现代生物技术应用

Nicotine-free tobacco is now being grown for a projected introduction of
nicotine-free
cigarettes
Improved nutritional content and delayed ripening are transgenic traits of interest in tomatoes. Source: USDA
转基因荧光鼠
观赏荧光鱼
普通热带斑马鱼是不发荧光的
能发 荧光 的热 带斑 马鱼
抗病、抗虫、抗逆作物

基因工程为培育抗病虫的作物提供了新的手段
目前，已经获得的转基因抗虫农作物包括烟草、番茄、
马铃薯、棉花、玉米等

在抗逆境育种上的应用为克服干旱、盐碱等提供 新思路
美国斯坦福大学把仙人掌基因导入小麦、大豆等作物，
现代生物工程：
发酵工程 酶工程 细胞工程 基因工程
生物技术在医药卫生领域的应用
许多药品的生产是从生物组织中提取的。 受材料来源限制产量有限，其价格往往十分 基因工程药品的生产 昂贵。 微生物生长迅速，容易控制，适于大规 模工业化生产。若将生物合成相应药物成分 的基因导入微生物细胞内，让它们产生相应 的药物，不但能解决产量问题，还能大大降 低生产成本。
总和

建立在实验室研究基础上的生物技术的发展为 人类带来了巨大的利益和财富。
生物技术将是未来经济发展的新动力
第一次技术革命 第二次技术革命 工业革命 解放人的双手 信息技术 扩展人的大脑
第三次技术革命
生物技术 改造生命本身
“生命产业是一个朝阳、永恒的产业”
什么是生物技术？
生物技术=生物工程
应用自然科学及工程学原理，以微生物体、动 物体、植物体或其组成部分作为生物反应器将物料 进行加工，以提供产品来为社会服务的技术。
转基因鱼
•
生长快、耐不良环境、肉质好的转基因鱼(中 国)
转基因 鲑鱼
在动世 猴 子物界 的 上 未 受转首 精基例 卵 中因转 加猴基 入 附“因 加安灵 基迪长 因 。”类
—
2000年，法国科学家利用基因技术“制造”出了一只可以 发出绿色荧光的兔子“Alba”。应用了受精卵显微注射技术， 从水母身上采集了荧光蛋白，基因改良后，使它的发光率 比原先提高了两倍，再将该基因植入到了兔子的受精卵中， 由此培养出了会发光的兔子Alba。在普遍光线下，它看上 去与其它同类没有区别，但是在较暗的光线下，它的身体 就会放射出奇异的绿光来。
Canola is a major oilseed crop. Transgenic research has focused on improving the nutritional quality of canola oil by enhancing the Vitamin E content or by modifying the balance of fatty acids.

生命科学直观影响的相关领域
医药卫生（医药生物技术）
生命科学
农林牧渔（农业生物技术）
环境保护（环境生物技术）
生物科学成为当今世界自然科 学的热点和重点

二十世纪后叶，分子生物学领域一系列突破性 成就，使生命科学在自然科学中的地位发生了 革命性的变化；
近50年生命科学的发展超过了此前500年的
脱氨酶（简称ADA）的基因
（ada）发生了突变。可以
通过基因工程的方法治疗。 SCID患者生存在无菌环
wk.baidu.com境中
生物反应器

将外源基因在动、植物体内表达并生产出我们 所需的营养（蛋白）或工业用原材料的动植物 基因改良（操作）的个体称为生物反应器。 技术原理与操作主要是依据转基因技术 动物生物反应器：是指利用动物作为载体（平 台）的反应器体系。

动物生物反应器
乳腺生物反应器:使外源基因在哺乳动物的
乳腺组织（上皮细胞）中进行特异表达我们 需要的蛋白产物； 血液生物反应器 细胞生物反应器 已生产的药物：α2抗胰蛋白酶、抗凝血因 子Ⅸ、 TPA 、蛋白质C 、凝血因子Ⅷ、白 细胞介素22等
从转基因羊的羊奶中提取出治疗心脏病的药物 tPA（组织型纤溶酶原激活物）
多能干细胞
单能干细胞
•胚胎干细胞
•成体干细胞
干细胞的用途

