生物技術

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生物技術(biotechnology)也譯成生物工程生物學研究與應用的技術方面,包括,基因工程、細胞工程、發酵工程酶工程,現代生物技術發展到高通量組學(omics)晶元技術、基因與基因組人工設計合成生物學等系統生物技術

生物技術的定義

生物技術

  生物技術(biotechnology),有時也稱生物工程,是指人們以現代生命科學為基礎,結合其他基礎科學的科學原理,採用先進的科學技術手段,按照預先的設計改造生物體或加工生物原料,為人類生產出所需產品或達到某種目的。生物技術是人們利用微生物、動植物體對物質原料進行加工,以提供產品來為社會服務的技術。它主要包括發酵技術和現代生物技術。   因此,生物技術是一門新興的,綜合性的學科。

開設此專業的院校(共336所本科院校)

  北京大學、清華大學、華中農業大學、武漢大學、中山大學、華中科技大學、暨南大學、電子科技大學、北京科技大學、北京林業大學、蘇州科技學院、合肥工業大學、安徽師範大學、西北農林科技大學、商洛學院、浙江萬里學院、北京師範大學、中國農業大學、河南大學、福建農林大學、河南城建學院、北京聯合大學、南開大學、南昌大學、海南大學、河北大學、河北農業大學、河北聯合大學、河北職業技術師範學院、山東大學、青島海洋大學、山東農業大學、山東輕工業學院、濰坊學院、通化師範學院,長治學院、山西農大、湖南科技大學、呂梁學院、貴州大學、湖南農業大學 、武漢生物工程學院等等。

業務培養要求

細胞工程

  本專業學生主要學習生物技術方面的基本理論、基本知識,受到應用基礎研究和技術開發方面的科學思維和科學實驗訓練,具有較好的科學素養及初步的教學、研究、開發與管理的基本能力。   生物技術是現代生物學發展及其與相關學科交差融和的產物,其核心是以DNA重組技術為中心的基因工程,還包括微生物工程生化工程、細胞工程及生物製品等領域。培養掌握現代生物學和生物技術的基本理論、基本知識和基本技能,獲得應用基礎研究和科技開發研究的初步訓練,具有良好的科學素質、較強的創新意識和實踐能力的生物技術高級專門人才。   生物技術專業培養具有生態學知識,能在科研機構、高等學校、企事業單位及行政管理部門從事生態環境保護與管理等工作的高級專門人才。

生物技術畢業生

生物工程實驗

  生物技術畢業生應獲得以下幾方面的知識和能力:   1.掌握數學物理化學等方面的基本理論和基本知識;   2.掌握基礎生物學、生物化學分子生物學、微生物學、基因工程、發酵工程及細胞工程等方面的基本理論、基本知識和基本實驗技能,以及生物技術及其產品開發的基本原理和基本方法;   3.了解相近專業的一般原理和知識;   4.熟悉國家生物技術產業政策、知識產權及生物工程安全條例等有關政策和法規;   5.了解生物技術的理論前沿、應用前景和最新發展動態,以及生物技術產業發展狀況;   6.掌握資料查詢、文獻檢索及運用現代信息技術獲取相關信息的基本方法;具有一定的實驗設計,創造實驗條件,歸納、整理、分析實驗結果,撰寫論文,參與學術交流的能力。

主幹學科

  生物學,化學

主要課程

  微生物學、細胞生物學遺傳學、動物學、植物學、生態學、植物生理學動物生理學、生物化學、分子生物學、工業微生物學育種學、基因工程、細胞工程、微生物工程、生化工程、生物工程下游技術、發酵工程設備、酶工程等。

