(完整版)生物工程的發(fā)展簡(jiǎn)史

生物工程的發(fā)展簡(jiǎn)史1第一章緒論第一節(jié)生物工程的發(fā)展簡(jiǎn)史 按照生物工程的定義 .人類(lèi)對(duì)生物工程的實(shí)踐可迫溯到遠(yuǎn)古原始人類(lèi)生活期間 .為此，可把生物工程的發(fā)展分成三個(gè)時(shí)期 :①傳統(tǒng)生物技術(shù)TOC\o"1-5"\h\z時(shí)期；②近代生物工程的形成和發(fā)展時(shí) 期;③現(xiàn)代生物工程時(shí)期。 一、傳統(tǒng)生物技術(shù)時(shí)期 生物工程不是一門(mén)新學(xué)科，它是從傳統(tǒng)生物技術(shù)發(fā)展來(lái)的。傳統(tǒng)生物技術(shù)應(yīng)該說(shuō)從史前 時(shí)代起就一直為人們所開(kāi)發(fā)和利用并造福于人類(lèi) .在西方，蘇美爾人和巴比倫人在公元前 6000年就已開(kāi)始啤酒發(fā)酵。古埃及人則在公元前 4000年就開(kāi)始用經(jīng)發(fā)酵的面團(tuán)制作面包， 在公元前20世紀(jì)時(shí)已掌握了用裸麥制作 “啤酒”的技巧。公元前25世紀(jì)古巴爾于人開(kāi)始制 作酸奶;公元前20世紀(jì)古亞述人已會(huì)用葡萄釀酒 (葡萄實(shí)際上沾有酵母 )。公元前17世紀(jì)古西班牙人曾用類(lèi)似目前細(xì)菌浸取銅礦的方法獲取銅。在石器時(shí)代后期，我國(guó)人民就會(huì)利用 谷物造酒，這是最早的發(fā)酵技術(shù)。 荷蘭人詹生 (Z.Janssen)于 1590年制作了世界上最早的顯微鏡，其后1665年英國(guó)的 胡克(R.Hooke)也制作了顯微鏡， 但都因放大倍數(shù)有限而無(wú)法觀察到細(xì)菌和酵母。但胡 克卻觀察到了霉菌，還觀察到了植物切片中存在胞粒狀物質(zhì)，因而把它稱(chēng)為細(xì)胞 (cell),此名稱(chēng)一直沿用至今。 1676年，荷蘭人列文虎克 (LeeuwenHoe幻用自磨的鏡片制作顯微鏡， 其放大倍數(shù)可近 300倍，并觀察和描繪了桿菌、球菌、螺旋菌等微生物的圖像， 為人類(lèi)進(jìn)一 步了解和研究微生物創(chuàng)造了條件 .并為近代生物技術(shù)時(shí)期的降臨做出了重大貢獻(xiàn)。 1838年德國(guó)的施萊登 (M一J.Schlwiden)和施旺(T.Schwan)共同 ON明了細(xì)胞是動(dòng) 植物的基本單位，因而成為細(xì)胞學(xué)的奠基人 ;1855年微耳和 R.Virchow發(fā)現(xiàn)了新細(xì)胞是從原有細(xì)胞分離而形成的， 即新細(xì)胞來(lái)自老細(xì)胞的事實(shí) ;1858年托勞貝 (Trauhe)提出了發(fā)醉是靠酶的作用進(jìn)行的概念 ;1859年英國(guó)的達(dá)爾文《 C.R.delvan)撰寫(xiě)了《物種起驚》一書(shū)，提出了以自然選擇為基礎(chǔ)的進(jìn)化學(xué)說(shuō)，并指出生命的基礎(chǔ)是物質(zhì)。 自胡克從顯微鏡中觀察到微生物到微生物學(xué)的誕生約經(jīng)歷了近 200年.受到人們思想觀 念、習(xí)慣勢(shì)力、 經(jīng)濟(jì)實(shí)力、生產(chǎn)方式等因素的制約。產(chǎn)業(yè)革命的浪潮當(dāng)時(shí)還沒(méi)卷入到食品、 化工領(lǐng)域來(lái)。對(duì)發(fā)酵還習(xí)慣于作坊式生產(chǎn)。 1866年微生物學(xué)的莫基人， 被稱(chēng)為微生物學(xué)之 父的法國(guó)人巴斯德(L.Pasteur)以實(shí)驗(yàn)結(jié)果有力地摧毀了微生物的 “自行發(fā)生論 ”。他首先證實(shí)了發(fā)酵是由微生物引起的，并建立了微生物的純種培養(yǎng)技術(shù)，從而為發(fā)酵技術(shù)的發(fā)展 提供了理論基礎(chǔ)，使發(fā)酵技術(shù)納人了科學(xué)的軌道。他提出了一種防止葡萄酒變酸的消毒法 〔被稱(chēng)為巴斯德消毒法(Pasteurization),一般在 60℃ 時(shí)維持一段時(shí)間以殺死食品、 牛奶和飲料中的病原菌」 ;1857年他明確地指出酒精是酵母細(xì)胞生命活動(dòng)的產(chǎn)物，并在 1863年進(jìn)一步指出所有的發(fā)酥都是微生物作用的結(jié)果，不同的微生物引起不同的發(fā)酵。 1874年丹麥人漢森(Hansan)在牛胃中提取了凝乳酶， 1879年發(fā)現(xiàn)了醋酸桿菌 ;1876年德國(guó)的庫(kù)尼 (W.Kuhne)首創(chuàng)了"enzyme"一字，意即“在酵母中 ”;1881年采用微生物生產(chǎn)乳酸 ;1885年開(kāi)始用人工方法生產(chǎn)蘑菇 ;1897年德國(guó)的畢希納 (E一Buchner)發(fā)現(xiàn)被磨碎后的酵 母細(xì)胞仍可進(jìn)行酒精的發(fā)醉，并認(rèn)為這是酶的作用， 并于1907年因此發(fā)現(xiàn)而獲得諾貝爾化 學(xué)獎(jiǎng)，19世紀(jì)末德國(guó)和法國(guó)一些城市開(kāi)始用微生物處理污水 .細(xì)菌學(xué)的莫基人， 德國(guó)的科赫 (R.Koch)首先用染色法觀察了細(xì)菌的形態(tài);1881年他與他的助手們發(fā)明了加人瓊脂的固體培養(yǎng)基并利用它在平皿中以接種針醚上混合菌液在固體培養(yǎng)基表面上劃線培養(yǎng)以獲得單抱子菌落的方法，此方法一直被沿用至今，他的另一個(gè)杰出貢獻(xiàn)是發(fā)現(xiàn)了結(jié)核菌， 并因此獲 1905年的諾貝爾生理學(xué)及醫(yī)學(xué)獎(jiǎng) .1914年開(kāi)始建立作為食品和飼料的酵母生產(chǎn)線 ;1915年德國(guó)開(kāi)發(fā)了面包酵母的生產(chǎn)線 ;1915年

