生物工程与技术导论

生物工程与技术导论

近些年来，以基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程、蛋白质工程为代表的现代生物技术发展迅猛，并日益影响和改变着人们的生产和生活方式。所谓生物技术是指“用活的生物体（或生物体的物质）来改进产品、改良植物和动物，或为特殊用途而培养微生物的技术”。生物工程则是生物技术的统称，是指运用生物化学、分子生物学、微生物学、遗传学等原理与生化工程相结合，来改造或重新创造设计细胞的遗传物质、培育出新品种，以工业规模利用现有生物体系，以生物化学过程来制造工业产品。简言之，就是将活的生物体、生命体系或生命过程产业化的过程。生物工程包括基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程、生物电子工程、生物反应器、灭菌技术以及新兴的蛋白质工程等，其中，基因工程是现代生物工程的核心。

真正看见并描述微生物的第一个人是荷兰商人安东—列文虎克（1632-1723），他利用自制的显微镜发现了微生物世界，他的显微镜放大倍数为50-3000倍，构造很简单，仅有一个透镜安装在两片金属薄片的中间，在透镜前面有一根金属短棒，在棒的尖端捆上需要观察的样品，通过调焦螺旋调节焦距。利用这种显微镜，列文虎克清楚地看见了细菌和原生动物。首次揭示了一个崭新的生物世界——微生物界。可以说，微生物与人类关系的重要性，你怎么强调都不过分，微生物是一把十分锋利的双刃剑，它们在给人类带来巨大利益的同时也带来“残忍”的破坏。它给人类带来的利益不仅是享受，而且实际上涉及到人类的生存。在微生物学课程中你们将读到微生物在许多重要产品中所起的不可替代的作用，例如面包、奶酪，啤酒，抗生素，疫苗，维生素，酶等重要产品的生产，同时也是人类生存环境中必不可少的成员，有了它们才使得地球上的物质进行循环，否则地球上的所有生命将无法繁衍下去。此外，你还将会看到以基因工程为代表的现代生物技术的发展及其美妙的前景也是微生物对人类作出的又一重大贡献。然而，这把双刃剑的另一面—微生物的“残忍”给人类带来的灾难有时甚至是毁灭性的。

而最早开始遗传学理论研究的是公元前5世纪～4世纪，古希腊医师希波克拉底及其追随者在生殖和遗传现象以及人类的起源方面作了大量探索，使古希腊人对生命现象的认识逐步从宗教的神秘色彩转向哲学的和原始科学的思维方面来。

遗传学对人的科学世界观形成具有重要影响。一个人自有意识开始就逐步形成了对宇宙和对自己在宇宙中所取位置的不同世界观。这种世界观就体现了一个人的个性，它支配着人的行为、态度和生活准则，决定人的本质甚至人类社会的性质。任何新学问都必须适应这种世界观，或者说一个人的世界观必须与事物发展的客观规律相适应。对新学问无知或拒绝接受必然会导致偏执偏见。遗传学已经为我们提供了不少有影响的新概念，基本土改变了人类本身对人的属性的认识以及人与宇宙中其他事物的关系的认识

然而遗传学和进化论有着不可分割的关系。遗传学是研究生物上、下代或少数几代的遗传和变异，进化论则是研究千万代或更多世代的遗传和变异。所以，进化论必须以遗传学为基础。随着分子遗传学的发展，对遗传物质结构和功能的进一步了解，对它与蛋白质合成的关系也愈来愈清楚，这就有可能精确地探讨生物遗传和变异的本质，从而了解各种生物在进化史上的亲缘关系及其形成过程，真正认识生物进化的遗传机理。因此，分子遗传学的发展与达尔文的进化论相比拟，可以说是生物科学中又一次巨大的变革。

随着基因组学、蛋白质组学的兴起与快速发展，不但为遗传学的发展注入了新的内容，同时对遗传学的研究方法与新学科的诞生产生了重要影响。纵观近年来生物学的研究热点与重要事件，遗传学研究呈现出以下两方面的未来发展趋势:第一方面是在研究内容上增加了表观遗传学的内容; 另一方面，在研究方法与手段上，反向遗传学已渗透到各个遗传学分支，并产生重大影响.

分子生物学是从分子水平研究生命本质的一门新兴边缘学科，它以核酸和蛋白质等生物

大分子的结构及其在遗传信息和细胞信息传递中的作用为研究对象，是当前生命科学中发展最快并正在与其它学科广泛交叉与渗透的重要前沿领域。

19世纪后期到20世纪50年代初，是现代分子生物学诞生的准备和酝酿阶段。在这一阶段产生了两点对生命本质的认识上的重大突破：第一，确定了蛋白质是生命的主要基础物质；第二，确定了生物遗传的物质基础是DNA。

分子生物学的成就说明，生命活动的根本规律在形形色色的生物体中都是统一的。例如，不论在何种生物体中，都由同样的氨基酸和核苷酸分别组成其蛋白质和核酸。遗传物质，除某些病毒外，都是DNA，并且在所有的细胞中都以同样的生化机制进行复制。分子遗传学的中心法则和遗传密码，除个别例外，在绝大多数情况下也都是通用的。

酶是具有催化作用的生物大分子，绝大部分的酶是蛋白质，少数酶是RNA。

酶作为生物催化剂，具有一般催化剂的特征：1.能加快化学反应的速度而本身在反应前后没有结构和性质的改变；2.只能缩短反应达到平衡所需要的时间而不能改变反应的平衡点。但酶作为一种生物大分子又有其不同之处：1.催化效率高。2. 具有专一性；3.反应条件温和；4. 易失活；5.催化活性可被调节控制。

发酵工程主要包括菌种的选育和培养，发酵条件的优化，发酵反应器的设计和自动控制，产品的分离纯化和精制等。发酵工程涉及食品工业，化工、医药、冶金、能源开发、污水处理等领域。具有生产价值的发酵类型有以下五种：1. 微生物菌体发酵；2. 微生物酶发酵；

3. 微生物代谢产物发酵；

4. 微生物的转化发酵；

5. 生物工程细胞的发酵。

细胞工程是生物工程，或称生物技术（Biotechnology）大范畴中的一类。生物技术的发展历史久远，甚至人们还未完全了解细胞的情况下，凭借生活经验，就已经开始了古老生物技术的探索，如中国古代的酿酒、发面、醪糟等。时至今日，现代生物工程已经发展为涵盖生物学、化学、工程学，以至于数学、计算机、信息控制等诸多学科的综合性技术。从研究和操作层次上看，生物工程也衍生出包括发酵工程、酶工程、细胞工程、基因工程、生物化学工程和蛋白质工程等六大类别，细胞工程即属此列。

生物分离工程指从发酵液、动植物细胞培养液、酶反应液和动植物组织细胞与体液等中提取、分离纯化、富集生物产品的过程，为提取生物产品时所需的原理、方法、技术及相关硬件设备的总称。因为它处于整个生物产品生产过程的后端，所以也称为生物工程下游技术。生物工程技术的主要目标是生物产品的高效生产，其中生物分离工程是完成生物产品分离纯化、得到高质量商品的重要环节。生物分离工程研究的内容就应该包括两方面：一是研究目标产品及其基质的性质；二是研究根据产品及基质选择合适的分离纯化技术，包括对基本技术原理、基本方法、基本设备的研究。

总之，生物工程与技术现已融入到生活的方方面面，我们要学好相关课程，为其将来的发展做出小小的贡献。

参考文献

1.百度文库

2.浙江万里学院网络课堂