主要實踐性教學環節

  包括教學實習、生產實習和畢業論文(設計等,一般安排10-20周。

修業年限

  四年   醫學生物技術:五年

授予學位

  理學學士

發展狀況

克隆

  近些年來,以基因工程、細胞工程、酶工程、發酵工程為代表的現代生物技術發展迅猛,並日益影響和改變著人們的生產和生活方式。所謂生物技術(Biotechnology)是指「用活的生物體(或生物體的物質)來改進產品、改良植物和動物,或為特殊用途而培養微生物的技術」。生物工程則是生物技術的統稱,是指運用生物化學、分子生物學、微生物學、遺傳學等原理與生化工程相結合,來改造或重新創造設計細胞的遺傳物質、培育出新品種,以工業規模利用現有生物體系,以生物化學過程來製造工業產品。簡言之,就是將活的生物體、生命體系或生命過程產業化的過程。生物工程包括基因工程、細胞工程、酶工程、發酵工程、生物電子工程、生物反應器滅菌技術以及新興的蛋白質工程等,其中,基因工程是現代生物工程的核心。基因工程(或稱遺傳工程基因重組技術)就是將不同生物的基因在體外剪切組合,並和載體質粒噬菌體病毒)的DNA連接,然後轉入微生物或細胞內,進行克隆,並使轉入的基因在細胞或微生物內表達,產生所需要的蛋白質。目前,有60%以上的生物技術成果集中應用於醫藥產業,用以開發特色新葯或對傳統醫藥進行改良,由此引起了醫藥產業的重大變革,生物製藥也得以迅速發展。生物製藥就是把生物工程技術應用到藥物製造領域的過程,其中最為主要的是基因工程方法。即利用克隆技術組織培養技術,對DNA進行切割、XX、連接和重組,從而獲得生物醫藥製品。生物藥品是以微生物、寄生蟲動物毒素、生物組織為起始材料,採用生物學工藝或分離純化技術製備,並以生物學技術和分析技術控制中間產物和成品質量而製成的生物活化製劑,包括菌苗疫苗、毒素、類毒素血清血液製品、免疫製劑、細胞因子抗原單克隆抗體及基因工程產品(DNA重組產品、體外診斷試劑)等。目前,人類已研製開發並XX臨床應用階段的生物藥品,根據其用途不同可分為三大類:基因工程藥物、生物疫苗和生物診斷試劑。這些產品在診斷、預防、控制乃至消滅傳染病,保護人類健康中,發揮著越來越重要的作用。

生物技術與信息技術的關係

  生物技術與信息技術的關係   生

物技術(Biotechnology)是以生命科學為基礎,利用生物(或生物組織、細胞及其他組成部分)的特性和功能,設計、構建具有預期性能的新物質或新品系,以及與工程原理相結合,加工生產產品或提供服務的綜合性技術。信息技術(information science)是研究信息的獲取、傳輸和處理的技術,由電腦技術、通信技術、微電子技術結合而成,即是利用電腦進行信息處理,利用現代電子通信技術從事信息採集、存儲、加工、利用以及相關產品製造、技術開發、信息服務的新學科。信息技術和生物技術都是高新技術,二者在新經濟中並非此消彼長的關係,而是相輔相成,共同推進21世紀經濟的快速發展。

1.生物技術的發展需要信息技術支撐

  (1)信息技術為生物技術的發展提供強有力的計算工具。在現代生物技術發展過程中,電腦與高性能的計算技術發揮了巨大的推動作用。在賽萊拉基因研究公司、英國Sanger   中心、美國懷特海德研究院、美國國家衛生研究院和中國科學院遺傳所人類基因組中心聯合繪製的人類基因組草圖的發布中,美國多家研究機構特彆強調正是信息技術廠商提供的高性能計算技術使這一切成為可能。同樣,在被稱為「生命科學阿波羅登月計劃」的人類基因草圖的誕生過程中,康柏公司的Alpha伺服器也為研究人員提供了出色的計算動力。業界分析人士稱,在這場激烈的基因解碼競賽背後隱含的是一場超級計算能力的競賽,同時,這次競賽有助於大眾對超級電腦的超強能力形成普遍認知。在此之前,這些造價至少在數百萬美元以上可以超高速運轉的機器一直默默無聞,他們被用於控制核反應堆、預報天氣或是與世界級國際象棋大師同台對弈。如今,人們越來越清醒地認識到,超級電腦在創造新品種的藥物、治愈疾病以及最終使我們能夠修復人類基因缺陷等方面是至關重要的,高性能計算可以為人類作出更大的貢獻。   賽萊拉公司執行總裁在接受《今日美國》的採訪時說:「將人類基因密碼以線型方式組合起來,這還是人類有史以來的第一次。」賽萊拉公司要將32億個鹼基對按照正確順序加以排列,在曾經嘗試過的大規模計算中,這次挑戰是最為嚴峻的一次。為了完成這次歷史性課題所需的數量極為龐大的數據處理工作,賽萊拉公司動用了700台互聯的Alpha64位處理器,運算能力達到每秒1.3萬億次浮點運算。同時,賽萊拉公司還採用了康柏的Storage Works系統,用以完成對一個空間為50TB且以每年IOTB速度增長的資料庫管理工作.康柏電腦公司董事會主席曾在一次演講上說道:「如今,我們很難將生物技術的進步與高性能計算領域的發展割裂開來。實際上,許多一流的科學家都相信,高性能計算是生物和醫藥的未來。今後,越來越多的具有強大功能的電腦和軟體將會被用來搜集、存儲、分析、模擬和發布信息。   信息技術還有助於加強生物技術領域的各種資料庫管理、信息傳遞、檢索和資源共享等。另一個僅次於基因排序器、在生物技術領域引起關注的硬體是基因晶元,它的研製也非常依賴於信息技術。在顯微鏡載片或矽片等基片上把基因片段排列、固定,這就是基因晶元。把這個晶元上的基因片段和檢體的基因片段放到基因晶元讀出器(也是一種破譯裝置)上,就能迅速比較和破譯檢體信息。 基因排序器是從零入手破譯檢體的遺傳信息的裝置,而基因晶元和其讀出器則是與已經有的遺傳信息相對照破譯信息的裝置。 在這個領域,美國的企業比較有名,但日本企業也在同美國企業合作的同時,積极參与這個領域的開發。   (2)生物技術發展需要特定軟體技術的支持。生物技術及其產業的發展對於生物技術類軟體的需求將進一步增加,軟體技術將成為支撐生物技術及其產業發展的關鍵力量之一。在生物技術各領域中均需要相應的專業軟體來支撐:1) 各類生物技術資料庫的構建需要性能優良、更新換代迅速的軟體技術;2) 核酸低級結構分析、引物設計、質粒繪圖、序列分析、蛋白質低級結構分析、生化反應模擬等等也需要相應的軟體及其技術支撐;3) 加強生物安全管理與生物信息安全管理也離不開軟體及其技術發展的支持。

