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【央视新闻客户端】
伴随着生命科学的新突破 ,现代生物技术已经广泛地应用于工业 、农牧业、医药、环保等众多领域,产生了巨大的经济和社会效益。 食品方面
首先,生物技术被用来提高生产效率 ,从而提高食品产量。
其次,生物技术可以提高食品质量 。例如,以淀粉为原料采用固定化酶(或含酶菌体)生产高果糖浆来代替蔗糖 ,这是食糖工业的一场革命。
第三,生物技术还用于开拓食品种类。利用生物技术生产单细胞蛋白为解决蛋白质缺乏问题提供了一条可行之路 。目前,全世界单细胞蛋白的产量已经超过3000万吨 ,质量也有了重大突破,从主要用作饲料发展到走上人们的餐桌。
材料方面
通过生物技术构建新型生物材料,是现代新材料发展的重要途径之一。
首先,生物技术使一些废弃的生物材料变废为宝 。例如 ,利用生物技术可以从虾、蟹等甲壳类动物的甲壳中获取甲壳素。甲壳素是制造手术缝合线的极好材料,它柔软,可加速伤口愈合 ,还可被人体吸收而免于拆线。
其次,生物技术为大规模生产一些稀缺生物材料提供了可能 。例如,蜘蛛丝是一种特殊的蛋白质 ,其强度大,可塑性高,可用于生产防弹背心 、降落伞等用品。利用生物技术可以生产蛛丝蛋白 ,得到与蜘蛛丝媲美的纤维。
第三,利用生物技术可开发出新的材料类型 。例如,一些微生物能产出可降解的生物塑料 ,避免了“白色污染 ”。
能源方面
生物技术一方面能提高不可再生能源的开采率,另一方面能开发更多可再生能源。
首先,生物技术提高了石油开采的效率。
其次,生物技术为新能源的利用开辟了道路 。 现代生物技术越来越多地运用于农业中 ,使农业经济达到高产、高质、高效的目的。
农作物和花卉生产
生物技术应用于农作物和花卉生产的目标,主要是提高产量 、改良品质和获得抗逆植物。
首先,生物技术既能提高作物产量 ,还能快速繁殖 。
其次,生物技术既能改良作物品质,还能延缓植物的成熟 ,从而延长了植物食品的保藏期。
第三,生物技术在培育抗逆作物中发挥了重要作用。例如,用基因工程方法培育出的抗虫害作物 ,不需施用农药,既提高了种植的经济效益,又保护了我们的环境 。我国的转基因抗虫棉品种 ,1999年已经推广200多万亩,创造了巨大的经济效益。
畜禽生产
利用生物技术以获得高产优质的畜禽产品和提高畜禽的抗病能力。
首先,生物技术不仅能加快畜禽的繁殖和生长速度,而且能改良畜禽的品质 ,提供优质的肉、奶、蛋产品 。
其次,生物技术可以培育抗病的畜禽品种,减少饲养业的风险。如利用转基因的方法 ,培育抗病动物,可以大大减少牲畜瘟疫的发生,保证牲畜健康 ,也保证人类健康。
农业新领域
基因工程不仅提高了农牧产品的产量和质量 。
利用转基因植物生产疫苗是目前的一个研究热点。科研人员希望能用食用植物表达疫苗,人们通过食用这些转基因植物就能达到接种疫苗的目的。目前已经在转基因烟草中表达出了乙型肝炎疫苗。
利用转基因动物生产药用蛋白同样是目前的研究热点 。科学家已经培育出多种转基因动物,它们的乳腺能特异性地表达外源目的基因 ,因此从它们产的奶中能获得所需的蛋白质药物,由于这种转基因牛或羊吃的是草,挤出的奶中含有珍贵的药用蛋白 ,生产成本低,可以获得巨额的经济效益。 医药卫生领域是现代生物技术应用得最广泛 、成绩最显著、发展最迅速、潜力也最大的一个领域。
疾病预防
利用疫苗对人体进行主动免疫是预防传染性疾病的最有效手段之一 。注射或口服疫苗可以激活体内的免疫系统,产生专门针对病原体的特异性抗体。
20世纪70年代以后,人们开始利用基因工程技术来生产疫苗。基因工程疫苗是将病原体的某种蛋白基因重组到细菌或真核细胞内 ,利用细菌或真核细胞来大量生产病原体的蛋白,把这种蛋白作为疫苗 。例如用基因工程制造乙肝疫苗用于乙型肝炎的预防。我国生产的基因工程乙肝疫苗,主要采用酵母表达系统产生疫苗。
疾病诊断
生物技术的开发应用 ,提供了新的诊断技术,特别是单克隆抗体诊断试剂和DNA诊断技术的应用,使许多疾病特别是肿瘤 、传染病在早期就能得到准确诊断 。
