生物技术的应用与前景

生物技术在制药方面的应用与前景

21世纪是一个社会、经济和科技迅猛发展的时代，也是一个激烈竞争的时代。1882年诺贝尔奖获得者GoldsteinJB曾预言“21世纪是以生物制药为代表的生命科学与技术的世纪”。同时也有相关专家指出生物技术制药将永远是“朝阳产业”。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生物，生物技术制药简单的说就是以生物技术为主要手段来研究制造药物。生物技术应用于制药工业不仅可以大量生产廉价的防治人类重大疾病及疑难杂症的新型药物，而且引起制药工业技术的重大变革。

一、生物技术在制药方面的应用主要有以下内容：

1、基因工程制药

基因工程又称遗传工程，即重组DNA技术的实际应用。它是把体外重新组合的DNA引入到适当的细胞中进行复制和表达。利用基因工程细菌等表达人类一些重要基因片段，可产生具有生理活性的肽类和蛋白质药物。现代重组DNA技术特别是基因显微注射技术的发展奠定了转基因动、植物发展的基础。转基因动、植物将发展成为生物药品的新一代药厂。

基因工程技术在医药工业上的应用主要有以下几个方面：基因工程多肽药物、基因工程药物、基因工程抗体、基因治疗与基因诊断、应用基因工程技术建立新药筛选模型、应用基因工程技术改良菌种，产生新的微生物药物、基因工程技术改进药物生产工艺、利用转基因动、植物生产蛋白类药物。

2、细胞工程制药

细胞工程是在细胞水平上的生物工程。细胞工程是在对细胞结构的深入认识和细胞遗传学的研究基础上发展而来的。人们认识到培养的动植物细胞可以通过无性繁殖扩大群体数量同时保持本身遗传性状一致；融合细胞通过容纳两个亲本细胞的基因载体而具有亲本双方的优良性状。现在应用较广泛的有单克隆抗体技术、植物细胞培养生产次级代谢产物、动物细胞培养。另外，细胞培养也是基因工程中利用转基因动、植物生产蛋白质类药物的基础技术之一。

