生物技术概论生物技术概论总总 论论第四军医大学药学院第四军医大学药学院生物制药学教研室生物制药学教研室/生物技术中心生物技术中心张英起张英起第一节：生物技术的概念第一节：生物技术的概念第二节：生物技术的发展史第二节：生物技术的发展史第三节：生物技术的技术组成第三节：生物技术的技术组成第四节：生物技术的应用与发展第四节：生物技术的应用与发展第一节第一节生物技术的概念生物技术的概念Biotechnology生物技术的英语含义生物技术的英语含义 Bio (生物生物)Technology(工程、技术工程、技术)Bioengineering = Biotechnology生物技术生物技术 = 生物工程生物工程 Karl Ereky Karl Ereky1878 -19521878 -1952Hungarian Hungarian agricultural engineer agricultural engineer Biotechnology of Meat, Fat and Milk Biotechnology of Meat, Fat and Milk Production in an Agricultural Large-Scale Production in an Agricultural Large-Scale FarmFarm (1919) (1919)甜菜甜菜 (Sugar Beet)“Any product produced from raw materials with the aid of living organisms.”“在生物体的帮助下，将原材料转化成任何产品的过程在生物体的帮助下，将原材料转化成任何产品的过程”Karl Ereky “甜菜养猪甜菜养猪”的的“生物技术生物技术”古代中国古代中国“酿造酿造”的的“生物技术生物技术”粮食粮食粮食粮食酱油、酒酱油、酒酱油、酒酱油、酒微生物微生物微生物微生物 Alexander FlemingAlexander Fleming青霉菌青霉菌青霉菌青霉菌(Penicillium (Penicillium )Fleming “制造青霉素制造青霉素”的的“生物技术生物技术”青霉菌青霉菌青霉菌青霉菌青霉素青霉素青霉素青霉素培养基培养基培养基培养基物料物料生物体生物体产品产品不同国家对生物技术的定义不同国家对生物技术的定义 生物技术是应用分子和生物细胞的工艺来解决问题、进行研究、生生物技术是应用分子和生物细胞的工艺来解决问题、进行研究、生生物技术是应用分子和生物细胞的工艺来解决问题、进行研究、生生物技术是应用分子和生物细胞的工艺来解决问题、进行研究、生产产品并提供服务的一种技术。产产品并提供服务的一种技术。产产品并提供服务的一种技术。产产品并提供服务的一种技术。美国美国美国美国20012001年年年年 生物技术是指在自然或人工状态下，直接或间接地将科学和工程学生物技术是指在自然或人工状态下，直接或间接地将科学和工程学生物技术是指在自然或人工状态下，直接或间接地将科学和工程学生物技术是指在自然或人工状态下，直接或间接地将科学和工程学方法应用于有机体的活体或部分组织，以实现对生产和服务过程进行创方法应用于有机体的活体或部分组织，以实现对生产和服务过程进行创方法应用于有机体的活体或部分组织，以实现对生产和服务过程进行创方法应用于有机体的活体或部分组织，以实现对生产和服务过程进行创新或改进现状的目的。新或改进现状的目的。新或改进现状的目的。新或改进现状的目的。加拿大加拿大加拿大加拿大19971997年年年年 生物技术是一种技术，它应用或模仿了活体有机物的能力以改变物生物技术是一种技术，它应用或模仿了活体有机物的能力以改变物生物技术是一种技术，它应用或模仿了活体有机物的能力以改变物生物技术是一种技术，它应用或模仿了活体有机物的能力以改变物质。质。质。质。日本日本日本日本19991999年年年年 利用科学和工程学的原理，通过生物学方法进行材料加工，以及通利用科学和工程学的原理，通过生物学方法进行材料加工，以及通利用科学和工程学的原理，通过生物学方法进行材料加工，以及通利用科学和工程学的原理，通过生物学方法进行材料加工，以及通过分离、修改和合成，与实际生物性过程相关的基因结构，对生物材料过分离、修改和合成，与实际生物性过程相关的基因结构，对生物材料过分离、修改和合成，与实际生物性过程相关的基因结构，对生物材料过分离、修改和合成，与实际生物性过程相关的基因结构，对生物材料进行处理、加工，以提高生活质量。进行处理、加工，以提高生活质量。进行处理、加工，以提高生活质量。进行处理、加工，以提高生活质量。新西兰新西兰新西兰新西兰1998/19991998/1999 以现代生命科学为基础，结合先进的工程技术手段和其他基础学科以现代生命科学为基础，结合先进的工程技术手段和其他基础学科以现代生命科学为基础，结合先进的工程技术手段和其他基础学科以现代生命科学为基础，结合先进的工程技术手段和其他基础学科的科学原理，按照预先的设计改造生物体或加工生物原料，为人类生产的科学原理，按照预先的设计改造生物体或加工生物原料，为人类生产的科学原理，按照预先的设计改造生物体或加工生物原料，为人类生产的科学原理，按照预先的设计改造生物体或加工生物原料，为人类生产出所需新产品或达到某种目的技术。出所需新产品或达到某种目的技术。出所需新产品或达到某种目的技术。出所需新产品或达到某种目的技术。中国中国中国中国19861986年年年年 应用自然科学和工程学的原理，依靠应用自然科学和工程学的原理，依靠应用自然科学和工程学的原理，依靠应用自然科学和工程学的原理，依靠生物作用剂的作用将物料加工以提供产品生物作用剂的作用将物料加工以提供产品生物作用剂的作用将物料加工以提供产品生物作用剂的作用将物料加工以提供产品为社会服务的技术为社会服务的技术为社会服务的技术为社会服务的技术 国际合作发展组织国际合作发展组织国际合作发展组织国际合作发展组织-1982-1982-1982-1982年年年年生物技术生物技术生物技术生物技术BiotechonologyBiotechonology生物技术的概念生物技术的概念自然科学和工程学的原理：自然科学和工程学的原理：自然科学和工程学的原理：自然科学和工程学的原理：基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程等基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程等基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程等基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程等生物作用剂：生物作用剂：生物作用剂：生物作用剂：生物体、组织器官、细胞、分子等生物体、组织器官、细胞、分子等生物体、组织器官、细胞、分子等生物体、组织器官、细胞、分子等提供产品为社会服务的技术提供产品为社会服务的技术提供产品为社会服务的技术提供产品为社会服务的技术 ：对社会有用的产品或技术对社会有用的产品或技术对社会有用的产品或技术对社会有用的产品或技术 应用应用应用应用自然科学和工程学的原理自然科学和工程学的原理自然科学和工程学的原理自然科学和工程学的原理，依靠，依靠，依靠，依靠生物作用生物作用生物作用生物作用剂的剂的剂的剂的作用将物料加工以作用将物料加工以作用将物料加工以作用将物料加工以提供产品为社会服务提供产品为社会服务提供产品为社会服务提供产品为社会服务的技术的技术的技术的技术生物技术的概念生物技术的概念从分子水平阐明生从分子水平阐明生从分子水平阐明生从分子水平阐明生命活动规律命活动规律命活动规律命活动规律分子生物学分子生物学分子生物学分子生物学为主为主为主为主的的的的基础学科基础学科基础学科基础学科生物技术生物技术生物技术生物技术是是是是一个一个一个一个应用学科应用学科应用学科应用学科利用生命规律制造利用生命规律制造利用生命规律制造利用生命规律制造产品、提供技术产品、提供技术产品、提供技术产品、提供技术第二节第二节生物技术发展史生物技术发展史阶段阶段时期时期名称名称技术特征技术特征典型产品典型产品第一阶段第一阶段远古时期远古时期1900传统生物技术传统生物技术酿造技术酿造技术酒、醋、酱油、酸奶等酒、醋、酱油、酸奶等生物技术发展的不同阶段生物技术发展的不同阶段第二阶段第二阶段19001970s近代生物技术近代生物技术微生物发酵技术微生物发酵技术抗生素、氨基酸、丙酮、抗生素、氨基酸、丙酮、甘油、柠檬酸、淀粉酶、甘油、柠檬酸、淀粉酶、等等第三阶段第三阶段1970s以后以后现代生物技术现代生物技术基因工程基因工程细胞工程细胞工程发酵工程发酵工程酶工程酶工程蛋白质工程蛋白质工程基因工程药物、新型酶基因工程药物、新型酶制剂、新型发酵产品、制剂、新型发酵产品、新物种、转基因动物、新物种、转基因动物、新型生物反应器等新型生物反应器等传统生物技术传统生物技术(远古远古1900s)经验积累阶段经验积累阶段经验积累阶段经验积累阶段动植物的驯养动植物的驯养动植物的驯养动植物的驯养酿造技术酿造技术酿造技术酿造技术食品加工技术食品加工技术食品加工技术食品加工技术旧石器时代：旧石器时代：旧石器时代：旧石器时代：公元前公元前公元前公元前260260万年万年万年万年公元前公元前公元前公元前1 1万多年。狩猎、采果、捕鱼等万多年。狩猎、采果、捕鱼等万多年。狩猎、采果、捕鱼等万多年。狩猎、采果、捕鱼等传统动植物养殖传统动植物养殖新石器时代：新石器时代：新石器时代：新石器时代：公元前公元前公元前公元前1 1万年万年万年万年公元前公元前公元前公元前50005000多年。多年。多年。多年。发明了原始农业、养畜业和手工业。发明了原始农业、养畜业和手工业。发明了原始农业、养畜业和手工业。发明了原始农业、养畜业和手工业。公元前公元前公元前公元前60006000年至公元前年至公元前年至公元前年至公元前20002000年的新石器时期已饲养年的新石器时期已饲养年的新石器时期已饲养年的新石器时期已饲养“ “六畜六畜六畜六畜” ”，即马、牛、羊、猪、狗、鸡，即马、牛、羊、猪、狗、鸡，即马、牛、羊、猪、狗、鸡，即马、牛、羊、猪、狗、鸡 公元前二世纪史书公元前二世纪史书公元前二世纪史书公元前二世纪史书云云云云:仪狄作酒仪狄作酒仪狄作酒仪狄作酒 。汉代刘。汉代刘。汉代刘。汉代刘向编辑的向编辑的向编辑的向编辑的则进一步说明则进一步说明则进一步说明则进一步说明:昔者，帝女令仪狄作酒昔者，帝女令仪狄作酒昔者，帝女令仪狄作酒昔者，帝女令仪狄作酒而美，进之禹。而美，进之禹。而美，进之禹。而美，进之禹。( (禹乃夏朝帝王禹乃夏朝帝王禹乃夏朝帝王禹乃夏朝帝王)。 有饭不尽，委之空桑，有饭不尽，委之空桑，有饭不尽，委之空桑，有饭不尽，委之空桑，郁结成味，久蓄气芳，本出于郁结成味，久蓄气芳，本出于郁结成味，久蓄气芳，本出于郁结成味，久蓄气芳，本出于代，不由奇方。代，不由奇方。代，不由奇方。代，不由奇方。“ “ 杜康将未吃完的剩饭，放杜康将未吃完的剩饭，放杜康将未吃完的剩饭，放杜康将未吃完的剩饭，放置在桑园的树洞里，剩饭在洞置在桑园的树洞里，剩饭在洞置在桑园的树洞里，剩饭在洞置在桑园的树洞里，剩饭在洞中发酵后，有芳香的气味传出中发酵后，有芳香的气味传出中发酵后，有芳香的气味传出中发酵后，有芳香的气味传出传统的造酒业传统的造酒业 啤酒最早起源于西亚，啤酒最早起源于西亚，啤酒最早起源于西亚，啤酒最早起源于西亚，苏美尔人是酿造啤酒的始祖苏美尔人是酿造啤酒的始祖苏美尔人是酿造啤酒的始祖苏美尔人是酿造啤酒的始祖 葡萄酒的酿造起源于葡萄酒的酿造起源于葡萄酒的酿造起源于葡萄酒的酿造起源于公元前公元前公元前公元前60006000年古代的波斯，年古代的波斯，年古代的波斯，年古代的波斯，即现今的伊朗即现今的伊朗即现今的伊朗即现今的伊朗 传统的造酒业传统的造酒业 古代中国人、古代中国人、巴比伦人、埃及人巴比伦人、埃及人将食物发酵制造馒将食物发酵制造馒头、面包、酸奶等头、面包、酸奶等传统的食品加工传统的食品加工粮食粮食粮食粮食酒酒酒酒微生物微生物微生物微生物传统的传统的传统的传统的“ “酿造酿造酿造酿造” ”技术是人们按照自己的目的制造产品的技术是人们按照自己的目的制造产品的技术是人们按照自己的目的制造产品的技术是人们按照自己的目的制造产品的“ “生物技术生物技术生物技术生物技术” ”发酵发酵(Fermentation)的含义的含义Fermentation翻涌翻涌近代生物技术近代生物技术(1900s -1970s)微生物发酵工业阶段微生物发酵工业阶段微生物发酵工业阶段微生物发酵工业阶段 荷兰人列文霍克荷兰人列文霍克荷兰人列文霍克荷兰人列文霍克发现显微镜和微生物发现显微镜和微生物发现显微镜和微生物发现显微镜和微生物 法国科学家路易斯法国科学家路易斯法国科学家路易斯法国科学家路易斯 巴斯德发现微生物参与发酵巴斯德发现微生物参与发酵巴斯德发现微生物参与发酵巴斯德发现微生物参与发酵 微生物单一培养技术的建立微生物单一培养技术的建立微生物单一培养技术的建立微生物单一培养技术的建立 抗生物、氨基酸、化学品发酵工业的建立抗生物、氨基酸、化学品发酵工业的建立抗生物、氨基酸、化学品发酵工业的建立抗生物、氨基酸、化学品发酵工业的建立 1667 1667 年，荷兰人列文霍年，荷兰人列文霍年，荷兰人列文霍年，荷兰人列文霍克发明了显微镜，揭开了微生克发明了显微镜，揭开了微生克发明了显微镜，揭开了微生克发明了显微镜，揭开了微生物世界的秘密。物世界的秘密。物世界的秘密。物世界的秘密。 