图4-40是单克隆抗体的制备。单克隆抗体以它明显的优越性得到迅速的发展 ,全世界研制成功的单克隆抗体有上万种,主要用于临床诊断、治疗试剂、特异性杀伤肿瘤细胞等。有的单克隆抗体能与放射性同位素 、毒素和化学药品联结在一起,用于癌症治疗 ,它准确地找到癌变部位,杀死癌细胞,有 “生物导弹”、“肿瘤克星”之称 。
DNA诊断技术是利用重组DNA技术 ,直接从DNA水平作出人类遗传性疾病、肿瘤、传染性疾病等多种疾病的诊断。它具有专一性强 、灵敏度高、操作简便等优点。
疾病治疗
生物技术在疾病治疗方面主要包括提供药物、基因治疗和器官移植等方面。
利用基因工程能大量生产一些来源稀少价格昂贵的药物,减轻患者的负担 。这些珍贵药物包括生长抑素 、胰岛素、干扰素等等。
基因治疗是一种应用基因工程技术和分子遗传学原理对人类疾病进行治疗的新疗法。
世界上第一例成功的基因治疗是对一位4岁的美国女孩进行的,她由于体内缺乏腺苷脱氨酶而完全丧失免疫功能,治疗前只能在无菌室生活 ,否则会由于感染而死亡 。经治疗,这个女孩可进入普通小学上学。截至1997年6月,全世界已批准的临床基因治疗方案有218项 ,接受基因治疗和基因转移的患者总数已有2557名患者。
在2013年6月3日的"Cell"期刊上发表的罗伯特·温伯格等研究人员在乳腺癌侵袭性的研究取得了新成果:基因决定乳腺癌细胞命运 。
1990年,人类基因组计划在美国正式启动,2003年4月14日 ,中美英日法德六国科学家宣布:人类基因组序列图绘制成功。人类基因组计划的完成,有助于人类认识许多遗传疾病以及癌症的致病机理,将为基因治疗提供更多的理论依据。器官移植技术向异种移植方向发展 ,即利用现代生物技术,将人的基因转移到另一个物种上,再将此物种的器官取出来置入人体 ,代替人的生病的“零件” 。另外,还可以利用克隆技术,制造出完全适合于人体的器官,来替代人体“病危 ”的器官。 污染监测
现代生物技术建立了一类新的快速准确监测与评价环境的有效方法 ,主要包括利用新的指示生物、利用核酸探针和利用生物传感器。
人们分别用细菌 、原生动物、藻类、高等植物和鱼类等作为指示生物,监测它们对环境的反应,便能对环境质量作出评价 。
核酸探针技术的出现也为环境监测和评价提供了一条有效途径。例如 ,用杆菌的核酸探针监测水环境中的大肠杆菌。
近年来,生物传感器在环境监测中的应用发展很快。生物传感器是以微生物 、细胞、酶、抗体等具有生物活性的物质作为污染物的识别元件,具有成本低 、易制作、使用方便、测定快速等优点 。
污染治理
现代生物治理采用纯培养的微生物菌株来降解污染物。
例如科学家利用基因工程技术 ,将一种昆虫的耐DDT基因转移到细菌体内,培育一种专门“吃”DDT的细菌,大量培养 ,放到土壤中,土壤中的DDT就会被“吃”得一干二净。
再例如科学家研制出一种耐污力强的生物菌种RhP,放到污染的水中 ,可在不消耗水体氧气的情况下,迅速吸收消耗水体中的氮、磷 、硫、碳等污染元素,减少水体的富营养成份,切断蓝藻生长的营养来源 ,达到治理蓝藻的目的 。
开设院校:江苏科技大学、浙江万里学院(生物技术为国家特色专业)
比较优势
从政策扶持的角度看,《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》中,“大力发展用于重大疾病防治的生物技术药物 、新型疫苗和诊断试剂、化学药物、现代中药等创新药物大品种 ”的表述表明 ,现代中药是我国生物产业发展中不可或缺的部分。
从横向的比较研究角度来看,美日韩等发达国家的经验表明,大公司 、大牛股往往诞生于能代表其国家竞争力的行业 ,如苹果、丰田、三星等。以此推测,如果中国能出世界级的企业的话,最有可能的还是在我国的比较优势领域 。
好多呢
基因工程的应用
农牧业 、食品工业
运用基因工程技术 ,不但可以培养优质、高产、抗性好的农作物及畜 、禽新品种,还可以培养出具有特殊用途的动、植物。
1.转基因鱼
生长快、耐不良环境、肉质好的转基因鱼(中国)。
2.转基因牛
乳汁中含有人生长激素的转基因牛(阿根廷) 。
3.转黄瓜抗青枯病基因的甜椒
4.转鱼抗寒基因的番茄
5.转黄瓜抗青枯病基因的马铃薯
6.不会引起过敏的转基因大豆
7.超级动物
导入贮藏蛋白基因的超级羊和超级小鼠
8.特殊动物
导入人基因具特殊用途的猪和小鼠
