四川大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院張義正教授2002級(jí)碩士生基因工程原理

PrincipleofGeneEngineering四川大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院基因工程原理

Principleof1引言引言2三大重中之重高技術(shù)生物技術(shù)（BT)信息技術(shù)（IT）新材料技術(shù)（納米技術(shù)，NT）三大重中之重高技術(shù)生物技術(shù)（BT)3生物技術(shù)概念與特征定義：

利用活體生物或它們的產(chǎn)物來(lái)生產(chǎn)或修飾一種產(chǎn)品以改良植物和動(dòng)物、或發(fā)展具有特殊用途的微生物的技術(shù)。特征：21世紀(jì)最具潛力的高新技術(shù)多學(xué)科、交叉、綜合的技術(shù)影響最為深遠(yuǎn)最廣泛的技術(shù)

生物技術(shù)概念與特征定義：4生物技術(shù)與生物工程的區(qū)別BiotechnologyandBioengineering生物技術(shù)側(cè)重于利用生物學(xué)方法解決生物體本身的問(wèn)題生物工程則側(cè)重于利用工程學(xué)方法解決生物學(xué)問(wèn)題生物技術(shù)與生物工程的區(qū)別Biotechnologyand5生物技術(shù)的基礎(chǔ)DNA操作技術(shù)基因組計(jì)劃：人類基因組和其他生物基因組計(jì)劃蛋白質(zhì)組生物信息學(xué)下游支撐技術(shù)與手段生物技術(shù)的基礎(chǔ)DNA操作技術(shù)6生物技術(shù)的類別傳統(tǒng)生物技術(shù)：制酒、制醋、制豆瓣工業(yè)生物發(fā)酵技術(shù)：抗生素發(fā)酵、氨基酸發(fā)酵等現(xiàn)代生物技術(shù)生物技術(shù)的類別傳統(tǒng)生物技術(shù)：制酒、制醋、制豆瓣7生物技術(shù)的內(nèi)容基因工程技術(shù)蛋白質(zhì)工程技術(shù)細(xì)胞（組織）工程技術(shù)酶工程技術(shù)發(fā)酵工程技術(shù)生物技術(shù)的內(nèi)容基因工程技術(shù)8基因工程的概念

利用DNA體外重組或PCR擴(kuò)增技術(shù)從某種生物基因組中分離感興趣的基因，或是用人工合成的方法獲取基因，然后經(jīng)過(guò)一系列切割，加工修飾，連接反應(yīng)形成重組DNA分子，再將其轉(zhuǎn)入適當(dāng)?shù)氖荏w細(xì)胞，以期獲得基因表達(dá)的過(guò)程.基因工程的概念利用DNA體外重組或PCR擴(kuò)9基因工程(geneengineering)常和以下名稱混用:遺傳工程(geneticengineering);基因克隆(genecloning);分子克隆(molecularcloning);基因操作(genemanipulation);重組DNA技術(shù)(recombinationDNAtechnique)克隆(clone):作名詞時(shí)指含有某目的DNA片段的重組DNA分子或含有該重組分子的無(wú)性繁殖系.作動(dòng)詞時(shí)是指基因的分離與重組過(guò)程。基因工程(geneengineering)常和以下名稱混用10基因工程技術(shù)及其應(yīng)用基因工程技術(shù)及其應(yīng)用11基因本身也是一個(gè)產(chǎn)業(yè)Rockfeller大學(xué)將人肥胖基因出售0.2億美元（1995年3月）Amgen公司將FKBP神經(jīng)免疫因子配體轉(zhuǎn)讓達(dá)3.29億美元（1997年）Millennium公司以4.65億美元向Bayer公司轉(zhuǎn)讓225種基因的開(kāi)發(fā)權(quán)（1998年9月）基因本身也是一個(gè)產(chǎn)業(yè)Rockfeller大學(xué)將人肥胖基因出12蛋白質(zhì)工程的概念

在基因工程技術(shù)對(duì)編碼蛋白質(zhì)的基因的了解基礎(chǔ)上，對(duì)蛋白質(zhì)的氨基酸序列、結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行分析，進(jìn)而通過(guò)對(duì)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)、氨基酸序列和翻譯后的修飾等手段改變甚至創(chuàng)造出新的和更有效的蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)工程的概念在基因工程技術(shù)對(duì)編碼蛋白質(zhì)的13蛋白質(zhì)工程主要內(nèi)容主要目標(biāo)蛋白質(zhì)氨基酸序列的分析蛋白質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)分析蛋白質(zhì)功能預(yù)測(cè)和分析蛋白質(zhì)組分析蛋白質(zhì)工程主要內(nèi)容主要目標(biāo)14細(xì)胞（組織）工程概念