Antonie Philips vanLeeuwenhoek1632 1723 路易斯路易斯 巴斯德巴斯德Louis Pasteur Louis Pasteur (1822 1895)(1822 1895)法国著名科学家法国著名科学家 “ “微生物学之父微生物学之父微生物学之父微生物学之父” ”“ “进入科学王国的最完美无缺的人进入科学王国的最完美无缺的人进入科学王国的最完美无缺的人进入科学王国的最完美无缺的人” ” 发酵工业的奠基人发酵工业的奠基人发酵工业的奠基人发酵工业的奠基人 巴氏灭菌法，拯救法国的造酒业巴氏灭菌法，拯救法国的造酒业巴氏灭菌法，拯救法国的造酒业巴氏灭菌法，拯救法国的造酒业 蚕病病原体，拯救法国的养蚕业蚕病病原体，拯救法国的养蚕业蚕病病原体，拯救法国的养蚕业蚕病病原体，拯救法国的养蚕业 自然发生论的否定自然发生论的否定自然发生论的否定自然发生论的否定 炭疽病的疫苗炭疽病的疫苗炭疽病的疫苗炭疽病的疫苗 狂犬病疫苗狂犬病疫苗狂犬病疫苗狂犬病疫苗 立志是一种很重要的事情立志是一种很重要的事情立志是一种很重要的事情立志是一种很重要的事情 机遇只偏爱那些有准备的头脑机遇只偏爱那些有准备的头脑机遇只偏爱那些有准备的头脑机遇只偏爱那些有准备的头脑 告诉你使我达到目标的奥秘吧，告诉你使我达到目标的奥秘吧，告诉你使我达到目标的奥秘吧，告诉你使我达到目标的奥秘吧， 我惟一的力量就是我的坚持精神我惟一的力量就是我的坚持精神我惟一的力量就是我的坚持精神我惟一的力量就是我的坚持精神路易斯路易斯巴斯德的立志名言巴斯德的立志名言 1860s，啤酒、葡萄酒常常会变质，为，啤酒、葡萄酒常常会变质，为法国的酿酒业造成巨大损失。法国的酿酒业造成巨大损失。无变质无变质酵酵母母菌菌变质变质乳乳酸酸杆杆菌菌 把封闭的酒瓶放在铁丝篮子把封闭的酒瓶放在铁丝篮子把封闭的酒瓶放在铁丝篮子把封闭的酒瓶放在铁丝篮子里，泡在水里加热到不同的温度，里，泡在水里加热到不同的温度，里，泡在水里加热到不同的温度，里，泡在水里加热到不同的温度，试图即杀死这乳酸杆菌，而又不试图即杀死这乳酸杆菌，而又不试图即杀死这乳酸杆菌，而又不试图即杀死这乳酸杆菌，而又不把葡萄酒煮坏。把葡萄酒煮坏。把葡萄酒煮坏。把葡萄酒煮坏。 最后找到了一个简便有效的最后找到了一个简便有效的最后找到了一个简便有效的最后找到了一个简便有效的方法：方法：方法：方法：把酒放在把酒放在把酒放在把酒放在5656的环境里，的环境里，的环境里，的环境里，保持半小时，就可杀死酒里的乳保持半小时，就可杀死酒里的乳保持半小时，就可杀死酒里的乳保持半小时，就可杀死酒里的乳酸杆菌。酸杆菌。酸杆菌。酸杆菌。“巴斯德杀菌法巴斯德杀菌法”巴氏消毒法的发现巴氏消毒法的发现 建立啤酒酵母分离和培养技术，用于啤酒生产建立啤酒酵母分离和培养技术，用于啤酒生产建立啤酒酵母分离和培养技术，用于啤酒生产建立啤酒酵母分离和培养技术，用于啤酒生产汉逊汉逊Emil Christian Hansen (1842 1909) 丹麦真菌学家、发酵生理学家丹麦真菌学家、发酵生理学家布雷菲尔德布雷菲尔德Julius Oscar Brefeld (1839 1925)德国植物学家、真菌学家德国植物学家、真菌学家 建立了建立了建立了建立了“ “单一霉菌单一霉菌单一霉菌单一霉菌” ”纯化培养技术纯化培养技术纯化培养技术纯化培养技术微生物单一培养技术的建立微生物单一培养技术的建立约瑟夫约瑟夫李斯特李斯特JosephLister(18271912)英国外科医生英国外科医生 罗伯特罗伯特科赫科赫Robert Koch(1843-1910)德国医生和细菌学家德国医生和细菌学家 建立建立建立建立“ “细菌细菌细菌细菌” ”纯培养技术纯培养技术纯培养技术纯培养技术纯培养：得到无其他杂菌污染的单一微生物纯培养：得到无其他杂菌污染的单一微生物纯培养：得到无其他杂菌污染的单一微生物纯培养：得到无其他杂菌污染的单一微生物平板画线法平板画线法平板画线法平板画线法稀释到平板法稀释到平板法稀释到平板法稀释到平板法平板涂布法平板涂布法平板涂布法平板涂布法分理出纯净、单一的微生物，对于发酵至关重要分理出纯净、单一的微生物，对于发酵至关重要分理出纯净、单一的微生物，对于发酵至关重要分理出纯净、单一的微生物，对于发酵至关重要丙酮丁醇梭菌丙酮丁醇梭菌 乙酰乙酰-CoA缩合缩合乙酰乙酰-乙酰乙酰-CoA丙酮丙酮 + CO2丁醇丁醇丙酮酸丙酮酸丙酮、丁酸的发酵工业丙酮、丁酸的发酵工业 20 20世纪世纪世纪世纪2020年代的丙酮、酒精、甘油和等发酵工程年代的丙酮、酒精、甘油和等发酵工程年代的丙酮、酒精、甘油和等发酵工程年代的丙酮、酒精、甘油和等发酵工程抗生素发酵工业抗生素发酵工业青霉菌青霉菌青霉菌青霉菌(Penicillium)(Penicillium)亚历山大亚历山大亚历山大亚历山大 弗莱明弗莱明弗莱明弗莱明Alexander FlemingAlexander Fleming(1881 1955)(1881 1955)获得获得获得获得19451945年年年年诺贝尔生理学和医学奖诺贝尔生理学和医学奖诺贝尔生理学和医学奖诺贝尔生理学和医学奖塞尔曼塞尔曼塞尔曼塞尔曼 亚伯拉罕亚伯拉罕亚伯拉罕亚伯拉罕 瓦克斯曼瓦克斯曼瓦克斯曼瓦克斯曼Selman Abraham WaksmanSelman Abraham Waksman（1888188819731973） 获得获得获得获得19521952年年年年诺贝尔生理学和医学奖诺贝尔生理学和医学奖诺贝尔生理学和医学奖诺贝尔生理学和医学奖链霉菌链霉菌链霉菌链霉菌(Streptomyces)(Streptomyces)抗生素发酵工业抗生素发酵工业 至今已发现微生物产生的抗生素约至今已发现微生物产生的抗生素约6000个，有实用价值的已有个，有实用价值的已有100多种多种 抗生素发酵工业抗生素发酵工业 自自20世纪世纪40年代第一个抗生素年代第一个抗生素 青青霉素应用以来，逐渐形成了抗生素发酵霉素应用以来，逐渐形成了抗生素发酵工业工业 1957 1957年，日本用微生物生产谷氨酸成功，如今年，日本用微生物生产谷氨酸成功，如今年，日本用微生物生产谷氨酸成功，如今年，日本用微生物生产谷氨酸成功，如今2020种氨基酸种氨基酸种氨基酸种氨基酸 都可以用发酵法生产，建立了氨基酸发酵工业都可以用发酵法生产，建立了氨基酸发酵工业都可以用发酵法生产，建立了氨基酸发酵工业都可以用发酵法生产，建立了氨基酸发酵工业氨基酸发酵工业氨基酸发酵工业 菌株菌株筛选筛选发酵发酵转化转化下游下游处理处理第一步第一步第二步第二步第三步第三步如何筛选到一个高效、稳定产生如何筛选到一个高效、稳定产生目的产物的优良菌株？目的产物的优良菌株？发酵工业的基本过程发酵工业的基本过程传统筛选菌株的方法和缺陷传统筛选菌株的方法和缺陷 自然界分离自然界分离 诱变：物理、化学诱变：物理、化学 筛选困难筛选困难 稳定性差稳定性差只能用于原核细胞只能用于原核细胞能否按照目的人工改造生物体？