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1、,同学们,大家好！,理论/实验：36/18,生 物 工 程,学时：54学时,Biological Engineering,主讲：束磊,成绩,考核方式：闭卷 平时成绩占30%，包括平时作业、考勤、课堂(提问、测验)等。 实验成绩占20%，包括平时表现（考勤、操作水平等）、实验预习报告和实验报告等。 期末考试占50%，闭卷考试方法总成绩:平时(30%)+实验（20%）+期末(50%)。,参考书目,（1）利容千生物工程概论第二版 华中师范大学出版社 （2）罗九甫 李志勇生物工程原理与技术 科学出版社 （3）陶兴无 生物工程概论化学工业出版社 （4）贺小贤 现代生物工程导论 科学工业出版社 （5）刘国
2、诠 生物工程下游技术第二版 化学工业出版社,第一次技术革命 工业革命 解放人的双手 第二次技术革命 信息技术 扩展人的大脑 第三次技术革命 生物技术 改造生命本身生物技术将是未来经济发展的新动力,每次社会变革都伴随技术革命,工业革命的发明,史蒂芬孙制造的蒸汽机车,哈格里夫斯与他发明的珍妮纺纱机,瓦特改良的蒸汽机,蒸汽船Ben Campbell号建于1852年,信息技术革命,生物技术革命,生物科学成为当今世界自然科学的 热点和重点，主要由于两方面的原因：,(1)二十世纪后叶，分子生物学领域一系列突破性成就，使生命科学在自然科学中的地位发生了革命性的变化。,(2)建立在实验室研究基础上的生物技术的
3、发展为人类带来了巨大的利益和财富。,第一章,绪 论,一 生物工程的概念和特征,1 什么是生物技术？ 1982年，国际合作与发展组织的定义为：生物技术是应用自然科学及工程学的原理，依靠微生物、动物、植物体作为反应器将生物材料进行加工以提供产品为社会服务的技术。,美国政府技术顾问委员会(OAT) 的定义是：应用生物或来自生物体的物质制造或改进一种商品的技术，其中还包括改良有重要经济价值的植物与动物和利用微生物改良环境的技术。该定义强调了生物技术的商品属性。,生物技术是指，人们运用现代生物科学、工程学和其他基础学科的知识，按照预先的设计，对生物进行控制和改造或模拟生物及其功能，用来发展商业性加工、产
4、品生产和社会服务的新兴技术领域。,特征： 21世纪最具潜力的高新技术 多学科、交叉、综合的技术 影响最为深远最广泛的技术,生命科学原理,生物化学,微生物学,细胞生物学,分子遗传学,工程技术,生物工程,物理、化学工程、数学、计算机技术、信息学等,生物技术的大规模产业化,2 生物技术与生物工程的关系,生物技术和生物工程的区别？,3 生物工程概述 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,4 生物工程特点（八高一低）,高水平：即学科具有先进性，是知识、技术
5、密集型产业, 处分子水平、新技术前沿。 高综合：跨学科专业, 位多学科发展的交叉点上，涉及的行业多、范围广。 高投入： 与其他技术比较, 在资金、人员、设备、试剂及研发上投资大。 高竞争：各国、各行业、各单位之间，在技术、时效性、知识及人才上竞争激烈。 高风险：上述原因造成一定风险，加上技术风险带来高风险。,高效益: 应用性强, 有目的产品, 最易商业化。 从事生物技术犹如种树将获得丰硕果实, 如干扰素的投入虽然高达数百万美元,但产值数年达30亿美元, 用于治病将产生巨大经济和社会效益。生物技术在解决人类面临众多难题上是没有任何产业可比的。 高智力：具有创新性和突破性, 可按人类需要定向改变和
6、创造生物的遗传特性，要求在人才、计划、设计、工艺和产品上都要与众不同。 从认识、利用、再造阶段上升到改造和创造阶段。 高控性：采用工程学手段，易自动化、程控化及连续化生产。 低污染：生物技术以生物资源为对象, 生物资源具有再生性, 是再生资源。具有不受限制、污染小、周期短的优点。,基因工程,表达,蛋白质工程,酶工程,动物、植物,微生物,细胞工程,表达,反向设计,酶工程,生化分离工程,酶产品,生物催化剂,生物催化剂,工程菌、工程细胞,生物催化剂,蛋白质产品,二 生物工程的研究内容,基因工程是指在微观领域（分子水平）中，根据分子生物学和遗传学原理，设计并实施一项把一个生物体中有用的目的DNA(遗传
