生物工程的应用前景与展望

生物工程得应用前景与展望

当今,新得科学革命浪潮中引人注目得遗传工程(即生物工程)给许多领域带来飞跃发展。例如癌症、高血压、遗传性疾病、老化等机理得阐明,胰岛素、生长激素、干扰素、酶等徽生物工业产品产率得提高,赋予农作物以耐寒、高产等优良特性得育种等等,世界各国都予以重视,正积极研究开发。由于生物工程技术得迅速发展,迫使我们不得不对生物工程

得概念与应用发展有所认识与了解。本文对此试作详细讨论。伴随着生命科学得新突破,现代生物技术已经广泛地应用于工业、农牧业、医药、环保等众多领域,产生了巨大得经济与社会效益。

食品方面

首先,生物技术被用来提高生产效率,从而提高食品产量。其次,生物技术可以提高食品质量。例如,以淀粉为原料采用固定化酶(或含酶菌体)生产高果糖浆来代替蔗糖,这就是食糖工业得一场革命。第三,生物技术还用于开拓食品种类。利用生物技术生产单细胞蛋白为解决蛋白质缺乏问题提供了一条可行之路。目前,全世界单细胞蛋白得产量已经超过3000万吨,质量也有了重大突破,从主要用作饲料发展到走上人们得餐桌。材料方面通过生物技术构建新型生物材料,就是现代新材料发展得重要途径之一。

首先,生物技术使一些废弃得生物材料变废为宝。例如,利用生物技术可以从虾、蟹等甲壳类动物得甲壳中获取甲壳素。甲壳素就是制造手术缝合线得极好材料,它柔软,可加速伤口愈合,还可被人体吸收而免于拆线。

其次,生物技术为大规模生产一些稀缺生物材料提供了可能。例如,蜘蛛丝就是一种特殊得蛋白质,其强度大,可塑性高,可用于生产防弹背心、降落伞等用品。利用生物技术可以生产蛛丝蛋白,得到与蜘蛛丝媲美得纤维。

第三,利用生物技术可开发出新得材料类型。例如,一些微生物能产出可降解得生物塑料,避免了“白色污染”。

能源方面

生物技术一方面能提高不可再生能源得开采率,另一方面能开发更多可再生能源。

首先,生物技术提高了石油开采得效率。其次,生物技术为新能源得利用开辟了道路。现代生物技术越来越多地运用于农业中,使农业经济达到高产、高质、高效得目得。

农作物与花卉生产

生物技术应用于农作物与花卉生产得目标,主要就是提高产量、改良品质与获得抗逆植物。首先,生物技术既能提高作物产量,还能快速繁殖。其次,生物技术既能改良作物品质,还能延缓植物得成熟,从而延长了植物食品得保藏期。第三,生物技术在培育抗逆作物中发挥了重要作用。例如,用基因工程方法培育出得抗虫害作物,不需施用农药,既提高了种植得经济效益,又保护了我们得环境。我国得转基因抗虫棉品种,1999年已经推广200多万亩,创造了巨大得经济效益。畜禽生产利用生物技术以获得高产优质得畜禽产品与提高畜禽得抗病能力。首先,生物技术不仅能加快畜禽得繁殖与生长速度,而且能改良畜禽得品质,提供优质得肉、奶、蛋产品。其次,生物技术可以培育抗病得畜禽品种,减少饲养业得风险。如利用转基因得方法,培育抗病动物,可以大大减少牲畜瘟疫得发生,保证牲畜健康,也保证人类健康。农业新领域基因工程不仅提高了农牧产品得产量与质量。

利用转基因植物生产疫苗就是目前得一个研究热点。科研人员希望能用食用植物表达疫苗,人们通过食用这些转基因植物就能达到接种疫苗得目得。目前已经在转基因烟草中表达出了乙型肝炎疫苗。利用转基因动物生产药用蛋白同样就是目前得研究热点。科学家已经培育出多种转基因动物,它们得乳腺能特异性地表达外源目得基因,因此从它们产得奶中能获得所需得蛋白质药物,由于这种转基因牛或羊吃得就是草,挤出得奶中含有珍贵得药用蛋白,生产成本低,可以获得巨额得经济效益。医药卫生领域就是现代生物技术应用得最广泛、成绩最显著、发展最迅速、潜力也最大得一个领域。疾病预防利用疫苗对人体进行主动免疫就是预防传染性疾病得最有效手段之一。注射或口服疫苗可以激活体内得免疫系统,产生专门

