第一节 生物技术 一、生物技术概述 生物技术这个词最初是由一位匈牙利工程师Karl Ereky于1917年提出的。当时他提出的生物技术的含义是指用甜菜作为饲料进行大规模养猪，即利用生物将原材料转变为产品。 物换星移，百年后的今天，“生物技术”已远远的突破了当初概念的界定，生物技术已成为本世纪的战略技术，成为推动世界经济增长的主要技术动力，在技术、经济、社会活动中扮演着重要角色，并且将在医药业、农业、食品制造、化工、环保、新能源以及传统产业改造升级等方面大放异彩。 1982年国际合作及发展组织对生物技术定义为：生物技术是应用自然科学及工程学的原理，依靠微生物、动物、植物作为反应器将物料进行加工以提供产品来为社会服务的技术。它是一门涉及多学科（分子生物学、微生物学、生物化学、遗传学、细胞生物学、化学工程、精密机械加工）、分支众多（农业生物技术、医药生物技术、生物技术疫苗、生物技术诊断、家畜生物技术、海洋生物技术等）的综合性技术。已经涉及到我们生活的方方面面。 当前，随着生命科学和其它学科的迅猛发展，以及这些学科的相互渗透。生物技术的发展突飞猛进，除了我们比较熟悉的四大生物工程（下节我们将详细讲述）外，新的生物技术层出不穷。随着人类基因组学、蛋白组学、糖生物学等功能基因组学的发展，以及转基因技术、干细胞技术、克隆技术等，特别是生物芯片技术、生物信息科学、生物大分子的功能研究、高密度发酵技术和蛋白质复性技术的发展等等，生物技术产业展现出了更加光明的前景。由此在产生经济效益和促进人们生活、健康水平的提高等方面起到的作用是不可估量的。 国外生物技术重点领域的发展态势 （一）以蛋白组为重点的功能基因组研究成为技术与产业的战略要地 随着人类基因组图谱的公开，功能基因组学转而成为本世纪生物技术的领头羊。在后基因组时代，需要把丰富的基因序列数据提高到蛋白质结构和功能水平。研究蛋白质在疾病组织中的精确作用，确定与蛋白质有关的信号传导事件（例如癌症细胞的生长）的发生机制，可以更快地开发出高效、治疗精确的新型药物；了解各种蛋白质的相互关系、影响及其协调作用，进而分析蛋白质功能是如何被药物改变的，对于更好地确定药物的靶向性和预测药物的毒副作用有着深远的意义。到2010年，大多数制药学家将会极自然地以整合方式应用基因组、蛋白质组和化学方面的资料来开发新药和实现药物对任何个体的最适化。 （二）生物芯片是基因组研究与新药开发的得力工具 生物芯片是继PCR技术后的又一次生物技术革命，主要分为基因芯片和蛋白质芯片两种。基因芯片目前开发较成熟，应用也较多。基因芯片技术由于其在高通量基因表达分析、大规模基因发现、DNA序列分析以及SNP分析中明显的技术优越性而必将在即将到来的SNP研究热潮和后基因组时代中大放异彩。它还是研究阐明药物作用机制潜在的强有力的工具，这类研究可以确定药物作用的靶基因，为新药筛选研究提供线索。因而，开发特异性高、检测容量大、灵敏度高、造价相对较低的新型应用基因芯片已是各国科技界、产业界共同瞩目的技术必争之地。 与基因芯片相比，蛋白芯片的进展势头也非常看好，并且它在临床上的应用前景是更值得关注的。蛋白芯片与药物的研发更接近，也贴近疾病的临床检测和诊断，未来“核酸+蛋白”的检测将为病人提供更确切的治疗方案（不过蛋白芯片的研发技术难度高于DNA芯片）。而lab-on-chip的核心在于它的制造工艺上，如何实现它对样品处理到检测分析的整合，如何大幅度提高检测的灵敏度和降低使用成本，这是实现其临床应用的最关键的因素。 实际上，生物芯片就是一个技术平台，随着微矩阵技术的发展，芯片的标准化、样本取得、处理和芯片杂交检测后的数据存储、分析、解读将成为人们关注的焦点。因此，与这一焦点密切相关的生物信息学技术的发展被认为是现代和未来生物技术的基石。 （三）生物信息学是破译生命密码和实现技术产业化的必由之路 基因组学、高通量筛选、组合化学、基因表达研究以及药物基因组学、蛋白质学的研究正在为我们带来大量数据资料，如何对这些数据进行标准化存储、读取、分析、实现从信息数据到生命信号的解读剖，是当前生命科学研究的重中之重，对这些数据的分析将决定谁可以从海量信息中“网”到“鱼”——实现生命密码的破译，实现生命科学技术的产业化。在把基因组信息和蛋白质组信息转变成产品的过程中，生物信息学起着关键作用，并已成为后基因组时代生命科学发展的核心和渐成规模的产业。 未来生物信息学的快速发展将有赖于数据的整合处理，对不同来源的数据的有效整合处理主要有三个挑战：计算基础设施、数据模式和预测分析模式。