德國(guó)為了第一次世界大戰(zhàn) (1914一1918年)的需要建立了大型的丙酮一丁醇發(fā)酵以及甘油發(fā)酵生產(chǎn)線 ;到了20世紀(jì)20年代，工業(yè)生產(chǎn)中開(kāi)始采用大規(guī)模的純種培養(yǎng)技術(shù)發(fā)酵化工原料丙酮、丁醇。 20世紀(jì)50年代，在青霉素大規(guī)模發(fā)酵生產(chǎn)的帶動(dòng)下，發(fā)酵工業(yè)和酶制劑工業(yè)大量涌現(xiàn)， 發(fā)酵技術(shù)和酶技術(shù)被廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、食品、 化工，制革和農(nóng)產(chǎn)品加工等部門(mén)。220世紀(jì)初，隨著遺傳學(xué)的建立及其應(yīng)用，產(chǎn)生了遺傳育種學(xué)，并于 60年代取得了輝煌的成就，被譽(yù)為 “第一次綠色革命 ”。細(xì)胞學(xué)的理論被應(yīng)用于生產(chǎn)而產(chǎn)生了細(xì)胞工程。 在今天看來(lái)， 上述諸方面的發(fā)展， 還只能被視為傳統(tǒng)的生物技術(shù)， 因?yàn)樗鼈冞€不具備高技術(shù)的諸要素.二、近代生物工程的形成和發(fā)展時(shí)期 1926年美國(guó)的生化學(xué)家薩姆納 (J.B.Summer)證實(shí)了從刀豆中獲得的結(jié)晶 JR酶是一種蛋白質(zhì)，其后又分別與人合作在 1930年和1937年獲得了胃蛋白酶和過(guò)氧化氫酶等晶體，說(shuō)明酶是一類(lèi)蛋白質(zhì)，因而在 1946年和他的同事共獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng) ;1928年英國(guó)的弗萊明 (A.Fleming)發(fā)現(xiàn)青霉素 ;1937年馬摩里 (Mamoli)和維賽龍 (V.Hone)提出了微生物轉(zhuǎn)化的方法。 這一時(shí)期所生產(chǎn)的發(fā)酵產(chǎn)物都屬微生物形成的初級(jí)代謝產(chǎn)物， 這是指微生物處于對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期所形成的產(chǎn)物， 主要是與細(xì)胞生長(zhǎng)有關(guān)的產(chǎn)物，如氨基酸、核酸、蛋白質(zhì)，碳水化合物以及與能量代謝有關(guān)的副產(chǎn)物，諸如乙醇、丙酮、丁醇等。此一時(shí)期生產(chǎn)的發(fā)酵產(chǎn)品以厭氧發(fā)酵的居多，諸如乙醇、丙酮、丁醉、乳酸和污水的厭氧處理生產(chǎn)甲烷等過(guò)程。 此外，有的發(fā)酵過(guò)程開(kāi)始時(shí)采用固體發(fā)酵方式進(jìn)行生產(chǎn)。 在農(nóng)業(yè)微生物方面， 1887年俄國(guó)的維諾格拉斯基發(fā)現(xiàn)了硝化細(xì)菌 ;1888年德國(guó)的赫爾利格 (H.Hellriegel)和赫韋爾法斯 (H.Wilfarth)發(fā)現(xiàn)了固氮細(xì)菌等。主要產(chǎn)品有細(xì)菌肥料和蘇云金桿茵制劑(1901年發(fā)現(xiàn)，能產(chǎn)生伴胞晶體以殺死農(nóng)業(yè)害蟲(chóng) )、赤霉素 (1914年發(fā)現(xiàn))。此外，還出現(xiàn)了一些與微生物學(xué)相關(guān)的分支學(xué)科，如細(xì)菌學(xué)、物學(xué)等，并豐富了細(xì)胞學(xué)、生理學(xué)、生物化學(xué)、醫(yī)學(xué)、藥學(xué)等內(nèi)容志是青霉素的工業(yè)開(kāi)發(fā)獲得成功，因?yàn)樗鼛?dòng)了一批微生物次級(jí)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，并激發(fā)了原有生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)改造。此外，一批化過(guò)程生產(chǎn)的產(chǎn)品問(wèn)世，加上酶和細(xì)胞固定化技術(shù)的應(yīng)用。使近代生農(nóng)業(yè)微生物學(xué)、 醫(yī)學(xué)微生現(xiàn)了一些與微生物學(xué)相關(guān)的分支學(xué)科，如細(xì)菌學(xué)、物學(xué)等，并豐富了細(xì)胞學(xué)、生理學(xué)、生物化學(xué)、醫(yī)學(xué)、藥學(xué)等內(nèi)容志是青霉素的工業(yè)開(kāi)發(fā)獲得成功，因?yàn)樗鼛?dòng)了一批微生物次級(jí)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，并激發(fā)了原有生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)改造。此外，一批化過(guò)程生產(chǎn)的產(chǎn)品問(wèn)世，加上酶和細(xì)胞固定化技術(shù)的應(yīng)用。使近代生.近代生物工程的起始標(biāo)代謝物和新的初級(jí)代謝物以酶為催化劑的生物轉(zhuǎn)物工程產(chǎn)業(yè)達(dá)到了一個(gè)全盛時(shí)期。 1941年因第二次世界大戰(zhàn) (1939-1945年)的爆發(fā)，前線和后方的不少傷員都希望能有一種比當(dāng)時(shí)磺胺類(lèi)藥物更為有效和安全的治療外傷炎癥及其繼發(fā)性傳染病的藥物。英國(guó)當(dāng) 局讓病理學(xué)家弗洛里 (H.W.Florey)和生化學(xué)家錢(qián)恩 (E.8.Chain)參加到弗萊明的研究隊(duì)伍中， 以加速對(duì)青霉素的研制開(kāi)發(fā)。 在積累了一定量的青霉素后， 他們先對(duì)動(dòng)物進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)， 再對(duì)一患血液感染的病人進(jìn)行臨床試驗(yàn)， 都證明了青霉素具有卓越的效能， 且毒性很小，然而，因戰(zhàn)事急劇發(fā)展， 英國(guó)難以進(jìn)行進(jìn)一步的研究， 其后青霉素的開(kāi)發(fā)是在美國(guó)藥廠中完成的。開(kāi)始時(shí)是以大量的扁瓶為發(fā)酵容器 .濕麥麩為主要培養(yǎng)基，用表面培養(yǎng)法生產(chǎn)青霉素，這個(gè)方法雖落后，并耗費(fèi)大童勞動(dòng)力，但終究能獲得一定量的青霉素。發(fā)酵法生產(chǎn)青霉素雖獲成功，但當(dāng)時(shí)是由 “瓶子工廠 “中生產(chǎn)出來(lái)的， 不能滿足需求， 于是決定請(qǐng)工程技術(shù)人員來(lái)共同改造原有生產(chǎn)線 .不久新的生產(chǎn)線開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)了 .以大 7M的帶機(jī)械攪拌和無(wú)菌通氣裝置的發(fā)酵罐取代了瓶子，引用了當(dāng)時(shí)新型的逆流離心萃取機(jī)作為發(fā) ROF掖的主要提取手段，以減少青霉素在 PH劇變時(shí)的破壞 ;上游研究人員 RI尋找到一株從發(fā)霉的甜瓜中選出的， 適用于液體培養(yǎng)的產(chǎn)黃青霉菌株， 使青霉素發(fā)酵的效價(jià)提高了幾百倍， 此外還發(fā)現(xiàn)以玉米漿 (生產(chǎn)玉米淀粉時(shí)的副產(chǎn)品 )和乳糖(生產(chǎn)干酪時(shí)的副產(chǎn)品 )為主的培養(yǎng)基可使青霉素的發(fā)酵效價(jià)約提高 10倍。不久，輝瑞 (Phizer)藥廠就建立起一座具 14個(gè)約26rn3發(fā)酵罐的車(chē)間生產(chǎn)青霉素。 