2.生物技術為信息技術發展開闢了新的道路

  (1)生物技術推動超級電腦產業的發展。隨著人類基因組計劃各項任務的完成,有關核酸、蛋白質的序列和結構數據呈指數增長。面對如此巨大而複雜的數據,只有運用電腦進行數據管理、控制誤差、加速分析過程,使得人類最終能夠從中受益。然而要完成這些過程,並非一般的電腦力所能及,而需要具有超級計算能力的電腦。因此,生物技術的發展將對信息技術提出更高的需求,從而推動信息產業的發展。比較有說服力的例子是,2001年11月22日出版的《自然》雜誌上,以色列科學家宣布研製出一種由dna分子和酶分子構成的微型「生物電腦」,一萬億個這樣的電腦僅一滴水那樣大,運算速度達到每秒10億次,準確率為99.8%。當然像所有的新技術一樣,有的科學家表示懷疑。他們認為,這種試管里的電腦存在致命的缺陷,因為生化反應本身存在一定的隨機性,這種運算的結果可能不完全精確;而且,參與運算的dna分子之間的不能像傳統電腦一樣通信,只能「各自為戰」,不足以處理一些大型計算。   歐美各國及日本相繼成立了生物信息數據中心,美國有國家生物技術信息中心(ncbi)、英國有歐洲生物信息研究所(ebi)、日本有70余家製藥、生物及高技術公司組成的「生物產業信息化共同體」等。而戈德曼-薩克斯財團2001年的一份報告顯示,美國國際商用機器公司(ibm)、sun、康伯和摩托羅拉等公司每家已至少與生物技術公司和調研公司達成12項合作意向,共有140多項合作協議,合作內容涉及到各種技術領域,包括基因晶元,用電腦模擬藥效等。   (2)生物技術將從根本上突破電腦的物理極限。目前使用的電腦是以硅晶元為基礎,由於受到物理空間的限制、面臨耗能和散熱等問題,將不可避免地遭遇發展極限,要取得大的突破,需要依賴於新材料的革新。2000年美國加利福尼亞大學洛杉磯分校的科學家根據生物大分子在不同狀態下可產生有和無信息的特性,研製出分子開關(molecular switches)。2001年世界首台可自動運行的DNA電腦問世,並被評為當年世界十大科技進展。2002年,DNA電腦研究領域的先驅阿德勒曼教授利用簡單的DNA電腦,在實驗中為一個有24個變數、100萬種可能結果的數學難題找到了答案,DNA電腦的研製邁出了重要一步。   信息產業和生物產業無疑都是高科技的產物,在生命科學的研究中,始終不能缺少電腦的工作,如果到基因組測序的研究所去看一看,大量的以超級電腦為基礎的測序儀,會使你誤以為到了一家信息技術公司。生物產業因電腦的加盟而提速,信息技術產業也因生命科學的需要而得以發展、獲利。運用數學、電腦科學和生物學的各種工具,來闡明和理解大量基因組研究獲得數據中所包含的生物學意義,生物學和信息學交叉、結合,從而形成了一個新的學科。生物信息學或信息生物學,它的進步所帶來的效益是不可估量的。美國已經出現了大批基於生物信息學的公司,希冀在基因工程藥物、生物晶元、代謝工程等領域掘出財富,生物信息學工業潛力巨大。可以說,生物科技(生物技術)與信息科技(信息技術)的融合,才是世界經濟市場的未來。在深圳舉行的第三屆中國國際高新技術成果交易會高新技術論壇上,中國工程院副院長侯雲德院士指出,應該把生物技術產業定位為僅次於信息產業的重點產業。他說,信息和生物技術是關係到我國新世紀經濟發展和國家命運的關鍵技術,並將成為我國創新產業的經濟增長點。

