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1、 现代生物技术论文题目 浅谈现代生物技术的发展 学号 104120122 姓名 白 雪 洁 学院 生命科学学院 专业、班级 生科 10 C 指导教师 曹 能 云南师范大学教务处编印 浅论现代生物技术的发展史生科 10C 班 白雪洁 104120122摘要 生物技术(biotechnology) 是由英文“biological tech-nology”组合而成的,直译为“生物工艺学” 。 现代生物技术经过短短 20 多年的发展，给人类带来了巨大的收益，将人类带人一个前所未有的领域;20 世纪八十年代以来，在世界范围内掀起了一次新技术革命浪潮，生物技术就是新技术革命的主要内容之一。简要论述了生物技
2、术创立与发展历程,概括了现代生物技术的主要内容与取得的成就,并对 21 世纪生物技术的发展对人类的贡献做出了展望,告诫人们应该用历史的、实践的观点正确看待生物技术的作用。关键字 诞 生 现代生物技术的现状 历史事件 研究进展 引言 一、现代生物技术的诞生19 世纪末 20 世纪初,发生了物理学革命,在整个自然科学领域引起了科学思想的深刻变革。物理学的新观念、新理论、新方法,被广泛地用于自然科学的各个部门。生物学因此在已有的基础上取得了革命性的进展。特别是在 20 世纪 50 年代以来,生物学领域中取得了一个又一个的创新成果。1953 年,沃森(J.Wastson,1928-)和克里克 (F.4
3、7 第 19 卷第 3 期 2002 年 6 月生物学杂志JOURNAL OF BIOLOGYVOl.19NO.3Jun,2002 收稿日期:20011024Crick,1916-)发现了遗传物质 DNA(脱氧核糖核酸)的双螺旋结构,在分子水平上解释了遗传信息的传递机制,更加深入地揭示了生命的本质和规律性,奠定了分子生物学的基础。同年,英国生化学家桑格(F.Sanger,1918-)发现了 51 个氨基酸的牛胰岛素结构。1961 年,雅各布(F.Jacob,1920-) 、雷沃夫(A.M.Lwoff,1902-) 和莫诺(J.Monod,1910-1976)提出“乳糖操纵子学说”,首次在基因水
4、平上阐明了原核生物体生物化学反应过程中调控原理。 1 1964 年,64 种遗传密码全部破译。随后,发现了遗传学中的“中心法则” 。1965 年,我国科技工作者在世界上首次人工合成结晶牛胰岛素。1970 年,发现逆转录酶,对“中心法则”作重大修正。同时发现而且分离到限制性核酸内切酶。生物学领域的创新成果意味着人类在微观水平上改造生命体已经成为可能。1973 年,美国科学家科恩(S.Cohen)等创建了体外重组 DNA 技术(the technology ofrecombient DNA),简称 rDNA 技术。他们将大肠杆菌体内的两个不同质粒 (染色体以外的闭环 DNA 分子,能自我复制)切割
5、开来, 在体外连接为杂合质粒,再次引入至大肠杆菌体内,复制出的质粒表达了双亲质粒的遗传信息。这表明在分子水平上通过改变遗传信息从而影响生物体性状的设想已经变为现实。1975 年,英国学者米尔斯坦(T.Milstein,1927-)等人发明了单克隆技术(clone,无性繁殖的意思),并产生了单克隆抗体(mono-clonal antibody)。他们的做法是: 把能产生抗体的 B 淋巴细胞和小白鼠能持续生长的癌细胞融合(细胞杂交),得到的杂交瘤细胞,具备两种细胞的功能,能够几乎无限制地分泌大量匀质的抗体。人们常把这两个科学事件作为现代生物技术诞生的标志。现代生物技术与以往技术的最大不同之处在于人