1945年，弗萊明、弗洛里和錢(qián)恩因發(fā)明和開(kāi)發(fā)了青霉素被授予諾貝爾醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。 除了青霉素以外 .其后發(fā)現(xiàn)和使用有各種抗生素、 氮叢酸、 核背酸、 維生索、多糖、多元醇、有機(jī)酸、酶制劑等。與此同時(shí)，一個(gè)新的交叉學(xué)科 —生物化學(xué)工程 (biochemicalengineering)也就誕生了。 固定化酶或固定化細(xì)胞技術(shù)，以及生物轉(zhuǎn)化或稱(chēng)微生物轉(zhuǎn)化技術(shù)的建立和發(fā)展，大大地 推動(dòng)了酶的應(yīng)用。細(xì)胞固定化的實(shí)踐可推溯至古時(shí)用刨花卷置于無(wú)底木筒內(nèi)淋酒為醋，以及 百余年前用內(nèi)置石塊的滴淋塔來(lái)處理污水。但科學(xué)的固定化酶以及固定化細(xì)胞的方法，是在 1953年由格羅勃霍佛 (N.Gruhhofer)和希萊思 (L.Schleith)提出的。其后日本的千煙 一郎在1969年開(kāi)始用固定化 L-氨基酸酸化酶拆分 IN二氨基酸并獲得成功。 在20世紀(jì)30年代中期， 一種新的被稱(chēng)為生物轉(zhuǎn)化或微生物轉(zhuǎn)化的生產(chǎn)方式出現(xiàn)了。這種生產(chǎn) 3過(guò)程中所進(jìn)行的酶反應(yīng)不采用從微生物中提取出來(lái)的酶作為催化劑，而是直接用產(chǎn)生相關(guān)酶的微生物細(xì)胞來(lái)作為催化劑， 即把底物直接投人細(xì)胞培養(yǎng)液中或?qū)⒌孜锶芤和ㄟ^(guò)裝有固定化細(xì)胞的柱中進(jìn)行酶促反應(yīng)。它的好處是可以省去復(fù)雜的從微生物細(xì)胞 (指胞內(nèi)酶 )或培養(yǎng)物的濾液 (指胞外酶 )中提取酶的過(guò)程， 并十分適合于多酶反應(yīng)或需要輔酶、 輔因子參與的催化過(guò)程。當(dāng)然要從生物轉(zhuǎn)化液中獲得產(chǎn)物還是要通過(guò)一系列的分離純化過(guò)程，但至少可省去一次對(duì)酶的分離純化過(guò)程 .微生物轉(zhuǎn)化法最簡(jiǎn)單的例子是將乙醇加入到醋酸桿菌的培養(yǎng)液中使其轉(zhuǎn)化為乙酸， 而不必先把乙醇氧化酶從醋酸桿菌中提取出來(lái)后再與乙醇去反應(yīng)了。維生素 C現(xiàn)在也基本上是采用微生物二步轉(zhuǎn)化的方法進(jìn)行生產(chǎn)，其中第一步微生物轉(zhuǎn)化是將山梨醉 (葡萄糖在鎳催化劑中加壓催化取得 )在醋酸桿菌培養(yǎng)液中轉(zhuǎn)化為山梨糖，而第二步微生物轉(zhuǎn)化是在葡萄糖桿菌和一種假單胞菌的共同作用下將山梨糖轉(zhuǎn)化為 2一酮基一 L-古龍酸口微生物轉(zhuǎn)化的這一步是由我國(guó)微生物學(xué)家尹光琳等在 20世紀(jì)70年代完成的，此技術(shù)在我國(guó)已普遍使用，并已轉(zhuǎn)讓至國(guó)外。 還有一項(xiàng)應(yīng)用很廣的微生物轉(zhuǎn)化技術(shù)是甾體激素的生產(chǎn)。最初用化學(xué)合成法以去氧膽酸為原料研制的可的松化學(xué)合成路線，因共需31步反應(yīng)而無(wú)法投產(chǎn)。 1952年美國(guó)的彼得遜 (Peterson)和莫萊(Murry)以黑根霉或其他根霉微生物轉(zhuǎn)化法把化學(xué)合成法中原需 9步的反應(yīng)，用 1步生物轉(zhuǎn)化反應(yīng)就解決了，因而使可的松的生產(chǎn)得以開(kāi)始。 其后發(fā)現(xiàn)了用豆甾醇、 薯蕷皂苷元或番麻皂苷元等作為可的松生產(chǎn)的原料更經(jīng)濟(jì)，合成步驟也更簡(jiǎn)短，就不再用去氧膽酸為原料生產(chǎn)可的松了。 三、現(xiàn)代生物工程的形成和發(fā)展時(shí)期 多少年以來(lái)，關(guān)于生命的起源問(wèn)題存在著以下一些解釋。①創(chuàng)世說(shuō)。 19世紀(jì)初期之前， 人們從宗教和迷信的角度對(duì)人類(lèi)的起源做了各種回答。 例如，基督教認(rèn)為是亞當(dāng)和夏娃創(chuàng)造了人類(lèi)，即上帝創(chuàng)造了世間一切和人類(lèi) ②進(jìn)化論。 1859年，英國(guó)生物學(xué)家達(dá)爾文 (C.R.Delvan)發(fā)表了“物種起源 ”，確立了進(jìn)化論的觀點(diǎn)， 極大推動(dòng)了人類(lèi)思想的發(fā)展。 ③細(xì)胞學(xué)說(shuō)。最早觀測(cè)到活細(xì)胞的是 17世紀(jì)的荷蘭人列文虎克，與其同時(shí)代的英國(guó)人 Hooke第一次用 “細(xì)胞”這個(gè)詞來(lái)形容他所觀察到的軟木的基本單元。 19世紀(jì)中葉， “細(xì)胞”的概念被科學(xué)界接受，成為 19世紀(jì)三大發(fā)現(xiàn)之一。按照細(xì)胞學(xué)說(shuō)，動(dòng)植物的基本單元是細(xì)胞， 細(xì)胞包含有生命的全部特征， 組織、器官和個(gè)體的生命現(xiàn)象實(shí)際上是細(xì)胞活動(dòng)的總和。 所以細(xì)胞可以而且應(yīng)該成為生物學(xué)研究的首要對(duì)象， 今天的細(xì)胞工程和分子生物學(xué)就是在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。 ④經(jīng)典的生物化學(xué)和遺傳學(xué)。進(jìn)化論和細(xì)胞學(xué)說(shuō)的發(fā)展，產(chǎn)生了實(shí)驗(yàn)科學(xué)之一 —現(xiàn)代生物學(xué)， 在現(xiàn)代生物學(xué)發(fā)展的荃礎(chǔ)上， 又產(chǎn)生了研究動(dòng)植物遺傳變異規(guī)律的遺傳學(xué)和生物化學(xué)學(xué)科。 生物化學(xué)以分離、 純化、鑒定細(xì)胞內(nèi)含物質(zhì)和研究這些物質(zhì)與細(xì)胞內(nèi)生命現(xiàn)象的聯(lián)系為主要內(nèi)容， 19世紀(jì)中葉至 20世紀(jì)初得到快速發(fā)展，是早期生物化學(xué)的大發(fā)展時(shí)期。在此期間， 20種氨基酸被發(fā)現(xiàn)， “肽鍵”被認(rèn)識(shí)，細(xì)胞的其他成分，如脂類(lèi)、糖類(lèi)、核酸也相繼在那一階段被認(rèn)知，但科學(xué)家還無(wú)法解釋細(xì)胞內(nèi)最重要的生命活動(dòng)，即細(xì)胞是如何世代相傳的。 1865年，經(jīng)典遺傳學(xué)創(chuàng)始人奧地利人孟德?tīng)?(G.Mendel)發(fā)表了《植物雜交試驗(yàn)》一文，提出了遺傳因子的統(tǒng)一律和獨(dú)立分配率。