生物技術及應用專業

生物技術先驅者

  很多人認為,2000年是生物技術產業投資年。人類基因測序的完成和公布,是科學史上的又一個裡程碑,它令很多投資者為之神魂顛倒。2000年美國的生物技術產業股票市場新增300億美元,這一數值大大超過前5年該產業股市投資的總和,生物技術的股票與其它科技行業股票異常高漲。很多跡象表明,生物技術產業雖然歷史不到30年,但正步入成熟期。   美國經濟處於衰退中的2001年,生物技術產業仍吸收了150億美元的投資,這是該產業歷史上第二大的投資年。投資者認為,生物技術公司,特別是那些專攻新葯的生物技術公司和其合作的製藥公司,在未來的5年中,將推出數百種一類新葯。生物技術在基因科學、蛋白質學、生物信息學、電腦輔助藥物設計、DNA生物晶元和藥物基因學等領域中的突破,使對疾病的攻克XX分子水平。很多投資者認為,用生物技術方法開發新葯將得到回報。   根據美國生物技術產業組織(BIO)的統計,1982—2000年間,大約有120個生物葯XX市場;2001年有300個新葯正在進行最後階段的臨床試驗。根據過去的經驗,到2007年,美國食品與藥物管理局(FDA)大約要批准其中的240個新葯XX市場,從而使市場上的生物技術葯翻2倍。大多數生物技術新葯是用於治療心臟病癌症糖尿病傳染病的一類新葯。   生物技術的顯著應用不僅在健康行業,生物技術在其它產業中的研發投入也十分突出。依靠生物技術,農業上用更少的土地生產更多的健康食品;製造業可以減少環境污染、節省能耗;工業可以利用再生資源生產原料,以保護環境。   生物技術產業的成熟除了體現在產品開發方面外,另一個主要標誌是行業的現金儲量。2000年由於生物技術產業在社會上籌集了大量資本,大多數生物技術企業在2001年的資金情況很好。根據Ernst & Young』s 2001年生物技術報告,美國上市的340家生物技術公司中,超過半數的公司現金儲量可維持三年以上的運行,這為該行業今後的快速發展奠定了良好基礎。   生物技術產業成熟的另一個標誌是合併化。資金雄厚的生物技術企業,如基因公司,正在兼併其它輔助性技術公司,從而形成綜合性的生物製藥公司,能夠開發、生產和銷售自己的產品。這種兼併活動,不僅增加企業的產品種類和收入,同時也有助於提高整個行業的競爭力。   生物技術產業是新經濟的主要推動力。儘管最近生物技術產業的股值也縮水很大,但其過去所得多於現在所失。在過去的一年中,納斯達克生物技術指數下降了20%,但與前三年相比,該指數的增長仍接近100%。在目前的熊市狀態下,該指數的表現優於納斯達克綜合指數和道瓊工業指數。很多分析家認為,2002年生物和醫藥股將表現平平但健康發展,在今後的12至24個月中,生物股將再次起飛,新的生物技術產品將開始XX市場。   美國很多州政府支持生物技術產業的發展,陸續推出了不少經濟發展計劃以吸引生物技術企業。例如,密西根州是美國十大生物技術州之一,州政府承諾要在生物技術產業領域XX全美前5名,擬投入10億美元,建成密西根生命科學走廊。目前該走廊已有300多家生物公司。