利用工程學(xué)原理進(jìn)行細(xì)胞生物學(xué)的基礎(chǔ)研究和制造使用活細(xì)胞的產(chǎn)品，如組織工程和生物加工工程。前者是利用移植的細(xì)胞、骨架、DNA、蛋白質(zhì)或蛋白質(zhì)片段替代或修復(fù)已受傷或損壞的組織和器官；后者是利用活細(xì)胞生產(chǎn)生物醫(yī)藥產(chǎn)品。細(xì)胞（組織）工程概念利用工程學(xué)原理15組織工程——人造器官

干細(xì)胞：1999年4月，美國(guó)的科研人員首次成功地從成年人骨髓的干細(xì)胞在體外培養(yǎng)分化出軟骨、脂肪和骨骼細(xì)胞。標(biāo)志著干細(xì)胞的研究取得了重大進(jìn)展。以這項(xiàng)技術(shù)為代表的組織工程的突破具有廣闊的應(yīng)用前景，在不遠(yuǎn)的將來(lái)為實(shí)現(xiàn)人造“器官”成為可能。組織工程——人造器官干細(xì)胞：1999年4月，美國(guó)的科16酶工程的概念是酶學(xué)與工程學(xué)的相互滲透和結(jié)合所發(fā)展起來(lái)以酶為研究對(duì)象，改造并應(yīng)用酶的特異催化功能。目標(biāo)就是通過(guò)工程化技術(shù)大規(guī)模生產(chǎn)和轉(zhuǎn)化相應(yīng)原料成為有用物質(zhì)的技術(shù)。傳統(tǒng)的酶工程主要是指天然酶制劑在工業(yè)上的大規(guī)模生產(chǎn)與應(yīng)用。隨著科學(xué)的發(fā)展，尤其是基因工程技術(shù)的日趨完善，為酶工程賦予了新的內(nèi)容，特別是利用DNA操作技術(shù)，修飾改造酶分子的結(jié)構(gòu)或活性位點(diǎn)、酶與底物作用位點(diǎn)，重組酶的生產(chǎn)，模擬酶的人工設(shè)計(jì)與合成等成為新的內(nèi)容。酶工程的概念是酶學(xué)與工程學(xué)的相互滲透和結(jié)合所發(fā)展起來(lái)以酶為研17

酶工程的主要內(nèi)容酶的分離純化酶與細(xì)胞的固定化技術(shù)及反應(yīng)器酶制劑的發(fā)酵生產(chǎn)酶分子化學(xué)修飾、遺傳突變及結(jié)構(gòu)改造酶抑制劑與激活劑開(kāi)發(fā)與研究人工設(shè)計(jì)與合成模擬酶及酶分子酶工程的主要內(nèi)容酶的分離純化18發(fā)酵工程概念

發(fā)酵工程屬于生物技術(shù)的下游技術(shù)，是工業(yè)化大規(guī)模培養(yǎng)細(xì)胞、生產(chǎn)生物制品的一種技術(shù)。傳統(tǒng)的發(fā)酵工程主要用于微生物?，F(xiàn)代生物技術(shù)還包括動(dòng)物、植物細(xì)胞和工程菌的發(fā)酵培養(yǎng)。

發(fā)酵工程概念發(fā)酵工程屬于生物技19發(fā)酵工程技術(shù)發(fā)酵對(duì)象：傳統(tǒng)微生物發(fā)酵、基因工程菌發(fā)酵、動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)、植物細(xì)胞培養(yǎng)發(fā)酵類型：液體發(fā)酵、固體發(fā)酵、固定化培養(yǎng)、流式發(fā)酵發(fā)酵技術(shù)設(shè)備發(fā)酵工程技術(shù)發(fā)酵對(duì)象：20生物技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域醫(yī)藥：生物制藥；基因治療；人工器官農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)

轉(zhuǎn)基因植物：抗病蟲(chóng)害新品種、抗逆新品種、高品質(zhì)新品種

轉(zhuǎn)基因動(dòng)物：生產(chǎn)有用蛋白質(zhì)和高品質(zhì)的畜產(chǎn)品

生物反應(yīng)器：利用動(dòng)植物細(xì)胞或組織作為生物反應(yīng)器，直接生產(chǎn)有用蛋白質(zhì)生物技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域醫(yī)藥：21生物技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域輕工與食品新型食品；營(yíng)養(yǎng)食品；保健食品；輕工用酶