针对病原体得特异性抗体。

20世纪70年代以后,人们开始利用基因工程技术来生产疫苗。基因工程疫苗就是将病原体得某种蛋白基因重组到细菌或真核细胞内,利用细菌或真核细胞来大量生产病原体得蛋白,把这种蛋白作为疫苗。例如用基因工程制造乙肝疫苗用于乙型肝炎得预防。我国生产得基因工程乙肝疫苗,主要采用酵母表达系统产生疫苗。疾病诊断生物技术得开发应用,提供了新得诊断技术,特别就是单克隆抗体诊断试剂与DNA诊断技术得应用,使许多疾病特别就是肿瘤、传染病在早期就能得到准确诊断。图4-40就是单克隆抗体得制备。单克隆抗体以它明显得优越性得到迅速得发展,全世界研制成功得单克隆抗体有上万种,主要用于临床诊断、治疗试剂、特异性杀伤肿瘤细胞等。有得单克隆抗体能与放射性同位素、毒素与化学药品联结在一起,用于癌症治疗,它准确地找到癌变部位,杀死癌细胞,有“生物导弹”、“肿瘤克星”之称。

DNA诊断技术就是利用重组DNA技术,直接从DNA水平作出人类遗传性疾病、肿瘤、传染性疾病等多种疾病得诊断。它具有专一性强、灵敏度高、操作简便等优点。

疾病治疗生物技术在疾病治疗方面主要包括提供药物、基因治疗与器官移植等方面。

利用基因工程能大量生产一些来源稀少价格昂贵得药物,减轻患者得负担。这些珍贵药物包括生长抑素、胰岛素、干扰素等等。基因治疗就是一种应用基因工程技术与分子遗传学原理对人类疾病进行治疗得新疗法。世界上第一例成功得基因治疗就是对一位4岁得美国女孩进行得,她由于体内缺乏腺苷脱氨酶而完全丧失免疫功能,治疗前只能在无菌室生活,否则会由于感染而死亡。经治疗,这个女孩可进入普通小学上学。截至1997年6月,全世界已批准得临床基因治疗方案有218项,接受基因治疗与基因转移得患者总数已有2557名患者。

在2013年6月3日得"Cell"期刊上发表得罗伯特·温伯格等研究人员在乳腺癌侵袭性得研究取得了新成果:基因决定乳腺癌细胞命运。

1990年,人类基因组计划在美国正式启动,2003年4月14日,中美英日法德六国科学家宣布:人类基因组序列图绘制成功。人类基因组计划得完成,有助于人类认识许多遗传疾病以及癌

症得致病机理,将为基因治疗提供更多得理论依据。器官移植技术向异种移植方向发展,即利用现代生物技术,将人得基因转移到另一个物种上,再将此物种得器官取出来置入人体,代替人得生病得“零件”。另外,还可以利用克隆技术,制造出完全适合于人体得器官,来替代人体“病危”得器官。污染监测现代生物技术建立了一类新得快速准确监测与评价环境得有效方法,主要包括利用新得指示生物、利用核酸探针与利用生物传感器。

人们分别用细菌、原生动物、藻类、高等植物与鱼类等作为指示生物,监测它们对环境得反应,便能对环境质量作出评价。核酸探针技术得出现也为环境监测与评价提供了一条有效途径。例如,用杆菌得核酸探针监测水环境中得大肠杆菌。

近年来,生物传感器在环境监测中得应用发展很快。生物传感器就是以微生物、细胞、酶、抗体等具有生物活性得物质作为污染物得识别元件,具有成本低、易制作、使用方便、测定快速等优点。

污染治理现代生物治理采用纯培养得微生物菌株来降解污染物。例如科学家利用基因工程技术,将一种昆虫得耐DDT基因转移到细菌体内,培育一种专门“吃”DDT得细菌,大量培养,放到土壤中,土壤中得DDT就会被“吃”得一干二净。再例如科学家研制出一种耐污力强得生物菌种RhP,放到污染得水中,可在不消耗水体氧气得情况下,迅速吸收消耗水体中得氮、磷、硫、碳等污染元素,减少水体得富营养成份,切断蓝藻生长得营养来源,达到治理蓝藻得目得。

一、生物工程得甚本概念

广义上说,生物工程就是应用生命现象为人类造福得科学技术,概括地说,就是利用DNA重组技术,有目得、有计划、有定向地创造新得生物品种与类型。也有人称它为显微工程。生物工程就是70年代初期才发展起来得一门新学科。主要就是在分子生物学、分子遗传学与徽生物学基础理论研究基础上发展起来得。当今得生物工程己进入了新得综合性科学术技阶段。

二、生物工程得发展史