生物技术总论总论.ppt

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1、生物技术概论生物技术概论授课教师：武芸授课教师：武芸课程介程介绍本本课程通程通过讲述述“现代生物技代生物技术的概念和的概念和发展展简史史”、“生物工程各生物工程各项技技术”、及其在、及其在“农业、环境、健康和境、健康和能源能源”方面的方面的应用，旨在使学生通用，旨在使学生通过本本课程的学程的学习了了解解现代生物技代生物技术的基的基础知知识和国内外生物技和国内外生物技术各各领域域发展的来展的来龙去脉、研究去脉、研究现状、状、发展方向和在国民展方向和在国民经济中的中的应用，用，为今后开展生物技今后开展生物技术相关研究和学相关研究和学习提供提供基基础。2121世世纪三大重中之重高新技三大重中之重高新

2、技术：生物技生物技术（BT)：21世世纪最具潜力的高新技最具潜力的高新技术；多学科、多学科、交叉、交叉、综合的技合的技术；影响最影响最为深深远最广泛的技最广泛的技术。信息技信息技术（IT）、新材料技）、新材料技术（纳米技米技术，NT）。）。当今世界，各国当今世界，各国综合国力合国力竞争，争，实际上是上是现代科学代科学技技术的的竞争，争，现代生物技代生物技术被世界各国被世界各国视为一种高一种高新技新技术。生物技。生物技术在解决人在解决人类所面所面临的的诸如食品短如食品短缺、健康缺、健康问题、环境境问题及及资源源问题具有重要意具有重要意义，对国国计民生将民生将产生重大的影响，尤其是随着人生重大的影

3、响，尤其是随着人类基基因因组计划的划的实施，生物技施，生物技术在在农业上的上的应用正不断用正不断发展，因此展，因此让高等院校学生了解高等院校学生了解现代事物技代事物技术的基的基础知知识和国内外生物技和国内外生物技术各各领域域发展的来展的来龙去脉、去脉、研究研究现状、状、发展方向和相展方向和相应对策，策，对拓展知拓展知识面、面、提高提高现代科技素代科技素质具有重要意具有重要意义。主要内容总论基因工程基因工程细胞工程胞工程发酵工程酵工程酶与蛋白与蛋白质工程工程生物技生物技术与与农业、环境、健康、能源境、健康、能源学学时分配：理分配：理论学学时4848学学时考核方式考核方式:考考试 考考查方式方式:

4、1 1期末期末闭卷考卷考试：6060 2 2平平时成成绩：40%40%（笔（笔记、作、作业、提、提问、出勤）、出勤）第一章第一章 总 论 生物技生物技术的含的含义生物技生物技术发展展简史史生物技生物技术对经济社会社会发展的影响展的影响我国生物技我国生物技术现状状面面临不少不少严峻的峻的问题1 生物技生物技术的含的含义生物技生物技术(biotechnology)是是指人指人们以以现代生命科学代生命科学为基基础，采用先，采用先进的工程技的工程技术手段，按照手段，按照预先的先的设计改改造生物体或加工生物原料，造生物体或加工生物原料，为人人类生生产出所需出所需产品或达到某种目的。（技品或达到某种目的。

5、（技术生物技生物技术现代生物技代生物技术）生物技术涉及学科 现代生物技代生物技术以分子生物学、以分子生物学、细胞生物学等胞生物学等几乎所有生物科学次几乎所有生物科学次级学科学科为支撑，又支撑，又结合合了化学、化学工程学等生物学了化学、化学工程学等生物学领域之外的尖域之外的尖端基端基础学科，从而形成一学科，从而形成一门多学科相互渗透多学科相互渗透的的综合性学科。合性学科。目前生物技目前生物技术相关的行相关的行业可分可分为：疾病治：疾病治疗、检测与与诊断、大断、大农业、食品、食品、环境、能源、境、能源、化学品、化学品、设备八大八大类型。型。生物技生物技术的范畴的范畴A、基因工程、基因工程(核心核心