環(huán)境

污染治理；廢物利用；污染物生物降解生物技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域輕工與食品22生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)化生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)：利用細(xì)胞和生物分子進(jìn)行藥品、農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)開(kāi)發(fā)和環(huán)境治理的產(chǎn)業(yè)，該產(chǎn)業(yè)技術(shù)由醫(yī)藥生物技術(shù)、農(nóng)業(yè)生物技術(shù)和環(huán)境生物技術(shù)共同組成醫(yī)藥生物技術(shù)重點(diǎn)攻克癌癥、艾滋病、老年癡呆癥、帕金森病、心臟病、糖尿病等危害人類的頑疾農(nóng)業(yè)生物技術(shù)著眼于提高農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量。環(huán)境生物技術(shù)重點(diǎn)用于清除危險(xiǎn)廢棄物

----美國(guó)生物技術(shù)工業(yè)組織生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)化生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)：利用細(xì)胞和生物分子進(jìn)行藥品、農(nóng)產(chǎn)23生物制藥產(chǎn)業(yè)化特點(diǎn)高技術(shù)：高層次人才，高新技術(shù)手段，多學(xué)科滲透高投入：在國(guó)外，一個(gè)生物藥品平均要投入1~3億美元，并隨著開(kāi)發(fā)難度的增大,有逐步增高的趨勢(shì)長(zhǎng)周期：國(guó)際上，一個(gè)新的生物藥品需要6~8年時(shí)間高風(fēng)險(xiǎn):一個(gè)新藥品的開(kāi)發(fā)，經(jīng)過(guò)一系列的程序-研發(fā)、中試、動(dòng)物實(shí)驗(yàn)、I~III期臨床實(shí)驗(yàn)，上市和嚴(yán)格的藥政監(jiān)督管理。每一步都可能失敗，而前功盡棄高回報(bào):開(kāi)發(fā)成功一個(gè)新的生物藥品,回報(bào)很高。如美國(guó)Amgen公司，首次開(kāi)發(fā)上市的EPO、G-SCF到1997年的銷售額分別接近和達(dá)到20億美元生物制藥產(chǎn)業(yè)化特點(diǎn)高技術(shù)：高層次人才，高新技術(shù)手段，多學(xué)科滲24基因工程試劑的高回報(bào)堿性成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子231元/ug紅細(xì)胞生成素1072元/ug白細(xì)胞介素-2410元/ug巨細(xì)胞粒細(xì)胞集落刺激因子1960元/ug胰島素10.2元/mg基因工程試劑的高回報(bào)堿性成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子225全球生物科技公司前10名

（1999年）公司名稱市值（億美元）98年收入（億美元）Amgen41627遺傳技術(shù)研究公司18510生物遺傳研究公司1185Elan894Immunex712Medimmune562希龍506Alza436Centocor423Genzyme387全球生物科技公司前10名

（1999年）公司名稱市值（億美元26美國(guó)生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況美國(guó)生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況27世界主要生物藥品年銷售額

（億美元）

EPO16.5葡萄糖腦苷酯酶2.15抗CD3MAb0.8人白細(xì)胞介素20.40凝血因子VIII2.5α-干擾素7.00G-CSF9.36β-干擾素2.55GM-CSF0.41γ-干擾素0.04

tPA3.0人生長(zhǎng)激素4.50B型肝炎疫苗10.0人胰島素7.00

世界主要生物藥品年銷售額

28

美國(guó)生物制藥產(chǎn)品種類及數(shù)量（PHRAM）疾病種類產(chǎn)品數(shù)量疾病種類產(chǎn)品數(shù)量感染性疾病39心臟病26神經(jīng)系統(tǒng)疾病28呼吸系統(tǒng)疾病22艾滋病及相關(guān)疾病19自主免疫系統(tǒng)疾病19皮膚病19移植13消化系統(tǒng)疾病11遺傳疾病11血液疾病9糖尿病及并發(fā)癥7不育癥5眼病3生長(zhǎng)發(fā)育不良癥3骨質(zhì)疏松2妊娠預(yù)防2腫瘤疾病175