6、类可以在分子或细胞水平上定向利用和操纵生命体。二、我国生物技术的现状早在五十年代初期,我国就开始建立了比较庞大的抗生素产业。随后,氨基酸、酶制剂、柠檬酸、维生素、幽体激素、核酸药物、酒精、丙酮、丁醇、酵母等发酵产品相继投产,逐步形成了近代生物技术产业体系。当前,我国生物技术工业产值约为国民经济总产值的百分之一,生物技术产品已有 100 多种,其中抗生素有60 一 70 种,产量超过 9,000 吨;氨基酸的产量超过 60,000 吨。在生物技术开发中占重要地位的生物催化剂酶的生产在我国也取得了较大进展。七十年代以来相继建成酶制剂工厂 40 多家,生产酶制剂 20 多种,在纺织、制糖、洗涤剂、皮
7、革和医药的生产中得到了广泛的应用、植物细胞和组织培养再生植株技术取得了显著进展。我国花药培养和单倍体育种技术在国际上处于领先地位。培养成功的花粉植物已达 20 多种,其中小麦、玉米、橡胶、杨树、柑桔等 19 种植物的花粉植株在我国首先培育成功,有些品种推广一面积已达 250 万亩以上,花培烟草单育 1、2、3 号新品种的种植面积达 15 万亩,“京花一号”花潜小麦 1584 年的播种面积超过 100 万亩,为农业生产带来了明显的经济效益。在现代生物技术的基础研究和应用研究方曲取得了一些新成绩。此外,在微生物农药、生物能源、和用微生物处理废水方面也取得了一些重要的研究成果。总之,现代生物技术在我
8、国已经起步,并取得了不同程度的进展,从而为我国生物技术的今后发展奠定了基础 2 。 三、现代生物技术历史上的几件重大事件为了全面了解现代生物技术的发展,我们不妨看一看其发展史上的一些重要事件。3 1917 年,匈牙利工程师 Karl Ereky 首次使用“生物技术”这一名词。当时他提出的生物技术这一名词的涵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。1928 年,Flemming 发现了青霉素。1943 上,大规模工业生产青霉素。到现在人们已找到 6000 多种具有不同作用机制、不同的作用专一性、不同来源的抗生素,这些抗生素对于维护人类的健康,拯救人的生命起到了决定性的作
9、用。20 世纪 50 年代,Foley 等人证实化学诱变发生的肿瘤可以激发机体的免疫应答。随后,Hable 等人又发现多瘤病毒 (polymavirus)能表达一种多瘤类肿瘤所特有的肿瘤特异抗原,用多瘤病毒作为疫苗引起了有效的免疫反应。现已发现由不同的病毒感染而引起的肿瘤其抗原各不相同,且这些抗原与病毒的遗传物质有关,因此,致癌病毒可以及作肿瘤疫苗。1959 年 B.J Davis 首先报道了聚丙烯酰胺凝胶电泳(Palyaerylanide gel electrophoresis)。1959 年,美籍西班牙裔科学家 Uchoa 发现了细菌的多核苷酸磷酸化酶,成功地合成了核糖核酸,研究并重建了将
10、基因内的遗传信息通过 DNA 中间体翻译成蛋白质的过程。他和 Kornberg 分享了当年的诺贝尔生理学和医学奖,而后者的主要贡献在于实现了 DNA 分子在细菌细胞和试管内的复制。1961 年,M.Nirenberg 等破译了遗传密码,揭开了 DNA 编码的遗传信息是如何传递蛋白质这一秘密。71972 年,Khorana 等人合成了完整的 tRNA 基因。Berg 等完成了世界上首次成功的 DNA 体外重组实验,标志着生 57 第 19 卷第 5 期 2002 年 10 月生物学杂志 JOURNALOF BIOLOGYVol.19No.5Oct,2002 物技术的核心技术基因工程技术的开始。1
11、982 年,用 DNA 重组技术生产的第一个动物疫苗在欧洲获得批准。1983 年,严重联合免疫缺陷小鼠(Severe CombinedImmunodificientmine,SCID mine)由美国 Bosma 等人发现,它是由 CB-17 纯系小鼠 16 号染色体上的基因突变,破坏了免疫球蛋白基因和 T 细胞受体基因的重组,导致缺乏成熟的功能性 T、B 淋巴细胞,形成联合免疫缺陷。这种组织结构上的缺陷决定了它可以接受人器官和组织移殖,形成人-鼠嵌合体,即 Hu-SCID 小鼠。1985 年美国 Cetus 公司人类遗传研究室的 Mullis 等人建立了一套大量快速地扩增特异 DNA 片段的