能否按照目的人工改造生物体？现代生物技术现代生物技术(1970s现在现在) 基因工程基因工程 细胞工程细胞工程 发酵工程发酵工程 酶工程和蛋白质工程酶工程和蛋白质工程18661866年，孟德尔提出年，孟德尔提出年，孟德尔提出年，孟德尔提出“ “遗传单位遗传单位遗传单位遗传单位” ”的概念的概念的概念的概念19091909年，约翰森提出了基因的概念年，约翰森提出了基因的概念年，约翰森提出了基因的概念年，约翰森提出了基因的概念19101910年，摩尔根认为基因是一个功能单位年，摩尔根认为基因是一个功能单位年，摩尔根认为基因是一个功能单位年，摩尔根认为基因是一个功能单位基因的发展历史基因的发展历史基因的发展历史基因的发展历史18681868年，米歇尔分离得到核酸年，米歇尔分离得到核酸年，米歇尔分离得到核酸年，米歇尔分离得到核酸1920s1920s， 柯塞尔证实核酸的化柯塞尔证实核酸的化柯塞尔证实核酸的化柯塞尔证实核酸的化 学成分及基本结构学成分及基本结构学成分及基本结构学成分及基本结构核酸的发展历史核酸的发展历史核酸的发展历史核酸的发展历史19281928年，格里弗斯发现通过转化因子可转化细菌的表型年，格里弗斯发现通过转化因子可转化细菌的表型年，格里弗斯发现通过转化因子可转化细菌的表型年，格里弗斯发现通过转化因子可转化细菌的表型19441944年，艾弗里证明了转化因子就是核酸（年，艾弗里证明了转化因子就是核酸（年，艾弗里证明了转化因子就是核酸（年，艾弗里证明了转化因子就是核酸（DNADNA）19521952年，赫希尔和蔡斯进一步证明了年，赫希尔和蔡斯进一步证明了年，赫希尔和蔡斯进一步证明了年，赫希尔和蔡斯进一步证明了DNADNA就是遗传物质基础就是遗传物质基础就是遗传物质基础就是遗传物质基础19531953年，沃森和克里克提出了著名的年，沃森和克里克提出了著名的年，沃森和克里克提出了著名的年，沃森和克里克提出了著名的DNADNA结构的双螺旋模型结构的双螺旋模型结构的双螺旋模型结构的双螺旋模型19611961年，伽莫夫破译了遗传密码子年，伽莫夫破译了遗传密码子年，伽莫夫破译了遗传密码子年，伽莫夫破译了遗传密码子19581958年，克里克提出年，克里克提出年，克里克提出年，克里克提出“ “中心法则中心法则中心法则中心法则” ”基因工程的发展历史基因工程的发展历史 基因的化学本质是基因的化学本质是基因的化学本质是基因的化学本质是DNADNA 基因（基因（基因（基因（DNADNA）可以通过）可以通过）可以通过）可以通过RNARNA编码蛋白质编码蛋白质编码蛋白质编码蛋白质 DNADNA可以在不同生物间转移，并可以改变生物体可以在不同生物间转移，并可以改变生物体可以在不同生物间转移，并可以改变生物体可以在不同生物间转移，并可以改变生物体 的表型的表型的表型的表型“中心法则中心法则” （Central Dogma）建立基因工程技术（重组建立基因工程技术（重组DNA技术），技术），获得获得1980年诺贝尔化学奖年诺贝尔化学奖Paul Berg Paul Berg (1926 -)(1926 -)美国斯坦福大学美国斯坦福大学美国斯坦福大学美国斯坦福大学基因工程技术基因工程技术(重组重组DNA技术技术)的建立的建立 利用重组利用重组DNA技术，可以对不同生技术，可以对不同生物的基因进行新的组合，得到性状发生改物的基因进行新的组合，得到性状发生改变的新生物。这意味着人类可以根据自己变的新生物。这意味着人类可以根据自己的意愿设计新的生物，并把它构建出来。的意愿设计新的生物，并把它构建出来。Michael Smith建立基因定位突变建立基因定位突变技术，获得技术，获得1993年诺贝尔化学奖年诺贝尔化学奖Kary B. Mullis建立了建立了PCR技术技术 ，获得，获得1993年诺贝尔化学奖年诺贝尔化学奖 应用上述方法可以从基因水平改变编码蛋白应用上述方法可以从基因水平改变编码蛋白应用上述方法可以从基因水平改变编码蛋白应用上述方法可以从基因水平改变编码蛋白质的质的质的质的DNADNA序列，从而制备更为优越的蛋白质。为序列，从而制备更为优越的蛋白质。为序列，从而制备更为优越的蛋白质。为序列，从而制备更为优越的蛋白质。为蛋白质工程的发展奠定了基础蛋白质工程的发展奠定了基础蛋白质工程的发展奠定了基础蛋白质工程的发展奠定了基础 1838 1838年，德国植物学家施莱登年，德国植物学家施莱登年，德国植物学家施莱登年，德国植物学家施莱登(M. Schleiden)(M. Schleiden)和德国和德国和德国和德国动物学家施万动物学家施万动物学家施万动物学家施万(T. Schwann)(T. Schwann)认为一切生物都由细胞组成，细认为一切生物都由细胞组成，细认为一切生物都由细胞组成，细认为一切生物都由细胞组成，细胞是生命的结构单位。胞是生命的结构单位。胞是生命的结构单位。胞是生命的结构单位。 18581858年，德国病理学微尔啸年，德国病理学微尔啸年，德国病理学微尔啸年，德国病理学微尔啸(R Virchow)(R Virchow)证实细胞只能证实细胞只能证实细胞只能证实细胞只能由细胞分裂而来。由细胞分裂而来。由细胞分裂而来。由细胞分裂而来。细胞学说的建立细胞学说的建立19021902年，提出了细胞全能性的观点年，提出了细胞全能性的观点年，提出了细胞全能性的观点年，提出了细胞全能性的观点19041904年，建立幼胚的立体培养。发现离体幼胚可发育成苗年，建立幼胚的立体培养。发现离体幼胚可发育成苗年，建立幼胚的立体培养。发现离体幼胚可发育成苗年，建立幼胚的立体培养。发现离体幼胚可发育成苗19251925年，种间杂交幼胚获得成功，得到杂交种年，种间杂交幼胚获得成功，得到杂交种年，种间杂交幼胚获得成功，得到杂交种年，种间杂交幼胚获得成功，得到杂交种1930s1930s， 离体的植物组织可以在人工培养基上不断生长离体的植物组织可以在人工培养基上不断生长离体的植物组织可以在人工培养基上不断生长离体的植物组织可以在人工培养基上不断生长1960s1960s， 原生质体原生质体在培养过程中可形成完整植株原生质体原生质体在培养过程中可形成完整植株原生质体原生质体在培养过程中可形成完整植株原生质体原生质体在培养过程中可形成完整植株细胞工程的发展历史细胞工程的发展历史植物细胞植物细胞19071907年，用盖玻片悬滴培养蛙胚神经组织获得成功年，用盖玻片悬滴培养蛙胚神经组织获得成功年，用盖玻片悬滴培养蛙胚神经组织获得成功年，用盖玻片悬滴培养蛙胚神经组织获得成功19521952年，把非洲豹蛙囊胚的细胞核一到去核的卵母细胞中，年，把非洲豹蛙囊胚的细胞核一到去核的卵母细胞中，年，把非洲豹蛙囊胚的细胞核一到去核的卵母细胞中，年，把非洲豹蛙囊胚的细胞核一到去核的卵母细胞中， 