生物工程結(jié)課論文

1、生物工程結(jié)課論文一、生物工程發(fā)展現(xiàn)狀及特點(diǎn)生物工程是運(yùn)用現(xiàn)代生物科學(xué)的理論與方法,按照人類(lèi)的需要改造和設(shè)計(jì)生物的結(jié)構(gòu)和功能,以便更經(jīng)濟(jì)、更有效、更大規(guī)模地生產(chǎn)人類(lèi)所需的物質(zhì)和產(chǎn)品的技術(shù)。20世紀(jì)后半葉,分子生物學(xué)領(lǐng)域一系列突破性成就,使生命科學(xué)在自然科學(xué)中的地位發(fā)生了革命性的變化。分子生物學(xué)是在分子水平上認(rèn)識(shí)生命。對(duì)生物大分子DNA的結(jié)構(gòu)、功能以及生物的遺傳和生長(zhǎng)發(fā)育的機(jī)制和規(guī)律的認(rèn)識(shí),為人類(lèi)改造生命、控制生命、操作生命提供了理論基礎(chǔ)。生物工程不僅直接建立在分子生物學(xué)和細(xì)胞生物學(xué)的原理之上,而且是涉及面廣泛的綜合技術(shù),是分子生物學(xué)、微生物學(xué)、生物化學(xué)、遺傳學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、化學(xué)工程學(xué)、醫(yī)藥學(xué)、材

2、料科學(xué)等多學(xué)科交叉的綜合性技術(shù)學(xué)科,是運(yùn)用現(xiàn)代生物學(xué)方法和手段建立起來(lái)的一個(gè)現(xiàn)代技術(shù)體系。生物工程正在受到世界各國(guó)的普遮重視, 它的應(yīng)用是新技術(shù)革命的標(biāo)志。21 世紀(jì)將是生命科學(xué)世紀(jì)?，F(xiàn)代生物工程是當(dāng)前新技術(shù)革命的重要組成部分之一。它的主要含義是指人們利用近代細(xì)胞和分子生物學(xué)對(duì)細(xì)胞、核酸、染色體、基因等生命的基本單位和物質(zhì)的認(rèn)識(shí), 采取組織培養(yǎng)、細(xì)胞融合、基因轉(zhuǎn)移、微生物發(fā)酵等各種精確的手段, 使有利于人類(lèi)的各種生物特性的最佳狀態(tài)可以得到利用、遺傳和復(fù)制, 從而可以按人類(lèi)的意志生產(chǎn)新的物種、制劑、診斷手段以及新的高產(chǎn)、抗逆、優(yōu)質(zhì)的品種等等一系列生物變革的新途徑、新方法、新工藝和新技術(shù)。這一領(lǐng)域

3、的成功, 不僅顯示了現(xiàn)代科學(xué)的巨大進(jìn)展, 而且已經(jīng)并將進(jìn)一步推動(dòng)社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展。具體來(lái)說(shuō),現(xiàn)代生物工程的發(fā)展具有以下幾個(gè)特點(diǎn):(1高技術(shù):生物工程往往表現(xiàn)為精細(xì)和密集的復(fù)雜技術(shù)而擺脫了近代以前的經(jīng)驗(yàn)型的研究模式。(2高效能:生物工程能夠突破自然的生殖隔離,可以按人類(lèi)的需要設(shè)計(jì)和改造生物的結(jié)構(gòu)和功能,定向地組建具有特定性狀的新物種和新品系。因此能制造生產(chǎn)能力強(qiáng)大和滿(mǎn)足特殊需要的優(yōu)良的動(dòng)物、植物和微生物品種,生物物種也有可能量身訂做。其效能是傳統(tǒng)技術(shù)難以相比的。(3高投入和高利潤(rùn):生物工程需借助于實(shí)驗(yàn)室大量復(fù)雜的基礎(chǔ)研究工作,前期科研投入往往非常高,而其成果的收益也非常大。建立在實(shí)驗(yàn)室研究基礎(chǔ)上