6、)B、细胞工程（平台）胞工程（平台）C、发酵工程酵工程D、酶工程工程E、蛋白、蛋白质工程工程五大工程间的关系按照自己的愿望改造物种，往往要采用基因工程按照自己的愿望改造物种，往往要采用基因工程或或细胞工程的方法。基因工程和胞工程的方法。基因工程和细胞工程的研究胞工程的研究成果，要通成果，要通过发酵工程和酵工程和酶工程来工程来实现产业化。化。基因工程和基因工程和细胞工程看作生物工程的上游胞工程看作生物工程的上游处理技理技术，将，将发酵工程和酵工程和酶工程看作生物工程的下游工程看作生物工程的下游处理技理技术。基因工程、。基因工程、细胞工程和胞工程和发酵工程中所需酵工程中所需要的要的酶，往往通，往往

7、通过酶工程来工程来获得。得。酶工程中工程中酶的生的生产，一般要通，一般要通过微生物微生物发酵的方酵的方法来法来进行。行。五大工程间的关系基因工程是核心，基因工程是核心，带动其他四大工程的其他四大工程的发展，四大工程的展，四大工程的发展又促使基因工程展又促使基因工程发展更迅猛。基因工程和展更迅猛。基因工程和细胞工程看作胞工程看作生物工程的上流生物工程的上流处理技理技术，将，将发酵工程酵工程和和酶工程看作生物工程的下流工程看作生物工程的下流处理技理技术。基因工程、基因工程、细胞工程和胞工程和发酵工程中所需酵工程中所需的的酶往往是通往往是通过酶工程来工程来获得的。得的。技术特征创造新的物种造新的物种

8、生生产可用蛋白可用蛋白生物治生物治疗：重重组蛋白蛋白质药物治物治疗重重组DNA药物治物治疗 生物技术的基本特征 高效益：可带来高额利润。高智力：具有创造性和突破性。高投入：前期需要投入大量资金。高竞争：时效性的竞争非常强烈。高风险：高竞争带来高风险。高势能：对国家的政治、经济、文化和社 会发展有很大的影响，具有很强 的渗透性和扩散性。2 生物技生物技术发展展简史史一、一、传统生物技生物技术 从人从人类出出现到到2020世世纪3030年代年代二、近代生物技二、近代生物技术 2020世世纪4040年代初到年代初到2020世世纪7070年代末年代末三、三、现代生物技代生物技术 从从2020世世纪70

9、70年代末开始年代末开始一、一、传统生物技术传统生物技术从人类出现到从人类出现到20世纪世纪30年代年代早期的酿造技术早期的酿造技术。是指旧有的制酱、醋、酒、奶酪、酸奶及有是指旧有的制酱、醋、酒、奶酪、酸奶及有机酸的传统工艺。机酸的传统工艺。风肉、果酒、酸奶、乳酪风肉、果酒、酸奶、乳酪啤酒、酱油、泡菜、面包啤酒、酱油、泡菜、面包19世纪末到世纪末到20世纪世纪30年代年代主要的主要的工业发酵产品工业发酵产品：乳酸、酒精、柠檬酸、：乳酸、酒精、柠檬酸、淀粉酶等微生物的初级代谢产物。淀粉酶等微生物的初级代谢产物。特点：生产过程简单，生产设备要求不高，产特点：生产过程简单，生产设备要求不高，产品的化

10、学结构较为简单，属于品的化学结构较为简单，属于微生物的初级代微生物的初级代谢物谢物。磨粉磨粉 去糠去糠 打碎打碎 古埃及人用麦粉发酵制造啤酒 成酒成酒 发发酵酵 装装瓶瓶麦麦芽芽 萌萌发发 浸浸润润起始标志是青霉素工业开发获得成功。起始标志是青霉素工业开发获得成功。19431943年：大规模工业化生产青霉素（及各种年：大规模工业化生产青霉素（及各种抗生素抗生素）5050年代：年代：氨基酸发酵氨基酸发酵工业工业6060年代：年代：酶制剂工业酶制剂工业等等主要产品：抗生素、氨基酸、核苷酸、维生素、多糖、多元主要产品：抗生素、氨基酸、核苷酸、维生素、多糖、多元醇、有机酸、酶制剂醇、有机酸、酶制剂这个