美國(guó)生物制藥產(chǎn)品種類及數(shù)量（PHRAM）疾病種類29基因治療人數(shù)情況基因治療人數(shù)情況30中國(guó)基因工程制藥200多家生物技術(shù)公司生物技術(shù)藥品產(chǎn)值：1996-18億元；1997-30億元；2000-72億元可生產(chǎn)藥物品種：約20種中國(guó)基因工程制藥200多家生物技術(shù)公司31

國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)化生物藥品概況產(chǎn)品種類臨床I臨床II臨床III批準(zhǔn)上市凝血因子VIIIXVIII細(xì)胞刺激因子SCFTPOG-CSF,M-CSF,EPO生長(zhǎng)因子骨形成因子肌營(yíng)養(yǎng)因子FGF，GM-CSF

胰島素類似物血小板衍生因子HGH

EGF干擾素IFN,α1b,α1b,α2a,αn3,β,β1b,γ,γ1b白介素1α,1β3,6,2,4,1211激素人促卵泡素甲狀旁腺素胰高血糖素胰島素，心鈉素降鈣素促黃體生成素IGF-1

甲狀腺刺激素酶羧肽酶尿酸氧化酶葡萄腦苷酯酶脫氧核糖核酸酶鏈激酶疫苗CEAHSV,流感病毒LymeHBV，HCV其他水蛭素松弛素,HB,SODTNF，tPA，

白蛋白,殺菌蛋白單克隆抗體可溶性補(bǔ)體受體I型國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)化生物藥品概況產(chǎn)品種類臨床I32中國(guó)生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)化問(wèn)題缺乏創(chuàng)新、仿制產(chǎn)品重復(fù)過(guò)多、水平不高投入不足、少而分散產(chǎn)權(quán)保護(hù)意識(shí)淡薄質(zhì)量管理落后支持技術(shù)落后藥政管理滯后中國(guó)生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)化問(wèn)題缺乏創(chuàng)新、仿制產(chǎn)品33生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)化—農(nóng)業(yè)領(lǐng)域已有35個(gè)科120多種植物獲得轉(zhuǎn)基因植物，一些重要的農(nóng)作物獲得商品化的轉(zhuǎn)基因品種。種植面積迅猛發(fā)展。采用的基因正在從抗除草劑、抗菌素、抗病蟲(chóng)害基因到抗逆境、高品質(zhì)方向發(fā)展。由單個(gè)質(zhì)量性狀基因向多基因數(shù)量性狀轉(zhuǎn)變。植物反應(yīng)器生產(chǎn)稀有蛋白。生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)化—農(nóng)業(yè)領(lǐng)域34世界轉(zhuǎn)基因作物大田釋放情況

(1987.1-1998.4)轉(zhuǎn)基因作物特性批準(zhǔn)項(xiàng)數(shù)所占比例抗除草劑129729.6%抗蟲(chóng)104623.8%提高產(chǎn)品質(zhì)量88620.2%抗病毒4369.9%改善農(nóng)學(xué)性狀2114.8%抗真菌病2084.7%其他3036.9%總計(jì)4387100%世界轉(zhuǎn)基因作物大田釋放情況

(1987.1-1998.4)轉(zhuǎn)35中國(guó)已獲準(zhǔn)進(jìn)入大田的轉(zhuǎn)基因植物

（1998.3)轉(zhuǎn)基因植物總項(xiàng)數(shù)48轉(zhuǎn)基因植物種類15抗除草劑3抗蟲(chóng)16抗病16提高品質(zhì)2改善農(nóng)學(xué)性狀1其他10中國(guó)已獲準(zhǔn)進(jìn)入大田的轉(zhuǎn)基因植物

（1998.3)轉(zhuǎn)基因植物總36轉(zhuǎn)基因作物種植面積轉(zhuǎn)基因作物種植面積37生物技術(shù)與傳統(tǒng)中藥中藥現(xiàn)代化——核心是建立與現(xiàn)代基因?qū)W說(shuō)相應(yīng)的現(xiàn)代中藥理論現(xiàn)代中藥理論的建立——確立中藥與基因表達(dá)的關(guān)系

中藥藥靶（基因）或作用位點(diǎn)基因的尋找

中藥化學(xué)組：中藥有效成分包括較單一的成分和多種成分

中藥臨床藥效的科學(xué)評(píng)價(jià)與分析方法生物技術(shù)的應(yīng)用

中藥基因組——利用現(xiàn)代生物技術(shù)研究分析中藥對(duì)人體（細(xì)胞）基因表達(dá)（蛋白質(zhì)）的影響。技術(shù)平臺(tái)：大規(guī)模基因表達(dá)分析（基因芯片、SAGE、蛋白質(zhì)組等技術(shù)）以及相關(guān)信息數(shù)據(jù)庫(kù)的建立