4、的生物技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)為人類(lèi)帶來(lái)了巨大的利益和財(cái)富?，F(xiàn)在人們定義生物技術(shù)時(shí)都強(qiáng)調(diào)生物技術(shù)的商品屬性,這反映了生物技術(shù)的商業(yè)化特點(diǎn)。1997年2月,當(dāng)小樣多利的神奇故事上了各傳播媒介的首頁(yè)和頭條,全球大多數(shù)生物技術(shù)公司的股票價(jià)值便成倍地上升。自從世界上第一個(gè)生物技術(shù)公司Genentech公司于1976年成立以來(lái),現(xiàn)在世界上已涌現(xiàn)出了幾千個(gè)生物技術(shù)公司,估計(jì)年產(chǎn)值高達(dá)6 000億美元。(4高挑戰(zhàn)性:生物工程可以人為地制造自然界前所未有的生物產(chǎn)品或生物物種,這些產(chǎn)品的安全性對(duì)現(xiàn)代技術(shù)是一種挑戰(zhàn),對(duì)人類(lèi)的倫理、人性的尊嚴(yán)也都是一種挑戰(zhàn)。宏觀來(lái)看,現(xiàn)代生物工程特點(diǎn)可以總結(jié)為研究和開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)大發(fā)展;研究的對(duì)象

5、極為廣泛;科研一經(jīng)成功, 就進(jìn)行商品生產(chǎn), 變?yōu)樯a(chǎn)力;經(jīng)濟(jì)效益顯著等特點(diǎn)。二、生物工程的工業(yè)化應(yīng)用生物工程的發(fā)展, 將迅速影響到科技、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥等眾多領(lǐng)域, 給人類(lèi)帶來(lái)巨大的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益。生物工程的發(fā)展將導(dǎo)致完全新型的化學(xué)工業(yè)的誕生, 世界面臨的能源日益枯揭問(wèn)題, 將有可能得到緩解。用生物工程技術(shù)生產(chǎn)各種有機(jī)化學(xué)產(chǎn)品; 許多醫(yī)學(xué)上的疑難雜癥將在此被突破。化學(xué)工業(yè)方面生物工程在化學(xué)工業(yè)方面的應(yīng)用前景十分廣闊, 它不僅可提供大量廉價(jià)的原料和產(chǎn)品, 同時(shí)將引起傳統(tǒng)化學(xué)工業(yè)的工藝改革, 出現(xiàn)省能源, 少污染的新工藝。目前應(yīng)用生物工程技術(shù)生產(chǎn)的化工原料除乙醇、丁醇、丙酮、醋酸、甲醇、異丙醇、甲

6、乙酮等傳統(tǒng)產(chǎn)品以外, 利用固定化棒桿菌的生物反應(yīng)器, 由丙烯睛生產(chǎn)丙烯酞胺的工藝已獲成功, 由于在常溫下反應(yīng), 故產(chǎn)品回收率高, 成本也低。用微生物酶法氧化正烷烴制造尼龍或香料的原料癸二酸已開(kāi)發(fā)成功; 正烷烴轉(zhuǎn)化生產(chǎn)單一長(zhǎng)鏈二元酸和二元醇的中試已基本完成; 由碳水化合物生產(chǎn)合成橡膠的原料2 , 3一丁二醇等等, 均已在生產(chǎn)中應(yīng)用。在化工生產(chǎn)中的其它應(yīng)用還有固定化的根霉菌細(xì)胞在有機(jī)溶劑中水解橄欖油, 生產(chǎn)脂肪酸, 能夠生產(chǎn)的高聚物還有聚輕基丁酸醋等。能源工業(yè)方面生物工程在能源方面, 既可節(jié)能, 又可開(kāi)發(fā)新能源, 同時(shí)對(duì)提高石油開(kāi)采率將產(chǎn)生重大作用, 為解決世界面臨的石油能源日益枯竭的危機(jī)作出貢獻(xiàn)

7、。(1節(jié)能是解決當(dāng)前能源緊缺的一個(gè)重要途徑, 用生物工程技術(shù)部分取代化學(xué)反應(yīng)可節(jié)約大量能源。生物量是一種可再生的能源。據(jù)估算, 一年中地球上綠色植物利用太陽(yáng)能和二氧化碳及水, 轉(zhuǎn)化成碳水化合物和其它有機(jī)物所積累的生物量共約1 7 2。億t , 如以平均熱量值為18.8 4 0 6 M J / k g 計(jì)算, 就相當(dāng)于目前世界能源消費(fèi)量的10 多倍。它們除了供做食物、飼料、燃料和工業(yè)原料等之外, 其余的96 % 97 %則作為廢棄物或垃圾被拋丟。生物量作嫩料, 熱轉(zhuǎn)化率僅10 %, 如何提高生物量的利用率, 引起了世界各國(guó)的重視。例如,選育高溫新菌種, 在70 高溫作用下, 發(fā)酵速度可快一倍;

