现代生物技术与人类概论.ppt

现代生物技术与人类现代生物技术与人类 现代生物技术现代生物技术21世纪高新科技与支柱产业世纪高新科技与支柱产业0.1现代生物技术革命生物技术定义生物技术定义生物技术产生与发展生物技术产生与发展基因重组实验及其意义基因重组实验及其意义 1 1：生物技术定义生物技术定义：以生命科学为基础，应用自然科学和工程学原理，设计和构建具有特定生物学特性的新型物种或品系，依靠生物体（微生物、动物、植物）的生命活动，对物料进行加工以提供产品或为社会服务的综合性技术体系。现代生物技术范畴现代生物技术范畴基因工程基因工程 细胞工程细胞工程 发酵工程发酵工程 酶酶 工工 程程 生化工程生化工程基因工程基因工程将将不不同同生生物物基基因因在在体体外外进进行行人人工工切切割割、组组合合并并和和载载体体（质质粒粒、噬噬菌菌体体、病病毒毒、人人工工染染色色体体）连连接接；然然后后转转入入微微生生物物、或或动动、植植物物细细胞胞内内进进行行扩扩增增，并并使使转转入入基基因因在在细细胞胞内内表表达达，生生产产所所需需要要的的蛋蛋白白质质或或有有目目的的地地改改造造生生物物种种性的一整套技术体系。性的一整套技术体系。细胞工程细胞工程通通过过科科学学设设计计在在细细胞胞水水平平上上有有目目的的地地改改变变细细胞胞遗遗传传特特性性，以以研研究究、开开发发、利利用用各各类类细细胞胞的的工工程程技技术术体体系系。包包括括植植物物细细胞胞工工程程（组组织织培培养养与与次次生生代代谢谢产产物物生生产产、原原生生质质体体制制备备与与融融合合、人人工工种种子子制制备备、单单倍倍体体诱诱发发与与利利用用）、动动物物细细胞胞工工程程（组组织织培培养养、细细胞胞融融合合、细细胞胞核核移移植植、染染色色体体移移植植、干干细细胞胞研研究究与与利利用用）、微生物细胞工程微生物细胞工程（细胞融合）。（细胞融合）。发酵工程发酵工程将微生物学、细胞学、生物将微生物学、细胞学、生物化学和化学工程学有机结合，利化学和化学工程学有机结合，利用细胞（微生物细胞、动植物细用细胞（微生物细胞、动植物细胞）生长代谢活动来大规模生产胞）生长代谢活动来大规模生产各种有用物质的工程技术体系。各种有用物质的工程技术体系。酶工程酶工程研究酶制备生产和应用的一研究酶制备生产和应用的一门技术，包括酶制剂制备、酶固门技术，包括酶制剂制备、酶固定化、酶分子修饰与改造、酶生定化、酶分子修饰与改造、酶生物反应器设计与优化等物反应器设计与优化等。生物化学工程生物化学工程对生物物质进行分离、提取、对生物物质进行分离、提取、纯化，并加工成产品；生物反应设纯化，并加工成产品；生物反应设备优化设计、分离提取机制以及相备优化设计、分离提取机制以及相关的工程技术体系的研究与应用关的工程技术体系的研究与应用.现代生物技术的产生与发展19171917年：年：Karl Ereky Karl Ereky 首先使用首先使用“生物技生物技术术”19431943年：大规模生产抗生素（青霉素）；年：大规模生产抗生素（青霉素）；19441944年：年：AveryAvery证明证明DNADNA是遗传物质；是遗传物质；19531953年：年：Watson Watson Crick Crick 阐明阐明DNADNA双螺双螺 旋结构；旋结构；1961196619611966年：破译遗传密码；年：破译遗传密码；19671967年：获得了年：获得了DNADNA连接酶连接酶19701970年：年：Smith Smith Wilcox Wilcox 分离出第一个分离出第一个 限制性内切酶；限制性内切酶；KhoranaKhorana发现发现T4T4连接酶；连接酶；19721972年：年：Khorana合成完整合成完整tRNA基因；基因；19731973年：年：Boyer Cohn Cohn 建立了建立了DNADNA重重 组技术；组技术；19751975年：年：Kohler Kohler Milstein Milstein 建立了单建立了单 克隆抗体技术；克隆抗体技术；19761976年：第一个基因重组规则问世；年：第一个基因重组规则问世；DNADNA测序技术诞生；测序技术诞生；Genetech CoGenetech CoLtdLtd成立；成立；1978年：年：Genetech CoGenetech CoLtdLtd在在 E EColiColi 中成功表达胰岛素；中成功表达胰岛素；19801980年：美国最高法院裁定基因操作微生物年：美国最高法院裁定基因操作微生物 