12、系统,即聚合酶链式反应(polymerase chain reaction,PCR)系统。由于这项工作,Mullis 在 1993 年获得了诺贝尔化学奖。在一项实用性的发明做出后仅仅 8 年就荣获诺贝尔奖,这在科学史上是绝无仅有的,这也从另一个侧面说明了 PCR 技术的重大价值。事实上,PCR 技术自问世以业已在生物学、医学、考古学、人类学等许多领域内获得了广泛的应用,可以说 PCR 技术自问世以来已在生物学、医学、考古学、人类学等许多领域内获得了广泛的应用,可以说PCR 技术给整个分子生物学领域带来了一场变革。1986 年美国的 Beachy 研究组率先将外壳蛋白基因用于培育抗病毒的新植物品
13、种,他们将烟草花叶病毒(TMV)的外壳蛋白于 35S 启动子的调控之下转入烟草,获得了转 TMV 外壳蛋白基因的植株。他们进行的转基因番茄实验也取得了成功。1986 年美国生物学家诺贝尔奖获得者 Dulbecco 首先倡议,从整体上研究人类的基因组,分析人类基因组的全部序列以获得人类基因所携带的全部遗传信息。1987 年,美国国立卫生研究院(NIH)和能源部(DOE)联合提出了人类基因组计划,并于 1990 年正式实施。这一计划的主要目标就是完成对人的基因组的3109bp 的全部序列的测定工作,阐明人体中全部基因的位置、结构、功能、表达调控方式及致病突变的全部信息。无疑,该计划是目前生命科学研
14、究最前沿的领域。1987 年 Gordon 等人在转基因小鼠乳汁中得到人组织型纤维蛋白溶酶原激活因子(tPA),到现在已有数十种人体蛋白在家畜乳腺中表达 ,这些蛋白可以用于治疗人类相关疾病。到 1998 年至少已有 3 种转基因技术生产的重组蛋白用于临床试验,如从转基因山羊获得的抗凝血酶 ,从转基因绵羊得到的 1-抗胰蛋白酶,还有来自转基因兔的 -葡萄糖苷酶。20 世纪 80 年代初期,Anderson 博士首先阐明了基因治疗的前景及其发展方向 4 。之后的几年内大批科学家在动物身上进行了大量的基因转移和基因标记实验,为基因治疗的临床应用奠定了理论基础,也积累了经验。Joyner 等人最先在体
15、外成功地通过反转录病毒载体,把细菌新霉素磷酸转移酶基因转入造血干细胞。2002 年国际人类基因大会上,癌症和白血病成了与会科学家探讨的重要问题5。国家人类基因组南方研究中心主任陈竺展示了中国白血病研究的最新成果:中国科学家系统地开展了砒霜治疗白血病的临床研究,创造了世界上首个白血病“靶向治疗法”,并取得了卓越成效。人类已进入知识经济时代,知识经济的基本特征之一就是知识不断创新,高新技术迅速产业化。作为高新技术领域重要组成部分的生物技术,必然在知识经济的发展过程中大显身手并作出特殊的贡献。四、现代生物技术的研究进展生物技术的发展不仅在近期内能提供新的产业，而且在解决人类社会所面临的许多重大问题方
16、面(如人口和食物、能源和资源等等)也发挥着重要作用。在我国，生物技术的研究始于 20 世纪 70 年代，到 20 世纪 80 年代国家把生物技术确定为科技和产业发展的重要领域之一。在基础理论、实验技术和实际应用等方面都有较为明显的进展，大大缩短了与世界发达国家的差距，在发展中国家处于领先地位。从基因工程技术的发展方向来看，以下几个领域是未来我国研究和投资的主要方向 5 ：1、开发针对神经系统、肿瘤、心血管系统、艾滋病及免疫缺陷等重大疾病的多肽、蛋白质和核酸等新生物技术产品。此方面开发重点将主要是干扰素、生长激素与等2、选择一批市场前景好的生物技术产品及疫苗、诊断用单克隆抗体。专家认为我国在这方面已有一定基础，开发重
