现代生物技术术语解释全集

现代生物技术术语解释全集引言现代生物技术以生命科学理论为基础，融合分子生物学、细胞生物学、生物化学等多学科技术手段，在医疗、农业、工业、环境治理等领域展现出巨大应用潜力。准确理解核心术语是掌握技术逻辑、开展科研实践与产业转化的前提。本文围绕基因工程、细胞工程、蛋白质工程、发酵工程、合成生物学、生物信息学六大方向，对关键术语进行专业解读，助力读者构建系统的生物技术知识体系。一、基因工程（重组DNA技术）基因工程通过人工操作DNA分子实现基因的改造、转移与表达，是现代生物技术的核心支柱。1.**聚合酶链式反应（PCR）**一种在体外快速扩增特定DNA片段的技术。原理是利用热稳定DNA聚合酶（如Taq酶），通过“变性（DNA解旋）—退火（引物结合模板）—延伸（合成新链）”的循环反应，将目标DNA片段扩增至百万倍以上。广泛应用于基因克隆、疾病诊断（如新冠核酸检测）、法医学鉴定等领域。2.**限制性内切酶**一类能识别并切割特定DNA序列的核酸酶（如EcoRI识别GAATTC序列）。酶切后可产生粘性末端（单链突出）或平末端，是基因工程中切割载体与目的基因、实现DNA片段拼接的关键工具。3.**载体**能携带外源DNA进入宿主细胞并稳定复制/表达的DNA分子，分为克隆载体（如质粒、噬菌体，用于扩增DNA）和表达载体（含启动子、终止子等元件，可使外源基因表达）。理想载体需具备复制起点、多克隆位点、筛选标记（如抗生素抗性基因）等元件。4.**CRISPR/Cas9基因编辑技术**源于细菌的适应性免疫机制，通过向导RNA（gRNA）引导Cas9核酸酶识别并切割目标DNA序列，实现基因的敲除、插入或定点突变。相比传统技术，其操作简便、靶向性强，已成为动植物育种、疾病模型构建、基因治疗的核心工具。二、细胞工程细胞工程以细胞为操作对象，通过细胞培养、改造或融合实现生物制品生产、器官再生等目标。1.**细胞培养**在体外模拟体内环境，使细胞（如动物细胞、植物细胞、微生物细胞）生长、增殖的技术。分为贴壁培养（如成纤维细胞需附着在培养瓶表面）和悬浮培养（如CHO细胞在培养液中悬浮生长），是单克隆抗体、疫苗生产的基础。2.**细胞融合**通过化学（PEG）、物理（电融合）或生物（病毒介导）方法，使两个或多个细胞的细胞膜融合，形成杂交细胞（如杂交瘤细胞，由B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合而成，可持续分泌单克隆抗体）。3.**胚胎移植**将体外受精或基因编辑后的胚胎移植到受体母体子宫内，使其发育为后代的技术（如试管婴儿、转基因动物制备）。核心是保证胚胎与受体的生理状态同步，提高胚胎着床率。4.**干细胞**具有自我更新和多向分化潜能的细胞，分为胚胎干细胞（源自囊胚内细胞团，可分化为所有组织细胞）、成体干细胞（如造血干细胞，分化潜能有限）和诱导多能干细胞（iPSC）（通过重编程体细胞获得，规避伦理争议）。在器官再生、疾病模型构建中具有重要应用。三、蛋白质工程蛋白质工程通过改造基因来优化蛋白质的结构与功能，满足工业、医疗等领域的需求。1.**定点突变**通过PCR等技术在基因的特定位点引入突变（如碱基替换、插入或缺失），从而改变蛋白质的氨基酸序列，实现对酶活性、蛋白稳定性等特性的精准调控（如改造Taq酶以提高热稳定性）。2.**蛋白质定向进化**模拟自然进化过程，通过易错PCR、DNAshuffling等技术构建基因多样性文库，结合高通量筛选获得具有目标功能的蛋白质变体。无需了解蛋白质结构，即可快速优化酶的催化效率、底物特异性等。四、发酵工程（微生物工程）利用微生物的代谢活动生产有用物质（如抗生素、酶制剂、生物燃料）的技术，核心是调控微生物的生长与代谢。1.**发酵罐**规模化培养微生物的密闭装置，具备温度、pH、溶氧等参数的精准控制系统。分为分批发酵（一次性投加培养基，收获产物）、补料分批发酵（中途补加营养，延长发酵周期）和连续发酵（持续进出料，提高生产效率）。2.**代谢调控**通过基因编辑（如敲除副产物合成途径）、环境优化（如控制碳氮比）等手段，调控微生物的代谢流，提高目标产物的合成效率（如改造大肠杆菌生产胰岛素）。3.**菌种选育**通过自然筛选、诱变育种（如紫外线、化学诱变剂）、基因工程育种等方法，获得高产、稳定的生产菌株。诱变育种可快速扩大菌种多样性，而基因工程育种则能精准改造代谢途径。五、合成生物学合成生物学将工程学理念引入生物学，通过设计、构建生物元件与系统，实现“定制化”生物功能。1.**生物元件**具有特定功能的DNA片段，如启动子（调控基因表达强度）、核糖体结合位点（控制翻译效率）、终止子（终止转录）等，是合成生物系统的“积木”。2.**基因回路**由多个生物元件组成的基因调控网络，可实现复杂的逻辑功能（如“与”“或”门）。例如，在环境中检测到特定信号（如重金属离子）时，启动报告基因表达或目标产物合成。3.**底盘生物**经过改造、适合承载合成生物系统的宿主细胞（如大肠杆菌、酿酒酵母）。理想底盘需具备生长快速、遗传背景清晰、代谢调控简单等特点。六、生物信息学利用计算机技术分析生物数据（如DNA序列、蛋白质结构），为生物技术研究提供数据支撑与理论指导。1.**序列比对**通过算法比较两条或多条核酸/蛋白质序列的相似性，分为全局比对（比对全长序列，如Needleman-Wunsch算法）和局部比对（比对高相似区域，如BLAST算法），用于基因同源性分析、进化研究等。2.**基因组注释**对基因组序列进行“解读”，识别基因、启动子、非编码RNA等功能元件的位置与功能。分为结构注释（确定基因位置）和功能注释（预测基因功能，如通过同源序列比对）。3.**系统发育分析**基于核酸/蛋白质序列的进化距离，构建系统发育树，推断物种或基因的进化关系。常用方法包括邻接法、最大似然法等，在物种分类、病原溯源中具有重