孟德?tīng)栔赋觯锏拿恳环N性狀都是由遺傳因子控制的。 這些遺傳因子可以從親代到子代， 代代相傳。在體細(xì)胞內(nèi)，遺傳因子是成對(duì)存在的，其中一個(gè)來(lái)自父本，一個(gè)來(lái)自母本，在形成配體時(shí)，遺傳因子彼此分開(kāi)， 單獨(dú)存在。 他還認(rèn)為，有些遺傳因子是以顯性形式存在的，而有些遺傳因子是以隱性形式存在的。當(dāng)時(shí)，孟德?tīng)柕墓ぷ鞑⑽匆鸷艽蟮闹匾暋?1900年，荷蘭科學(xué)家H.DeVries、德國(guó)科學(xué)家 Correns、奧地利科學(xué)家 Tsehermak在完全不知道孟德?tīng)栆酝ぷ鞯那闆r下， 各自獨(dú)立做了與孟德?tīng)栂嗨频脑囼?yàn)， 得到了與孟德?tīng)栂嗨频慕Y(jié)論， 他們?nèi)藢⒚系聽(tīng)柕拿至性诹说谝蛔髡叩奈恢蒙?，以便讓世人知曉孟德?tīng)柺讋?chuàng)性的科學(xué)貢獻(xiàn)。 1911年，美國(guó)科學(xué)家 Morgan和他的助手們第一次將代表某一特定性狀的基團(tuán)同某一特定的染色體聯(lián)系了起來(lái)， 創(chuàng)立了遺傳的染色體理論。 Morgan特別指出 :物質(zhì)必須由某些獨(dú)立的要素組成，人們將這些要素稱(chēng)為基因，也稱(chēng)為遺傳因子。 41944年Avery等闡明了 DNA是遺傳信息的攜帶者。 1953年沃森和克里克提出了 DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，闡明了 DNA的半保留復(fù)制模式， 從而開(kāi)辟了分子生物學(xué)研究的新紀(jì)元。 由于一切生命活動(dòng)都是由包括酶和非酶蛋白質(zhì)行使其功能的結(jié)果， 所以遺傳信息與蛋白質(zhì)的關(guān)系就成了研究生命活動(dòng)的關(guān)鍵問(wèn)19,1961年M,Nirenberg等破譯了遺傳密碼。 揭開(kāi)了DNA編碼的遺傳信息是如何傳遞給蛋白質(zhì)的這一秘密。 基于上述基礎(chǔ)理論的發(fā)展， 1972年Berg首先實(shí)現(xiàn)了 DNA體外91組技術(shù)，標(biāo)志著生物技術(shù)的核心技術(shù) —基因工程技術(shù)的開(kāi)始。 它向人們提供了一種全新的技術(shù)手段，使人們可以按照意愿在試管內(nèi)切割 DNA、分離基因并經(jīng)重組后導(dǎo)人其他生物或細(xì)胞，借以改造農(nóng)作物或畜牧品種 ;也可以導(dǎo)人細(xì)菌這種簡(jiǎn)單的生物體，由細(xì)藺生產(chǎn)大量的有用的蛋白質(zhì)，或作為藥物，或作為疫苗 ;也可以直接導(dǎo)人人體內(nèi)進(jìn)行基因治療。顯然，這是一項(xiàng)技術(shù)上的革命。 現(xiàn)代生物工程是以 20世紀(jì)70年代DNA重組技術(shù)的建立為標(biāo)志的?，F(xiàn)代生物工程時(shí)期 是以分子生物學(xué)的理論為先導(dǎo)，從基因工程的技術(shù)能作為生物工程新產(chǎn)品的一種開(kāi)發(fā)手段或 關(guān)鍵技術(shù)后算起的。 近代科技史實(shí)表明 .每一次重大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)和技術(shù)創(chuàng)新，都使人們對(duì)客觀世界的認(rèn)識(shí)產(chǎn)生一次飛躍 ;每一次技術(shù)革命浪潮的興起，都使人們改造自然的能力和推動(dòng)社會(huì)發(fā)展的力貢提高到一個(gè)新的水平。 生物工程的發(fā)展也不例外， 它的發(fā)展將A來(lái)越深刻地影響著世界經(jīng)濟(jì)、 軍和社會(huì)發(fā)展的進(jìn)程。 現(xiàn)代生物工 w為人類(lèi)生活提供了多方面的便利，主要包括 :①更加準(zhǔn)確地診斷、預(yù)防或治愈傳染病和遺傳疾病 ;②有效地提高作物的產(chǎn)量，獲得具有抗蟲(chóng)、抗真菌、抗病毒、抗逆境等優(yōu)良性狀的植物 ;③開(kāi)發(fā)生產(chǎn)藥物、生物多聚體、氨基酸、酶類(lèi)和各種食品添加劑的微生物 ;④創(chuàng)造帶有更多優(yōu)良性狀的家畜和其他動(dòng)物 ;⑤簡(jiǎn)化從環(huán)境中清除污染物和廢棄物的程序，開(kāi)發(fā)新能源及資源有效利用的新途徑。 總而言之，現(xiàn)代生物工程技術(shù)己開(kāi)始滲入到人們生活的多個(gè)方面，其中以在醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)和食品、資源利用與環(huán)境保護(hù)以及一 L業(yè)催化等領(lǐng)域的應(yīng)用技術(shù)最為成熟，具有一定商業(yè)規(guī)模，本書(shū)將分章論述。 第二節(jié)生物工程的內(nèi)容 一、生物工程的定義 “生物工程”一詞是由生物技術(shù)演變而來(lái)的。 早在1917年，匈牙利農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)學(xué)家艾里基 (K.Ereky)就提出“凡是以生物機(jī)體為原料，無(wú)論其用何種生產(chǎn)方法進(jìn)行產(chǎn)品生產(chǎn)的技術(shù) ”都屬于生物技術(shù)。此一定義顯然是太寬泛了， 因此未被人們所重視。 20世紀(jì)70年代末80年代初， 由于分子生物學(xué)、 DNA重組技術(shù)的出現(xiàn)以及某些基因工程產(chǎn)品如重組胰島素、重組人體生長(zhǎng)激素等的問(wèn)世， 人們?cè)俅翁岢隽?“生物技術(shù) ”這一名詞的定義問(wèn)題。 由于當(dāng)時(shí)似有另一種傾向，即必須是采用荃因工程等一類(lèi)具有現(xiàn)代生物技術(shù)內(nèi)涵或以分子生物學(xué)為基礎(chǔ)的技術(shù)才稱(chēng)得上生物技術(shù)，而把原先已相當(dāng)成熟的發(fā)酵技術(shù)、酶催化技術(shù)、 生物轉(zhuǎn)化技術(shù)、原生質(zhì)體融合技術(shù)等排斥在外， 因此此一定義也不為多數(shù)人所贊同。 由國(guó)際經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織 (IECDQ)在1982年提出的對(duì)生物技術(shù)的定義似為多數(shù)人所贊同。此定義為 :生物技術(shù)是 “應(yīng)用自然科學(xué)和工程學(xué)的原理，依靠生物作用劑的作用將物料進(jìn)行加工以提供產(chǎn)品或用以為社會(huì)服務(wù) ”的技術(shù)。 