從基因到葯

  在21世紀的第一年,科學家們完成了人類基因的測序。這一成就對生物技術產業發展影響將是難以估量的。在探索人類基因的奧秘過程,發現一些新的藥物,成為生物技術關注的熱點。   2001年5月,FDA批准諾華公司開發的Gleevec上市,這是一種治療慢性白血病的良藥。這是依據癌細胞動機理而設計開發的第一種抗癌新葯。傳統抗癌藥在治療過程中,同時會影響到正常細胞,對病人產生很大的副作用,而Gleevec僅殺滅基因變異的癌細胞。最新研究表明,Gleevec對血液癌症和腫瘤都有效,它可能成為一種廣譜的抗癌新葯。   治療癌症的另外一類生物技術葯是單克隆抗體。這類抗體的目標是與癌細胞有關一些特定分子。自1980年以來,單克隆抗體魔術般的效果引起眾多醫藥公司的關注。經過十多年的研究,單克隆抗體作為抗癌新葯初步得以實現。目前,很多藥廠正在開發單克隆抗體,其應用從抗癌擴展到其它疾病治療方面,到2000年,FDA批准了9個單克隆抗體,另外60多個產品正在進行臨床試驗。   在抗癌方面,單克隆抗體的作用如同人體自身免疫系統,但大多數情況下,人體自身免疫系統不會將癌細胞作為有害細胞而進行阻止,使癌細胞在體內繁殖,危害人體生命。   單克隆抗體的作用是瞄準癌細胞,將癌細胞消滅或啟動體內免疫系統對癌細胞進行攻擊。單克隆抗體也可成為一種「聰明炸彈」,攜帶放XX性或化學介質,選擇癌細胞進行攻擊。   1997年FDA批准第一個單克隆抗體Rituxin,用於治療非何傑金氏淋巴癌,1998年另一種單克隆抗體Herceptin上市,用於治療乳腺癌。   Herceptin由美國基因技術公司研製,該公司成立於1976年,是最早成立的生物製藥公司。美國基因技術公司是全球十大生物技術公司之一,有十個基於蛋白質的生物醫藥產品上市,正在開發的產品有20多個,主要是癌症、心血管和免疫系統疾病的治療葯。該公司有從業人員5000多人。人類基因公司成立於1992年,是生物技術產業領域首家開發人類基因的公司。該公司首先研究探索人類基因與疾病的關係,目標是發現與疾病有關的基因,開發相關的治療藥物。該公司現有8個產品正在進行臨床試驗。   其它的生物醫藥產品有基因治療法、幹細胞和疫苗等。隨著人們對人體生物學認識的進一步深入,藥物發現變得更加複雜。生物技術和製藥業不得不依靠更先進、複雜的工具來開發新葯。歷史上,Agilent一直是醫藥測試設備的主要生產廠,該公司與世界十大製藥公司有著十分密切的商業往來。今天,Agilent也能提供新的科學儀器,用於疾病診斷和新葯研究。

農業生物技術

DNA

  生物技術在農業中的應用是基於對植物、動物基因學和蛋白質學的認識。很多專家認為只有依靠生物技術,發展中國家才能戰勝飢餓,全球因人口增長而產生的食品短缺才有望得以緩解。   通過利用動植物中的特定基因,可以實現用更少的土地種植更多的作物,同時減少農藥的使用。利用生物技術,可以在惡劣的氣候環境下生產作物。利用生物技術,還可以改善食品的營養和口感等。   美國的St. Louis是全球農業生物技術發展最快的地區。該地區被認為是生物產業帶,著名的農業生物技術公司孟山都即在該地區。   生物技術用於育種是一種快捷、有效的育種方法。通過引入特定的基因,以改變動植物的品質。例如,科學家在西紅柿中植入抗成熟的基因,可以延長西紅柿的貨架期。在植物中引入對人體無害的抗蟲基因,可以防止病蟲害,減少農藥的使用,在水稻介入產生維生素A的基因,可以提高稻米的營養價值。   生物技術在農業中的另一個可能的應用是生產食用疫苗,利用水果蔬菜生產抗肝炎霍亂等傳染病的疫苗。克隆技術用於動物,可以保留高品質動物的高產性能。   市場上的農業生物技術產品主要是轉基因的大豆玉米油菜、棉花等。轉基因植物以其優異的品質很快被農戶接受。2001年,世界上轉基因植物的種植面積達5300萬公頃,比2000年增加 19%。

工業與環境生物技術

  生物技術應用於工業製造和環境管理,是為了推動工業的可持續發展,1998年,經濟合作與發展組織認為生物技術將對工業的持續發展起著十分關鍵的作用,鼓勵其成員國支持工業和環境生物技術的研究。   微生物被認為是天然的化學工廠。它們正取代工業催化劑而用於化學品的製造。例如,酶製劑能取代洗滌劑中的磷和皮革鞣製過程中的硫化物。在造紙過程中,酶製劑可以減少氯化物在紙漿漂白過程中的用量。微生物在工業生產過程中的應用,使工業生產變得清潔、高效,具有可持續性。   酶也可以作為生物催化劑將生物質轉化為能源乙醇等。更誘人的是,通過生物酶,玉米秸稈可以轉化為可降解的塑料,用於食品包裝等。   基因學和蛋白質學在工業生物技術中的應用,不僅僅在於發現微生物酶的特性,而且可以通過目標的變異,使微生物產生各種用途的新型酶製劑。   科學家預測10至20年後,生物技術在工業中的應用將與其在人類健康中的應用變得同等重要。