治疗遗传性疾病和恶性肿瘤。 以干细胞为种子培育成某些组织和器官， 用于移植医学。 抗衰老，延年益寿。


去核胚胎干细胞
组装胚胎干细胞
组织干细胞
核移植 体 外 诱 导 培 养
干细胞工程
各种组织器官
医药生技动物模型
資料來源：麻省理工學院Dr. Jay Vacanti
者带来新的希望。
生物技术在农牧 业、食品工业的 应用
转基因动物
转基因动物：是指人类按照自己的意愿有目的、有 计划、有根据、有预见地将外源基因导入动物细胞 内，通过与染色体基因组进行稳定的整合，将生物 性状传递给后代动物。
利用转基因动物改良动物品种 转基因动物的应用
转基因动物作为生物反应器 转基因动物筛选药物
基因大豆，140万公顷转基因玉米，
4000公顷转基因土豆； 美国引进转基因昆虫来吞食危害农作 物的食肉螨。
转黄瓜抗青枯病基因的甜椒
抗CMV病毒转基因甜椒
转黄瓜抗青枯病基因的马铃薯
抗除草剂作物
不会引起过敏的转基因大豆
普通棉花
转兔毛基因棉花
抗除草剂大豆
预防乙肝不用打针，只要吃几个西红柿就行。这可不是 玩笑，中国农科院生物技术研究中心经过十年研究，培育 出的抗乙肝西红柿顺利通过前三个阶段的测试，明年有望 上市。 抗乙肝西红柿与普通西红柿口感一样酸中带甜，不但 可以直接食用，还可以榨成汁或炒菜吃，对人体没有任何 毒副作用。据该项目负责人刘德虎研究员介绍，食用抗乙 肝西红柿，虽不能治愈乙肝，但一年只吃几个，就完全能 代替注射乙肝疫苗。抗乙肝西红柿属于转基因食品，就是 将乙肝疫苗植入西红柿内，经多代繁殖，使转入的基因稳 定化。这种西红柿上市后将论个出售，每个售价大概在２ 元左右
育成抗旱、抗逆的新品种。 我国已克隆了耐盐碱相关基因， 通过遗传转化已获得了耐盐烟草、 水稻、西红柿、草莓等。
转基因抗虫棉
我国是世界上最大的棉花生产国和消费国，约
占世界产棉总量的25%以上。
自90年代以来，由于棉铃虫在我国大部分棉 区持续性大发生或暴发，给我国棉花生产带来了 巨大的威胁，棉农谈虫色变，面积、单产、总产 一直处于低谷的徘徊阶段。
其它基因工程药物

人造血液、白细胞介素、乙肝疫苗等通过基 因工程实现工业化生产，均为解除人类的病 苦，提高人类的健康水平发挥了重大的作用。
人 造 血 液 及 其 生 产
基因诊断

运用基因工程技 术，设计制造 “DNA探针”检测 肝炎病毒等病毒 性流行病及某些 严重遗传疾病， 不但准确而且迅 速。
Papaya is a tropical fruit rich in Vitamins A and C, but susceptible to a number of serious
pests and diseases. The transgenic
variety UH Rainbow, resistant to the papaya ringspot virus, is currently in production in Hawaii. Decaffeinated coffee is now made by treating coffee beans to remove the caffeine. Other methods are criticized for removing some of the
目前已制作成功并产生重大社会、经济效益（应）
的乳腺生物反应器（动物）有:
•转基因牛(荷兰Phraming公司-人乳铁蛋白、
EPO)
•转基因羊（山羊、绵羊）(英PPL公司-抗胰蛋
白酶; 美GTC-人凝血酶原III)等
转基因牛
•
乳汁中含有人生长激素的转基因牛(阿根 廷)
干细胞工程
长期以来，人类一直在研究和寻找能治 愈各种疾病、抗衰老甚至长生不老的方法。 随着现代科学技术的发展，尤其是干细胞的 研究，人类的这些幻想正在逐步变成现实。 1998年，美国《科学》杂志将干细胞的研究 成果列在十大科学进展的首位。
我国研究人员正在制备用于 基因治疗的基因工程细胞
基因治疗

许多遗传性疾病是因为病人的DNA发 生了改变，通过基因工程技术，给 患有遗传病的人体内导入正常基因 可“一次性”解除病人的疾苦。
SCID的基因工程治疗

重症联合免疫缺陷（SCID）
患者缺乏正常的人体免疫
功能，只要稍被细菌或者 病毒感染，就会发病死亡。 这个病的机理是细胞的一 个常染色体上编码腺苷酸
现代生物 技术应用
21世纪是生物技术的世纪