11、时期的特点：产品类型多；技术要求高；生产设备规模这个时期的特点：产品类型多；技术要求高；生产设备规模巨大；技术发展速度快。巨大；技术发展速度快。二、近代生物技术二、近代生物技术 20世纪世纪40年代初到年代初到20世纪世纪70年代末年代末三、现代生物技术三、现代生物技术从从2020世纪世纪7070年代末开始年代末开始2020世纪世纪7070年代，年代，DNADNA重组技术等分子重组技术等分子生物学技术的出现和发展，赋予其崭生物学技术的出现和发展，赋予其崭新的内容，使之成为真正的高技术领新的内容，使之成为真正的高技术领域域现代生物工程。其研究方法和现代生物工程。其研究方法和检测手段都与传统的生物

12、工程有着巨检测手段都与传统的生物工程有着巨大的差异。大的差异。19721972年：斯坦福大学的年：斯坦福大学的Paul BergPaul Berg小小组完成了首次体外重组实验组完成了首次体外重组实验19731973年：美国加州大学旧金山分校年：美国加州大学旧金山分校的的HerberHerber BoyerBoyer教授教授和斯坦福大学的和斯坦福大学的Stanley CohenStanley Cohen教授合作完成了世界上教授合作完成了世界上第一例第一例有目的有目的的的DNADNA重组实验重组实验19761976年美国成立了第一家生物技术公司年美国成立了第一家生物技术公司GenentechGen

13、entech公司公司（基因泰克，（基因泰克，BoyerBoyer是创始人之一），进行小牛和小猪的是创始人之一），进行小牛和小猪的生长激素的研发，开创了基因工程制药生长激素的研发，开创了基因工程制药现代生物技术现代生物技术产业发展的新纪元；产业发展的新纪元；国际上生物技术研究成果国际上生物技术研究成果6060以上集中在医药领域以上集中在医药领域；基因泰克基因泰克2007全年销售额达全年销售额达117亿美元（亿美元（2009年被瑞士的罗氏公司收购）年被瑞士的罗氏公司收购）第一家生物技术公司第一家生物技术公司GenentechGenentech公司公司1999年：我国正式加入人类基因组计划年：我国正

14、式加入人类基因组计划2000年：人类基因组草图宣告完成年：人类基因组草图宣告完成2002年：中国完成了对水稻（籼稻）基因组年：中国完成了对水稻（籼稻）基因组序列草图的测定及初步分析序列草图的测定及初步分析2003年：人类基因组序列绘制成功，开始进年：人类基因组序列绘制成功，开始进入后基因组时代入后基因组时代主要产品主要产品1 1、基因工程产品：、基因工程产品：如利用转基因技术制备的各种药物、疫苗等如利用转基因技术制备的各种药物、疫苗等2 2、单克隆抗体（单抗）、单克隆抗体（单抗）3 3、动植物细胞培养技术、动植物细胞培养技术4 4、转基因植物和动物、转基因植物和动物5 5、克隆动物、克隆动物2

15、007年全球生物技年全球生物技术药物物销售售总额突破突破750亿美元美元20072007年全球生物技术药物销售收入快速增长年全球生物技术药物销售收入快速增长12.5%12.5%，总额突破，总额突破750750亿美元。全年共有亿美元。全年共有2222个个生物药物销售收入突破生物药物销售收入突破1010亿美元。美国依然是亿美元。美国依然是全球最大的生物医药市场，占比高达全球最大的生物医药市场，占比高达56%56%。据国据国际货币组织（IMS）不久前公布的）不久前公布的统计数字，数字，2009年全球年全球医医药市市场总销售售额为8150亿美元，其中生物工程美元，其中生物工程药品和生化品和生化药品的品