生物技術的其它應用

  目前生物技術除主要在人類健康、農業、工業與環境中應用外,在其它領域也有一些應用。   現在開發畜牧醫用產品的生物公司越來越多,美國每年用於動物健康的產品市場約40億美元,美國農業部批准的動物用生物製品約100種,主要是防止動物傳染病和常見病的疫苗和治療葯。   生物技術也應用於珍稀野生動物的保護,通過DNA識別來鑒別動物的種類,跟蹤其活動地域等。   海洋生物技術的應用使受過度捕撈而瀕臨滅絕的海洋生物的生存得到發展。同時又給人類從豐富的海洋生物資源匯總發現新葯提供了途徑。例如海螺中的一種毒素是有效的止痛藥,海綿可以用作抗感染等。   生物技術應用於太空發展,可以為宇航員構建長期太空探險所需的生命支持環境。另外,生物技術也用於人類考古和犯罪調查,通過DNA分析可以研究人類種群的進化史。DNA技術應用於犯罪案件調查可以幫助執法人員確認罪犯。

生物反恐

  美國911恐怖事件和隨後的炭疽菌案件,使大部分美國人感到,今後的生物恐怖事件可能發生,對生物恐怖事件的防衛必須予以重視。   過去,幾家美國生物技術公司曾與官方合作,提出生物武器的防衛戰略,但大多數試驗僅是模擬。在9?11事件以前,美國衛生部用於生物防恐的研究經費為5000萬美元。但9?11事件以後,該預算大大增加。今年6月通過的一項生物反恐法案,撥款45億美元用於美國本土安全部的生物反恐。專家們預測,生物反恐將成為國防的新領域,美國將利用生物技術防衛各種可能的生物恐怖襲擊。生物反恐將與公共健康系統、傳統國防工業、生物技術和製藥業緊密關聯。9?11事件后,美國迅速開發了針對炭疽和天花的疫苗。大約有24家美國生物技術公司正參與其它疫苗和藥品研究與開發,美國政府擬支付6.4億美元用於存積有關的疾病疫苗,以防止各種可能的生物恐怖事件。例如,新型抗菌素和抗病毒處理劑正在研製,以用於對付已是抗病性的病原體。一家公司正在研究利用單克隆抗體清除血液中的毒素。其它研製中的產品包括專用酶製劑,用於修復被有意污染的環境、快速大氣監測儀、傳染物診斷試劑、新的藥物運送系統等。

生物技術應用

  傳統生物技術的應用   現代生物技術的應用

生物技術應用

傳統生物技術的應用   包括:   顯微鏡技術 玻片標本製作與染色技術 同位素標記示蹤技術 無土栽培技術 作物育種技術 顯微鏡技術 光電顯微鏡技術 電子顯微鏡技術   應用:細胞(顯微水平、亞顯微水平) 玻片標本製作與染色技術   應用:用於細胞結構與功能研究 同位素標記示蹤技術*   應用:研究細胞內或生物體內化學物質的有關問題,如某物質存在部位、移動途徑、物質摻如情況等。

實例

  有絲分裂過程中的DNA複製 光合作用中的物質變化 動植物細胞中的物質運輸 激素在生物體內分佈與運輸 動物胚胎發育分化 遺傳物質發現的研究 無土栽培技術   利用溶液培養法的原理,把植物體生長發育過程中所需要的各種礦質元素,按照一定的比例配製成營養液,並利用這種營養液來栽培植物的技術。

報考「生物技術」專業

生物科學實驗室

  生物技術是一個新興專業,目前生物技術產業在中國還屬於起步階段,雖然目前國內冒出許多生物技術公司,但是大部分具有規模小,技術含量低的特點,甚至部分只是掛名生物技術而已。因為生物技術具有前期投入大,風險大的特點,按照中國國情,短時間內,中國無法形成大規模的生物產業集團,就生物技術專業而言,該專業未來前景不錯,基於這一原因,目前國內各大高校紛紛開設生物技術專業,但是他們並沒有考慮目前的實際情況。生物技術作為一門高新技術學科,必須經過長期培養才能在實際應用中顯示出一定的效果,因此除非一開始你就打算投身於這一行業並一直讀碩讀博,你才會有很大的發展空間。同時因為生物技術投入過大,國家經費有限,國家重點發展某幾個院校,因此國內各高校水平差距極大,要謹慎選擇。

生物技術的現代技術

  現代生物技術一般包括基因工程、細胞工程、酶工程、發酵工程和蛋白質工程。20世紀未,隨著計算生物學化學生物學合成生物學的興起,發展了系統生物學的生物技術 - 即系統生物技術(systems biotechnology),包括生物信息技術、納米生物技術與合成生物技術等。