8、或?qū)⒚咕矸勖皋D(zhuǎn)入酵母, 直接利用生淀粉; 或利用高溫淀粉酶把酒精發(fā)酵工段和蒸餾工段結(jié)合在一起同時(shí)進(jìn)行等等, 都可以做到節(jié)省能源, 又簡(jiǎn)化工藝。( 2 開(kāi)發(fā)新能源利用工農(nóng)業(yè)廢物和生活廢水產(chǎn)生沼氣作為能源, 近年來(lái)得到迅速發(fā)展。一方面是由于能源短缺, 需要開(kāi)發(fā)新能源; 另一方面是因?yàn)楣I(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家為了防止環(huán)境污染, 結(jié)合廢水、廢渣處理, 化害為利, 生產(chǎn)沼氣供使用。一般估計(jì)I t生化耗氧量約可產(chǎn)沼氣1 0 0 0 m 3 , 可提供本單位熱耗的1 3/ 1 / 2。( 3 微生物采油微生物采油可分成兩個(gè)方面: 一是利用微生物發(fā)酵產(chǎn)物進(jìn)行采油。二是把微生物菌體注入油層進(jìn)行采油, 主要依靠微生物在油層

9、里的作用。醫(yī)藥衛(wèi)生方面生物工程應(yīng)用于制藥工業(yè), 不僅可以生產(chǎn)出大量廉價(jià)的防治人類(lèi)重大疾病的新藥物, 而且將引起制藥工業(yè)的重大變革。制藥工業(yè)是生物工程研究開(kāi)發(fā)得最活躍、進(jìn)展最快的一個(gè)產(chǎn)業(yè)。生化藥物是制藥工業(yè)中的重要品種, 全世界從動(dòng)植物、微生物或經(jīng)過(guò)分子修飾而獲得的生化藥物約40 。多種( 不包扦抗生素類(lèi), 還有1 0 多種是臨床診斷用的生化藥物。這些藥物的生產(chǎn), 過(guò)去大部分依靠從生物體的器官、組織、細(xì)胞或血液、尿液中提取。由于受資源限制, 單價(jià)昂貴, 產(chǎn)量也無(wú)法滿(mǎn)足需要?，F(xiàn)在利用基因工程技術(shù), 可以用工程菌發(fā)酵生產(chǎn)這些藥物, 已具有以下優(yōu)點(diǎn): ( 1、不受原料限制; ( 2 生產(chǎn)量大, 價(jià)格低

10、廉; ( 3 產(chǎn)品純凈,與人體提取的相同, 安全, 無(wú)副作用, 因此不能不認(rèn)為是制藥工業(yè)的一場(chǎng)革命。三、生物工程研究開(kāi)發(fā)的重大進(jìn)展最近十年.正是國(guó)際上生物工程蓬勃發(fā)展的十年, 也是我國(guó)生物工程的研究開(kāi)發(fā)取得明顯進(jìn)展的十年。我國(guó)生物工程研究雖然起步較晚. 但由于各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)的重視和科技人員的努力拼搏, 在短短的十年里, 不論是在發(fā)展重大關(guān)鍵技術(shù)還是在生物工程高新技術(shù)成果的獲得及其產(chǎn)業(yè)化方面, 均取得突破性的重大進(jìn)展, 其成果舉世矚目。(一,細(xì)胞工程方面單克隆抗體。我國(guó)于19 7 9 年引進(jìn)淋巴細(xì)胞雜交瘤技術(shù), 在京滬等地首先開(kāi)展了動(dòng)物細(xì)胞融合工作, 1 9 81 年, 建成第一株能穩(wěn)定分泌抗北京鴨紅

11、細(xì)胞單克隆抗體的雜交瘤細(xì)胞株后, 已先后建立了上百個(gè)鼠間淋巴細(xì)胞和俘淋巴細(xì)胞雜交瘤株。以單克隆抗體為載體的生物導(dǎo)彈也已在臨床上得到初步應(yīng)用。八十年代中期,我國(guó)還在武漢引進(jìn)了全套單克隆抗體的生產(chǎn)設(shè)備和技術(shù)。植物原生質(zhì)體培養(yǎng)和細(xì)胞雜交。我國(guó)科學(xué)家完成了4 0 多種重要糧食作物、經(jīng)濟(jì)作物、蔬菜和中藥植物的原生質(zhì)體再生植株工作,如水稻、小麥、玉米等禾本科植物原生質(zhì)體再生植株。同時(shí),植物組織培育快速繁殖。花藥培養(yǎng)和染色體工程。家畜胚胎工程等,也方面取得的成果也是不容忽視的。(二,酶工程方面工業(yè)用酶制劑,。80 年代以來(lái), 我國(guó)已成功地將固定化酶用于生產(chǎn)5 一核普酸、天門(mén)冬氨酸、半合成抗生素和果葡糖漿的生

