生物技术前沿 生命学院：张芳 2012.2.22 * * 1 1 生物技术总论 l基因工程(gene engineering) l细胞工程(cell engineering) l发酵工程(fermentation engineering) l酶工程(enzyme engineering) DateDate 2 2 l生化分离技术 l生化检测技术 l酶、基因和细胞操作技术 生物技术实验技术生物技术实验技术 DateDate 3 3 生物技术 Biotechnology Biology Technology DateDate 4 4 在工具书中的解释：生物技术是应用自然科学及 工程学的原理，依靠微生物、动物、植物作为反 应器将物料进行加工以提供产品来为社会服务的 技术。(引自1982国际合作及发展组织) 在学术文献中的解释：在学术文献中的解释：利用生活有机体或其部利用生活有机体或其部 分去制造或改造产品分去制造或改造产品, ,改善动植物或发展特定用改善动植物或发展特定用 途微生物的技术途微生物的技术 。(引自美国政府技术评审室引自美国政府技术评审室OTA OTA the Officer Technology Assessment)the Officer Technology Assessment) DateDate 5 5 美国生物技术产业组织： 生物技术是利用细胞和分子过程来解决问题或 制造产品的技术。 生物技术公司则是将细胞和生物分子技术应用 到医药、农业和环保上的企业。 DateDate 6 6 生物技术：是指人们以现代生命科学为基础，结合 其他学科的科学原理，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的新技术。 中国科学技术委员会中国生物技术纲要 DateDate 7 7 传统生物技术 现代生物技术现代生物技术 DateDate 8 8 传统生物技术 农业：神农氏“教民播种五谷”帝王世纪； 医药：神农氏又“始当百草，始有医药”三皇本纪 ； 纺织：黄帝的元妃螺祖，教民养蚕治丝； 发酵：大禹命其大臣仪狄造酒； 水产养殖：战国时期范蠡助勾践复国后，退隐山林而著 养鱼经 DateDate 9 9 l 1676年 显微镜的诞生 荷兰人Leeuwen Hoek ； l 19世纪60年代 微生物纯种培养技术的建立； l 20世纪20年代 发酵化工原料 l 20世纪50年代 工业化大规模应用 DateDate1010 v自制的单式显 微镜观察到细 菌的个体； v 对某些微生 物形态进行了 描述。 为微生物的研究提供了有力的工具! DateDate1111 巴斯德（Louis Pasteur） （18221895年） (1)发现并证实发酵是由活的 小生物微生物引起的; (2) 彻底否认了自然发生学说 ; (3) 巴氏杀菌法; (4) 免疫学预防接种; DateDate1212 DateDate1313 传统生物技术到目前还没有消失，反而已经传统生物技术到目前还没有消失，反而已经 无所不在的影响我们的生活，更采用无所不在的影响我们的生活，更采用现代生物技现代生物技 术术为工具，大大改头换面成为重要的生技项目，为工具，大大改头换面成为重要的生技项目， 如抗生素制造、植物组织培养。如抗生素制造、植物组织培养。 DateDate1414 l现代生物技术 Paul. Berg (1926- )Paul. Berg (1926- ) 2020世纪世纪7070年年 代，代，DNA DNA 重重 组技术的建组技术的建 立为标志。立为标志。 DateDate1515 DateDate1616 能源 化工 食品 轻工 农林牧渔 医药卫生 生物技术 DateDate1717 现代生物技术的发展历程 l 红色生物技术 医药生物技术领域 1982年，重组胰岛素的上市 l 绿色生物技术 农业生物技术领域 1996年，转基因大豆、玉米和油菜的上市 l 白色生物技术 工业生物技术领域 2000年，聚乳酸上市 DateDate1818 l 生物产业(bio-industry, BI) 是以生物工程原理和技术为基础，利用生物(或生 物组织、细胞及其它组成部分)或其代谢物质的特性 和功能，从事生物技术产品开发、生产、流通和服 务的行业集群。 包括：生物医药、生物化学、生物能源、生物农业 、生物林业等行业。 DateDate1919 特点 可再生、无污染、良性循环、永续利用 、能有效地缓解资源约束，减轻环境污染 ，提高经济、社会、生态的效益，实现可 持续发展。 DateDate2020 2007年，世界上有23个国家正式批准种植转基因农 作物，包括12个发展中国家和11个发达国家。 