可获得专利；可获得专利；19811981年：第一台年：第一台DNADNA测序仪问世；测序仪问世；第一个第一个McAbMcAb试剂盒在美国获准使用；试剂盒在美国获准使用；19821982年：重组疫苗在欧洲生产、使用；年：重组疫苗在欧洲生产、使用；第一只转基因小鼠获得成功；第一只转基因小鼠获得成功；1983年：年：基因工程基因工程Ti质粒用于植物基因工程质粒用于植物基因工程；1988年：年：PCR技术诞生；技术诞生；1990年：美国批准第一个体细胞基因治疗年：美国批准第一个体细胞基因治疗方案；方案；人类基因组计划启动；人类基因组计划启动；1997年：年：IanWillmut培育出第一只克隆培育出第一只克隆羊羊“DOLLY”；1998年：美国批准年：美国批准DIDS疫苗进行人体实验；疫苗进行人体实验；日本培育出克隆牛、英国、美国培日本培育出克隆牛、英国、美国培育出克隆鼠等；育出克隆鼠等；2000年：人类基因组草图宣告完成年：人类基因组草图宣告完成2001年：中国山东农业科学院培育出克隆年：中国山东农业科学院培育出克隆牛、山羊；牛、山羊；2002年：完成对水稻基因组序列草图测定年：完成对水稻基因组序列草图测定2003年：人类基因组序列图绘制成功，人类基因年：人类基因组序列图绘制成功，人类基因组计划完成。组计划完成。基因重组实验及其意义基因重组实验及其意义 重组实验步骤重组实验步骤重组实验步骤：重组实验步骤：EcoR酶解酶解Ecoli转化细胞转化细胞重组质粒重组质粒T4连接酶连接酶pSC101DNADNA重组实验意义重组实验意义：1）提提出出基基因因克克隆隆策策略略；2）制制备备高高产产菌菌种种；3）原原核核、真真核核细细胞胞均均可可作作为为生生物物加加工工厂厂生生产产生生物物活活性性物物质质；4）简简化化许许多多有有用用化化合合物物、大大分分子子生生产产过过程程；5）动动植植物物细细胞胞均均可可用用来来生生产产改改基基因因产产品品；6）简简化化新新药药开开发发、检测系统；检测系统；0.2现代生物技术前景现代生物技术对社会经济、技术发展的影响现代生物技术对社会经济、技术发展的影响生物技术与医药生物技术与医药生物技术与现代农业生物技术与现代农业生物技术与工业生产和环境保护生物技术与工业生产和环境保护现代生物技术与能源现代生物技术与能源 现代生物技术商业化与产业化现代生物技术商业化与产业化 特特 点点商业化前景商业化前景：商业化前景光明，商业化前景光明，经济回报、社会效益巨大，经济回报、社会效益巨大，产业化速度极快。产业化速度极快。商业化特点商业化特点：1）典典型型技技术术密密集集型型企企业业，研研究究生生产产一一体体化化模式得到良好体现；例：模式得到良好体现；例：2）市场迅速扩大，例：市场迅速扩大，例：3）世界各国巨额投入，例：世界各国巨额投入，例：4）现代生物技术产品不断增加现代生物技术产品不断增加5）经营生物技术产品企业竞争剧烈，例：经营生物技术产品企业竞争剧烈，例：6）研究目标集中、产品更家专一研究目标集中、产品更家专一7）医学生物技术产业发展最快医学生物技术产业发展最快现代生物技术产业前景现代生物技术产业前景：应应用用广广泛泛、发发展展迅迅速速，有有可可持持续续发发展展性性，原原料料有有再再生生性性，生生产产污污染染小小或或对对环环境境有有保保护护作作用用。为为21世世纪纪朝阳产业。朝阳产业。医医药药方方面面：A：生生物物技技术术制制药药，B：诊诊断断预预防防和治疗传染病，和治疗传染病，C：基因治疗基因治疗农农业业方方面面：A；转转基基因因农农作作物物，B：微微生生物物杀杀虫虫剂剂、除除草草剂剂：C：植植物物病病微微生生物物防防治治，D：微微生物肥料生物肥料工工业业与与环环保保：A：发发酵酵发发、酶酶法法生生产产氨氨基基酸酸，B：抗抗生生素素发发酵酵，C：新新型型生生物物技技术术产产品品（靛靛蓝蓝、黄黄胶胶原原、合合成成橡橡胶胶、可可降降解解塑塑料料），D：生生物物采采矿矿E：超级细菌降解石油超级细菌降解石油令人关注的现代生物技术安全性问题令人关注的现代生物技术安全性问题：将将外外源源性性基基因因引引入入生生物物体体，尤尤其其是是人人体体后后是是否否会会破破坏坏细细胞胞生生长长的的重重要要基基因因，是是否否会会激激活活癌癌基基因因，从从而而产产生生一一些些难难以以预预料料的的结结果果。基基因因工工程程改改造造微微生生物物是是否否会会导导致致一一些些致致病病力力极极强强、难难以以控控制制的的新新型型病病原原微微生生物物出出现现；这这些些经经过过改改造造的的微微生生物物如如果果逸逸出出实实验验室室并并扩扩散散，是是否否有有可可能能会会导导致致某某些些可可怕怕疾疾病病的的流流行行，或或被被某某些些人人利利用用作作为为生生物物武武器器，使使笼笼罩罩在在人人类类头头上上的的生生存存阴阴影影日日益益增增大大。