我國(guó)國(guó)家科學(xué)技術(shù)委員會(huì)制定《中國(guó)生物技術(shù)政策綱要》 時(shí)，將生物技術(shù)定義為，以現(xiàn)代生命科學(xué)為基礎(chǔ)，結(jié)合先進(jìn)的工程技術(shù)手段和其他基礎(chǔ)學(xué)科的科學(xué)原理，按照預(yù)先的設(shè)計(jì)改造生物體或加工生物原料， 為人類(lèi)生產(chǎn)出所需產(chǎn)品或達(dá)到某種目的的新技術(shù)。 改造生物體是指獲得優(yōu)良品質(zhì)的動(dòng)物、 植物或微生物品系。 生物原料則是指生物體的某一部分或生物生長(zhǎng)過(guò)程中所能利用的物質(zhì) .如淀粉、糖蜜、纖維素等有機(jī)物，也包括一些無(wú)機(jī)化合物，甚至某些礦石。為人類(lèi)生產(chǎn)出所需的產(chǎn)品包括糧食、醫(yī)藥、食品、化工原料、能源、金屬等各種產(chǎn)品。達(dá)到某種目的則包括疾病的預(yù)防、診斷與治療，環(huán)境污染的檢測(cè)與治理等。 根據(jù)《辭海》 (2000年版)的釋義:“技術(shù)是泛指以生產(chǎn)實(shí)踐知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)以及自然科學(xué)原則為基礎(chǔ)5而發(fā)展起來(lái)的各種工藝操作方法和技能 ”；“工程是將自然科學(xué)的原理應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)部門(mén)而形成的各種學(xué)科的總稱(chēng) ”口從上述釋義中也可以看出 “技術(shù)”與“工程”都是自然科學(xué)因生產(chǎn)實(shí)踐而派生出來(lái)的兩個(gè)分支。只是看來(lái) “技術(shù)”的面更廣泛些，如電子技術(shù)、信息技術(shù)、激光技術(shù)、航天技術(shù)、生物技術(shù)、納米技術(shù)等 ;而“工程”的面似較小些，如生物工程又可分解為基因工程、 細(xì)胞工程、 蛋白質(zhì)工程、 發(fā)酵工程、 酶工程、 生物化學(xué)工程、 生物醫(yī)學(xué)工程等。此外，技術(shù)帶有較強(qiáng)的自然科學(xué)的探索性和首創(chuàng)性，在學(xué)科歸屬中屬理科范疇 ;而工程則重視過(guò)程的可實(shí)施性和經(jīng)濟(jì)上的合理性，在學(xué)科歸屬中屬工科的范疇 .在我國(guó)，除了在高校中生物技術(shù)專(zhuān)業(yè)屬理科，生物工程專(zhuān)業(yè)屬工科外，其他場(chǎng)合下兩者就當(dāng)作同義詞看待了 （本書(shū)也如此〕 。當(dāng)“生物工程 ”或“生物技術(shù) “譯為英文時(shí)，一般都譯為 ,"biotechnology";而當(dāng)TOC\o"1-5"\h\z"biotechnology"譯為中文時(shí)，則譯為生物技術(shù) ”或“生物工程 ”，但人們常更喜歡把它稱(chēng)為 “生物工程”。綜合以上，本書(shū)將生物工程 （生物技術(shù) ）定義為 :利用生物有機(jī)體 （包括微生物和動(dòng)植物〕或其組成部分 （包括器官、 組織、細(xì)胞、細(xì)胞器）和組成成分 （包括 DIVA、RNA、蛋白質(zhì)、多糖，抗體等〕 ，形成新的技術(shù)手段來(lái)發(fā)展新產(chǎn)品和新工藝的一種技術(shù)體系 ;是采用 先進(jìn)生物學(xué)和工程學(xué)技術(shù)， 有目的、有計(jì)劃、定向加工制造生物產(chǎn)品的一個(gè)新興技術(shù)領(lǐng)域。 生物工程主要包含基因工程、 蛋白質(zhì)工程、 酶工程、細(xì)胞工程和發(fā)酵工程， 以及由此衍生發(fā) 展而來(lái)的新的技術(shù)領(lǐng)域。 二、生物工程的基本內(nèi)容 生物工程已經(jīng)應(yīng)用了幾個(gè)世紀(jì)。 雖然這種技術(shù)體系的原始應(yīng)用可以追溯到久遠(yuǎn)以前的瞻 品發(fā)酵，但最初人們并不知道其中的道理。傳統(tǒng)的生物技術(shù)可以追溯到遙遠(yuǎn)的古代 .早在石 器時(shí)代，人類(lèi)的祖先就掌握了釀酒技術(shù) ;公元前221年.我國(guó)人民就能制作醬油、 釀醋 ;乞 元前200年.我國(guó)最早的詩(shī)集 c詩(shī)經(jīng)》中就已提到用厭氧菌浸彼處理亞麻 ;古埃及石刻也壓 示，古埃及人已能對(duì)棗椰樹(shù)進(jìn)行交叉授粉以改善果實(shí)的品質(zhì)， 該技術(shù)一直沿用至今 .人類(lèi)礁 意識(shí)地利用酵母進(jìn)行大規(guī)模發(fā)酥生產(chǎn)是在 19世紀(jì)。20世紀(jì)上半葉， 人類(lèi)已能脫離生物的自 然繁殖過(guò)程， 利用直接的方法改變生物的遺傳物質(zhì)。今天 .生物工程已以全新的面貌躋身于現(xiàn)代高科技行列，這完全要?dú)w功于近 30年來(lái)生命科學(xué)的飛速發(fā)展與輝煌成就，特別是微生物學(xué)、遺傳學(xué)、生物化學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)等領(lǐng)域在理論與方法上的突飛猛進(jìn)。此外 .現(xiàn)代生物工程的形成與發(fā) m也與釀造工業(yè)，制藥工業(yè)和化學(xué)工業(yè)中的一系列工藝改革與裝備更新息息相關(guān)。總之，當(dāng)代較高水平的科學(xué) 技術(shù)背ZR}v社會(huì)需求，推動(dòng)、促進(jìn)了生物工程從傳統(tǒng)技術(shù)轉(zhuǎn)化為高科技技術(shù)，并形成了現(xiàn)代 生物工程這一高科技領(lǐng)域?，F(xiàn)代生物工程是以 DNA重組技術(shù)的建立為標(biāo)志的，已成為一門(mén) 多學(xué)科縱橫交叉的新興和綜合性技術(shù)。 現(xiàn)代生物工程主要包括基因工程、蛋白質(zhì)工程、 酶工程、細(xì)胞工程和發(fā)酵工 To這些技術(shù)并不是各自獨(dú)立的， 而是相互聯(lián)系、相互滲透的 （圖 1一 1），其中基因工程技術(shù)是核心技 術(shù)，它能帶動(dòng)其他技術(shù)的發(fā)展，如通過(guò)基因工程對(duì)細(xì)菌或細(xì)胞改造后獲得的工程菌或細(xì)胞， 必須通過(guò)發(fā)酵工程或細(xì)胞工程來(lái)生產(chǎn)有用物質(zhì)。 近20年間，生物工程以前所未有的速度迅猛發(fā)展，新的技術(shù)不斷涌現(xiàn) .研究成果的產(chǎn) 業(yè)化規(guī)模不斷擴(kuò)大，引起了世人的矚目。生物工程的內(nèi)容也隨著技術(shù)的發(fā)展而不斷擴(kuò)展 .