12、產(chǎn)上。采用國(guó)產(chǎn) a 一淀粉酶、中性蛋白酶、日一葡聚糖酶、異淀粉酶、糖化酶等的多酶制劑, 糖化、釀造啤酒, 不僅提高了產(chǎn)量, 還大大降低了成本。在洗滌劑中使用的新一代低溫堿性蛋白酶也已開(kāi)發(fā)成功。醫(yī)藥及診斷用酶制劑。醫(yī)療用的菠蘿蛋白酶、木瓜蛋白酶、超氧歧化酶、胰蛋白酶、尿激酶等在80 年代均已投入生產(chǎn)。90 年代初, 我國(guó)又成功地運(yùn)用基因工程技術(shù)獲得了酞化酶基因工程新菌株, 為我國(guó)新一代人工半合成抗生素工業(yè)鋪平了道路?；蚬こ替溂っ负腿芷锨蚓傅某晒? 為我國(guó)醫(yī)用酶制劑運(yùn)用基因工程高技術(shù)邁出了可喜的一步, 取得了較大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。(三,微生物工程方面我國(guó)在微生物發(fā)酵工程方面有一定基礎(chǔ).抗生素、

13、氨基酸、檸檬酸、酶制劑、維生素、甾體激素、單細(xì)胞蛋白、活性干酵母、微生物農(nóng)藥及肥料等都已建立了相當(dāng)規(guī)模的獨(dú)立工業(yè)體系,可以說(shuō)國(guó)外發(fā)酵的產(chǎn)品, 國(guó)內(nèi)基本上都能生產(chǎn)。1 9 9 0年我國(guó)發(fā)酵工業(yè)產(chǎn)值約占工業(yè)總產(chǎn)值的2% 左右, 說(shuō)明微生物發(fā)酵工程已在我國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位。(四,基因工程方面我國(guó)的基因工程研究開(kāi)始于70 年代后期,經(jīng)科技人員的不懈努力,在基因工程藥物。植物基因工程。轉(zhuǎn)基因動(dòng)物等方面進(jìn)行了卓有成效的研究工作,取得了一系列的重大成績(jī), 展示了誘人的應(yīng)用前景。四、生物工程的應(yīng)用前景及展望生物工程在實(shí)踐上的應(yīng)用前景己日益引起人們的重視?，F(xiàn)在已經(jīng)能夠?qū)⒄婧思?xì)胞的基因轉(zhuǎn)移到原核生物的細(xì)胞中,

14、 并使之表達(dá), 例如使細(xì)菌產(chǎn)生出各種多膚激素等。它的應(yīng)用前景有以下幾個(gè)方面。1 . 在醫(yī)藥上的應(yīng)用設(shè)想:( 1 治療癌癥的設(shè)想: 目前己知癌細(xì)胞的病變過(guò)程, 主要是由于基因調(diào)節(jié)控制失靈, 使蛋白質(zhì)酶的生產(chǎn)發(fā)生混亂所致。針對(duì)這種機(jī)制, 最近又發(fā)展了反義技術(shù), 使癌癥的基因治療又邁進(jìn)了新的一步。(2 醫(yī)藥工業(yè)上的應(yīng)用發(fā)展: 1 9 7 7年美國(guó)某中心已成功地用大腸桿菌生產(chǎn)出人腦激素-生長(zhǎng)激素釋放因子。這是“科學(xué)上頭等重大的勝利”。1 9 7 8 年美國(guó)H oPe 國(guó)家醫(yī)學(xué)中心又成功地用人工合成的人胰島素基因摻入到大腸桿菌中獲得功能的表達(dá)。使大腸桿菌終于成為生產(chǎn)胰島素的一座“活工廠”。由此看來(lái),生物工程在醫(yī)藥領(lǐng)域上已取得了引人注目的成就, 這是生物技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。2。基因診斷的應(yīng)用發(fā)展: 基因診斷技術(shù)近兩年來(lái)飛速發(fā)展, 它已經(jīng)從研究室逐漸向臨床實(shí)驗(yàn)室過(guò)渡。美國(guó)各大醫(yī)療中心已開(kāi)始建立這類(lèi)臨床實(shí)驗(yàn)室