淺談現(xiàn)代生物技術(shù)的應(yīng)用

廖聰

摘 要：現(xiàn)代生物技術(shù)又稱生物工程，是利用動植物、微生物等生物有機(jī)體或其組成部分發(fā)展新工藝或新產(chǎn)品的一門科學(xué)技術(shù)體系，分為基因工程、細(xì)胞工程、酶工程和發(fā)酵工程四大領(lǐng)域。本文概述了現(xiàn)代生物技術(shù)的四大領(lǐng)域，并介紹了各領(lǐng)域的研究應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：生物技術(shù)；工程；應(yīng)用

引言

現(xiàn)代生物技術(shù)的發(fā)展僅有30多年的時間，但已經(jīng)在生命科學(xué)研究及產(chǎn)業(yè)化方面產(chǎn)生了巨大的影響，已不斷滲透到人類社會的生產(chǎn)、生活：的各個方面并建立了不可分割的聯(lián)系。作為21世紀(jì)高新技術(shù)重點之一，現(xiàn)代生物技術(shù)將對人類解決所面臨的食物、資源、健康和環(huán)境等重大問題發(fā)揮越來越重要的作用。

1基因工程的應(yīng)用

基因工程又稱DNA重組技術(shù)，是指對不同生物的遺傳基因，根據(jù)人們的意愿進(jìn)行基因的切割、拼接和重新組合，然后再轉(zhuǎn)入生物體內(nèi)，產(chǎn)生人們所期望的產(chǎn)物或創(chuàng)造出具有新的遺傳特征的生物類型?；蚬こ淌沟萌祟惪梢钥朔锓N間的遺傳障礙。定向培養(yǎng)或創(chuàng)造出自然界所沒有的新的生命形態(tài)，以滿足人類社會的需要。

基因工程在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中已得到廣泛的應(yīng)用。根據(jù)人類的需要把特定基因?qū)胫参矬w，可以達(dá)到改良品質(zhì)、增加產(chǎn)量以及獲得具有抗病、抗蟲或抗除草劑植物的目的。目前應(yīng)用最廣的抗蟲基因是蘇蕓金芽孢桿菌（Bt）晶體毒蛋白基因。Bt基因已被轉(zhuǎn)入棉花、玉米、煙草、番茄、馬鈴薯、水稻等多種作物，并取得了良好的效果。我國是世界上第二個具有轉(zhuǎn)基因抗蟲棉花自主知識產(chǎn)權(quán)的國家。據(jù)統(tǒng)計，1999年至2006年間，全國累計推廣國產(chǎn)轉(zhuǎn)基因抗蟲棉1.56億畝，為國家和農(nóng)

民增收節(jié)支400億元人民幣。此外，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)番茄課題組利用乙稀形成酶的反義基因抑制催熟劑乙烯的釋放，獲得耐貯藏轉(zhuǎn)基因番茄“華番一號”，在25℃

條件下可貯藏40～ 50天。北京大學(xué)植物基因工程實驗室利用矮牽牛基因，首次在我國培育出轉(zhuǎn)基因藍(lán)色玫瑰。

2細(xì)胞工程的應(yīng)用

細(xì)胞工程是指應(yīng)用細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)方法，借助工程的實驗方法或技術(shù)，在細(xì)胞水平上研究改造生物遺傳特性和生物學(xué)特性，以獲得特定的細(xì)胞、細(xì)胞產(chǎn)品或新生物體的一門科學(xué)技術(shù)。通過植物組織培養(yǎng)，可以快速繁殖、培育脫毒的種苗，還可以通過大規(guī)模的植物細(xì)胞培養(yǎng)來生產(chǎn)天然有機(jī)化合物，例如天然藥物、蛋白質(zhì)、脂肪、糖類、香料、生物堿及其他活性物質(zhì)。

在動物細(xì)胞工程方面，通過細(xì)胞融合將小鼠脾細(xì)胞與骨髓瘤細(xì)胞融合形成能產(chǎn)生單克隆抗體的雜交瘤細(xì)胞。單克隆抗體具有專一性和靈敏性，在病原檢測和疾病治療以及食品安全領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。用單克隆抗體可以檢測出多種病毒中非常細(xì)微的株間差異，鑒定細(xì)胞的種型和亞種，而這些都是傳統(tǒng)血清法或動物免疫法所做不到的。過去制備疫苗是從動物組織中提取，現(xiàn)在通過體外培養(yǎng)經(jīng)過誘變或轉(zhuǎn)基因的細(xì)胞可用于生產(chǎn)各種疫苗、菌苗、抗生素和生物活性物質(zhì)等生物體中間代謝產(chǎn)物或分泌物[5]。目前，人工受精、胚胎移植等技術(shù)已廣泛應(yīng)用于畜牧業(yè)生產(chǎn)，液氮超低溫（- 196℃）保存精液和胚胎，使優(yōu)良畜、禽的交配數(shù)量與交配范圍大為擴(kuò)展，突破了交配季節(jié)的限制。另外，在細(xì)胞水平上改造卵細(xì)胞，可創(chuàng)造出高產(chǎn)奶牛、瘦肉型豬等新品種。結(jié)合流式細(xì)胞儀可分離出良種奶牛帶有X染色體的精子，與奶牛卵細(xì)胞融合后移植到普通黃牛子宮中可以起到“借腹生子”的效果。這種胚胎移植新技術(shù)極大地加快了奶業(yè)發(fā)展的步伐，提高了養(yǎng)殖業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