無(wú)論何種生物工程，諸如醫(yī)藥生物工程、農(nóng)業(yè)生物工程、環(huán)境生物工程、海洋生物工程等，其 主要的技術(shù)平臺(tái)都是一樣的，嚴(yán)格地講，不能按應(yīng)用領(lǐng)域來(lái)劃分生物工程，只能說(shuō)是生物工 程在不同領(lǐng)域的應(yīng)用。在這方面，信息領(lǐng)域比較規(guī)范，未見(jiàn)有醫(yī)藥信息工 i,.農(nóng)業(yè)信息工程 及醫(yī)藥計(jì)算機(jī)、農(nóng)業(yè)計(jì)算機(jī)之分。生物工程的主要技術(shù)平臺(tái)簡(jiǎn)要地說(shuō)，一般包括重組 DNA技術(shù)、單克隆抗體技術(shù)、細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)、克隆技術(shù)、蛋白質(zhì)工程、生物反應(yīng)器、生物傳感器 技術(shù)、組織工程技術(shù)、微陣列技術(shù)等 .上述平臺(tái)技術(shù)在研究開(kāi)發(fā)中的深入應(yīng)用以及與其他技 術(shù)的交叉融合， 又產(chǎn)生了一系列新的技術(shù)， 如分子克隆技術(shù)、 基因組技術(shù)、蛋白質(zhì)組技術(shù)、 基因敲除技術(shù)、反義核酸技術(shù)、干細(xì)胞技術(shù)、動(dòng)物克隆技術(shù)、生物信息學(xué)技術(shù)、過(guò)程工藝技 術(shù)（包括分離純化和規(guī)模制備 ）、人源抗體技術(shù)以及高通量篩選技術(shù)等。三、基因工程 所謂基因工 JM（geneticengineering）是在分子水平上對(duì)基因進(jìn)行操作的復(fù)雜技

術(shù).是將外a基因6通過(guò)體外重組后導(dǎo)人受體細(xì)胞內(nèi)，使這個(gè)荃因能在受體細(xì)胞內(nèi)復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯 表達(dá)的操作。它是用人為的方法將所需要的某一供體生物的遺傳物質(zhì) -DNA大分子提取 出來(lái)，在離體條件下用適當(dāng)?shù)墓ぞ呙高M(jìn)行切割后，把它與作為載體的 DNA分子“安從本質(zhì)上講，基因工“安從本質(zhì)上講，基因工進(jìn)行繁殖 .這種 DNA工程跨越天然物種屏可能性。這是基因家落戶”，進(jìn)行正常的復(fù)制和表達(dá) .從而獲得新物種的一種嶄新技術(shù)。程強(qiáng)調(diào)的是外源 DNA分子的新組合被引人到一種新的宿主生物中分子的新組合是按照工程學(xué)的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)和操作的。這就賦予基因障的能力，克服了固有的生物物種間的限制，提高了定向創(chuàng)造新物種的工程的最大特點(diǎn)。 基因工程問(wèn)世以來(lái)，各種名稱(chēng)相繼出現(xiàn)，在文獻(xiàn)中常見(jiàn)的有遺傳工程(geneticengi-neering)、基因工程 (geneengineering)、9因操作(genemanipulation)、重組DNA技術(shù)(recombinantDNAtechnique)、分子克隆 (molecularcloning),基因克隆 (genecloning)等，這些術(shù)語(yǔ)所代表的具體內(nèi)容彼此相關(guān)，在許多場(chǎng)合下被混同使用，難以嚴(yán)格區(qū)分，不過(guò) 它們之間還是存在一定的區(qū)別 .遺傳工程、基因工程、 DNA重組之間的差別在于 :遺傳工程是發(fā)生在遺傳過(guò)程中的自 然界原本存在的導(dǎo)致變異的一種現(xiàn)象 .即自然出現(xiàn)的不同 DNA鏈斷裂并連接成新的 DNA分子，新的DNA分子含有不同于親體的 DNA片段.DNA重組是人們根據(jù)遺傳工程原理， 利用限制性內(nèi)切酶在體外對(duì) DNA進(jìn)行的人工操作，即采用酶法，將來(lái)源不同的 DNA進(jìn)行體外切割與連接，構(gòu)成雜種 DNA分子，在自然界一般不能自發(fā)實(shí)現(xiàn);荃因工程是遺傳重組 和DNA重組的目的和結(jié)果，無(wú)論是利用自然的 (遺傳重組 )還是人工的(DNA重組 )，最終目的是要實(shí)現(xiàn)垂因重組口從操作對(duì)象 (DNA?來(lái)說(shuō).DNA重組是本質(zhì)和根本的。所以， DNA重組在廣義上包括遺傳重組和基因重組?？寺?(clone)一詞當(dāng)作為名詞時(shí)，是指從同 一個(gè)祖先通過(guò)無(wú)性繁殖方式產(chǎn)生的后代，或具有相同遺傳性狀的 DNA分子、細(xì)胞或個(gè)體所 組成的特殊的生命群體。當(dāng)作為動(dòng)詞時(shí)，是指從同一祖先生產(chǎn)這類(lèi)同一的DNA分子群或細(xì) 胞群的過(guò)程。 在體外重組 DNA的過(guò)程中 .以能夠獨(dú)立自主復(fù)制的載體為媒介，把外源 DNA(片段〕引人宿主細(xì)胞進(jìn)行繁殖。克隆實(shí)質(zhì)上是從一個(gè) DNA片段增殖了結(jié)構(gòu)和功能完 全相同的 DNA分子群的過(guò)程， 也為遺傳同一的生物品系 (它們都帶有重組 DNA分子〕成 批地繁殖和生長(zhǎng)提供了有效的途徑。因此，基因工程也稱(chēng)為基因克隆或DNA分子克隆。 四、蛋白質(zhì)工程 蛋白質(zhì)工程 (protein二gineerin口是指在研究蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)及其與生物功能之間關(guān) 系的基礎(chǔ)上，對(duì)編碼該蛋白質(zhì)的基因進(jìn)行有目的的設(shè)計(jì)和改造，并通過(guò)基因工程等手段進(jìn)行 表達(dá)和分離，最終獲得性能比自然界中存在的蛋白質(zhì)更優(yōu)良、更加符合人類(lèi)社會(huì)需耍的新型 蛋白質(zhì)。 生命的主要物質(zhì)基礎(chǔ)是核酸和蛋白質(zhì)， 前者負(fù)責(zé)生命有機(jī)體的世代遺傳變異，而后者是 生命有機(jī)體幾乎所有重要活動(dòng)的承擔(dān)者。天然蛋白質(zhì)都是在生命機(jī)體中進(jìn)化和發(fā)展的，經(jīng)自 然界的 “精雕細(xì)刻 ”形成了優(yōu)異結(jié)構(gòu)與性能，但這一優(yōu)異結(jié)構(gòu)與性能常需要在特定的環(huán)境中 具有最佳的適應(yīng)狀態(tài)。而對(duì)于人類(lèi)所需求的各類(lèi)非生命和非自然的狀態(tài)，蛋白質(zhì)的性狀需經(jīng) 過(guò)改造才能達(dá)到最適狀態(tài)。