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现代生物技术

也称生物工程。在分子生物学基础上建立的创建新的生物类型或新生物机能的实用技术,是现代生物科学和工程技术相结合的产物。随着基因组计划的成功,在系统生物学的基础上发展了合成生物学与系统生物工程学,开发生物资源,涉及农业生物技术环境生物技术工业生物技术、医药生物技术与海洋生物技术,乃至空间生物技术等领域,将在21世纪开发细胞制药厂、细胞计算机、生物太阳能技术等发挥关键作用。

现代生物技术和古代利用微生物的酿造技术和近代的发酵技术有发展中的联系,但又有质的区别。古老的酿造技术和近代的发酵技术只是利用现有的生物或生物机能为人类服务,而现代的生物技术则是按照人们的意愿和需要创造全新的生物类型和生物机能,或者改造现有的生物类型和生物机能,包括改造人类自身,从而造福于人类。现代生物技术生物工程,是人类在建立实用生物技术中从必然王国走走向自由王国、从等待大自然的恩赐转向主动向大自然索取的质的飞跃。

现代生物技术是在分子生物学发展基础上成长起来的。1953年,美国科学家沃森和英国科学家克里克用X-衍射法搞清了遗传的物质基础核酸的结构,从而使揭开生命秘密的探索从细胞水平进入了分子水平,对于生物规律的研究也从定性走向了定量。在现代物理学和化学的影响和渗透下,一门新的科学分子生物学诞生了。在以后的十多年内,分子生物学发展迅速,取得许多重要成果,特别是科学家们破译了生命遗传密码,并在1966年编制了一本地球生物通用的遗传密码"辞典"。遗传密码辞典将分子生物学的研究迅速推进到实用阶段。1970年,科拉纳等科学家完成了对酵母丙氨酸转移RNA的基因的人工全合成。1971年美国保罗伯格用一种限制性内切酶,打开一种环状DNA分子,第一次把两种不同DNA联结在一起。1973年,以美国科学家科恩为首的研究小组,应用前人大量的研究成果,在斯坦福大学用大肠杆菌进行了现代生物技术中最有代表性的技术——基因工程的第一个成功的实验。他们在试管中将大肠杆菌里的两种不同质粒(抗四环素和抗链霉素)重组到一起,然后将此质粒引进到大肠杆菌中去,结果发现它在那里复制并表现出双亲质粒的遗传信息。1974年,他们又将非洲爪蛙的一种基因与一种大肠杆菌的质粒组合在一起,并引入到另一种大肠杆菌中去。结果,非洲爪蛙的基因居然在大肠杆菌中得到了表达(“表达”是指该基因在大肠杆菌内能合成生长激素抑制因子),并能随着大肠杆菌的繁衍一代一代地传下去。

科学家们从科恩的实验中看出了基因工程的突出特点:(1)能打破物种之间的界限。在传统遗传育种的概念中,亲缘关系远一点的物种,要想杂交成功几乎是不可能的,更不用说动物与植物之间、细菌与动物之间、细菌与植物之间的杂交了。但基因工程技术却可越过交配屏障,使这一切有了实现的可能。(2)可以根据人们的意愿、目的,定向地改造生物遗传特性,甚至创造出地球上还不存在的新的生命物种。同时,这种技术对人类自身的进化过程也可能产生影响。(3)由于这种技术是直接在遗传物质核酸上动手术,因而创造新的生物类型的速度可以大大加快。这些特点,引起了世界科学家的极大关注,短短几年内,基因工程研究便在许多国家发展起来,并取得一批成果,基因工程已成为20世纪最重要的技术成就之一。

现代生物技术是一个复杂的技术群。基因工程仅是现代生物技术中具有代表性的一种,它的特征是在分子水平上创造或改造生物类型和生物机能。此外,在染色体、细胞、组织、器官乃至生物个体水平上也可进行创造或改造生物类型和生物机能的工程,例如染色体工程细胞工程组织培养器官培养、数量遗传工程等,这些,也属于现代生物技术的范畴。而为这些工程服务的一些新工艺体系,如现代发酵工程酶工程生物反应器工程等,同样被纳入了现代生物技术的系统。

现代生物技术以分子生物学、细胞生物学、微生物学、免疫学、遗传学、生理学、系统生物学等学科为支撑,结合了化学、化工、计算机、微电子等学科,从而形成了一门多学科互相渗透的综合性学科。就其应用领域,可分为农业生物技术、医学生物技术、植物生物技术、动物生物技术、食品生物技术、环境生物技术等。

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