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近些年来，以基因工程、细胞工程、酶工程、发酵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。

2.1生物工程

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。

2.1.1基因工程

基因工程（或称遗传工程、基因重组技术）就是将不同生物的基因在体外剪切组合，并和载体（质粒、噬菌体、病毒）的DNA连接，然后转入微生物或细胞内，进行克隆，并使转入的基因在细胞或微生物内表达，产生所需要的蛋白质。

有60%以上的生物技术成果集中应用于医药产业，用以开发特色新药或对传统医药进行改良，由此引起了医药产业的重大变革，生物制药也得以迅速发展。

（1）生物制药

生物制药就是把生物工程技术应用到药物制造领域的过程，其中最为主要的是基因工程方法。

即利用克隆技术和组织培养技术，对DNA进行切割、插入、连接和重组，从而获得生物医药制品。

生物药品是以微生物、寄生虫、动物毒素、生物组织为起始材料，采用生物学工艺或分离纯化技术制备，并以生物学技术和分析技术控制中间产物和成品质量而制成的生物活化制剂，包括菌苗、疫苗、毒素、类毒素、血清、血液制品、免疫制剂、细胞因子、抗原、单克隆抗体及基因工程产品（DNA重组产品、体外诊断试剂）等。

人类已研制开发并进入临床应用阶段的生物药品，根据其用途不同可分为三大类：

基因工程药物、生物疫苗和生物诊断试剂。

这些产品在诊断、预防、控制乃至消灭传染病，保护人类健康中，发挥着越来越重要的作用。

（从基因到药：

在21世纪的第一年，科学家们完成了人类基因的测序。

这一成就对生物技术产业发展影响将是难以估量的。

在探索人类基因的奥秘过程，发现一些新的药物，成为生物技术关注的热点。

2001年5月，FDA批准诺华公司开发的Gleevec上市，这是一种治疗慢性白血病的良药。

这是依据癌细胞活动机理而设计开发的第一种抗癌新药。

传统抗癌药在治疗过程中，同时会影响到正常细胞，对病人产生很大的副作用，而Gleevec仅杀灭基因变异的癌细胞。

最新研究表明，Gleevec对血液癌症和肿瘤都有效，它可能成为一种广谱的抗癌新药。

治疗癌症的另外一类生物技术药是单克隆抗体。

这类抗体的目标是与癌细胞有关一些特定分子。

自1980年以来，单克隆抗体魔术般的效果引起众多医药公司的关注。

经过十多年的研究，单克隆抗体作为抗癌新药初步得以实现。

目前，很多药厂正在开发单克隆抗体，其应用从抗癌扩展到其它疾病治疗方面，到2000年，FDA批准了9个单克隆抗体，另外60多个产品正在进行临床试验。

在抗癌方面，单克隆抗体的作用如同人体自身免疫系统，但大多数情况下，人体自身免疫系统不会将癌细胞作为有害细胞而进行阻止，使癌细胞在体内繁殖，危害人体生命。

单克隆抗体的作用是瞄准癌细胞，将癌细胞消灭或启动体内免疫系统对癌细胞进行攻击。

单克隆抗体也可成为一种“聪明炸弹”，携带放射性或化学介质，选择癌细胞进行攻击。

1997年FDA批准第一个单克隆抗体Rituxin，用于治疗非何杰金氏淋巴癌，1998年另一种单克隆抗体Herceptin上市，用于治疗乳腺癌。

Herceptin由美国基因技术公司研制，该公司成立于1976年，是最早成立的生物制药公司。

美国基因技术公司是全球十大生物技术公司之一，有十个基于蛋白质的生物医药产品上市，正在开发的产品有20多个，主要是癌症、心血管和免疫系统疾病的治疗药。

该公司有从业人员5000多人。

人类基因公司成立于1992年，是生物技术产业领域首家开发人类基因的公司。

该公司首先研究探索人类基因与疾病的关系，目标是发现与疾病有关的基因，开发相关的治疗药物。

该公司现有8个产品正在进行临床试验。

其它的生物医药产品有基因治疗法、干细胞和疫苗等。

随着人们对人体生物学认识的进一步深入，药物发现变得更加复杂。

生物技术和制药业不得不依靠更先进、复杂的工具来开发新药。

历史上，Agilent一直是医药测试设备的主要生产厂，该公司与世界十大制药公司有着十分密切的商业往来。

今天，Agilent也能提供新的科学仪

界上转基因植物的种植面积达5300万公顷，比2000年增加19%。

（3）工业、环保领域的生物技术

生物技术应用于工业制造和环境管理，是为了推动工业的可持续发展，1998年，经济合作与发展组织认为生物技术将对工业的持续发展起着十分关键的作用，鼓励其成员国支持工业和环境生物技术的研究。

