现代生物技术_2010_01

技术理论--五大生物工程
基因工程 （gene engineering）
细胞工程 （cell engineering）
酶工程
（enzyme engineering）
发酵工程 （fermentation engineering）
蛋白质工程 （protein engineering）
生物技术概况及应用领域
Current Biotechnology
现代生物技术
首都师范大学 生命科学学院 祁晓廷
（qixiaoti（ngf@eimyauinl.c3n9u@.ed1u2.6c.nc;oqmxt)-163@163.com)
Tel：68902029-601(O)；1367 1367 241
生物技术的定义
以生命科学为基础，应用工程学原理，依靠生物体（微 生物、动植物体）作为生物反应器将物料进行加工，提
“基因工程”（核心）与其它“工程”的关 系
生物技术树
课程内容体系
伦理与安全问题
生命科学 基础知识
现代生物技 术
基因工程*
技 细胞工程*
术
体 系
蛋白质工程
发酵工程
酶工程*
考核方式
★平时成绩：出勤、课堂作业、课堂提问等环节 30% ★ 期末考试：闭卷考试 70%
生物学基础知识
生物学发展简史
格里菲思的观察
• 1928年英国科学家格里菲思（F．Griffith）的观察
Avery的惊人发现
• S型的细胞提取 液加→R型的培 养物，导致R →S。
• Oswald Avery 等为了弄清这种 转化因子的本质
Oswald Theodore Avery （ 1877～1955 ）
DNA 是遗传物质的直接证 据
E . Johnson 是洛杉矶 湖人队球星，1991年被 检查出为 HIV 病毒阳性。
两个月时， 因输血 染上艾滋病 的男孩。
资源
矿物能源（石油 煤） 必将枯竭，生物能源已在 开发之中。
很多不起眼的生物， 很可能就是药物、材料等 的宝贵资源。
图为墨西哥荒原中的 仙人掌类植物。
一个 20 米直径 的水池年产 4 吨藻类， 加工后可得相当于 3000 升柴油的燃料。
——Hershey和Chase实验
DNA Helix 50 Years
Crick and Watson's DNA model (1953) Crick and Watson's DNA model (2003)
DNA双螺旋结构的发现揭开了分子生物的新纪元
（3）创造生物学阶段（20世纪中叶以后）
现代生物技术来源于实验室的基础应用研究并在实 践中推广
现代生物技术的特点
• （1）高技术 • 生物工程往往表现为精细和密集的复杂技术而摆脱了近代以前的经验型的
研究模式。
• （2）高效能 • 生物工程能够突破自然的生殖隔离，可以按人类的需要设计和改造生物的
结构和功能，定向地组建具有特定性状的新物种和新品系。因此能制造生 产能力强大和满足特殊需要的优良的动物、植物和微生物品种，生物物种 也有可能量身订做。其效能是传统技术难以相比的。
一英亩三角大戟 可生产相当于 50 吨石 油的燃料。
图为生长在淡水和海ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ中的一种硅藻
环境
这是最早一份 关于环境对生物种 群影响的研究报告
工业化前英国乡村有很多白色蛾子停在布满 淡色苔藓的树皮上，不易被鸟发现；
工业化后，黑色蛾子逐渐取而代之，因为黑 烟污染了环境，黑色蛾子更易藏身。
工人正在向被石油污染的海滩喷洒营养液，促使 吃石油的细菌长起来。
生物学经历了三个发展阶段： ➢ 描述生物学阶段 （19世纪中叶以前） ➢ 实验生物学阶段（19世纪中到20世纪中） ➢ 创造生物学阶段 （20世纪中叶以后）
（1） 描述生物学阶段（19世纪中叶以前）
主要从外部形态特征观察、描述、记载各 种类型生物，寻找他们之间的异同和进化 脉络
达尔文 《物种起源》（1859）
• （3）高投入和高利润 • 生物工程需借助于实验室大量复杂的基础研究工作，前期科研投入往往非
常高，而其成果的收益也非常大。建立在实验室研究基础上的生物技术的 发展已经为人类带来了巨大的利益和财富。
• （4）高挑战性 • 生物工程可以人为地制造自然界前所未有的生物产品或生物物种，这些产
品的安全性对现代技术是一种挑战，对人类的伦理、人性的尊严也都是一 种挑战
分子生物学和基因工程的发 展使人们有可能“ 创造”新的物 种。
现代生物技术概览
基 因 工 程
蛋白质工程
植物组织培养技术
转基因动物
转基因植物
干细胞技术
基因治疗技术
1997年多利羊诞生使体细胞克隆哺乳动物成为可能
多 利 和 它 的 孩 子
人类基因组计划--人类基因的破解
当时报纸上刊登的 讽刺达尔文的漫画
（2）实验生物学阶段（ 19世纪中到20世纪中）
利用各种仪器 工具，通过实验过 程，探索生命活动 的内在规律。
• 遗传学的奠基人Mendel（孟德尔）
巴斯德在实验室里
Fleming发现青霉素(1928)
1928年佛莱明发现了青霉素，1943年 大规模生产开创了发酵工业的革命性变化
供产品综合技术体系。
● ： 传统的生物技术
主要是酿造技术，初级产物，设备工艺性 不高。如制豆腐、酿酱油、醋，酒，皮革、
育种
● 现代生物技术： 以现代生物学研究成果为基础，以基 因工程为核心的新兴生物技术。
以新的技术解決已有的问题--开放的体系
早期埃及绘画中的生物 技术： 酿啤酒，烤面包。
现代生物技术是解决人类面临的困境的有效途径
人之初：
被精子 包围的卵子
16个星期之后，
受精卵发育成 初具雏形的胎儿
新生命的诞生 使人们欢欣鼓舞
同时，人口问题却又是人 类社会 面临的极大战。
人口
1998年摄于长江春运
60亿 13亿
粮食
联合国粮农组织 水稻研究所
研究人员培育的“超级水稻”在产量和蛋白质 含量两方面均优于寻常品种
健康
80年代，在美国发现 第一例艾滋病，至今美国 已有 > 106 感染者。