1、生物技术概论生物技术概论总总 论论第四军医大学药学院第四军医大学药学院生物制药学教研室生物制药学教研室 /生物技术中心生物技术中心张英起张英起第一节：生物技术的概念第一节：生物技术的概念第二节：生物技术的发展史第二节：生物技术的发展史第三节：生物技术的技术组成第三节：生物技术的技术组成第四节：生物技术的应用与发展第四节：生物技术的应用与发展第一节第一节生物技术的概念生物技术的概念Biotechnology生物技术的英语含义生物技术的英语含义Bio (生物生物 )Technology(工程、技术工程、技术 )Bioengineering = Biotechnology生物技术 = 生物工程 Ka
2、rl Ereky1878 -1952Hungarian agricultural engineer Biotechnology of Meat, Fat and Milk Production in an Agricultural Large-Scale Farm (1919)甜菜 (Sugar Beet)“Any product produced from raw materials with the aid of living organisms.”“在生物体的帮助下，将原材料转化成任何产品的过程 ”Karl Ereky “甜菜养猪 ”的 “生物技术 ”古代中国 “酿造 ”的 “生物技术
3、”粮食粮食酱油、酒酱油、酒 微生物微生物Alexander Fleming 青霉菌青霉菌 (Penicillium )Fleming “制造青霉素 ”的 “生物技术 ”青霉菌青霉菌 青霉素青霉素培养基培养基物料 生物体 产品不同国家对生物技术的定义不同国家对生物技术的定义生物技术是应用分子和生物细胞的工艺来解决问题、进行研究、生生物技术是应用分子和生物细胞的工艺来解决问题、进行研究、生产产品并提供服务的一种技术。产产品并提供服务的一种技术。 美国美国 2001年年生物技术是指在自然或人工状态下，直接或间接地将科学和工程学生物技术是指在自然或人工状态下，直接或间接地将科学和工程学方法应用于有机体
4、的活体或部分组织，以实现对生产和服务过程进行创方法应用于有机体的活体或部分组织，以实现对生产和服务过程进行创新或改进现状的目的。新或改进现状的目的。 加拿大加拿大 1997年年生物技术是一种技术，它应用或模仿了活体有机物的能力以改变物生物技术是一种技术，它应用或模仿了活体有机物的能力以改变物质。质。 日本日本 1999年年利用科学和工程学的原理，通过生物学方法进行材料加工，以及通利用科学和工程学的原理，通过生物学方法进行材料加工，以及通过分离、修改和合成，与实际生物性过程相关的基因结构，对生物材料过分离、修改和合成，与实际生物性过程相关的基因结构，对生物材料进行处理、加工，以提高生活质量。进行
5、处理、加工，以提高生活质量。 新西兰新西兰 1998/1999以现代生命科学为基础，结合先进的工程技术手段和其他基础学科以现代生命科学为基础，结合先进的工程技术手段和其他基础学科的科学原理，按照预先的设计改造生物体或加工生物原料，为人类生产的科学原理，按照预先的设计改造生物体或加工生物原料，为人类生产出所需新产品或达到某种目的技术。出所需新产品或达到某种目的技术。 中国中国 1986年年应用自然科学和工程学的原理，依靠应用自然科学和工程学的原理，依靠生物作用剂的作用将物料加工以提供产品生物作用剂的作用将物料加工以提供产品为社会服务的技术为社会服务的技术 国际合作发展组织国际合作发展组织 -19
6、82年年生物技术Biotechonology生物技术的概念生物技术的概念自然科学和工程学的原理：自然科学和工程学的原理：基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程等基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程等生物作用剂：生物作用剂：生物体、组织器官、细胞、分子等生物体、组织器官、细胞、分子等提供产品为社会服务的技术提供产品为社会服务的技术 ：对社会有用的产品或技术对社会有用的产品或技术应用应用 自然科学和工程学的原理自然科学和工程学的原理 ，依靠，依靠 生物作用生物作用剂的剂的 作用将物料加工以作用将物料加工以 提供产品为社会服务提供产品为社会服务 的技术的技术生物技术的概念生物技术的概念从分子水平阐明生
7、从分子水平阐明生命活动规律命活动规律分子生物学分子生物学 为主为主的的 基础学科基础学科生物技术生物技术 是是一个一个 应用学科应用学科利用生命规律制造利用生命规律制造产品、提供技术产品、提供技术第二节第二节生物技术发展史阶段 时期 名称 技术特征 典型产品第一阶段 远古时期 1900 传统生物技术 酿造技术 酒、醋、酱油、酸奶等生物技术发展的不同阶段生物技术发展的不同阶段第二阶段 19001970s 近代生物技术 微生物发酵技术抗生素、氨基酸、丙酮、甘油、柠檬酸、淀粉酶、等第三阶段 1970s以后 现代生物技术基因工程细胞工程发酵工程酶工程蛋白质工程基因工程药物、新型酶制剂、新型发酵产品、新