基因工程

  基因工程是指在基因水平上,按照人類的需要進行設計,然後按設計方案創建出具有某種新的性狀的生物新品系,並能使之穩定地遺傳給後代。基因工程採用與工程設計十分類似的方法,明顯地既具有理學的特點,同時也具有工程學的特點。   生物學家在了解遺傳密碼是RNA轉錄表達以後,還想從分子的水平去干預生物的遺傳。1973年,美國斯坦福大學的科恩教授,把兩種質粒上不同的抗藥基因"裁剪"下來,"拼接"在同一個質粒中。當這種雜合質粒XX大腸桿菌后,這種大腸桿菌就能抵抗兩種藥物,且其後代都具有雙重抗菌性,科恩的重組實驗拉開了基因工程的大幕。   DNA重組技術是基因工程的核心技術。重組,顧名思義,就是重新組合,即利用供體生物的遺傳物質,或人工合成的基因,經過體外切割后與適當的載體連接起來,形成重組DNA分子,然後將重組DNA分子導入到受體細胞或受體生物構建轉基因生物,該種生物就可以按人類事先設計好的藍圖表現出另外一種生物的某種性狀。   1、DNA重組技術的物質基礎   (1)目的基因   基因工程是一種有預期目的的創造性工作,它的原料就是目的基因。所謂目的基因,是指通過人工方法獲得的符合設計者要求的DNA片段,在適當條件下,目的基因將會以蛋白質的形式表達,從而實現設計者改造生物性狀的目標。   (2)載體   目的基因一般都不能直接XX另一種生物細胞,它需要與特定的載體結合,才能安全地XX到受體細胞中。目前常用的載體有質粒、噬菌體和病毒。   質粒是在大多數細菌和某些真核生物的細胞中發現的一種環狀DNA分子,它位於細胞質中。許多質粒含有在某種環境下可能是必不可少的基因。   噬菌體是專門感染細菌的一類病毒,由蛋白質外殼和中心的核酸組成。在感染細菌時,噬菌體把DNA注入到細菌里,以此DNA為模板,複製DNA分子,併合成蛋白質,最後組裝成新的噬菌體。當細菌死亡XX后,大量的噬菌體被釋放出來,去感染下一個目標。。   質粒、噬菌體和病毒的相似之處在於,它們都能把自己的DNA分子注入到宿主細胞中並保持DNA分子的完整,因而,它們成為運載目的基因的合適載體。因此,基因工程中的載體實質上是一些特殊的DNA分子。   (3)工具酶   基因工程需要有一套工具,以便從生物體中分離目的基因,然後選擇適合的載體,將目的基因與載體連接起來。DNA分子很小,其直徑只有20埃(10-10米),基因工程實際上是一種「超級顯微工程」,對DNA的切割、縫合與轉運,必須有特殊的工具。   1968年,科學家第一次從大腸桿菌中提取出了限制性內切酶。限制性內切酶最大的特點是專一性強,能夠在DNA上識別特定的核苷酸序列,並在特定切點上切割DNA分子。70年代以來,人們已經分離提取了400多種限制性內切酶。有了它,人們就可以隨心所欲地進行DNA分子長鏈切割了。1976年,5個實驗室的科學家幾乎同時發現並提取出一種酶,作DNA連接酶。從此,DNA連接酶就成了 「粘合」基因的「分子粘合劑」。   1、 DNA重組技術的一般操作步驟   一個典型的DNA重組包括五個步驟:   (1)目的基因的獲取   目前,獲取目的基因的方法主要有三種:反向轉錄法、從細胞基因組直接分離法和人工合成法。   反向轉錄法是利用mRNA反轉錄獲得目的基因的方法。現在用這種方法人們已先後合成了家兔、鴨和人的珠蛋白基因、羽毛角蛋白基因等。   從細胞基因組中直接分離目的基因常用"鳥槍法",因為這種方法猶如用散彈打鳥,所以又稱"散彈槍法"。用"鳥槍法"分離目的基因,具有簡單、方便和經濟等優點。許多病毒和原核生物、一些真核生物的基因,都用這種方法獲得了成功的分離。   化學合成目的基因是20世紀70年代以來發展起來的一項新技術。應用化學合成法,可在短時間內合成目的基因。科學家們已相繼合成了人的生長激素釋放抑制素胰島素干擾素等蛋白質的編碼基因。   (2)DNA分子的體外重組   體外重組是把載體與目的基因進行連接。例如,以質粒作為載體時,首先要選擇出合適的限制性內切酶,對目的基因和載體進行切割,再以DNA連接酶使切口兩端的脫氧核苷酸連接,於是目的基因被鑲嵌進質粒DNA,重組形成了一個新的環狀DNA分子(雜種DNA分子)。   (3)DNA重組體的導入   把目的基因裝在載體上后,就需要把它引入到受體細胞中。導入的方式有多種,主要包括轉化、轉導、顯微注XX、微粒轟擊和電擊穿孔等方式。轉化和轉導主要適用於細菌一類的原核生物細胞和酵母這樣的低等真核生物細胞,其他方式主要應用於高等動植物的細胞。   (4)受體細胞的篩選   由於DNA重組體的轉化成功率不是太高,因而,需要在眾多的細胞中把成功轉入DNA重組體的細胞挑選出來。應事先找到特定的標誌,證明導入是否成功。   例如,我們常用抗生素來證明證明導入的成功。   (5)基因表達   目的基因在成功導入受體細胞后,它所攜帶的遺傳信息必須要通過合成新的蛋白質才能表現出來,從而改變受體細胞的遺傳性狀。目的基因在受體細胞中要表達,需要滿足一些條件。例如,目的基因是利用受體細胞的核糖體來合成蛋白質,因此目的基因上必須含有能啟動受體細胞核糖體工作的功能片段。   這五個步驟代表了基因工程的一般操作流程。   人們掌握基因工程技術的時間並不長,但已經獲得了許多具有實際應用價值的成果,基因工程作為現代生物技術的核心,將在社會生產和實踐中發揮越來越重要的作用。