中藥化學(xué)組——利用現(xiàn)代儀器分析技術(shù)分析有效成分及其藥物代謝、動(dòng)力學(xué)。技術(shù)平臺(tái)：色譜及色譜-質(zhì)譜，色譜-波譜，波譜-波譜聯(lián)用等分析技術(shù)與層析、臨界萃取等分離技術(shù)

中藥新劑型生物技術(shù)與傳統(tǒng)中藥中藥現(xiàn)代化——核心是建立與現(xiàn)代基因?qū)W說(shuō)相應(yīng)38一、基因工程原理的授課內(nèi)容一、基因工程原理的授課內(nèi)容39基因工程流程圖基因工程流程圖40第一章

分子克隆工具酶及其應(yīng)用限制性內(nèi)切酶—主要用于DNA分子的特異切割

DNA甲基化酶—用于DNA分子的甲基化

核酸酶—用于DNA和RNA的非特異性切割

核酸聚合酶—用于DNA和RNA的合成

核酸連接酶—用于DNA和RNA的連接

核酸末端修飾酶—用于DNA和RNA的末端修飾

其它酶類--用于生物細(xì)胞的破壁，轉(zhuǎn)化，核酸純化，檢測(cè)等第一章

分子克隆工具酶及其應(yīng)用41第二章

分子克隆載體

分子克隆載體特點(diǎn)分子克隆載體種類

細(xì)菌克隆載體:

E.coli克隆載體(質(zhì)粒型、噬菌體型、COS質(zhì)粒型、噬粒型(phagemid))G-菌克隆載體;G+菌克隆載體;鏈霉菌克隆載體

酵母菌克隆載體絲狀真菌克隆載體植物克隆載體動(dòng)物克隆載體克隆載體的選擇克隆載體的構(gòu)建第二章分子克隆載體分子克隆載體特點(diǎn)42第三章

核酸技術(shù)核酸分離純化技術(shù)-DNA/供體、載體、片段，RNA/總RNA、mRNA、多聚核糖體RNA核酸電泳技術(shù)(DNA和RNA)：常規(guī)電泳，脈沖場(chǎng)凝膠電泳，毛細(xì)管電泳DNA限制酶切和限制酶圖譜繪制技術(shù)DNA分子的連接技術(shù)DNA聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(PCR技術(shù))核酸雜交技術(shù)——原位、斑點(diǎn)、Southern、Northern、Western核酸測(cè)序技術(shù)——化學(xué)法、酶法第三章核酸技術(shù)核酸分離純化技術(shù)-DNA/供體、載體、43第四章

基因文庫(kù)的構(gòu)建

基因組文庫(kù)的構(gòu)建

cDNA文庫(kù)的構(gòu)建第四章基因文庫(kù)的構(gòu)建44第五章基因的分離與鑒定

基因的分離與鑒定方法真核基因分離實(shí)例染色體ARS的分離鑒定著絲粒DNA的分高鑒定端粒的分離鑒定第五章基因的分離與鑒定45第六章

基因的轉(zhuǎn)移技術(shù)第七章

基因的表達(dá)技術(shù)第八章

基因的突變技術(shù)第九章

生物信息技術(shù)第六章基因的轉(zhuǎn)移技術(shù)46二、課程特點(diǎn)

1.涉及學(xué)科多，適用面廣2.起點(diǎn)高、發(fā)展快，內(nèi)容新穎3.理論與實(shí)際聯(lián)系密切4.具有理學(xué)和工程學(xué)的特點(diǎn)二、課程特點(diǎn)47三、課程要求四、參考文獻(xiàn)1.分子克隆操作指南(1982和1989年版,中英文版)2.DNACloning(Vol.1-4,1996)3.酶學(xué)方法—相關(guān)卷4.各種國(guó)外生物技術(shù)公司產(chǎn)品目錄和定期出版物5.Internet相關(guān)網(wǎng)址五、考試

期中和期末各一次；開(kāi)卷考試三、課程要求48謝謝！謝謝！49四川大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院張義正教授2002級(jí)碩士生基因工程原理

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Principleof50引言引言51三大重中之重高技術(shù)生物技術(shù)（BT)信息技術(shù)（IT）新材料技術(shù)（納米技術(shù)，NT）三大重中之重高技術(shù)生物技術(shù)（BT)52生物技術(shù)概念與特征定義：