3 酶工程的應(yīng)用

酶工程是指在一定的生物反應(yīng)裝置中，利用酶所具有的生物催化功能將相應(yīng)的原料轉(zhuǎn)化成有用物質(zhì)的一門科學(xué)技術(shù)。主要包括微生物細(xì)胞發(fā)酵產(chǎn)酶、動植物細(xì)胞培養(yǎng)產(chǎn)酶、酶的提取與分離純化、酶和細(xì)胞原生質(zhì)體固定化、酶的修飾和改造及酶反應(yīng)器等內(nèi)容。酶工程的應(yīng)用主要集中于食品、輕工、化工、能源以及醫(yī)藥工業(yè)中。早期的酶工程技術(shù)主要是從動物、植物微生物材料中提取、分離及純化制造各種酶制劑，并將其應(yīng)用于化工、食品和醫(yī)藥等工業(yè)領(lǐng)域。在這些應(yīng)用過程中，人們注意到一些不足之處，例如，大多數(shù)酶不能耐受高溫、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、有機(jī)溶劑，穩(wěn)定性較差。通過酶的固定可以克服這些不足。而且許多酶分子被固定在一塊材料上，密度提高了，使反應(yīng)過程更容易控制。另外，固定著的酶不會在反應(yīng)液中與反應(yīng)產(chǎn)物混在一起，可以反復(fù)使用。使用固定化酶還可以達(dá)到縮短反應(yīng)周期，實現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)、降低成本等目的。固定化酶正在化工醫(yī)藥、輕工、食品等領(lǐng)域發(fā)揮著巨大的作用。但是，也并不是所有的酶制劑都適合進(jìn)行固定化，有些酶需要改變某些性質(zhì)、提高催化活性，即進(jìn)行酶的修飾。

酶在食品工業(yè)中最大的用途是淀粉加工，例如面包、糕點、飴糖及味精等的生產(chǎn)。在輕工業(yè)中主要用于洗滌劑制造（加酶洗衣粉等）、毛皮加工、牙膏和化妝品的生產(chǎn)、廢水廢物處理和飼料加工等。在醫(yī)藥工業(yè)方面，用于臨床的各類酶類產(chǎn)品不斷增加。早在1922年，英國生物學(xué)家弗萊明發(fā)現(xiàn)人的唾液、眼淚中存在有溶解細(xì)菌細(xì)胞壁的酶、即溶菌酶。溶菌酶作為一種存在于人體正常體液及組織中的非特異性免疫因子具有多種藥理作用，它具有抗菌、抗病毒、抗腫瘤的功效。除了用作常規(guī)治療外，酶還可以用作輔助治療。例如利用酶來清除血液中的廢物，防止血栓形成和體內(nèi)酶控藥物釋放等。另外，酶作為檢測試劑可以快速、靈敏、準(zhǔn)確地測定體內(nèi)某些代謝產(chǎn)物。在全世界能源日益緊缺的形勢下，利用微生物菌體或酶制劑生產(chǎn)生物燃料開辟了一條新途徑。例如，利用農(nóng)作物秸稈生產(chǎn)酒精、沼氣等燃料，在石油資源的開發(fā)中利用微生物采油等。

4發(fā)酵工程的應(yīng)用

發(fā)酵工程是一門將微生物學(xué)、生物化學(xué)和化學(xué)工程的基本原理有機(jī)地結(jié)合起來，利用微生物的生長和代謝活動來生產(chǎn)各種有用物質(zhì)的工程技術(shù)。發(fā)酵技術(shù)有著悠久的歷史，早在幾千年前人類就開始從事釀酒、制醬、制奶酪等生產(chǎn)?，F(xiàn)代發(fā)酵工程技術(shù)是在20世紀(jì)40年代隨著抗生素工業(yè)的興起而得到迅速發(fā)展的。二戰(zhàn)期間，美國利用發(fā)酵工程大規(guī)模生產(chǎn)青霉素。由于青霉素能有效控制傷口的細(xì)菌感染，因而挽救了數(shù)百萬戰(zhàn)爭傷員的生命。

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，發(fā)酵技術(shù)又有了很大的發(fā)展，并且已經(jīng)進(jìn)入人為控制和改造微生物，使這些微生物為人類生產(chǎn)產(chǎn)品的現(xiàn)代發(fā)酵工程階段?，F(xiàn)代發(fā)酵工程不但生產(chǎn)酒精類飲料、醋酸和面包，而且生產(chǎn)胰島素、干擾素、生長激素，抗生素和疫苗等多種醫(yī)療保健藥物；生產(chǎn)天然殺蟲劑、細(xì)菌肥料和微生物除草劑等農(nóng)用生產(chǎn)資料；在化學(xué)工業(yè)上生產(chǎn)氨基酸、香料、生物高分子、酶、維生素和蛋白等。目前醫(yī)用抗生素、農(nóng)用抗生素等已有近200個品種，其中絕大部分都是發(fā)酵產(chǎn)品。我們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｒ姷奈毒⒕S生素B等也都屬于發(fā)酵工程的產(chǎn)品。

近年來，科學(xué)家們從紅豆杉屬樹種中分離出一些共生真菌、能夠合成紫杉醇類抗癌藥物。結(jié)合基因工程對這些真菌進(jìn)行基因改良，有望在不遠(yuǎn)的將來實現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)。一旦實現(xiàn)紫杉醇類藥物的發(fā)酵生產(chǎn)，將會大幅度降低抗癌藥物的價格，這無疑將成為眾多癌癥患者的福音?？梢哉f，發(fā)酵工業(yè)在與人類生活密切相關(guān)的許多領(lǐng)域中，都有著巨大的社會和經(jīng)濟(jì)效益。

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