生物工程概论

生物肥料关键技术突破： 生物肥料关键技术突破： • 生物肥料高效菌种资源库的不断充实； 生物肥料高效菌种资源库的不断充实； • 突破秸秆快速腐熟技术； 突破秸秆快速腐熟技术； • 高密度发酵工业； 高密度发酵工业； • 生物肥料高效载体研究的突破。 生物肥料高效载体研究的突破。
疫苗
干细胞与组织工程
•2006年6月26日克林顿宣布人类基因组草图绘制完成
人类基因组研究结论
• • • • • 1. 基因数量少得惊人 2. 人类基因组中存在“热点”和大片“荒漠” 3. 三分之一为“垃圾”DNA 4. 种族歧视毫无根据 5. 男性基因突变率更高
人类基因组研究结果更为现代刑侦破案，人类疫苗开发提供了有力 的依据。
成熟期（分子生物学水平研究阶段1953年~至今） 至今） 成熟期（分子生物学水平研究阶段 年 至今
美国生物学家沃森（Watson ）和英国晶体 结构分析家克里克（Crick ）合作，提出 DNA结构的双螺旋模型，并在1962年与英 国学者维尔金斯（Wilkins M.H.F.）共获诺 贝尔生理学或医学奖。 20世纪70年代 推动生命科 学的发展促 进许多重大 理论问题的 突破
Watson和Crick （分子生物学奠基人）
基因工程 的发展
工程菌的构 建更促进了 生物工程发 展
人类基因 组计划
人类基因组计划
人类基因组包括分布于46条染色体的30 00035 000个基因。 人类基因组计划最终目的是测定基因组全 部序列，弄清整个基因组的结构、功能以及表 达产物，彻底了解人类生命活动的本质。它具 有非常重大的意义，推动了整个生命科学的发 展。
我国人口众多，水稻是主要的粮食， 而水稻病虫害是未来粮食安全问题 的重大隐患。
研制了“华恢1号”和“Bt汕优63”高抗 多种虫害，在整个水稻种植季节中 可以基本不打农药，较非抗虫水稻 增产6%~12%。
利用修饰豌豆胰蛋白酶抑制剂基因SCK，研制出 的抗虫水稻及其配制的杂交稻组合Ⅱ优科丰6号 对二化螟、三化螟和稻纵卷叶螟等鳞翅目害虫的 抗虫效率不低于95%，且表现明显的增产效果。
奠定阶段（ 奠定阶段（1861-1897年） 年
彻底否定了“自然发生学说”； 杰 出 贡 献
“工业微生物学之父” “生物工程之父”
证实细菌能利用糖和铵合成蛋白质； 证实了发酵是由细菌引起的； 在免疫学上提出预防接种; 在免疫学上提出预防接种 提出巴氏消毒法 巴氏消毒法等等…… 巴氏消毒法
世界上第一次发明了细菌照相法 细菌照相法； 细菌照相法 第一次发现证明了炭疽热的病原细菌——炭疽杆菌； 第一次提出纯培养技术 纯培养技术并设计多种培养基； 纯培养技术 第一次发明了蒸汽杀菌 蒸汽杀菌法 蒸汽杀菌 提出 科赫法则 等等……
• 胚胎干细胞的多能性为发育生物学和医学提供了 很多可能的应用，但是提取干细胞通常会毁坏胚 胎，这项研究引发了生物伦理的激烈讨论。2006 年，日本研究人员报告一个能避开人体胚胎干细 胞实际与伦理问题。他们将4个基因（Oct4, Sox2, （Oct4, Sox2, c-Myc）导入在培养皿中生长的小鼠尾部细 Klf4 和c-Myc 胞，得到了外表和作用与干细胞十分相似的新细 胞—iPS细胞（诱导性多功能干细胞）。 iPS细胞（诱导性多功能干细胞） • 2008年，科学家们用基因技术彻底消除细胞的发 育“记忆”，从而使其回到原始胚胎状态，这就 是细胞重编程（reprogramming cell）， 细胞重编程（reprogramming cell），被 Science杂志评为2008年十大科学进展之首。
发酵工程
现代啤酒的发酵生产工艺
纯培养厌氧分批 补料发酵技术
分批补料发酵生产乳酸， 使得乳酸的发酵水平达 200g/L，光学纯度达97.4% 可满足聚乳酸的生产需要；
生物高分子材料生产
绿色可降解环保型聚 乳酸树脂具有环境友 好型的优势，并能够 胜任大部分合成塑料； 建成一条我国第一， 世界第二的年产5000t 绿色可降解环保型聚 乳酸树脂工业示范线， 收率达到理论收率的 90%，分子量大于10 万。
• 我国干细胞研究于2009年在iPS细胞（研究、重大疾病干细 胞治疗技术与产品研发等领域取得了多项学术界广泛认可 的重大成果。 iPS细胞在生物和医学领域 具有广泛的应用前景，但 是iPS细胞是否真的拥有与 胚胎干细胞一样的全能性 还未被证实。中国科学院 研究所首次利用iPS细胞通 过四倍体囊胚注射得到存 活并具有繁殖能力的小鼠 “小小”，并于12月8日入 选了《时代周刊》公布的 2009年十大医学突破。 《时代周刊》公布的2009 年十大医学突破。
罗伯特·科赫 罗伯特 科赫
发展期（1897年-1953年） 发展期（ 年 年
Buchner
（生物化学奠基人）
Fleming 1928年
发现青霉素对 细菌的抑制作 用,青霉素发 现推动微生物 工业化培养技 术猛进
Avery 1944年
肺炎球菌转化实 验，确定DNA是 遗传物质