利用活體生物或它們的產(chǎn)物來(lái)生產(chǎn)或修飾一種產(chǎn)品以改良植物和動(dòng)物、或發(fā)展具有特殊用途的微生物的技術(shù)。特征：21世紀(jì)最具潛力的高新技術(shù)多學(xué)科、交叉、綜合的技術(shù)影響最為深遠(yuǎn)最廣泛的技術(shù)

生物技術(shù)概念與特征定義：53生物技術(shù)與生物工程的區(qū)別BiotechnologyandBioengineering生物技術(shù)側(cè)重于利用生物學(xué)方法解決生物體本身的問(wèn)題生物工程則側(cè)重于利用工程學(xué)方法解決生物學(xué)問(wèn)題生物技術(shù)與生物工程的區(qū)別Biotechnologyand54生物技術(shù)的基礎(chǔ)DNA操作技術(shù)基因組計(jì)劃：人類基因組和其他生物基因組計(jì)劃蛋白質(zhì)組生物信息學(xué)下游支撐技術(shù)與手段生物技術(shù)的基礎(chǔ)DNA操作技術(shù)55生物技術(shù)的類別傳統(tǒng)生物技術(shù)：制酒、制醋、制豆瓣工業(yè)生物發(fā)酵技術(shù)：抗生素發(fā)酵、氨基酸發(fā)酵等現(xiàn)代生物技術(shù)生物技術(shù)的類別傳統(tǒng)生物技術(shù)：制酒、制醋、制豆瓣56生物技術(shù)的內(nèi)容基因工程技術(shù)蛋白質(zhì)工程技術(shù)細(xì)胞（組織）工程技術(shù)酶工程技術(shù)發(fā)酵工程技術(shù)生物技術(shù)的內(nèi)容基因工程技術(shù)57基因工程的概念

利用DNA體外重組或PCR擴(kuò)增技術(shù)從某種生物基因組中分離感興趣的基因，或是用人工合成的方法獲取基因，然后經(jīng)過(guò)一系列切割，加工修飾，連接反應(yīng)形成重組DNA分子，再將其轉(zhuǎn)入適當(dāng)?shù)氖荏w細(xì)胞，以期獲得基因表達(dá)的過(guò)程.基因工程的概念利用DNA體外重組或PCR擴(kuò)58基因工程(geneengineering)常和以下名稱混用:遺傳工程(geneticengineering);基因克隆(genecloning);分子克隆(molecularcloning);基因操作(genemanipulation);重組DNA技術(shù)(recombinationDNAtechnique)克隆(clone):作名詞時(shí)指含有某目的DNA片段的重組DNA分子或含有該重組分子的無(wú)性繁殖系.作動(dòng)詞時(shí)是指基因的分離與重組過(guò)程。基因工程(geneengineering)常和以下名稱混用59基因工程技術(shù)及其應(yīng)用基因工程技術(shù)及其應(yīng)用60基因本身也是一個(gè)產(chǎn)業(yè)Rockfeller大學(xué)將人肥胖基因出售0.2億美元（1995年3月）Amgen公司將FKBP神經(jīng)免疫因子配體轉(zhuǎn)讓達(dá)3.29億美元（1997年）Millennium公司以4.65億美元向Bayer公司轉(zhuǎn)讓225種基因的開(kāi)發(fā)權(quán)（1998年9月）基因本身也是一個(gè)產(chǎn)業(yè)Rockfeller大學(xué)將人肥胖基因出61蛋白質(zhì)工程的概念

在基因工程技術(shù)對(duì)編碼蛋白質(zhì)的基因的了解基礎(chǔ)上，對(duì)蛋白質(zhì)的氨基酸序列、結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行分析，進(jìn)而通過(guò)對(duì)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)、氨基酸序列和翻譯后的修飾等手段改變甚至創(chuàng)造出新的和更有效的蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)工程的概念在基因工程技術(shù)對(duì)編碼蛋白質(zhì)的62蛋白質(zhì)工程主要內(nèi)容主要目標(biāo)蛋白質(zhì)氨基酸序列的分析蛋白質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)分析蛋白質(zhì)功能預(yù)測(cè)和分析蛋白質(zhì)組分析蛋白質(zhì)工程主要內(nèi)容主要目標(biāo)63細(xì)胞（組織）工程概念