7、信息)转入另一个生物体中，使后者获得新的需要的遗传性状或表达所需要的产物，最终实现该技术的商业价值。,1 基因工程,基因工程与建筑工程,基因工程技术及其应用,“后基因组时代”将是“蛋白质组学时代”，即从对基因信息的研究转向对蛋白质信息的研究，包括研究蛋白质结构、功能与应用及蛋白质相互关系和作用。 蛋白质工程就是在对蛋白质的化学、晶体学、动力学等结构与功能认识的基础上，对蛋白质人工改造与合成，最终获得商业化的产品。,2 蛋白质工程,3 酶工程,是酶学与工程学的相互渗透和结合所发展起来以酶为研究对象，改造并应用酶的特异催化功能。目标就是通过工程化技术大规模生产和转化相应原料成为有用物质的技术。 传
8、统的酶工程主要是指天然酶制剂在工业上的大规模生产与应用。随着科学的发展，尤其是基因工程技术的日趋完善，为酶工程赋予了新的内容，特别是利用DNA操作技术，修饰改造酶分子的结构或活性位点、酶与底物作用位点，重组酶的生产，模拟酶的人工设计与合成等成为新的内容。,4 细胞工程,细胞工程的核心技术：细胞培养与繁殖,目的：获得新性状、新个体、新物质,利用工程学原理进行细胞生物学的基础研究和制造使用活细胞的产品，如组织工程和生物加工工程。前者是利用移植的细胞、骨架、DNA、蛋白质或蛋白质片段替代或修复已受伤或损坏的组织和器官；后者是 利用活细胞生产生物医药产品。,现代发酵工程主要指利用微生物、包括利用DNA
9、重组技术改造的微生物在全自动发酵罐或生物反应器中生产某种商品的技术。 现代发酵工程是生物代谢、微生物生长动力学、大型发酵罐或生物反应器研制、化工原理等密切结合和应用的结果。,5 发酵工程,6 生化分离工程 生化分离工程是生物技术的下游加工-即从发酵液或酶反应液或动植物细胞培养液中分离、纯化生物产品的过程，主要包括了生物产品分离过程的原理和方法,中国 旧石器时代，神农氏传授种植谷物的方法。 新石器时代，利用谷物造酒，世界上最早的发酵技术。 周代后期，豆腐、酱油和醋的制作技术，沿用至今。 公元10世纪，开始使用预防天花的活疫苗，并在人群中广泛接种，以后通过丝绸之路传至欧洲。,三、生物工程发展简史,
10、西方,公元前6000年前，苏美尼尔人和巴比伦人已开始制作啤酒。 公元前4000年前，埃及人开始制作面包。 1860年，巴斯德单一霉菌纯粹培养技术。 1878年，啤酒酵母单一培养技术。 1881年，细菌的纯粹培养技术。 1929年，青霉素发现。 1946年，用细菌生产出氨基酸。,1952年，用微生物转化荷尔蒙获得成功。 1953年，沃森和克里克提出了DNA双螺旋结构。 1972年，美国斯坦福大学构建了第一个重组DNA分子。 1977年，在美国旧金山建立了世界上第一家遗传工程公司。,四 分类,传统生物技术：酿酒、制醋、做酱 工业生物发酵技术：抗生素发酵、氨基酸发酵等 现代生物技术：基因工程,生物工
11、程的上中下游,上游：菌种，基因工程，分子生物学，遗传学 中游：微生物发酵工程，动植物细胞、 海洋生物培养 下游：生化分离工程,五 生物技术的应用领域,医药： 生物制药；基因治疗；人工器官 农业和畜牧业 转基因植物：抗病虫害新品种、抗逆新品种、 高品质新品种 转基因动物：生产有用蛋白质和高品质的畜产品 生物反应器：利用动植物细胞或组织作为生物反应器，直接生产有用蛋白质,轻工与食品 新型食品；营养食品；保健食品；轻工用酶 环境 污染治理；废物利用；污染物生物降解,稀少珍贵的蛋白质药物,1982年，美国食品与药物管理局批准了首例基因工程产品人胰岛素投放市场它标志了基因工程产品正式进入到商业化阶段。
12、人生长激素、表皮生长因子、肿瘤坏死因子、a-干扰素、纤维素酶、抗血友病因子、红细胞生成素、尿激酶原、白细胞介素-2、集落刺激因子、乙肝疫苗等等,畜牧业中的应用,动物疫苗、生长激素等,例：从转基因羊的羊奶中提取出治疗心脏病的药物tPA,种植业中的应用,用携带外源基因的农杆菌Ti质粒转化植物原生质体，使外源DNA与植物染色体DNA整合，通过原生质体的培养分化成愈伤组织，最后发育成具有新性状的完整植株转基因植物,种植业中的应用,抗化学除草剂基因 转基因西红柿 固氮酶基因 人类DNA ,环境保护等等,生物技术与人类的生存息息相关,1） 改善农业生产，解决世界粮食短缺 2） 提高生命质量，延长人类寿命 3） 解决能源危机，治理环境污染 4） 制造工业原料，生产贵重金属,五 生物工程发展展望,1 生命基因组计划 2 基因药物和疫苗 3 微生物工程菌的构建技术 4 生物材料 5 生物芯片 6 环境生物工程 7 生物新能源 8 人工合成生命,思考与讨论,1 为什么说生物工程产业将成为21世纪经济的一个不可或缺的支柱产业？ 2 你认为生物工程对于解决人类面临的各种问题有何帮助？试举例说明？,The End!,