蛋白質(zhì)工程通過(guò)定位的或有控制的基因修飾，提供了改變蛋白質(zhì) 結(jié)構(gòu)與性能的最有效的應(yīng)用方法和技術(shù)途徑，使天然蛋白質(zhì)的改造成為可能。 同時(shí)，結(jié)合對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系的研究以及蛋白質(zhì)折疊機(jī)制的研究 .通過(guò)基因合成及與基因工程有關(guān) 技術(shù)的緊密結(jié)合 .可以利用蛋白質(zhì)工程獲得自然界中不存在的蛋白質(zhì)。 基因工程與蛋白質(zhì)工程緊密聯(lián)系，基因工程是實(shí)現(xiàn)蛋白質(zhì)工程的技術(shù)手段之一。但二者 在對(duì)生命現(xiàn)象的研究上又具有本質(zhì)的不同。首先基因工程原則上只生產(chǎn)自然界中已經(jīng)存在的 蛋白質(zhì) .即通過(guò) DNA重組技術(shù)， 人們可以分離出編碼自然界中的任何蛋白質(zhì)的基因，將其 在特定的宿主中進(jìn)行表達(dá)，再純化出可商品化的產(chǎn)品。但蛋白質(zhì)工程能對(duì)現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行改 造，進(jìn)而設(shè)計(jì)和創(chuàng)造出自然界所沒(méi)有的而又具有優(yōu)良性狀的全新的蛋白質(zhì)。因此可以說(shuō)，蛋 白質(zhì)工程是以改造現(xiàn)有蛋白質(zhì)和制造新型蛋白質(zhì)為目的的基因工程，是第二代基因工程。 7蛋白質(zhì)工程通過(guò) x射線晶體衍射分析技術(shù)、蛋白質(zhì)溶

液構(gòu)象理論及計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)獲取有關(guān)蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)及其術(shù)為基礎(chǔ)， 在基因水平上進(jìn)行液構(gòu)象理論及計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)獲取有關(guān)蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)及其術(shù)為基礎(chǔ)， 在基因水平上進(jìn)行這一領(lǐng)域。一般需要經(jīng)過(guò)以下步驟與生物功能之間關(guān)系的物理、 化學(xué)方面的信息， 再以DNA技蛋白質(zhì)改造。 目前，蛋白質(zhì)工程主要集中在改造現(xiàn)有蛋白質(zhì):①分 離純化需改造的目的蛋白 ;⑧對(duì)目的蛋白進(jìn)行氮基酸測(cè)定、 x射線晶體衍射分析，核磁共振 分析等一系列側(cè)試，獲取有關(guān)目的蛋白的盡可能多的信息 ;③設(shè)計(jì)核酸引物或探針，從 DNA文庫(kù)或基因組文庫(kù)中獲取編碼該蛋白的塞因序列;④設(shè)計(jì)對(duì)目的蛋白進(jìn)行改造的方 案;⑤對(duì)基因序列進(jìn)行改造，⑥將經(jīng)過(guò)改造的基因片段插人適當(dāng)?shù)谋磉_(dá)載體， 并加以表達(dá) ;⑦分離、 純化表達(dá)產(chǎn)物并對(duì)其進(jìn)行功能檢側(cè)。 顯然，對(duì)目的蛋白的結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系的認(rèn)識(shí)程度是蛋白質(zhì)工程進(jìn)行的關(guān)鍵。最理想的 情況是能夠準(zhǔn)確知道氮基酸的改變可能會(huì)引起的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)、功能上的變化 .因而可以根據(jù)不同的目的進(jìn)行氨叢酸的改造。但在大多數(shù)情況下，對(duì)目的蛋白的結(jié)構(gòu)和功能不是很清楚 .因而對(duì)蛋白質(zhì)的改造就有很大的困難。目前蛋白質(zhì)工程的研究對(duì)象主要集中在酶蛋白分子 .五、酶工程酶工程(enzymeengineering)是指酶的生產(chǎn)與應(yīng)用的技術(shù)過(guò)程，即通過(guò)人工操作，獲 得人們所需的酶，并通過(guò)各種方法使酶發(fā)揮其催化功能的技術(shù)過(guò)程。酶工程以實(shí)際應(yīng)用的要 求為目的研究酶的特性，同時(shí)利用酶的催化特性進(jìn)行酶催化的有用物質(zhì)的生產(chǎn)或有害廢物的 分解.酶工程是將酶學(xué)理論與化工生產(chǎn)相結(jié)合而形成的新技術(shù)。 酶工程的主要任務(wù)是 :通過(guò)預(yù)先設(shè)計(jì)，經(jīng)過(guò)人工操作控制而獲得大量所需的酶，并通過(guò) 各種方法使酶發(fā)揮其最大的催化功能，即利用酶的特定功能， 借助工程學(xué)手段為人們提供產(chǎn) 品或分解有害物質(zhì)。 傳統(tǒng)的酶工程包括酶的生產(chǎn)與制備、酶分子的修飾、酶分子的固定化、酶反應(yīng)器等內(nèi)容。進(jìn)人 20世程包括酶的生產(chǎn)與制備、酶分子的修飾、酶分子的固定化、酶反應(yīng)器等內(nèi)紀(jì)后，發(fā)酵工業(yè)的發(fā)展極大地促進(jìn)了酶制劑工業(yè)的發(fā)展，一大批醉制劑迅速 獲得了商業(yè)化應(yīng)用，形成了龐大的酶制劑工業(yè)。隨著現(xiàn)代生物工程的發(fā)展，酶工程涉及的內(nèi) 容越來(lái)越廣泛。1971年美國(guó)召開(kāi)的第一屆國(guó)際酶工程會(huì)議提出，酶工程的內(nèi)容主要是 :酶 的生產(chǎn)、分離純化，酶的固定化，酶及固定化酶反應(yīng)器，酶與固定化酣的應(yīng)用。隨著科學(xué)的 發(fā)展，酶工程所涉及的面越來(lái)越廣。 20世紀(jì)70年代后，利用荃因工程的最新研究成果， 可以將某類(lèi)高效、特異性酶所具有 的基因轉(zhuǎn)移到宿主細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行表達(dá)，經(jīng)篩選鑒定后，再借助于微生物發(fā)酵生產(chǎn)， 獲得大量具 有優(yōu)良性能的酶制劑產(chǎn)品。 20世紀(jì)80年代之后， 蛋白質(zhì)工程的發(fā)展，又使得酶的定向改造 成為可能，從而使新型酶的開(kāi)發(fā)成為可能 .21世紀(jì)酶工程的發(fā)展焦點(diǎn)是新酶的研究與開(kāi)發(fā) 應(yīng)用。六、細(xì)胞工程 細(xì)胞工程 (cellengineering)是在細(xì)胞水平上，按照人們預(yù)定的設(shè)計(jì)，有計(jì)劃地改變細(xì) 胞的遺傳特性和細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)以產(chǎn)生新的品種，或通過(guò)大規(guī)模細(xì)胞培養(yǎng)以獲得人們所需物質(zhì)為基礎(chǔ)建立的。