利用工程學(xué)原理進(jìn)行細(xì)胞生物學(xué)的基礎(chǔ)研究和制造使用活細(xì)胞的產(chǎn)品，如組織工程和生物加工工程。前者是利用移植的細(xì)胞、骨架、DNA、蛋白質(zhì)或蛋白質(zhì)片段替代或修復(fù)已受傷或損壞的組織和器官；后者是利用活細(xì)胞生產(chǎn)生物醫(yī)藥產(chǎn)品。細(xì)胞（組織）工程概念利用工程學(xué)原理64組織工程——人造器官

干細(xì)胞：1999年4月，美國(guó)的科研人員首次成功地從成年人骨髓的干細(xì)胞在體外培養(yǎng)分化出軟骨、脂肪和骨骼細(xì)胞。標(biāo)志著干細(xì)胞的研究取得了重大進(jìn)展。以這項(xiàng)技術(shù)為代表的組織工程的突破具有廣闊的應(yīng)用前景，在不遠(yuǎn)的將來(lái)為實(shí)現(xiàn)人造“器官”成為可能。組織工程——人造器官干細(xì)胞：1999年4月，美國(guó)的科65酶工程的概念是酶學(xué)與工程學(xué)的相互滲透和結(jié)合所發(fā)展起來(lái)以酶為研究對(duì)象，改造并應(yīng)用酶的特異催化功能。目標(biāo)就是通過(guò)工程化技術(shù)大規(guī)模生產(chǎn)和轉(zhuǎn)化相應(yīng)原料成為有用物質(zhì)的技術(shù)。傳統(tǒng)的酶工程主要是指天然酶制劑在工業(yè)上的大規(guī)模生產(chǎn)與應(yīng)用。隨著科學(xué)的發(fā)展，尤其是基因工程技術(shù)的日趨完善，為酶工程賦予了新的內(nèi)容，特別是利用DNA操作技術(shù)，修飾改造酶分子的結(jié)構(gòu)或活性位點(diǎn)、酶與底物作用位點(diǎn)，重組酶的生產(chǎn)，模擬酶的人工設(shè)計(jì)與合成等成為新的內(nèi)容。酶工程的概念是酶學(xué)與工程學(xué)的相互滲透和結(jié)合所發(fā)展起來(lái)以酶為研66

酶工程的主要內(nèi)容酶的分離純化酶與細(xì)胞的固定化技術(shù)及反應(yīng)器酶制劑的發(fā)酵生產(chǎn)酶分子化學(xué)修飾、遺傳突變及結(jié)構(gòu)改造酶抑制劑與激活劑開(kāi)發(fā)與研究人工設(shè)計(jì)與合成模擬酶及酶分子酶工程的主要內(nèi)容酶的分離純化67發(fā)酵工程概念

發(fā)酵工程屬于生物技術(shù)的下游技術(shù)，是工業(yè)化大規(guī)模培養(yǎng)細(xì)胞、生產(chǎn)生物制品的一種技術(shù)。傳統(tǒng)的發(fā)酵工程主要用于微生物?，F(xiàn)代生物技術(shù)還包括動(dòng)物、植物細(xì)胞和工程菌的發(fā)酵培養(yǎng)。

發(fā)酵工程概念發(fā)酵工程屬于生物技68發(fā)酵工程技術(shù)發(fā)酵對(duì)象：傳統(tǒng)微生物發(fā)酵、基因工程菌發(fā)酵、動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)、植物細(xì)胞培養(yǎng)發(fā)酵類型：液體發(fā)酵、固體發(fā)酵、固定化培養(yǎng)、流式發(fā)酵發(fā)酵技術(shù)設(shè)備發(fā)酵工程技術(shù)發(fā)酵對(duì)象：69生物技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域醫(yī)藥：生物制藥；基因治療；人工器官農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)

轉(zhuǎn)基因植物：抗病蟲(chóng)害新品種、抗逆新品種、高品質(zhì)新品種

轉(zhuǎn)基因動(dòng)物：生產(chǎn)有用蛋白質(zhì)和高品質(zhì)的畜產(chǎn)品

生物反應(yīng)器：利用動(dòng)植物細(xì)胞或組織作為生物反應(yīng)器，直接生產(chǎn)有用蛋白質(zhì)生物技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域醫(yī)藥：70生物技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域輕工與食品新型食品；營(yíng)養(yǎng)食品；保健食品；輕工用酶