经经过过基基因因改改造造的的生生物物体体是是否否会会对对其其它它生生物物或或环环境境造造成成危危害害；转转基基因因作作物物是是否否会会对对人人类类健健康康和和环环境境造造成成一一些些难难以以预预料料的的长长期期影影响响。使使用用和和开开发发基基因因工程生物是否会降低自然界遗传多样性等等。工程生物是否会降低自然界遗传多样性等等。现代生物技术可能会引起一些社会伦理和法律问题现代生物技术可能会引起一些社会伦理和法律问题：人人是是否否也也可可以以成成为为基基因因操操作作的的对对象象，基基因因诊诊断断程程序序是是否否会会侵侵犯犯个个人人隐隐私私权权，遗遗传传检检测测是是否否会会带带来来诸诸如如性性比比例例失失调调等等社社会会问问题题。对对生生殖殖细细胞胞进进行行基基因因操操作作给给人人类类提提供供了了无无限限改改变变自自身身的的可可能能性性，甚甚至至可可以以改改变变人人种种，由由此此将将会会产产生生什什么么样样的的社社会会后后果果。究究竟竟该该由由谁谁来来决决定定对对一一个个人人进进行行基基因因改改造造，是是父父母母、政政府府、医医生生、或或是是“未未来来人人”本本身身；这这些些决决定定是是否否属属于于侵侵犯犯人人权权的的行行为为。克克隆隆人人是是否否会会扰扰乱乱正正常常的的社社会会伦伦理理纲纲常常，是是否否会会对对人人类类自自身身进进化化产产生生影影响响，是是否否可可能能会会被被一一些些人人用用来来制制造造所所谓谓的的超超人人而而破破坏坏世世界界和和平平。对对现现代代生生物物技技术术进进行行经经济济资资助助是是否否会会影影响响或或限限制制其其它它重重要要技技术术的的发发展展，现现代代生生物物技技术术专专利利申申请请是是否否会会阻阻碍碍科科学学家家之之间间的的思思想想交交流流。将将转转基基因因动动物物的的器器官官移移植植给给人人类类，对对动动物物和和人人类类本本身身是是否否人人道道；用用含含有有人人类类基基因因的的生生物物体体作作为为食食品品或或饲饲料料是是否否是是对对人人类类自自身身的的不不尊尊重重。素素食食主主义义者者感到，将动物基因转入植物是现代生物技术对其人权的侵犯感到，将动物基因转入植物是现代生物技术对其人权的侵犯。0.3现代生物技术与中国现代生物技术发展趋势现代生物技术发展趋势1）继续在保健医疗、制药、农业、食品、环继续在保健医疗、制药、农业、食品、环境等方面发挥主要作用境等方面发挥主要作用2）能源开发方面：生物技术提供新能源在不能源开发方面：生物技术提供新能源在不远的将来取代石油有很多问题，但发展潜力巨远的将来取代石油有很多问题，但发展潜力巨大大3）通过细胞诱变、细胞融合、胚胎工程、克通过细胞诱变、细胞融合、胚胎工程、克隆技术、基因工程获得优良动植物品种隆技术、基因工程获得优良动植物品种4）动植物生物反应器动植物生物反应器5）基因组计划取得较大进展，防病治病能力基因组计划取得较大进展，防病治病能力提高提高中国现代生物技术应用成果中国现代生物技术应用成果已形成中国自己的新型诊断试剂产业已形成中国自己的新型诊断试剂产业生物技术制药的某些领域以达到国际领生物技术制药的某些领域以达到国际领先水平先水平农业生物技术进展明显农业生物技术进展明显家禽胚胎工程挤身世界前列家禽胚胎工程挤身世界前列动物基因工程获可喜成果动物基因工程获可喜成果中国现代生物技术基础研究成果中国现代生物技术基础研究成果基因克隆方面基因克隆方面新兴基因工程表达系统、调控元件与新兴基因工程表达系统、调控元件与高效表达研究高效表达研究基因结构研究基因结构研究人类基因组研究人类基因组研究肝癌及某些相关疾病基因研究肝癌及某些相关疾病基因研究中国面临现代生物技术中国面临现代生物技术 RD的挑战的挑战多仿制，自主知识产权少多仿制，自主知识产权少高水平重复过多高水平重复过多 专业与管理人才严重短缺专业与管理人才严重短缺现代生物技术对人类社会的影响：现代生物技术对人类社会的影响：象当年的工业革命和今天的计算机革象当年的工业革命和今天的计算机革命一样，现代生物技术是可以改变人类生命一样，现代生物技术是可以改变人类生命和人类未来的科学革命。操作遗传物质命和人类未来的科学革命。操作遗传物质满足生命的特殊需要，将给人类生活带来满足生命的特殊需要，将给人类生活带来根本性变化。根本性变化。美国科学技术评估委员会美国科学技术评估委员会 1987年年