计算基础设施包含数据存储和数据处理能力两个方面，数据建模的挑战是如何建立一个有用的、可发展的、可交互的生物学数据模式，而预测分析模式则在要解决如何高效、自动化地获取有用的科学假设的问题。 （四）干细胞研究技术潜力无限，应用前景广阔 干细胞尤其是胚胎干细胞的识别、分离、增殖、分化已经成为细胞生物学以及整个生命科学的研究热点，组织工程尤其是干细胞的研究，正在成为后基因组时代的极为关键的研究部分之一，此外，干细胞研究在新药开发方面的潜力也不容忽视。 干细胞在组织器官再造中的价值已成共识，尤其是胚胎干细胞，由干细胞体外培养诱导的细胞、组织和器官，用于移植时可避免免疫排斥。未来，一旦生物伦理得到科学和理性的规范，干细胞将在组织工程领域抢尽头采，逐步取代传统的异体移植。新药开发方面，干细胞将提供新药的药理、药效、毒理及药代等研究的细胞水平的研究手段。例如，人体多能干细胞研究将大大改变药品研制和安全性试验的方法，新药的疗效可以先用由多能干细胞培育的人类细胞系进行试验，比以往的用动物试验更加有效可靠。胚胎干细胞还可用来研究人类疾病的发生机制和发展过程，以便找到有效和持久的治疗方法。干细胞还是基因治疗的理想的靶细胞，因为它可以自我更新，治疗基因通过它带入人体中，能够持久地发挥作用，而不必担心像分化的细胞那样，在细胞更新中可能丢失治疗基因。 鉴于干细胞的技术潜力和产业战略意义，各国都设立专门计划投入大量资金进行干细胞技术的研究开发。例如，美国政府2000年起准许用政府经费进行人体胚胎干细胞研究；日本把干细胞技术视作在生命科学和生物技术领域超欧美国家的绝好机遇，在2000年度启动的“千年世纪工程”中把干细胞工程作为四大重点之一；英国医学委员会也在 2002年开始实施建立储存成体和胚胎干细胞的公共干细胞库的计划。 未来的干细胞研究将主要集中以下几方面：自我更新的机理，定向分化的机理，胚胎干细胞建系（尤为人胚胎干细胞），细胞移植和细胞工程，胚胎干细胞定向发育成三维器官，胚胎干细胞移植的安全性问题等等。干细胞的研究及应用，将会给人类带来全新的医疗手段，干细胞的广阔应用前景促使干细胞技术相关产业应运而生，将成为生物技术领域最热点产业之一。 （五）认知神经科学开始被发达国家纳入战略技术层面 生命科学与多学科的交叉研究正成为国际科学界的一种新的研究模式，生命科学正与信息科学、材料科学、物理科学、化学科学等联手共图发展。近年Bio-X、NBIC等概念的提出正体现了这样一种理念。美国2001年底提出的NBIC汇聚技术中特别涉及认知科学（包括认知神经科学），提出将当前四个迅速发展的科学技术领域——纳米科学与技术、生物技术（包括生物制药及基因工程）、信息技术（包括先进计算机与通信）、认知科学（包括认知神经科学）进行协同和融合研究、发展，并通过交叉研究，在认m6米乐官网 米乐M6平台入口知科学层面最终使人类实现自我了解和自我控制，把人的知识、智能以及技能提高到新的高度。可以预见，认知神经科学这一兴起于20世纪90年代的交叉学科将在21世纪得到更多的关注和更快的发展。 认知神经科学m6米乐官网 米乐M6平台入口由欧美国家发起，90年代初迅速发展起大跨度的多层次脑研究，1992年-1995年美国的M-P基金会连续资助了十个认知神经科学研究项目，欧洲一些主要国家也加强了相应的研究项目的资助力度。在美国形成了东西海岸两大研究中心，在欧洲，英、德、法等国也在努力开拓这方面的研究，起步较晚的德国也在1997-1999年间建立了最先进的认知神经科学试验基地。因此其领先技术仍为欧美国家所占有。 （六）生物医药技术的产业化是生物技术发展的终极目标之一 生物技术应用于医药领域、为人类的健康造福是生物技术发展的最主要目标，也是各国投资、扶持的重点。生物医药技术包括两方面内容：一是利用生物体作为生物反应器，按人们意志来研究生产出医药生物技术产品；二是利用生物技术来改进或创造出新的诊断、治疗预防疾病的方法。基因组、生物芯片、生物信息学、干细胞等技术的发展热潮，无一不是瞄向其最终技术成果在人类健康领域的应用，因此，发展生物医药技术和产业是生物技术进展的终极目标之一。 （七）生物安全的监管虽然纷争不断，但总体趋向一致 随着现代生物技术的快速发展，人类在通过利用各种生物技术来改变生物的生物学特性的同时，存在着对生物多样性、生态环境以及人体健康产生潜在危险的可能性。生物安全已成为各国政府、科技界、社会公众普
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