第一章现代生物技术革命
医学遗传学发展到现代医学分子遗传学与先进技术的发展密切相关, 特别两项生物技术: 细胞融合技术和DNA重组技术所起的作用十分重要。
19世纪:细胞是生命的基本单位。
细胞学说:细胞是动植物结构和功能的基本单位,一切生命现象都是以细胞为基础表达的。
分子生物学、分子遗传学:20世纪生物学的主流
以核酸和蛋白质为中心的生物大分子是生命现象的共同物质基础,细胞和有机体所有生命活动都是以这些生物大分子及其复合物的结构、运动和相互作用来实现的。
人类对自然界的要求认识—利用—再造—改造—创造
随着反向生物学的问世, 在20世纪八十年代诞生了生物技术(Biotechnology这门新学科。
生物技术学科的地位
生物技术是世界新技术革命的主角之一, 生物技术与新材料、信息技术(包括微电子、计算机一起已成为新产业革命三大支柱;阳光技术,朝阳产业,黄金工程,倍受世界各国重视。 21世纪是生物生命世纪,生物技术将成为21世纪高技术革命的核心内容。
生物技术的重要性
有助于解决全球的重大难题:资源(能源、人口、粮食、生态环境、健康与疾病和战争与灾害;促进传统产业的技术改造和新产业的形成,对人类社会生活产生深远
的革命性影响;生物技术这一新生事物正迅速走向老百性日常生活各个方面, 将对人类的发展做出贡献。
重点掌握
1、生物技术的概念、内容
2、生物技术的特点和重要性
3、学习生物技术的意义在于创新
4、结合专业选择自己所需的生物技术
第一节生物技术的概念和内容
一、生物技术的定义及内涵
生物技术(Biotechnology, BT, 亦称为生物工程(bioengineering, 现统一称: 生物技术。
1、定义:“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,他提出的生物技术这一名词的涵义是:
“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”。
国际上沿用1982年的概念
生物技术是指应用生物科学及工程学原理,依靠生物体系作反应器,将物料进行加工改造,获得人类所需产品的技术。
现代生物技术定义:
以现代生命科学为基础, 把生物体系与工程学技术有机结合在一起,按照预先的设计,定向地在不同水平上改造生物遗传性状或加工生物原料, 产生对人类有用的新产品(或达到某种目的之综合性科学技术。
2、概念要点:
(1对象是具遗传特性有生命物质:包括病毒、细菌、植物、动物、直到人类。
(2生物体系多个不同水平研究: 从大分子 (DNA、RNA、蛋白质、酶、亚细胞、细胞、组织、器官到整个机体。
(3应用工程学原理: 经人类思维, 设计方案、定向修饰、加工制作过程、经过体外环节。
(4有目的产品: 目的产品有三新特征: 新遗传功能新遗传性状、新物种要有合乎人类所需的工业
‘农业、医疗和食品产品。
(5高新技术起重要作用。
3、生物技术的主要内容包括五个方面或领域
(1细胞工程(2基因工程(3酶工程(4发酵工程(5蛋白质工程
4、根据研究对象不同,生物技术又可分为:
(1植物生物技术(2动物生物技术(3微生物生物技术
二、生物技术的产生与发展
生物技术的发展分为两个阶段:生物技术是既古老又现代的应用技术。按照它的发展历程,大致可以分为三个阶段:
1、传统生物技术
2、近代生物技术
3、现代生物技术
生命科学经历了三个发展阶段:描述生物学阶段(19世纪中叶以前实验生物学阶段(19世纪中到20世纪中创造生物学阶段(20世纪中叶以后
1传统生物技术发展
石器时代后期(距今8000多年前我国制曲酿酒,最早的发酵技术。公元前6000年古巴比伦开始啤酒发酵。公元前4000年埃及人制作面包。公元前2500年春秋战国时代中国制造酱油和醋。公元十世纪宋朝中国预防天花活疫苗。1676年荷兰人列文虎克发明显微镜首次观察微生物。1885年,巴斯德首先证实发酵有微生物引起并建立微生物纯种培养技术。20世纪20年代工业大规模纯种培养技术发酵生产丙酮和丁醇。1897年德国人布切尼无细胞的酵母菌压榨汁中的酒化酶对葡萄糖进行酒精发酵成功开创微生物生化研究新时代
(一传统生物技术和近代生物技术的发展
实际上生物技术的发展和应用可以追溯到l000多年以前,而人类有意识地利用酵母进行大规模发酵生产是在19世纪。当时人类用发方法制备酒、醋、酱及食品等,此时主要是生物技术的经验阶段。并形成产业。
1、传统生物技术阶段
在20世纪30年代之前时期,主要是通过微生物的初级发酵来生产食品,是以发酵产品为主干的工业微生物技术体系。产品如乳酸、酒精、面包酵母、柠檬酸和蛋白酶等微生物的初级代谢产物。
(1主要包括以下三个步骤:
第一步:上游处理过程。第二步:发酵和转化。第三步:下游处理过程。
(2步骤第一步:上游处理过程------粗材料进行加工过程,作为微生物的营养和能量来源;
第二步:发酵和转化------ 发酵指的是目的微生物的大量生长。发酵过程必须在一个大的生物反应器内进行,反应器容积通常大于l00L。可连续生产某一个目的产品,比如抗生素氨基酸或蛋白质等;
第三步:下游处理过程-----所需目的产物的纯化过程,人们既可以从细胞的培养液个纯化,也可以直接从细胞中纯化。
1929年英国人弗莱明发现青霉素,二战期间得到广泛应用。工业上开始采用大规模发酵产生抗生素酶制剂和其他化工原料是近代生物技术建立和全胜时期。20世纪60年代随着遗传学的建立和应用产生了遗传育种学,细胞学广泛应用产生了细胞工程发酵工程取得辉煌成就,被誉为第一次绿色革命
2、近代生物技术阶段
1928年,Flemming爵士发现了青霉素,从此生物技术产品中增加了一大类新的产品即抗生素。也使生物技术从单纯的食品、饲料制备扩展到抗生素产品,该产业至今长盛不衰。
20世纪30年代到70年代这一时期抗生素工业、氨基酸发酵和酶制剂工程相继得到发展,更为突出的是植物组织培养技术日臻完善。
(二生物技术研究的主要目标
生物技术研究的主要目标是(1最大限度地提高这3个步骤的整体效率;(2同时寻找一些可以用来制备食品、食品添加剂和药物的微生物。
从20世纪60—70年代起,生物技术的研究主要集中在上游处理过程、生物反应器的设计和下游的纯化过程方面,这些研究使得下面四个方面都有了很大的发展。
①在发酵过程的监测;②生物反应体系的检测技术和;③有效地大量培养微生物的技术及;④相关仪器。