9.抗虫棉
苏云金芽胞杆菌可合成毒蛋白杀死棉铃虫,把这部分基因导入棉花的离体细胞中 ,再组织培养就可获得抗虫棉。
环境保护
基因工程做成的DNA探针能够十分灵敏地检测环境中的病毒 、细菌等污染。
利用基因工程培育的指示生物能十分灵敏地反映环境污染的情况,却不易因环境污染而大量死亡,甚至还可以吸收和转化污染物 。
基因工程与环境污染治理
基因工程做成的“超级细菌”能吞食和分解多种污染环境的物质。
(通常一种细菌只能分解石油中的一种烃类,用基因工程培育成功的“超级细菌”却能分解石油中的多种烃类化合物。有的还能吞食转化汞、镉等重金属 ,分解DDT等毒害物质。)
医学
基因作为机体内的遗传单位,不仅可以决定我们的相貌、高矮,而且它的异常会不可避免地导致各种疾病的出现 。某些缺陷基因可能会遗传给后代 ,有些则不能。基因治疗的提出最初是针对单基因缺陷的遗传疾病,目的在于有一个正常的基因来代替缺陷基因或者来补救缺陷基因的致病因素。
用基因治病是把功能基因导入病人体内使之表达,并因表达产物——蛋白质发挥了功能使疾病得以治疗 。基因治疗的结果就像给基因做了一次手术 ,治病治根,所以有人又把它形容为“分子外科 ”。
我们可以将基因治疗分为性细胞基因和体细胞基因治疗两种类型。性细胞基因治疗是在患者的性细胞中进行操作,使其后代从此再不会得这种遗传疾病 。体细胞基因治疗是当前基因治疗研究的主流。但其不足之处也很明显 ,它并没前改变病人已有单个或多个基因缺陷的遗传背景,以致在其后代的子孙中必然还会有人要患这一疾病。
无论哪一种基因治疗,目前都处于初期的临床试验阶段 ,均没有稳定的疗效和完全的安全性,这是当前基因治疗的研究现状 。
可以说,在没有完全解释人类基因组的运转机制 、充分了解基因调控机制和疾病的分子机理之前进行基因治疗是相当危险的。增强基因治疗的安全性,提高临床试验的严密性及合理性尤为重要。尽管基因治疗仍有许多障碍有待克服 ,但总的趋势是令人鼓舞的 。据统计,截止1998年底,世界范围内已有373个临床法案被实施 ,累计3134人接受了基因转移试验,充分显示了其巨大的开发潜力及应用前景。正如基因治疗的奠基者们当初所预言的那样,基因治疗的出现将推动新世纪医学的革命性变化。
医药卫生
1.基因工程药品的生产:
许多药品的生产是从生物组织中提取的。受材料来源限制产量有限 ,其价格往往十分昂贵 。
微生物生长迅速,容易控制,适于大规模工业化生产。若将生物合成相应药物成分的基因导入微生物细胞内 ,让它们产生相应的药物,不但能解决产量问题,还能大大降低生产成本。
⑴基因工程胰岛素
胰岛素是治疗糖尿病的特效药 ,长期以来只能依靠从猪、牛等动物的胰腺中提取,100Kg胰腺只能提取4-5g的胰岛素,其产量之低和价格之高可想而知 。
将合成的胰岛素基因导入大肠杆菌,每2000L培养液就能产生100g胰岛素!大规模工业化生产不但解决了这种比黄金还贵的药品产量问题 ,还使其价格降低了30%-50%!
⑵基因工程干扰素
干扰素治疗病毒感染简直是“万能灵药”!过去从人血中提取,300L血才提取1mg!其“珍贵”程度自不用多说。
基因工程人干扰素α-2b(安达芬) 是我国第一个全国产化基因工程人干扰素α-2b,具有抗病毒 ,抑制肿瘤细胞增生,调节人体免疫功能的作用,广泛用于病毒性疾病治疗和多种肿瘤的治疗 ,是当前国际公认的病毒性疾病治疗的首选药物和肿瘤生物治疗的主要药物。
⑶其它基因工程药物
人造血液、白细胞介素 、乙肝疫苗等通过基因工程实现工业化生产,均为解除人类的病苦,提高人类的健康水平发挥了重大的作用 。
2.基因诊断与基因治疗:
运用基因工程设计制造的“DNA探针 ”检测肝炎病毒等病毒感染及遗传缺陷 ,不但准确而且迅速。通过基因工程给患有遗传病的人体内导入正常基因可“一次性”解除病人的疾苦。
◆SCID的基因工程治疗
重症联合免疫缺陷(SCID)患者缺乏正常的人体免疫功能,只要稍被细菌或者病毒感染,就会发病死亡 。这个病的机理是细胞的一个常染色体上编码腺苷酸脱氨酶(简称ADA)的基因(ada)发生了突变。可以通过基因工程的方法治疗。
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