微生物被认为是天然的化学工厂。

它们正取代工业催化剂而用于化学品的制造。

例如，酶制剂能取代洗涤剂中的磷和皮革鞣制过程中的硫化物。

在造纸过程中，酶制剂可以减少氯化物在纸浆漂白过程中的用量。

微生物在工业生产过程中的应用，使工业生产变得清洁、高效，具有可持续性。

酶也可以作为生物催化剂将生物质转化为能源、乙醇等。

更诱人的是，通过生物酶，玉米秸秆可以转化为可降解的塑料，用于食品包装等。

基因学和蛋白质学在工业生物技术中的应用，不仅仅在于发现微生物酶的特性，而且可以通过目标的变异，使微生物产生各种用途的新型酶制剂。

科学家预测10至20年后，生物技术在工业中的应用将与其在人类健康中的应用变得同等重要。

2.2细胞工程

关于细胞工程的定义和范围还没有一个统一的说法，一般认为，细胞工程是根据细胞生物学和分子生物学原理，采用细胞培养技术，在细胞水平进行的遗传操作。

细胞工程大体可分染色体工程、细胞质工程和细胞融合工程。

2.2.1细胞培养技术

细胞培养技术是细胞工程的基础技术。

所谓细胞培养，就是将生物有机体的某一部分组织取出一小块，进行培养，使之生长、分裂的技术。

细胞培养又叫组织培养。

近二十年来细胞生物学的一些重要理论研究的进展，例如细胞全能性的揭示，细胞周期及其调控，癌变机理与细胞衰老的研究，基因表达与调控等，都是与细胞培养技术分不开的。

体外细胞培养中，供给离开整体的动植物细胞所需营养的是培养基，培养基中除了含有丰富的营养物质外，一般还含有刺激细胞生长和发育的一些微量物质。

培养基一般有固态和液态两种，它必须经灭菌处理后才可使用。

此外，温度、光照、振荡频率等也都是影响培养的重要条件。

植物细胞与组织培养的基本过程包括如下几个步骤：

第一步，从健康植株的特定部位或组织，如根、茎、叶、花、果实、花粉等，选择用于培养的起始材料（外植体）。

第二步，用一定的化学药剂（最常用的有次氯酸钠、升汞和酒精等）对外植体表面消毒，建立无菌培养体系。

第三步，形成愈伤组织和器官，由愈伤组织再分化出芽并可进一步诱导形成小植株。

动物细胞培养有两种方式。

一种叫非贴壁培养：

也就是细胞在培养过程中不贴壁，条件较为复杂，难度也大一些，但是容易同时获得大量的培养细胞。

这种方法一般用于淋巴细胞、肿瘤细胞和一些转化细胞的培养。

另一种培养方式是贴壁培养：

也称为细胞贴壁，贴壁后的细胞呈单层生长，所以此法又叫单层细胞培养。

大多数哺乳动物细胞的培养必须采用这种方法。

动物细胞不能采用离体培养，以人的皮肤细胞培养为例，动物细胞培养的主要步骤如下：

第一步，在无菌条件下，从健康动物体内取出适量组织，剪切成小薄片。

第二步，加入适宜浓度的酶与辅助物质进行消化作用使细胞分散。

第三步，将分散的细胞进行洗涤并纯化后，以适宜的浓度加在培养基中，37℃下培养，并适时进行传代。

在细胞培养中，我们经常使用一个词——克隆。

克隆一词是由英文clone音译而来，指无性繁殖以及由无性繁殖而得到的细胞群体或生物群体。

细胞克隆是指细胞的一个无性繁殖系。