得到了非洲豹蛙的胚胎克隆后代得到了非洲豹蛙的胚胎克隆后代得到了非洲豹蛙的胚胎克隆后代得到了非洲豹蛙的胚胎克隆后代19621962年，仙台病毒可诱发细胞融合，形成多核细胞，为动物年，仙台病毒可诱发细胞融合，形成多核细胞，为动物年，仙台病毒可诱发细胞融合，形成多核细胞，为动物年，仙台病毒可诱发细胞融合，形成多核细胞，为动物 细胞融合技术的发展奠定了基础细胞融合技术的发展奠定了基础细胞融合技术的发展奠定了基础细胞融合技术的发展奠定了基础19671967年，完成第一例骨髓移植年，完成第一例骨髓移植年，完成第一例骨髓移植年，完成第一例骨髓移植19751975年，杂交瘤技术的诞生年，杂交瘤技术的诞生年，杂交瘤技术的诞生年，杂交瘤技术的诞生19771977年，成功地培养出世界首例试管婴儿年，成功地培养出世界首例试管婴儿年，成功地培养出世界首例试管婴儿年，成功地培养出世界首例试管婴儿19971997年，首次克隆出绵羊年，首次克隆出绵羊年，首次克隆出绵羊年，首次克隆出绵羊“ “多莉多莉多莉多莉” ”，而后又克隆出多种动物，而后又克隆出多种动物，而后又克隆出多种动物，而后又克隆出多种动物19981998年，发现人类生殖干细胞和成体干细胞年，发现人类生殖干细胞和成体干细胞年，发现人类生殖干细胞和成体干细胞年，发现人类生殖干细胞和成体干细胞20062006年，诱导性多功能干细胞年，诱导性多功能干细胞年，诱导性多功能干细胞年，诱导性多功能干细胞(iPS, induced pluripotent stem cells)(iPS, induced pluripotent stem cells)动物和人类细胞动物和人类细胞细胞工程的发展历史细胞工程的发展历史Georges J.F. Khler，Csar Milstein 建立杂交瘤技术，建立杂交瘤技术，获得获得1984年诺贝尔生理学和医学奖年诺贝尔生理学和医学奖 单克隆抗体技术的建立单克隆抗体技术的建立John B. Gurdon ，Shinya Yamanaka 发现发现iPS ，获得，获得2012生理学和医学诺贝尔奖生理学和医学诺贝尔奖iPS 技术的建立技术的建立生物工程的重大历史事件生物工程的重大历史事件 传统生物技术：传统生物技术：古代的人工驯养技术、酿造技术、食品加工技术古代的人工驯养技术、酿造技术、食品加工技术 近代生物技术：近代生物技术：路易斯路易斯巴斯德巴斯德(Louis Pasteur)发现微生物参与发酵过程发现微生物参与发酵过程 Karl Ereky提出提出“生物技术生物技术”的概念的概念 丙酮、丁醇发酵工业的兴起丙酮、丁醇发酵工业的兴起 Alexander Fleming发现青霉素，发现青霉素， 抗生素工业的兴起抗生素工业的兴起 氨基酸发酵工业的兴起氨基酸发酵工业的兴起 现代生物技术：现代生物技术：伯格伯格(Paul Berg )建立了基因工程技术，获得建立了基因工程技术，获得1980年诺贝年诺贝 尔化学奖尔化学奖 Michael Smith建立基因定位突变技术，建立基因定位突变技术，Kary B. Mullis 建立了建立了PCR技术技术 ，获得，获得1993年诺贝尔化学奖年诺贝尔化学奖 科勒科勒(Georges J.F. Khler)米尔斯坦米尔斯坦(Csar Milstein)建立建立 杂交瘤技术，获得杂交瘤技术，获得1984年生理和医学诺贝年生理和医学诺贝 格登格登(John B. Gurdon) 山中深弥山中深弥(Shinya Yamanaka)发现发现 iPS，获得，获得2012年生理和医学诺贝尔奖年生理和医学诺贝尔奖第三节第三节生物技术的技术组成生物技术的技术组成现代生物技术包含的现代生物技术包含的“4大工程大工程”u 基因工程基因工程 Genetic Engineering (GE)u 细胞工程细胞工程 Cell Engineering (CE)u发酵工程发酵工程 Fermentation Engineering (FE)u 酶工程和蛋白质工程酶工程和蛋白质工程 Enzyme Engineering (EE) Protein Engineering (PE)基因工程基因工程(genetic engineering) 在分子水平上，用人工方法提取不同生物的在分子水平上，用人工方法提取不同生物的遗传物质，在体外切割，拼接形成重组遗传物质，在体外切割，拼接形成重组DNA与在与在体的遗传物质重新组合，再将其引入没有该体的遗传物质重新组合，再将其引入没有该DNA的受体细胞中，进行复制表达，产生出符合人类的受体细胞中，进行复制表达，产生出符合人类需要的产品或创造出新的性状，并使之稳定遗传需要的产品或创造出新的性状，并使之稳定遗传给下一代。给下一代。基因工程基因工程 (genetic engineering)重组重组DNA技术技术(Recombinant DNA TechnologyRecombinant DNA Technology)遗传工程遗传工程 (genetic engineering)基因克隆基因克隆 (gene cloning)分子克隆分子克隆 (molecular cloning)基因操作基因操作 (gene manipulation)基因基因细菌细菌细胞细胞昆虫昆虫植物植物实现了基因实现了基因在不同物种在不同物种间的转移间的转移18891889， 德德德德 国国国国 医医医医 生生生生 Josef Josef von von MeringMering（1849 1849 19081908）和和和和Oskar Oskar MinkowskiMinkowski（18581858- - 19311931） 在在在在研研研研究究究究脏脏脏脏器器器器功功功功能能能能时时时时发发发发现现现现发发发发现现现现切切切切除除除除胰胰胰胰腺腺腺腺的的的的狗狗狗狗可患糖尿病可患糖尿病可患糖尿病可患糖尿病对糖尿病的认识对糖尿病的认识19161916年年年年，英英英英国国国国医医医医生生生生 Edward Edward Albert Albert Sharpey-Sharpey-SchaferSchafer（1850-19351850-1935）提提提提出出出出在在在在胰胰胰胰腺腺腺腺中中中中存存存存在在在在一一一一种种种种调调调调节节节节血血血血糖糖糖糖的的的的化化化化学学学学物物物物质质质质，称称称称为为为为“insulin”“insulin”，即即即即“ “岛岛岛岛” ”的意思，说明产生于的意思，说明产生于的意思，说明产生于的意思，说明产生于LangerhansLangerhans组成的组成的组成的组成的胰岛胰岛胰岛胰岛胰岛素的分离纯化胰岛素的分离纯化19221922年年年年，加加加加拿拿拿拿大大大大Frederick Frederick Grant Grant BantingBanting（ 1891-1891-19411941） 和和和和 John John James James Richard Richard MacleodMacleod（ 1876-1876-19351935）分分分分离离离离胰胰胰胰岛岛岛岛素素素素并并并并用用用用于于于于糖糖糖糖尿尿尿尿病病病病的的的的治治治治疗疗疗疗，获获获获得得得得19221922年年年年医医医医学生理学诺贝尔奖。