人們可以根據(jù)需要，經(jīng)過(guò)科學(xué)設(shè)計(jì)，在細(xì)胞細(xì)胞水平上的生命活動(dòng)，是連接著分子水平上的各種生物大分系統(tǒng)的綜合生命活動(dòng)。圍繞著生命活動(dòng)這個(gè)中心，分子水平上研細(xì)胞工程是以細(xì)胞融合技術(shù)種，或通過(guò)大規(guī)模細(xì)胞培養(yǎng)以獲得人們所需物質(zhì)為基礎(chǔ)建立的。人們可以根據(jù)需要，經(jīng)過(guò)科學(xué)設(shè)計(jì)，在細(xì)胞細(xì)胞水平上的生命活動(dòng)，是連接著分子水平上的各種生物大分系統(tǒng)的綜合生命活動(dòng)。圍繞著生命活動(dòng)這個(gè)中心，分子水平上研水平上改造生物的遺傳物質(zhì)。子和個(gè)體水平上的各種器官究的是DNA的復(fù)制與轉(zhuǎn)是細(xì)胞增殖、分化、死亡 ;在被轉(zhuǎn)移遺傳物質(zhì)的水平及在選擇、純化、鑒定等方不同的方法而已。但與比墓因工程要求低一是細(xì)胞增殖、分化、死亡 ;在被轉(zhuǎn)移遺傳物質(zhì)的水平及在選擇、純化、鑒定等方不同的方法而已。但與比墓因工程要求低一止，人們從基因水養(yǎng)、細(xì)胞融合、細(xì)而個(gè)體水平上則是遺傳和發(fā)育 .將細(xì)胞工程與基因工程比較， 除遺傳物質(zhì)的轉(zhuǎn)移方法方面細(xì)胞工程與基因工程有著明顯差異外，面，二者的步驟與方法基本類(lèi)似，僅僅是針對(duì)不同的實(shí)驗(yàn)對(duì)象采用基因工程相比，細(xì)胞工程所要求的技術(shù)條件、實(shí)驗(yàn)設(shè)備以及經(jīng)費(fèi)等均些。利用細(xì)胞工程技術(shù)，可以大量培養(yǎng)細(xì)胞組織乃至完整個(gè)體。迄今為平、細(xì)胞器水平以及細(xì)胞水平等多層次上開(kāi)展了大研究工作，在細(xì)胞培胞代謝物的生產(chǎn)和克隆等方面取得了輝煌的成績(jī)。 目前 .細(xì)胞工程所涉及的主要技術(shù)有 :動(dòng)植物組織和細(xì)胞的培養(yǎng)技術(shù)、細(xì)胞融合技術(shù)、 細(xì)胞器移植和細(xì)胞重組技術(shù)、體外授精技術(shù)、染色體工程技術(shù)、 DNA重組技術(shù)和葵因轉(zhuǎn)移技術(shù)等。這些技術(shù) 8有些在細(xì)胞水平上 .也有些在叢因水平上。在現(xiàn)代生物工程中，實(shí)際上兩 大體系也相互交叉，密切聯(lián)系?；蚬こ碳夹g(shù)不斷滲透到現(xiàn)代細(xì)胞工程中來(lái)。如在細(xì)胞工程 中，利用細(xì)胞雜交方法來(lái)制備單克隆抗體;基因工程中利用單克隆抗體來(lái)選擇轉(zhuǎn)移基因表達(dá) 的陽(yáng)性物質(zhì)， 極大地提高了選擇的速度與效率，也常采用提取和轉(zhuǎn)移 DNA或RNA并直接轉(zhuǎn)入受體細(xì)胞的方法等。在人們對(duì)基因工程的安全性尚未給出確定的回答之前， 細(xì)胞工程的 價(jià)值格外受到重視。 七、發(fā)酵工程發(fā)酵工程 {fermentationengineering}又稱(chēng)微生物工程，是在人工控制的條件下，通過(guò) 微生物的生命活動(dòng)來(lái)獲得人們所需物質(zhì)的技術(shù)過(guò)程。 發(fā)酵工程技術(shù)包括菌株篩選和工程菌的 構(gòu)建、細(xì)胞大規(guī)模培養(yǎng)、發(fā)酵罐或生物反應(yīng)器、菌體及產(chǎn)物收獲等。它采用現(xiàn)代發(fā)酵設(shè)備， 使經(jīng)優(yōu)選的細(xì)胞或經(jīng)現(xiàn)代技術(shù)改造的菌株進(jìn)行擴(kuò)大培養(yǎng)和控制性發(fā)酵，獲得工業(yè)化生產(chǎn)預(yù)定 的產(chǎn)品。 發(fā)酵工程是一門(mén)具有悠久歷史，又融合了現(xiàn)代科學(xué)的技術(shù)，是現(xiàn)代生物工程的重要組成部分，是生物工程產(chǎn)業(yè)化的重要環(huán)節(jié)。發(fā)酵工程是將微生物學(xué)，生物化學(xué)和化學(xué)工程學(xué)的基 本原理有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，利用微生物的生長(zhǎng)和代謝活動(dòng)來(lái)生產(chǎn)各種有用物質(zhì)的工程技術(shù)。發(fā) 酵工程的內(nèi)容隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步而不斷擴(kuò)展和充實(shí)。傳統(tǒng)的發(fā)酵工程包括厭氧發(fā)酵（釀酒、發(fā)酵調(diào)味品、酒精等 ）和通風(fēng)發(fā)酵 （如抗生素、氨墓酸，有機(jī)酸、酶制劑、單細(xì)胞蛋白質(zhì)、維生素、激素、疫菌等 ）。1944年，青霉素液體深層發(fā)酵的成功，標(biāo)志著現(xiàn)代發(fā)酵工程 時(shí)代的到來(lái) .發(fā)酵工程的主體為利用微生物， 特別是經(jīng) DNA重組技術(shù)改造的微生物來(lái)生產(chǎn) 有用物質(zhì)。它不僅包括菌體生產(chǎn)和代謝產(chǎn)物的發(fā)酵生產(chǎn)，還包括微生物機(jī)能的利用，是給微 生物提供最適宜的發(fā)酵條件生產(chǎn)特定產(chǎn)品的工程技術(shù)，所以又稱(chēng)微生物工程。發(fā)酵工藝條件 的優(yōu)化與代謝調(diào)控、生產(chǎn)菌種的選育、新 m發(fā)酵設(shè)備〔反應(yīng)器 ）的設(shè)計(jì)及產(chǎn)物的分離、提取 與精制工藝和設(shè)備，共同構(gòu)成了發(fā)酥一程的主要內(nèi)容。發(fā)酵工程離不開(kāi)酶 .酶工程是發(fā)酵工 程的組成部分，所以也有人將酶工程稱(chēng)為 ’‘分子水平的發(fā)醉工程 ”?，F(xiàn)代發(fā)酵工程研究的重點(diǎn)內(nèi)容之一是微生物的代謝調(diào)節(jié)控制。以此為基礎(chǔ)產(chǎn)生了一門(mén)新 的現(xiàn)代發(fā)酵工程技術(shù) —代謝工程 ‘基因工程技術(shù)是以基因作為操作對(duì)象的， 因而基因改造 的直接產(chǎn)物只能是蛋白質(zhì) （初級(jí)代謝產(chǎn)物〕 。如果需要通過(guò)改造基因而提高抗生素、維生素、 氨基酸、糖、脂肪酸等的產(chǎn)量或獲得具有新功能的次級(jí)代謝產(chǎn)物，就必須采用代謝工程技 術(shù)。代謝工程技術(shù)是操作生