未来学家说：21世纪是生物技术的世纪；

科学家预言： 21世纪世界即将在生物技术上取得 重大突破，新世纪之初，科学方面的主要将在生 物学、遗传学和医学、新型生物材料、能源、环 境保护上有所突破；
经济学家则认为：21世纪20年代，生物经济将由 目前的形成阶段进入成长阶段，即工业生产与商 业开发阶段。
基因工程制药
基本方法是：将目的基因用DNA重组 的方法连接在载体上，然后将载体导入 靶细胞，使目的基因在靶细胞中得到表 达，最后将表达的目的蛋白质提纯并做 成制剂，即为蛋白类药或疫苗。
基因工程胰岛素

胰岛素是治疗糖尿病的特效药，长期以来依 靠从猪、牛等动物的胰腺中提取，100Kg胰 腺只能提取4-5g的胰岛素，其产量之低和价 格之高可想而知。
干细胞（Stem cell）即起源细胞。在细胞 的分化过程中，细胞往往由于高度化分而完全 失去了再分裂的能力，最终衰老死亡。机体在 发展适应过程中为了弥补这一不足，保留了一 部分未分化的原始细胞。 因此，干细胞是一类具有自我更新和分化潜 能的细胞。
干细胞的分类
按分化潜能

按发育状态
全能干细胞


目前,科学家已经培育出了大批具有抗虫、抗 病、抗除草剂、抗逆等全新性状的农作物.
同时具有高 产、稳产和 抗逆性等优 良品质的农 作物新品种.
抗虫害的玉米
转鱼抗寒基因的 番茄
美国1997年引种80万公顷抗虫转基因棉；
中国河北引种4700公顷，1998年又引
种2万公顷抗虫转基因棉；
美国孟三都公司种植了320万公顷转
胰 岛 素 分 子 结 构

将合成的胰岛素基因导入大肠杆菌，每 2000L培养液就能产生100g胰岛素！大规模 工业化生产不但解决了这种比黄金还贵的药 品产量问题，还使其价格降低了30%-50%!
胰 岛 素 生 产 车 间
基因工程干扰素

干扰素是治疗病毒感染的辅助药物。过去从 人血中提取，300L血才提取1mg！其“珍贵” 程度自不用多说。
中国科学院水生生物研究所朱作言首次用人的生
长激素基因(hGH)构建了转基因鱼，制作的主要目
的是提高生长速度、增加抗逆性以及为发育生物 学和插入突变提供研究的材料。 自1984年以来先后进行了泥鳅、鲤鱼、鲫鱼等的
转基因研究。
受到转基因巨型小鼠获得成功的鼓舞,科 学家又在培育生长迅速、营养品质优良的转基 因家畜、家禽方面,不断取得辉煌成就.同时, 科学家还把转基因动物变成生物反应器
干扰素分子结构
干扰素生产车间

基因工程人干扰素α-2b（安达芬） 是我国第一个 全国产化基因工程人干扰素α-2b，具有抗病毒， 抑制肿瘤细胞增生，调节人体免疫功能的作用，广 泛用于病毒性疾病治疗和多种肿瘤的治疗，是当前 国际公认的病毒性疾病治疗的首选药物和肿瘤生物 治疗的主要药物。
生长激素
生长激素：是由动物脑垂体前叶分泌的一种能促 进生长的蛋白类激素。 1985年，美国的FDA批准了第一代重组人生长激 素上市。第一代重组人生长激素在大肠杆菌中表达， 蛋白质的N端比天然的人生长激素多了一个甲硫氨 酸。 目前生产和使用的是第二代生物工程生长激素。 第二代生物工程生长激素是以分泌蛋白的形式表达 的，信号肽在分泌的过程中被自动切除而产生与天 然蛋白完全一致的序列。
动物细胞培养
干细胞治疗的进展

科学家们认识到干细胞可能成为一种“拯救生
命”的有效的疾病治疗手段。

例如：小剂量纯化的造血干细胞足可使患者骨
髓再生，可以避免肿瘤病人进行自体骨髓移植
时所致的瘤细胞（尤其是白血病细胞）污染。

例如：成熟的神经系统中存在的干细胞，在某 些因素诱导作用下，可增殖和定向分化，给神 经退行性疾病（如帕金森氏病）、骨髓损伤患