学生理学诺贝尔奖。学生理学诺贝尔奖。学生理学诺贝尔奖。Before InsulinAges 3, 15 lbs15/12/1922After InsulinAges 3, 29 lbs15/12/1923第一个使用胰岛素的男孩第一个使用胰岛素的男孩-Leonard Thompson提取提取提取提取300300单位胰岛素单位胰岛素单位胰岛素单位胰岛素 每个病人每天需要每个病人每天需要 40单位胰岛素单位胰岛素 远远不能满足需要远远不能满足需要 1978 1978年，通过重组年，通过重组年，通过重组年，通过重组DNADNA技术，人胰岛素首次技术，人胰岛素首次技术，人胰岛素首次技术，人胰岛素首次在大肠杆菌中合成。在大肠杆菌中合成。在大肠杆菌中合成。在大肠杆菌中合成。19821982年，年，年，年，FDAFDA批准重组人胰批准重组人胰批准重组人胰批准重组人胰岛素在美国上市，成为首个基因工程药物。岛素在美国上市，成为首个基因工程药物。岛素在美国上市，成为首个基因工程药物。岛素在美国上市，成为首个基因工程药物。干扰素的克隆表达干扰素的克隆表达1957年，年，Alick Isaacs和和Jean Lindenmann发现发现干扰素干扰素从白细胞中提取干扰素：从白细胞中提取干扰素：1g=6万升血液万升血液1986, Hoffmann-La Roche, Inc.在大肠杆菌中成功制备干扰素在大肠杆菌中成功制备干扰素- -2a ，产量高达，产量高达0.5g/L发酵液发酵液细胞工程细胞工程(cell engineering) 根据体细胞的性质，应用细胞生物学的方法，根据体细胞的性质，应用细胞生物学的方法，按照预想的方案，在细胞水平上进行精细操作，把按照预想的方案，在细胞水平上进行精细操作，把一种细胞的染色体或细胞核等移植到另一种细胞中一种细胞的染色体或细胞核等移植到另一种细胞中去，从而改变细胞的遗传特性，达到改良物种或创去，从而改变细胞的遗传特性，达到改良物种或创造物中新物种的目的。造物中新物种的目的。 细胞和组织培养技术细胞和组织培养技术 (Cell and tissue culture technology) 细胞融合细胞融合 (Cell fusion) 细胞重组细胞重组(Cell reconstruction) 染色体工程染色体工程 (Chromosome engineering ) 细胞核移植细胞核移植 (Nuclear transplantation) 原生质体诱变原生质体诱变 (Protoplast mutagenesis ) 干细胞技术干细胞技术(stem cell technology) 多能干细胞诱导技术多能干细胞诱导技术 (Induced pluripotent stem cell technology)细胞工程包含的主要技术细胞工程包含的主要技术淋巴细胞杂交瘤技术淋巴细胞杂交瘤技术抗原免疫小鼠抗原免疫小鼠骨髓瘤细胞培养骨髓瘤细胞培养脾细胞脾细胞（产生抗原）（产生抗原）骨髓瘤细胞骨髓瘤细胞（无限增殖）（无限增殖）细胞融合细胞融合杂交瘤细胞杂交瘤细胞筛选产生特定筛选产生特定抗体的瘤细胞抗体的瘤细胞杂交瘤细胞株杂交瘤细胞株单克隆抗体单克隆抗体 全抗体：全抗体： 鼠源、嵌合、人源化鼠源、嵌合、人源化 抗体导向药物抗体导向药物 双功能抗体双功能抗体 Ig-Fc融合蛋白融合蛋白抗体工程抗体工程基因工程与细胞工程的结合，产生了基因工程与细胞工程的结合，产生了抗体工程抗体工程干细胞技术干细胞技术具有自我复制和多向具有自我复制和多向分化潜能的原始细胞分化潜能的原始细胞分化成多种功能分化成多种功能细胞或组织器官细胞或组织器官干细胞干细胞 胚胎干细胞：胚胎干细胞：全能性干细胞，具有形成完整个体的分化潜能全能性干细胞，具有形成完整个体的分化潜能 成体干细胞：成体干细胞： 多能性干细胞：具有分化出多种组织细胞的潜能，如造血干细胞多能性干细胞：具有分化出多种组织细胞的潜能，如造血干细胞 单能干细胞：单能干细胞： 只能向一种类型或密切相关的两种类型的细胞分化只能向一种类型或密切相关的两种类型的细胞分化 诱导的多能干细胞：诱导的多能干细胞： 体细胞经诱导形成的干细胞体细胞经诱导形成的干细胞 胚胎干细胞在疾病治疗中具有重要应用价值胚胎干细胞在疾病治疗中具有重要应用价值胚胎干细胞在疾病治疗中具有重要应用价值胚胎干细胞在疾病治疗中具有重要应用价值受精卵是孕育中的人类生命体，它存在生存权受精卵是孕育中的人类生命体，它存在生存权受精卵是孕育中的人类生命体，它存在生存权受精卵是孕育中的人类生命体，它存在生存权父母不能同意就其研究目的而使用胚胎父母不能同意就其研究目的而使用胚胎父母不能同意就其研究目的而使用胚胎父母不能同意就其研究目的而使用胚胎 许多国家禁止使用胚胎干细胞进行研究许多国家禁止使用胚胎干细胞进行研究许多国家禁止使用胚胎干细胞进行研究许多国家禁止使用胚胎干细胞进行研究E.E.唐纳尔唐纳尔唐纳尔唐纳尔 托马斯托马斯托马斯托马斯E. Donnall Thomas E. Donnall Thomas (1920 2012)(1920 2012)发现并首次完成的骨髓移发现并首次完成的骨髓移植及血液干细胞移植获得植及血液干细胞移植获得1990年度的诺贝尔生理学年度的诺贝尔生理学或医学奖。或医学奖。多能性干细胞多能性干细胞 造血干细胞的应用造血干细胞的应用造血干细胞移植技术造血干细胞移植技术John B. Gurdon ，Shinya Yamanaka 发发现现iPS ，获得，获得2012生理学和医学诺贝尔奖生理学和医学诺贝尔奖诱导的多能干细胞诱导的多能干细胞(iPS)的发现的发现 iPS iPS技术不使用胚胎细胞或卵细胞，因此没有伦理学技术不使用胚胎细胞或卵细胞，因此没有伦理学技术不使用胚胎细胞或卵细胞，因此没有伦理学技术不使用胚胎细胞或卵细胞，因此没有伦理学 的问题的问题的问题的问题 避免了成体肝细胞的复杂分离、培养过程避免了成体肝细胞的复杂分离、培养过程避免了成体肝细胞的复杂分离、培养过程避免了成体肝细胞的复杂分离、培养过程 利有利有利有利有iPSiPS技术可以用病人自己的体细胞制备专有的干技术可以用病人自己的体细胞制备专有的干技术可以用病人自己的体细胞制备专有的干技术可以用病人自己的体细胞制备专有的干 细胞，所以不会有免疫排斥的问题细胞，所以不会有免疫排斥的问题细胞，所以不会有免疫排斥的问题细胞，所以不会有免疫排斥的问题诱导多能干细胞诱导多能干细胞(iPS)的优点的优点iPS 技术的应用技术的应用发酵工程发酵工程(Fermentation Engineering) 利用现代工程技术手段，利用微生物或哺乳动利用现代工程技术手段，利用微生物或哺乳动物细胞的特殊功能生产有用的物质，或直接将微生物细胞的特殊功能生产有用的物质，或直接将微生物或哺乳动物细胞用于工业生产的一种技术。