自然界早已存在天然的克隆，例如，同卵双胞胎实际上就是一种克隆。

基因工程中，还有称为分子克隆（molecularcloning）的，是科恩等在1973年提出的。

分子克隆发生在DNA分子水平上，是指从一种细胞中把某种基因提取出来作为外源基因，在体外与载体连接，再将其引入另一受体细胞自主复制而得到的DNA分子无性系。

2.2.2细胞核移植技术

由于克隆是无性繁殖，所以同一克隆内所有成员的遗传构成是完全相同的，这样有利于忠实地保持原有品种的优良特性。

人们开始探索用人工的方法来进行高等动物克隆。

哺乳动物克隆的方法主要有胚胎分割和细胞核移植两种。

其中，细胞核移植是发展较晚但富有潜力的一门新技术。

细胞核移植技术属于细胞质工程。

所谓细胞核移植技术，是指用机械的办法把一个被称为“供体细胞”的细胞核（含遗传物质）移入另一个除去了细胞核被称为“受体”的细胞中，然后这一重组细胞进一步发育、分化。

核移植的原理是基于动物细胞的细胞核的全能性。

采用细胞核移植技术克隆动物的设想，最初由一位德国胚胎学家在1938年提出。

从1952年起，科学家们首先采用两栖类动物开展细胞核移植克隆实验，先后获得了蝌蚪和成体蛙。

1963年，我国童第周教授领导的科研组，以金鱼等为材料，研究了鱼类胚胎细胞核移植技术，获得成功。

到1995年为止，在主要的哺乳动物中，胚胎细胞核移植都获得成功，但成体动物已分化细胞的核移植一直未能取得成功。

1996年，英国爱丁堡罗斯林研究所，伊恩?

维尔穆特研究小组成功地利用细胞核移植的方法培养出一只克隆羊——多利，这是世界上首次利用成年哺乳动物的体细胞进行细胞核移植而培养出的克隆动物。

。

在核移植中，并不是所有的细胞都可以作为核供体。

作为供体的细胞有两种：

一种是胚胎细胞，一种是某些体细胞。

研究表明，卵细胞、卵母细胞和受精卵细胞都是合适的受体细胞。

2000年6月，我国西北农林科技大学利用成年山羊体细胞克隆出两只“克隆羊”，这表明我国科学家也掌握了哺乳动物体细胞核移植的尖端技术。

核移植的研究，不仅在探明动物细胞核的全能性、细胞核与细胞质关系等重要理论问题方面具有重要的科学价值，而且在畜牧业生产中有着非常重要的经济价值和应用前景。

2.2.3细胞融合技术

细胞融合技术属于细胞融合工程。

细胞融合技术是一种新的获得杂交细胞以改变细胞性能的技术，它是指在离体条件下，利用融合诱导剂，把同种或不同物种的体细胞人为地融合，形成杂合细胞的过程。

细胞融合术是细胞遗传学、细胞免疫学、病毒学、肿瘤学等研究的一种重要手段

动物细胞融合的主要步骤是：

第一步，获取亲本细胞。

将取样的组织用胰蛋白酶或机械方法分离细胞，分别进行贴壁培养或悬浮培养。

第二步，诱导融合。

把两种亲本细胞置于同一培养液中，进行细胞融合。

动物细胞的融合过程一般是：

两个细胞紧密接触→细胞膜合并→细胞间出现通道或细胞桥→细胞桥数增加扩大通道面积→两细胞融合为一体。

植物细胞融合的主要步骤是：

第一步，制备亲本原生质体。

微生物细胞的融合步骤与植物细胞融合基本相同。

从20世纪70年代