1897年
无细胞酵母菌 “酒化酶”推翻 巴斯德胚种学说 生物工程发 展的里程碑： 进入生化水 平研究阶段
生物工程概论
主讲人：陈守文 教授
授课安排
日期 14/10 21/10 28/10 04/11 11/11 25/11 02/12 09/12 授课时间 第6 周四 9-10节 第7 周四 9-10节 第8 周四 9-10节 第9 周四 9-10节 第10 周四 9-10节 第12 周四 9-10节 第13 周四 9-10节 第14 周四 9-10节 授课内容 陈守文：生物工程/代谢工程 梁运祥：环境生物工程 葛向阳：发酵工程 何进：系统生物学 李林：基因工程 阮丽芳：酶工程 冀志霞：生物反应工程 李明顺：蛋白质工程
转基因动物
抗蓝耳病（猪繁殖与呼吸综合症 抗蓝耳病（猪繁殖与呼吸综合症PRRS）转基因猪 ）
单克隆抗体是治疗B淋巴细胞瘤的特效药 抗CD20单克隆抗体是治疗 淋巴细胞瘤的特效药，价格昂贵，一个 单克隆抗体是治疗 淋巴细胞瘤的特效药，价格昂贵， 疗程需要1.6万美元 万美元。 疗程需要 万美元。
世界首批抗CD20单克隆抗体转基因牛 单克隆抗体转基因牛 世界首批抗 中国农业大学培养的转基因牛产抗CD20单克隆抗体达到 单克隆抗体达到2g/L, 中国农业大学培养的转基因牛产抗 单克隆抗体达到 能够大大降低药物价格，为此类癌症患者带来福音。 能够大大降低药物价格，为此类癌症患者带来福音。
2. 我国生物工程技术进展
生物工程 细胞工程 综合性应用 基因工程
发酵工程 生物反 应器工程
酶工程
蛋白质工程 组织工程 代谢工程 糖工程……
生物工程，一般认为是以生物学 特别是其中的微生物学 遗传学、 特别是其中的微生物学、 生物工程，一般认为是以生物学(特别是其中的微生物学、遗传学、生 物化学和细胞学)的理论和技术为基础 结合化工、机械、 的理论和技术为基础， 物化学和细胞学 的理论和技术为基础，结合化工、机械、电子计算机等 现代工程技术，充分运用分子生物学的最新成就，自觉地操纵遗传物质， 现代工程技术，充分运用分子生物学的最新成就，自觉地操纵遗传物质， 定向地改造生物或其功能，短期内创造出具有超远缘性状的新物种， 定向地改造生物或其功能，短期内创造出具有超远缘性状的新物种，再通 过合适的生物反应器对这类“工程菌” 工程细胞株” 过合适的生物反应器对这类“工程菌”或“工程细胞株”进行大规模的培 以生产大量有用代谢产物或发挥它们独特生理功能一门新兴技术。 养，以生产大量有用代谢产物或发挥它们独特生理功能一门新兴技术。
完成高温、酸性 、碱性、以及耐 盐碱的甘露聚糖 酶、纤维素酶、 淀粉酶、葡萄糖 苷酶等多种极端 酶产生菌的分离 ，获得146株极 端微生物；
2
克隆表达30余个 极端工业酶基因 ，完成18个极端 酶的纯化与表征 ；阐述了极端酶 的结构位点和适 应机制；
3 10t 罐甘露 聚糖酶发酵 工业化生产 ，发酵液酶 活4028 U/mL
通过四倍体囊胚注射得到存活 并具有繁殖能力的小鼠“小小”
组织工程皮肤获得 产品注册证书
防钙化生物瓣膜获 得国家生产批号
基因工程
转基因植物
• 我国建立了水稻高效规模化的转基因技术的体系，形成 个基因的技术能力，并已经对上千个基因进 年转化5000个基因的技术能力 年转化 个基因的技术能力 行了转化和功能分析，构建了面向全国的开放平台。 抗虫、抗病、抗逆、品质、养分高 • 我国转基因水稻涉及抗虫、抗病、抗逆、品质、养分高 效利用和高产 效利用和高产等，在国际顶级学术刊物上发表数篇重要 科技论文。
甘露聚糖酶和乳 糖酶在酵母中高 效表达，建成生 产示范装置；
上海交通大学发现了新型结肠癌术后转移、 上海交通大学发现了新型结肠癌术后转移、复发 的分子标记物—IMP3，对血样本直接检测，通过 的分子标记物 ，对血样本直接检测， 对癌细胞的捕获计数， 对癌细胞的捕获计数，能够实现对患者预后的评 估。
考试方式：考核方式及成绩评定 1、上课出勤（20%） 2、作业报告（80%）（1月7号上交截止日）：小综述（2000字） 学习委员： 联系方式
主要内容
1
生物工程发展历史
2
我国生物工程技术进展
1.生物工程发展历史 生物工程发展历史
朦胧阶段（9000年前 年前-1676年） 朦胧阶段（ 年前 年
有考古证据证明在公元7000年前， 我们的祖先就开始 酿酒作为饮品。
东南大学研制的纳米生物器件可以快速的检测 肝癌、肺癌、白血病敏感和白细胞耐药等细胞， 肝癌、肺癌、白血病敏感和白细胞耐药等细胞， 有望实现癌症的早期诊断。 有望实现癌症的早期诊断。
酶工程
从生物质到生物柴油 北京化工大学开发的酶法发酵生 产生物柴油已在秦皇岛和ຫໍສະໝຸດ 海实 现了生物柴油的万吨级产业化；
生物酶法生产生物柴油产业化装置 清华大学与湖南海纳百川生物 工程有限公司合作，建成了 全球套酶法工业化生产生物柴 油装置，运行结果表示该酶法 新工艺在经济上与目前的化学 工艺相比具有很强的竞争力。