細胞工程

  關於細胞工程的定義和範圍還沒有一個統一的說法,一般認為,細胞工程是根據細胞生物學和分子生物學原理,採用細胞培養技術,在細胞水平進行的遺傳操作。細胞工程大體可分染色體工程、細胞質工程和細胞融合工程。   1、細胞培養技術   細胞培養技術是細胞工程的基礎技術。所謂細胞培養,就是將生物有機體的某一部分組織取出一小塊,進行培養,使之生長、分裂的技術。細胞培養又叫組織培養。近二十年來細胞生物學的一些重要理論研究的進展,例如細胞全能性的揭示,細胞周期及其調控,癌變機理細胞衰老的研究,基因表達與調控等,都是與細胞培養技術分不開的。   體外細胞培養中,供給離開整體的動植物細胞所需營養的是培養基,培養基中除了含有豐富的營養物質外,一般還含有刺激細胞生長和發育的一些微量物質。培養基一般有固態和液態兩種,它必須經滅菌處理后才可使用。此外,溫度、光照、振蕩頻率等也都是影響培養的重要條件。   植物細胞與組織培養的基本過程包括如下幾個步驟:   第一步,從健康植株的特定部位或組織,如根、莖、葉、花、果實、花粉等,選擇用於培養的起始材料(外植體)。   第二步,用一定的化學藥劑(最常用的有次氯酸鈉、升汞和酒精等)對外植體表面消毒,建立無菌培養體系。   第三步,形成愈傷組織和器官,由愈傷組織再分化出芽並可進一步誘導形成小植株。   動物細胞培養有兩種方式。一種叫非貼壁培養:也就是細胞在培養過程中不貼壁, 條件較為複雜, 難度也大一些,但是容易同時獲得大量的培養細胞。這種方法一般用於淋巴細胞腫瘤細胞和一些轉化細胞的培養。另一種培養方式是貼壁培養:也稱為細胞貼壁,貼壁后的細胞呈單層生長,所以此法又叫單層細胞培養。大多數哺乳動物細胞的培養必須採用這種方法。   動物細胞不能採用離體培養,以人的皮膚細胞培養為例,動物細胞培養的主要步驟如下:   第一步,在無菌條件下,從健康動物體內取出適量組織,剪切成小薄片。   第二步,加入適宜濃度的酶與輔助物質進行消化作用使細胞分散。   第三步,將分散的細胞進行洗滌並純化后,以適宜的濃度加在培養基中,37℃下培養,並適時進行傳代。   在細胞培養中,我們經常使用一個詞——克隆。克隆一詞是由英文clone音譯而來,指無性繁殖以及由無性繁殖而得到的細胞群體或生物群體。細胞克隆是指細胞的一個無性繁殖系。自然界早已存在天然的克隆,例如,同卵雙胞胎實際上就是一種克隆。   基因工程中,還有稱為分子克隆(molecular cloning)的,是科恩等在 1973年提出的。分子克隆發生在DNA分子水平上,是指從一種細胞中把某種基因提取出來作為外源基因,在體外與載體連接,再將其引入另一受體細胞自主複製而得到的DNA分子無性系。   2、細胞核移植技術   由於克隆是無性繁殖,所以同一克隆內所有成員的遺傳構成是完全相同的,這樣有利於忠實地保持原有品種的優良特

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