讨生物反响过程中共性工程技术问题----为生物工程效力的化学工程----它即可视为化学工程的一个分支----又可以为是生物工程的一个组成部分----生化工程为生物学和化学工程的纽带1/4/202491、根本概念科学---讨论是什么？发现自然规律、认识自然技术---处理如何做？工程---根据科学原理和有关技术，组合出高效、合理的一定构造的技术系统六、工程概念了解与生物化学工程1/4/2024102、工程学家的角色科学--粘合剂技术---各种资料工程学家象艺术家一样------如何利用好它们雕塑成一副工艺品工程学家也类似于音乐家一样------把七个音符组合出优美的乐曲

工艺品或乐曲---必需具有市场---产生经济价值---要有经济学家的头脑要把科学原理、技术和经济综合思索----也有哲学家的思想

工程学家---组合艺术1/4/202411总之--工程学家-----即要具有艺术家的目光-----又要有哲学家的思想-----还要有经济学家的头脑-----同时具有科学家的知识阐明工程学家---重要性不容易1/4/2024123、名家的了解著名的科学家叶渚沛对工程科学的是这样了解的

“自然科学家主要把兴趣集中在自然景象，而工程科学家那么把兴趣集中于处理实践的问题上〞。

“自然科学和工程学的‘结亲’产生运用科学乃是逻辑的开展，但工程学家却经常遭到双重的埋怨，自然科学家以为这是有降低科学程度的趋势，而职业运用工程师那么以为是对一些在长期实际中积累的阅历和价值有不信任的趋势。但是，工程学家用新的方式把这些学科结合起来，就能产生足以构成新发明或新发现，这些发现或发明又带动它本身的开展，而且对科学有很大奉献。〞1/4/2024134、科学与工程开展历程科学最早由哲学家提出---进展研讨---得出规律---成为科学。目前国外科学方面博士仍称为“哲学博士〞而工程学是渐渐的开展而来的----获得工学博士比获哲学博士更难〔过程所3-5年获工学博士〕5、自然科学家与工程科学家的比较科学家按学科分类，根据结果分析、严厉实际推导---分解的观念工程师面对实践问题的综合性的、多学科---靠工程技术阅历，半实际、半阅历性的---系统性、整体性的观念1/4/202414生命景象的本质？

生命活动的规律？19世纪：细胞是生命的根本单位细胞学说：细胞是动植物构造和功能的根本单位，一切生命景象都是以细胞为根底表达的七、生命本质了解与生物化学工程1/4/202415遗传密码蛋白质三维构造基因转录线性多肽链

〔无功能活性〕翻译生命活动的分子根底以核酸和蛋白质为中心的生物大分子是生命景象的共同物质根底，细胞和有机体一切生命活动都是以这些生物大分子及其复合物的构造、运动和相互作用来实现的。构造与功能分子生物学：20世纪生物学的主流1/4/202416生命是什么？无序与有序问题在自然科学中，生命科学----非生命科学-----不断存在一条鸿沟非生命过程-------按照克劳修斯热力学第二定律---以为自然界中一切自发过程都是熵增大的过程，----而熵的增大意味着混乱度的升高。

生命过程----整个自然界永远只能从有序走向无序，---这就完全排除了从无序走向有序的能够性。---存在着从无序向有序、从低级向高级开展的过程---是一个熵减少的过程这就鼓励许多实际物理学家研讨生命景象1/4/202417如40年代实际物理学家薛定鄂-----<生命是什么>--就指出生命过程是熵减少，是负熵。68年比利时普里高津--从非平衡热力学实际出发--提出耗散构造实际--严厉证明了远离热力学平衡的开放系统中--过程的复杂性特征可自然产生稳定的自组织行为--从无序演化出时空上的有序构造负熵概念和耗散构造实际--让人们加深对生命科学有序性的了解

1/4/202418时间可逆与不可逆问题---非线性问题牛顿力学的“决议论〞和严厉的“因果关系〞-----影响到自然科学的全部思想方式-----处理了自然科学许多艰苦课题-----又开展了量子论和相对论--引向微观世界和整个宇宙。

而牛顿力学、量子论和相对论的时间却是可逆的在生命科学中-----时间不可逆-----一切生物从出生到死亡是不可逆的-----也就是说时间是不可逆的，是一方向的为什么？-----主要是由于生命科学极其复杂的----非线性过程-----非线性是生命科学中带有根本性的、普遍性的问题，是生物系统所固有的动态属性非线性--曾经成为当今自然科学根底实际研讨的艰苦课题1/4/202419生命的本质问题

因此，生命科学的根本特征-----是生命过程的有序性和非线性-----是整个生物界之所以能在这错综纷繁的世界中不断生衍繁衍、不断进化开展的根本要素