16、的销售售额合合计为1300亿美元美元在在2009年年畅销国国际医医药市市场的三大的三大类生物工程生物工程药物物为：单克隆克隆抗体抗体类药品（品（400亿美元）、美元）、疫苗疫苗类药品（品（380亿美元）、美元）、TNF（肿瘤坏死因子抑制瘤坏死因子抑制剂类）220亿美元。美元。在在10只世界只世界畅销药中，生物工程中，生物工程药品占据品占据“半壁江山半壁江山”，数量，数量为5只。而在只。而在2009年世界年世界畅销药排名榜前排名榜前20位位药品中，生物工程品中，生物工程药品品则占到占到8席。席。http:/=770742007年全球十大生物医年全球十大生物医药企企业 2009年辉瑞制药以年辉瑞制

17、药以680亿美元收购惠氏，罗氏制药亿美元收购惠氏，罗氏制药468亿美元收购基因泰克。亿美元收购基因泰克。3 3 生物技术的应用生物技术的应用一、改善农业生产、解决食品短缺（农业、食品）一、改善农业生产、解决食品短缺（农业、食品）二、提高生命质量，延长人类寿命（医药卫生）二、提高生命质量，延长人类寿命（医药卫生）三、解决能源危机、治理环境污染（能源、环保）三、解决能源危机、治理环境污染（能源、环保）四、制造工业原料、生产贵重金属（轻工）四、制造工业原料、生产贵重金属（轻工）转雪花莲凝集素基因水稻（抗螟虫、稻飞虱）转雪花莲凝集素基因水稻（抗螟虫、稻飞虱）w19941994年，软化成熟较慢，保存年，

18、软化成熟较慢，保存期长的西红柿，世界上第一种期长的西红柿，世界上第一种被批准上市的转基因植物产品被批准上市的转基因植物产品（美国）（美国）应用最早和最为广泛的领域应用最早和最为广泛的领域医药行业医药行业2007年全球十大生物医年全球十大生物医药治治疗领域域 2007年全球十大生物医年全球十大生物医药产品品 负面的声音负面的声音美国生物技术产业自美国生物技术产业自GenentechGenentech成立起，发展了成立起，发展了3232年，中间经过年，中间经过起起伏伏，到现在总体规模依旧不是很大，真正的较为成熟的起起伏伏，到现在总体规模依旧不是很大，真正的较为成熟的大公司只有大公司只有AmgenA

19、mgen和和GenentechGenentech两家两家 amgenamgen公司，公司，20072007年年8 8月月1515日宣布，由于公司顶级畅销药日宣布，由于公司顶级畅销药-治疗治疗贫血症的贫血症的AranespAranesp和和EpogenEpogen销量下滑，公司将被迫进行成立销量下滑，公司将被迫进行成立2727年以来的首次裁员，并关闭部分工厂，以降低公司资本开销。年以来的首次裁员，并关闭部分工厂，以降低公司资本开销。最新研究发现，最新研究发现，AranespAranesp和和EpogenEpogen（后者（后者0606年的销售额为年的销售额为2020亿亿美元）若服用剂量过大，这两

20、种药物都有导致患者死亡的危险美元）若服用剂量过大，这两种药物都有导致患者死亡的危险（因此，生物技术药物的安全性问题还需慎重考虑。）（因此，生物技术药物的安全性问题还需慎重考虑。）展望展望生物技术的突飞猛进短时间内不可能出现，生物技术的突飞猛进短时间内不可能出现，而只有当生物科学发展到一定程度之后才会而只有当生物科学发展到一定程度之后才会有真正的突破有真正的突破 ，整个生物技术产业才水到，整个生物技术产业才水到渠成。渠成。参考书目：参考书目：德德莱茵哈德莱茵哈德伦内内贝格格。生物技生物技术入入门。科学。科学出版社，出版社，2009.（大量的（大量的彩色插彩色插图，平装版，平装版，语言言平平实，浅白易懂，没有，浅白易懂，没有专业背景的背景的读者也可以把它者也可以把它当成一本科普当成一本科普读物。）物。）相关网站与专题相关网站与专题生物谷生物谷 生物通生物通中国生命科学论坛中国生命科学论坛基因酷基因酷丁香园丁香园 3737度度 新浪专题：新浪专题：2009年罗氏制药收购基因泰克年罗氏制药收购基因泰克http:/生物谷：生物谷：2009年全球十大生物医药事件回顾年全球十大生物医药事件回顾