8、物种、转基因动物、新型生物反应器等传统生物技术传统生物技术 (远古远古 1900s)经验积累阶段经验积累阶段动植物的驯养动植物的驯养酿造技术酿造技术食品加工技术食品加工技术旧石器时代：旧石器时代：公元前公元前 260万年万年 公元前公元前 1万多年。狩猎、采果、捕鱼等万多年。狩猎、采果、捕鱼等传统动植物养殖传统动植物养殖新石器时代：新石器时代：公元前公元前 1万年万年 公元前公元前 5000多年。多年。发明了原始农业、养畜业和手工业。发明了原始农业、养畜业和手工业。公元前公元前 6000年至公元前年至公元前 2000年的新石器时期已饲养年的新石器时期已饲养 “六畜六畜 ”，即马、牛、羊、猪、狗
9、、鸡即马、牛、羊、猪、狗、鸡 公元前二世纪史书公元前二世纪史书 云云 :“仪狄作酒仪狄作酒 “。汉代刘。汉代刘向编辑的向编辑的 则进一步说明则进一步说明 :“昔者，帝女令仪狄作酒昔者，帝女令仪狄作酒而美，进之禹。而美，进之禹。 (禹乃夏朝帝王禹乃夏朝帝王 )“。“有饭不尽，委之空桑，有饭不尽，委之空桑，郁结成味，久蓄气芳，本出于郁结成味，久蓄气芳，本出于代，不由奇方。代，不由奇方。 “杜康将未吃完的剩饭，放杜康将未吃完的剩饭，放置在桑园的树洞里，剩饭在洞置在桑园的树洞里，剩饭在洞中发酵后，有芳香的气味传出中发酵后，有芳香的气味传出传统的造酒业传统的造酒业啤酒最早起源于西亚啤酒最早起源于西亚，苏
10、美尔人是酿造啤酒的始，苏美尔人是酿造啤酒的始祖祖 葡萄酒的酿造起源于葡萄酒的酿造起源于公元前公元前 6000年古代的波斯年古代的波斯，即现今的伊朗，即现今的伊朗 传统的造酒业传统的造酒业古代中国人、古代中国人、巴比伦人、埃及人巴比伦人、埃及人将食物发酵制造馒将食物发酵制造馒头、面包、酸奶等头、面包、酸奶等传统的食品加工传统的食品加工粮食粮食 酒酒微生物微生物传统的传统的 “酿造酿造 ”技术是人们按照自己的目的制造产品的技术是人们按照自己的目的制造产品的“生物技术生物技术 ”发酵发酵 (Fermentation)的含义的含义Fermentation 翻涌翻涌近代生物技术近代生物技术 (1900s
11、 -1970s)微生物发酵工业阶段微生物发酵工业阶段 荷兰人列文霍克荷兰人列文霍克 发现显微镜和微生物发现显微镜和微生物 法国科学家路易斯法国科学家路易斯 巴斯德发现微生物参与发酵巴斯德发现微生物参与发酵 微生物单一培养技术的建立微生物单一培养技术的建立 抗生物、氨基酸、化学品发酵工业的建立抗生物、氨基酸、化学品发酵工业的建立1667 年，荷兰人列文霍年，荷兰人列文霍克发明了显微镜，揭开了微生克发明了显微镜，揭开了微生物世界的秘密。物世界的秘密。 Antonie Philips vanLeeuwenhoek1632 1723 路易斯路易斯 巴斯德巴斯德Louis Pasteur (1822 1
12、895)法国著名科学家法国著名科学家 “微生物学之父微生物学之父 ”“进入科学王国的最完美无缺的人进入科学王国的最完美无缺的人 ” 发酵工业的奠基人发酵工业的奠基人 巴氏灭菌法，拯救法国的造酒业巴氏灭菌法，拯救法国的造酒业 蚕病病原体，拯救法国的养蚕业蚕病病原体，拯救法国的养蚕业 自然发生论的否定自然发生论的否定 炭疽病的疫苗炭疽病的疫苗 狂犬病疫苗狂犬病疫苗 立志是一种很重要的事情立志是一种很重要的事情 机遇只偏爱那些有准备的头脑机遇只偏爱那些有准备的头脑 告诉你使我达到目标的奥秘吧，告诉你使我达到目标的奥秘吧，我惟一的力量就是我的坚持精神我惟一的力量就是我的坚持精神路易斯路易斯 巴斯德的立
13、志名言巴斯德的立志名言1860s，啤酒、葡萄酒常常会变质，为，啤酒、葡萄酒常常会变质，为法国的酿酒业造成巨大损失。法国的酿酒业造成巨大损失。无变质无变质 酵母菌酵母菌变质变质乳酸杆菌乳酸杆菌把封闭的酒瓶放在铁丝篮子把封闭的酒瓶放在铁丝篮子里，泡在水里加热到不同的温度里，泡在水里加热到不同的温度，试图即杀死这乳酸杆菌，而又，试图即杀死这乳酸杆菌，而又不把葡萄酒煮坏。不把葡萄酒煮坏。最后找到了一个简便有效的最后找到了一个简便有效的方法：方法： 把酒放在把酒放在 56 的环境里，的环境里，保持半小时，就可杀死酒里的乳保持半小时，就可杀死酒里的乳酸杆菌。酸杆菌。“巴斯德杀菌法巴斯德杀菌法 ”巴氏消毒法的发现巴氏消毒法的发现 建立啤酒酵母分离和培养技术，用于啤酒生产建立啤酒酵母分离和培养技术，用于啤酒生产汉逊Emil Christian Hansen (1842 1909) 丹麦真菌学家、发酵生理学家布雷菲尔德Julius Oscar Brefeld (1839 1925)德国植物学家、真菌学家 建立了建立了 “单一霉菌单一霉菌 ”纯化培养技术纯化培养技术微生物单一培养技术的建立微生物单一培养技术的建立