2006年，全球转基因农作物面积1.02亿公顷，而到 了2007年，全球转基因农作物的种植面积累计达6.9亿 公顷。2007年，全球重要转基因作物种植面积为：大 豆5860万公顷，玉米3520万公顷，棉花1500万公顷， 油菜550万公顷。其中重要作物的转基因比例为：大豆 占64%，棉花占43%，油菜占20%，玉米占24%。 DateDate2121 由于现代生物技术对解决人类面临的重大 问题如：粮食、健康、环境和能源等将开辟 广阔的前景，因此越来越为各国政府和企业 界所关注，与信息、新材料和新能源技术并 列成为影响国计民生的四大科学技术支柱， 是21世纪高新技术产业的先导。 DateDate2222 靶标发现技术 靶标的发现对发展创新药物、生物诊 断和生物治疗技术具有重要意义。 重点研究生理和病理过程中关键基因功 能及其调控网络的规模化识别，突破疾病 相关基因的功能识别、表达调控及靶标筛 查和确证技术，“从基因到药物”的新药 创制技术。 DateDate2323 动植物品种与药物分子设计技术 动植物品种与药物分子设计是基于生物 大分子三维结构的分子对接、分子模拟以 及分子设计技术。 重点研究蛋白质与细胞动态过程生物信 息分析、整合、模拟技术，动植物品种与 药物虚拟设计技术，动植物品种生长与药 物代谢工程模拟技术，计算机辅助组合化 合物库设计、合成和筛选等技术。 DateDate2424 基因操作和蛋白质工程技术 基因操作技术是基因资源利用的关键技 术。蛋白质工程是高效利用基因产物的重 要途径。 重点研究基因的高效表达及其调控技术 、染色体结构与定位整合技术、编码蛋白 基因的人工设计与改造技术、蛋白质肽链 的修饰及改构技术、蛋白质结构解析技术 、蛋白质规模化分离纯化技术。 DateDate2525 基于干细胞的人体组织工程技术 干细胞技术可在体外培养干细胞，定向 诱导分化为各种组织细胞供临床所需，也 可在体外构建出人体器官，用于替代与修 复性治疗。 重点研究治疗性克隆技术，干细胞体外 建系和定向诱导技术，人体结构组织体外 构建与规模化生产技术，人体多细胞复杂 结构组织构建与缺损修复技术和生物制造 技术。 DateDate2626 新一代工业生物技术 生物催化和生物转化是新一代工业生物 技术的主体。 重点研究功能菌株大规模筛选技术，生 物催化剂定向改造技术，规模化工业生产 的生物催化技术系统，清洁转化介质创制 技术及工业化成套转化技术。 DateDate2727 生物技术近年快速发展领域 基因工程、细胞工程、酶与发酵工程、 组织工程、蛋白质工程、抗体工程、干细胞 研究、克隆技术、转基因技术、纳米生物技 术、高通量筛选技术等。 DateDate2828 全球生物技术产业的三座金矿 基因技术：利用转基因技术所得转基因生物正创造新的 奇迹。 新药开发：利用转基因技术开发新药，医药生物技术将 从预防、疾病诊断、药物制造、生物治疗等方面全面 提升医药卫生科技水平，推进第四次医学科技革命。 在工业领域的应用：生物技术在工业领域的应用被业界 称为“新的工业革命”，预计到2010年，全球化学产 品中有五分之一将应用生物制造的产品产值。 DateDate2929 能源生物技术产业有望以“绿金”代替“黑金 ” 目前石油期货价格居高不下，已对世界经济发 展产生影响，全球生物质能储量为18000亿吨，相 当于640亿吨石油，利用生物技术将生物质制造成 石油，这样不仅可缓解石油短缺的压力，还有利 于改善环境。 DateDate3030 生物技术与其他高技术的融合 生物芯片、生物信息、生物材料、生物能源、 生物光电、生物传感器等高技术领域，产生了生 物技术群。如生物芯片技术的开发和运用，将在 生物学和医学基础研究、疾病诊断、新药开发、 食品、农业、环保等广泛领域中开辟一条全新的 道路，改变生命科学的研究方式，革新医学诊断 和治疗。 DateDate3131 原理是采用光导原位合成或显微印刷等 方法，将大量DNA探针片段有序地固化予 支持物的表面，然后与已标记的生物样 品中DNA分子杂交，再对杂交信号进行检 测分析，就可得出该样品的遗传信息。 基因芯片技术目前国内外都取得了较大 的进展，该技术可用于DNA测序，基因表 达及基因组图的研究，基因诊断，新基 因的发现，药物筛选。 DateDate3232 美国的IBM、Sun、康柏和摩托罗拉等公司都 已与生物技术公司达成了广泛合作意向，内容涉 及到DNA敏感基因芯片、通过计算机模拟药效等 各种技术领域。2010年全球仅生物芯片的市场就 达到600亿美元。 DateDate3333