物或哺乳动物细胞用于工业生产的一种技术。传统的发酵工程传统的发酵工程 = 微生物工程微生物工程现代发酵工程还包括哺乳动物细胞发酵工程现代发酵工程还包括哺乳动物细胞发酵工程优良的菌种或工程细胞株优良的菌种或工程细胞株自然界中分离自然界中分离人工诱变人工诱变基因工程、细胞工程基因工程、细胞工程菌种活化菌种活化固固(液体液体)大规模发酵大规模发酵生物反应器生物反应器扩大培养扩大培养产品纯化产品纯化发酵工程的基本流程发酵工程的基本流程纯化技术纯化技术酶工程酶工程(Enzyme Engineering) 在一定的生物反应器中，利用酶的催化作用，在一定的生物反应器中，利用酶的催化作用，将相应的地物原料转化成所需物质的技术将相应的地物原料转化成所需物质的技术化学酶工程化学酶工程自然酶自然酶化学修饰酶化学修饰酶固定化酶固定化酶化学人工酶化学人工酶生物酶工程生物酶工程克隆酶克隆酶突变酶突变酶固定化酶固定化酶新酶新酶蛋白质工程蛋白质工程(Protein Engineering) 以蛋白质分子结构的规律及其与生物功能的关以蛋白质分子结构的规律及其与生物功能的关系为基础，借助计算机分子图像和辅助设计。通过系为基础，借助计算机分子图像和辅助设计。通过有控制的基因修饰和基因合成，再结合基因工程途有控制的基因修饰和基因合成，再结合基因工程途径，对现有蛋白质进行定向项改造，设计、构建并径，对现有蛋白质进行定向项改造，设计、构建并最终产生出性能比自然存在的蛋白质更加优良、更最终产生出性能比自然存在的蛋白质更加优良、更符合人类社会需要的新型蛋白质符合人类社会需要的新型蛋白质蛋白质结构与功能关系研究蛋白质结构与功能关系研究确定需要改变的氨基酸确定需要改变的氨基酸定位突变或聚合酶链反应定位突变或聚合酶链反应（PCR）从基因上改变密码子从基因上改变密码子基因工程制备新蛋白基因工程制备新蛋白应用应用蛋白质工程的流程蛋白质工程的流程生物技术各工程之间的相互关系生物技术各工程之间的相互关系基因工程基因工程细胞工程细胞工程转基因转基因蛋白质工程蛋白质工程定位突变定位突变PCR基因合成基因合成酶工程酶工程发酵工程发酵工程提供优良提供优良的种子的种子为种子生长为种子生长提供优良的环境提供优良的环境纯化精制纯化精制产品和应用产品和应用上游工程上游工程下游工程下游工程纯化精制纯化精制技术技术第四节第四节生物技术的发展和应用生物技术的发展和应用医药生物技术医药生物技术 (诊断、治疗诊断、治疗)农业生物技术农业生物技术 (提高粮食产量和品质提高粮食产量和品质)工业生物技术工业生物技术 (制造工业产品）制造工业产品）环境生物技术环境生物技术 (降解污染物）降解污染物）海洋生物技术海洋生物技术 (开发海洋产品）开发海洋产品）能源生物技术能源生物技术 (制造能源，如生物柴油等制造能源，如生物柴油等)军事生物技术军事生物技术生生物物技技术术R-红色生物技术红色生物技术 医药生物技术医药生物技术1982年，重组胰岛素上市，多种重组蛋白、单年，重组胰岛素上市，多种重组蛋白、单克隆抗体、疫苗类药品上市克隆抗体、疫苗类药品上市G-绿色生物技术绿色生物技术 农业生物技术农业生物技术1996年，转基因大豆、玉米和油菜相继上市年，转基因大豆、玉米和油菜相继上市W-白色生物技术白色生物技术 工业生物技术工业生物技术2000年聚乳酸上市年聚乳酸上市生生物物产产业业 Bio-industry批准上市的部分基因工程药物批准上市的部分基因工程药物类别类别名称名称适应症适应症干扰素干扰素IFN-1b慢性肉芽肿；骨硬化病慢性肉芽肿；骨硬化病IFN-1a多发性硬化症复发感染多发性硬化症复发感染IFN-2a毛细胞白血病；丙型肝炎毛细胞白血病；丙型肝炎IFN-2b毛细胞白血病；乙型肝炎毛细胞白血病；乙型肝炎IFN-多发性硬化症多发性硬化症IFN-风湿性关节炎风湿性关节炎白细胞介素白细胞介素IL-2恶性肿瘤恶性肿瘤IL-11化疗引起的血小板减少症化疗引起的血小板减少症集落刺激因子集落刺激因子GM-CSF化疗引起的中性粒细胞细胞减少症化疗引起的中性粒细胞细胞减少症G-CSF化疗引起的中性粒细胞细胞减少症化疗引起的中性粒细胞细胞减少症EPO慢性肾衰性贫血慢性肾衰性贫血激素激素GHRF生长激素缺乏症生长激素缺乏症GH生长激素缺乏症生长激素缺乏症FSH女性不孕症女性不孕症Insulin糖尿病糖尿病生长因子生长因子EGF伤口愈合伤口愈合bFGF伤口愈合伤口愈合批准上市应用的治疗性抗体类药物批准上市应用的治疗性抗体类药物名称名称时间时间抗抗 体体 类类 型型适适 应应 症症OKT31986Murine(anti-CD3)器官移植排斥反应器官移植排斥反应RecPro1994Chimeric(anti-Platelet gbIIb/IIIa)不稳定心绞痛不稳定心绞痛Panorex1995Murine (anti-EpCAM)结肠癌结肠癌Rituxan1997Chimeric(anti-CD20)非何杰金氏淋巴瘤非何杰金氏淋巴瘤Zenapax1997Humanized(anti-IL2R)器官移植排斥反应器官移植排斥反应Herceptin1998Humanized(anti-ERBB2)转移性乳腺癌转移性乳腺癌Remicade1998Chimeric(anti-TNFa)Crohes DiseaseSimulect1998Chimeric(anti-IL2R)肾移植排斥反应肾移植排斥反应Synagis1998Humanized(anti-F Protein)呼吸道仙台病毒感染呼吸道仙台病毒感染Mylotarg2000Humanized(anti-CD33)急性髓性白血病急性髓性白血病Campath2001Humanized(anti-CD52)B细胞慢性白血病细胞慢性白血病Xolair2002Humanized(anti-IgE)过敏反应过敏反应Avastin2004Humanized(anti-VEGF)转移性乳腺癌转移性乳腺癌,NSCLCCetuximab2004Humanized(anti-EGFR)转移性结直肠癌转移性结直肠癌Natalizumab2004Humanised(Anti-alpha4 integrin)多发性硬化症多发性硬化症Panitumumab2006Humanized(anti-EGFR)结直肠癌结直肠癌Golimumab2009Humanized(anti-TNFa)风湿性关节炎、银屑病关节炎、强直性脊柱炎风湿性关节炎、银屑病关节炎、强直性脊柱炎canakinumab2009Humanized(anti-IL1 )Cryopyrinassociated periodic syndromesUstekinumab2009Humanized(anti-IL-12/IL-23 p40 )Plaque psoriasisDenosumab2009Humanized(anti-ANKL)Postmenopausal osteoporosisRaxibacuma2009Humanized(anti-PA)Inhalation anthraxBelimumab2009Humanized(anti-Blys)Systemic lupus erythematosusIpilimumab2009Humanized(anti-CTLA4)Metastatic melanomaOfatumumab2009Humanized(anti-CD20)chroniclymphocytic leukaemiaBiopharmaceutical approval Biopharmaceutical approval numbers from 2006 to 2009.numbers from 2006 to 2009.The ten top-selling biopharmaceutical products in 2009The ten top-selling biopharmaceutical products in 2009蛋白质药物的批准数量和市场情况蛋白质药物的批准数量和市场情况Nat Biotechnol. 2010;28(9):917-24. Nat Biotechnol. 2010;28(9):917-24. 农业生物技术进展农业生物技术进展转基因作物：转基因作物：转基因作物：转基因作物： 商业化的转基因作物有商业化的转基因作物有商业化的转基因作物有商业化的转基因作物有5050多种，多种，多种，多种，20112011年全球共有年全球共有年全球共有年全球共有2929个国个国个国个国 家种植，种植面积达到家种植，种植面积达到家种植，种植面积达到家种植，种植面积达到1.61.6 亿公顷，占全球耕地的亿公顷，占全球耕地的亿公顷，占全球耕地的亿公顷，占全球耕地的1010 提高产量、改善品质（抗虫、抗病、抗除草剂等）提高产量、改善品质（抗虫、抗病、抗除草剂等）提高产量、改善品质（抗虫、抗病、抗除草剂等）提高产量、改善品质（抗虫、抗病、抗除草剂等）转基因动物：转基因动物：转基因动物：转基因动物： 改良动物品质，濒危物种的保护改良动物品质，濒危物种的保护改良动物品质，濒危物种的保护改良动物品质，濒危物种的保护 动物反应器动物反应器动物反应器动物反应器 制备药品制备药品制备药品制备药品植物药厂植物药厂提提取取药药物物直直接接食食用用含有乙肝表面抗原含有乙肝表面抗原的转基因西红柿的转基因西红柿动物药厂动物药厂目的产物目的产物抗凝血酶抗凝血酶IIIATryn 应用山羊乳腺反应器应用山羊乳腺反应器制备抗凝血酶制备抗凝血酶III工业生物技术进展工业生物技术进展 工业生物技术是利用工业生物技术是利用生化反应生化反应进行工业品的生产加进行工业品的生产加工技术。工业生物技术的核心是工技术。工业生物技术的核心是生物催化生物催化(Biocatalysis)。由生物催化剂完成的生物催化过程具有催化效率高、专由生物催化剂完成的生物催化过程具有催化效率高、专一性强、反应条件温和、环境友好等优势一性强、反应条件温和、环境友好等优势 用可再生资源替代化石燃料资源用可再生资源替代化石燃料资源 石油、煤炭石油、煤炭 用生物加工工艺取代传统的加工工艺用生物加工工艺取代传统的加工工艺石油短缺，我国石油进口依存度不断增加；石油短缺，我国石油进口依存度不断增加；油价飚升，经济发展承受不确定的能源成本油价飚升，经济发展承受不确定的能源成本石油资源短缺石油资源短缺3019902000202020302010205020752100年年0510152025我国在世界我国在世界CO2排放中的比例排放中的比例(%)化石经济，付出了巨大的环境代价化石经济，付出了巨大的环境代价温室效应温室效应白色污染白色污染n乙醇乙醇 (燃料燃料)n高分子聚合物高分子聚合物 (聚乳酸、丙烯酰胺等聚乳酸、丙烯酰胺等)n精细化学品精细化学品n大宗化学品大宗化学品n日用化学品日用化学品n主要工业生物技术产品主要工业生物技术产品 化工化工 医药医药 造纸造纸 纺织纺织 食品食品 发酵发酵 采矿采矿 冶金冶金 皮革皮革 能源能源 传传统统工工业业生物技术生物技术 减少污染减少污染 降低成本降低成本绿绿色色工工业业生物催化技术的应用可使传统化学工业原生物催化技术的应用可使传统化学工业原材料、水和能源消耗减少材料、水和能源消耗减少30%、污染物排、污染物排放减少放减少30%纺织业：减少纺织业：减少14%18%的水消耗量的水消耗量塑塑 料：减少料：减少20%80%的石化需求的石化需求 是可自然降解的是可自然降解的“绿色塑料绿色塑料”制制 药：减少药：减少80%的的CO2排放量排放量 减少减少67%的污水排放量的污水排放量 在古代和近代生物技术经验积累的基础上，随在古代和近代生物技术经验积累的基础上，随着分子生物学、细胞生物学、遗传学、微生物学等着分子生物学、细胞生物学、遗传学、微生物学等基础学科的发展，催生了以基础学科的发展，催生了以基因工程、细胞工程、基因工程、细胞工程、发酵工程、酶工程和蛋白质工程发酵工程、酶工程和蛋白质工程为核心的为核心的现代生物现代生物技术技术。可以预见，生物技术将成为。可以预见，生物技术将成为21世纪最活跃的世纪最活跃的领域，将为保障人类健康，提高生活质量，维护地领域，将为保障人类健康，提高生活质量，维护地球家园做出巨大贡献。球家园做出巨大贡献。1、生物技术又被称为、生物技术又被称为 ，英文是，英文是2、生物技术的概念是：、生物技术的概念是：应用自然科学和工程学的原理，依靠生物作用剂的应用自然科学和工程学的原理，依靠生物作用剂的作用将物料加工以提供产品为社会服务的技术作用将物料加工以提供产品为社会服务的技术 生物工程生物工程Biotechnology或或Bioengineering。3、生物技术的主要技术体系包括：、生物技术的主要技术体系包括：基因工程、细胞工程、发酵工程、酶工程和蛋白质基因工程、细胞工程、发酵工程、酶工程和蛋白质工程。工程。重要的知识点重要的知识点思考题思考题1、简述生物技术发展历史上的重要人物和重大事件、简述生物技术发展历史上的重要人物和重大事件2、简述生物技术各工程之间的相互关系、简述生物技术各工程之间的相互关系3、简述生物技术的昨天、今天和明天、简述生物技术的昨天、今天和明天 (做成做成ppt，选择优秀者在讨论课上汇报），选择优秀者在讨论课上汇报）