安徽农业科学．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆＡｎｈｕｉ　Ａｇ．．Ｓｅｉ．２００７，３５【３）：６７１—６７４　责任编辑罗芸责任校对罗芸　现代生物技术在农业中的应用及前景　曹军平　（井冈山学院生命科学学院，江西吉安３４３００９）　摘要综述了现代生物技术的概念、内涵、发展历史及其在农业中的应用进展和风险忧惠，展望了现代生物技术在农业中的应用前景。　关键词现代生物技术；农业；应用；前景　中图分类号Ｑ８１　文献标识码Ａ　文章编号０５１７—６６Ｈ（￣ｒＴ）ｏ３—００６７１—０４　生物技术产业是２ｌ世纪最具潜力的产业，其发展之迅速，　作用之剧烈，以及对传统农业生产影响之大都是前所未有的。　当今，生物技术被世界各国视为高新技术，它对于提高国力，帮　助解决人类所面临的食品短缺、健康、环境及经济问题至关重　要，所以许多国家将生物技术确定为增强国力和经济实力的关　键陛技术之一。近２Ｉ）年现代生物技术的发展取得了世人瞩目　的成就，在农业生产领域展示了广阔的发展前景。　１生物技术发展历史　生物技术叉称为生物工程，或称为生物工程技术，是指　利用生物的特定功能，通过现代工程技术的设计方法和手　段来生产人类需要的各种物质，或直接应用于工业、农业、　医药卫生等领域改造生物，赋予生物以新的功能和培育出　生物新品种等的工艺性综合技术体系。生物技术包括传统　生物技术和现代生物技术两部分，现代生物技术是从传统　生物技术发展而来的。　１．１传统生物技术的发展　传统生物技术从史前时代起　就一直为人们所开发利用。在石器时代后期，中国人就会　利用谷物酿酒，这是最早的发酵技术；在公元２２１年周代后　期，中国人就能制作豆腐、酱和醋；公元ｌＯ世纪，我国有了　预防天花的活疫苗；１６世纪，中国医生已经知道被疯狗咬伤　可传播狂犬病；１７世纪，荷兰人列文虎克发明了显微镜，并　首先观察到了微生物；ｌ８世纪，欧洲人开始用牛痘防治天花　病；１９世纪，法国科学家巴斯德证实发酵是由微生物引起　的，并首先建立了微生物的纯种培养技术，从而为发酵技术　的发展提供了理论基础，使发酵技术纳入了科学的轨道。　到了２０世纪初叶和中叶，生命科学领域出现了具有划时代　意义的一些重大发现，许多科学家因此而获得诺贝尔奖。　２０年代英国细菌学家弗来明发现了青霉素；３０年代摩尔根　通过试验表明，细胞核内的染色体是遗传物质的载体；４０年　代美国土壤微生物学家发现了治疗结核病的链霉素；５０年　代，两位科学家用噬菌体感染试验再次证明ＤＮＡ的遗传特　性；６０年代随着遗传学的建立及其应用，产生了遗传育种　学，并取得了光辉的成就，被誉为“第一次绿色革命”；细胞　学的理论被应用于生产而产生了细胞工程。上述诸方面的　发展，表明它们还不具备高新技术的诸要素，因此，只能被　视为传统生物技术。　１．２现代生物技术的发展现代生物技术以２０世纪７０年　代ＤＮＡ重组技术的建立为标志。１９５３年提出了ＤＮＡ的双　螺旋结构模型，阐明了ＤＮＡ的半保留复制模式，从而开辟　作者简介曹军平（１９７０一），男，湖北阳新人，硕士，副教授，从事传染　病与预防兽医学的教研工作。　收稿日期２００６—０９—１２　了分子生物学研究的新纪元。１９６１年破译了遗传密码，揭　开了ＤＮＡ编码的遗传信息是如何传递蛋白质这一秘密。　１９７２年实现了ＤＮＡ体外重组技术，标志着生物技术的核心　技术一基因工程技术的开始，它向人们提供了一种全新的　技术手段，使人们可以按照意愿在试管内切割ＤＮＡ，分离基　因并进行重组后导入其他生物或细胞，以改造农作物或畜　牧品种；也可以导入细菌，由细菌生产大量有用的蛋白质或　作为药物、疫苗；也可以直接导人人体内进行基因治疗。显　然，这是一项技术上的革命。以基因工程为核心带动了现　代发酵工程、现代酶工程、现代细胞工程以及现代蛋白质工　程的发展，形成了具有划时代意义和战略价值的现代生物　技术。　２生物技术在农业生产中的应用　应用生物技术可以培育出优质、高产、抗病虫、抗逆的　农作物以及畜禽、林木、鱼类等新品种；可以进行再生能源　的利用解决能源短缺问题；可以扩大食饲料、药品等来源，　满足人类日益增长的需要；可以进行无废物的良性循环，减　少环境污染，充分利用各种资源等。因而，生物技术在农业　中的应用日益发展。　２．１基因工程在农业中的应用　２．１．１基因图谱。国际上动物、植物、微生物基因图谱的　研究分别以人、水稻、大肠杆菌基因组研究最为热门，现在　已进入后基因组时期。　２．１．２动物育种。　２．１．２．１动物抗性基因工程育种。主要从深海鱼如比目　鱼中提取抗寒基因转入罗非鱼等其他鱼种中的研究；抗病　转基因动物有猪抗猪瘟、鸡抗马立克病、鱼抗出血热等方面　的研究，有的已获成功。　２．１．２．２动物基因工程育种。主要研究是将激素基因导　入哺乳动物受精卵内获转基因动物。第一个成功的例子是　将大鼠生长激素基因注入小白鼠受精卵内，获体重增加１　倍的“超级鼠”；国内外均有用人的生长激素基因成功导入　猪、羊、兔的报道；目前已有牛、猪、羊等生长激素基因被分　离出来转入到牛、羊、兔、鱼中，不仅可产生“超级动物”，更　重要的是改善了品质（脂肪含量显著减少，瘦肉率明显提　高），改变了生长速度，饲料费用大大降低，奶牛、奶羊的产　奶量平均提高１Ｏ％～２０％以上。我国在这方面的研究已达　到国际先进水平，已在羊、猪、兔、鱼等动物上转基因成功。　２．１．２．３转基因动物生产医药产品。目前由于动物转基　因的不断成功，不少国家正试图以此作为生物反应器，开发　生产有用的药物。英国报告从转基因绵羊的奶中生产人抗　

Ｓｈａｎｇｈａｉ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ　环境生物技术的应用及发展前景杨红　

环境生物技术的应用及发展前景　

Ｔｈｅ　Ａｐｐｌ　ｉｃａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｐｒｏｓｐｅｃｔ　ｏｆ　Ｅｎｖｉ　ｒｏｎｍｅｎｔａｌ　Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　

杨　红　杜辉　陶雪娟　（上海市农业科学院农业科技信息研究所，上海２０１４０３）　

Ｙａｎｇ　Ｈｏｎｇ　Ｄｕ　Ｈｕｉ　Ｔａｏ　Ｘｕｅｊｕａｎ　（Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，　

Ｓｈａｎｇｈａｉ　Ａｃａｄｅｍｙ　ｏｆＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　２０１４０３）　

摘要　环境生物技术是直接或间接利用生物或生物体降低或消除污染物，净化环境或生产有用物质的工程技术。从废水、废　气、有害废物的生物处理技术，以及生物分解塑料、有益微生物（ＥＭ）生物技术等方面论述了环境生物技术研究进展。探讨了环境　生物技术的发展趋势，以期为我国环境生物技术的进一步发展提供理论依据。　关键词：　环境生物技术　生物处理技术　生物分解塑料　有益微生物（ＥＭ）生物技术　

Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｓ　ａｎ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｔｈａｔ　ｄｉｒｅｃｔｌｙ　ｏｒ　ｉｎｄｉｒｅｃｔｌｙ　ｕｓｅｓ　ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ　ｏｒｇａｎｉｓｍｓ　ｔｏ　ｒｅｄｕｃｅ　ｏｒ　ｅｌｉｍｉｎａｔｅ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ．ｃｌｅａｎ－ｕＰ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｌ　ａｎｄ　ｐｒｏｄｕｃｅ　ｕｓｅｆｕｌ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ．　Ｔｏ　ｐｒｏｖｉｄｅ　ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ　ｂａｓｉｓ　ｆｏｒ　ｆｕｒｔｈｅｒ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｎ　Ｃｈｉｎａ，ｔｈｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｐｒｏｇｒｅｓｓ　ｏｆ　ｗａｓｔｅ　ｂｉｏ－ｔｒｅａｔｍｅｎｔ，ｐｌａｓｔｉｃｓ　ｂｉｏｄｅｇｒａｄａｌｉｏｎ，ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ　ｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍｓ（ＥＭ）ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ａｎｄ　ｅｔｃ．ｗａｓ　ｓｕｍｍａｒｉｓｅｄ．ａｎｄ　ｌｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｔｒｅｎｄ　ｏｆ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａＩ　ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｗａｓ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ　ａｓ　ｗｅｌＩ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ　ｌｒｅａｔｍｅｎｆ　Ｐｌａｓｔｉｃｓ　ｂｉｏｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ　Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ　ｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍｓ（ＥＭ）ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　

 生物技术及其应用前景

 一、酶工程与发酵工程

酶工程与发酵工程是生物技术中有着悠久历史的两门技术。近20年来，随着与生物技术相关的诸多基础理论和技术以及实验手段的发展，这两门传统的生物技术逐步走出被动、低效的状态，而发展成为主动、高效的当代生物技术，被列入到高技术领域。

（一）酶工程

酶工程就是利用酶的催化作用进行物质转化，生产人们所需产品的技术。

催化剂即指能化学变化加速而翻身不变的物质。酶是一类具有特殊催化反应能力的蛋白质，它由生物体的活细胞产生。在生物体内进行的各种化学反应，几乎都需要在酶的催化下才能顺利地完成。我们每天吃的米饭、鸡蛋、肉类等的食物都必须在胃分泌的胃蛋白酶和胰脏分泌的淀粉酶、胰蛋白酶和脂肪酶等的作用下，分解成葡萄糖、氨基酸、脂肪酸和甘油等小分子，才能透过小肠壁，被组织吸收和利用；人体生长的时候，体内又会进行各种蛋白质、脂肪等的合成反应，这些合成反应也需要在酶的催化下完成。一旦酶的正常催化作用遭到干扰破坏，轻则会使生物体表现出某些症状，重则将危及生命。比如，在人体内有一种内酪氨酸酶，当它不能行使正常作用时，人就会得白化病。在人类中有一种半乳糖血症的遗传病，发病的原因是由于患者体内缺乏将半乳糖转化为葡萄糖的酶，造成患者血液中半乳糖含量急剧升高往往在婴儿期就死亡。

酶工作技术的应用范围大致有：（1）对生物宝库中存在天然酶的开发和生产；（2）自然酶的分离纯化及鉴定技术；（3）酶的固定化技术（固定化酶和固定化细胞技术）；（4）酶反应器的研制和应用；（5）与其它生物技术领域的交叉和渗透。其中固定化酶技术是酶工程的核心。

在洗衣粉中加入一些酶可大大加强其去污能力，这是把酶催化剂作为一种添加剂加入到产品中去，促进了产品与作用对象的化学反应。但是对于像用葡萄糖生产果糖行业来说，需要用酶，而酶又不能留在产品中，否则会影响产品纯度。再说，成批的反应物中，加入的酶在反应结束后，没有被消耗掉，但却失去了再被利用的机会，这显然是一种浪费。若能够将酶固定起来，不仅能使其在常温、常压下行使专一的催化功能，而且由于酶密度提高，使催化效率更高、反应更易控制。固定着的酶不会跑到溶液里，与产物混合，这样酶便可反复使用，从而使产品成本降低。因此，固定化酶技术十分重要。酶的固定方法主要有：通过非特异性物理吸附法或生物物质的特异吸附作用将酶固定到载体表面，叫作吸附法；利用化学方法将载体活化，再与酶分子上的某些基因反应，形成共价的化学键，从而使酶分子结合到载体上，这种方法叫共价键合法，是广泛采用的制备固定化酶的方法。