環(huán)境

污染治理；廢物利用；污染物生物降解生物技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域輕工與食品71生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)化生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)：利用細(xì)胞和生物分子進(jìn)行藥品、農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)開(kāi)發(fā)和環(huán)境治理的產(chǎn)業(yè)，該產(chǎn)業(yè)技術(shù)由醫(yī)藥生物技術(shù)、農(nóng)業(yè)生物技術(shù)和環(huán)境生物技術(shù)共同組成醫(yī)藥生物技術(shù)重點(diǎn)攻克癌癥、艾滋病、老年癡呆癥、帕金森病、心臟病、糖尿病等危害人類的頑疾農(nóng)業(yè)生物技術(shù)著眼于提高農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量。環(huán)境生物技術(shù)重點(diǎn)用于清除危險(xiǎn)廢棄物

----美國(guó)生物技術(shù)工業(yè)組織生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)化生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)：利用細(xì)胞和生物分子進(jìn)行藥品、農(nóng)產(chǎn)72生物制藥產(chǎn)業(yè)化特點(diǎn)高技術(shù)：高層次人才，高新技術(shù)手段，多學(xué)科滲透高投入：在國(guó)外，一個(gè)生物藥品平均要投入1~3億美元，并隨著開(kāi)發(fā)難度的增大,有逐步增高的趨勢(shì)長(zhǎng)周期：國(guó)際上，一個(gè)新的生物藥品需要6~8年時(shí)間高風(fēng)險(xiǎn):一個(gè)新藥品的開(kāi)發(fā)，經(jīng)過(guò)一系列的程序-研發(fā)、中試、動(dòng)物實(shí)驗(yàn)、I~III期臨床實(shí)驗(yàn)，上市和嚴(yán)格的藥政監(jiān)督管理。每一步都可能失敗，而前功盡棄高回報(bào):開(kāi)發(fā)成功一個(gè)新的生物藥品,回報(bào)很高。如美國(guó)Amgen公司，首次開(kāi)發(fā)上市的EPO、G-SCF到1997年的銷售額分別接近和達(dá)到20億美元生物制藥產(chǎn)業(yè)化特點(diǎn)高技術(shù)：高層次人才，高新技術(shù)手段，多學(xué)科滲73基因工程試劑的高回報(bào)堿性成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子231元/ug紅細(xì)胞生成素1072元/ug白細(xì)胞介素-2410元/ug巨細(xì)胞粒細(xì)胞集落刺激因子1960元/ug胰島素10.2元/mg基因工程試劑的高回報(bào)堿性成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子274全球生物科技公司前10名

（1999年）公司名稱市值（億美元）98年收入（億美元）Amgen41627遺傳技術(shù)研究公司18510生物遺傳研究公司1185Elan894Immunex712Medimmune562希龍506Alza436Centocor423Genzyme387全球生物科技公司前10名

（1999年）公司名稱市值（億美元75美國(guó)生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況美國(guó)生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況76世界主要生物藥品年銷售額

（億美元）

EPO16.5葡萄糖腦苷酯酶2.15抗CD3MAb0.8人白細(xì)胞介素20.40凝血因子VIII2.5α-干擾素7.00G-CSF9.36β-干擾素2.55GM-CSF0.41γ-干擾素0.04

tPA3.0人生長(zhǎng)激素4.50B型肝炎疫苗10.0人胰島素7.00

世界主要生物藥品年銷售額

77

美國(guó)生物制藥產(chǎn)品種類及數(shù)量（PHRAM）疾病種類產(chǎn)品數(shù)量疾病種類產(chǎn)品數(shù)量感染性疾病39心臟病26神經(jīng)系統(tǒng)疾病28呼吸系統(tǒng)疾病22艾滋病及相關(guān)疾病19自主免疫系統(tǒng)疾病19皮膚病19移植13消化系統(tǒng)疾病11遺傳疾病11血液疾病9糖尿病及并發(fā)癥7不育癥5眼病3生長(zhǎng)發(fā)育不良癥3骨質(zhì)疏松2妊娠預(yù)防2腫瘤疾病175

美國(guó)生物制藥產(chǎn)品種類及數(shù)量（PHRAM）疾病種類78基因治療人數(shù)情況基因治療人數(shù)情況79中國(guó)基因工程制藥200多家生物技術(shù)公司生物技術(shù)藥品產(chǎn)值：1996-18億元；1997-30億元；2000-72億元可生產(chǎn)藥物品種：約20種中國(guó)基因工程制藥200多家生物技術(shù)公司80

國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)化生物藥品概況產(chǎn)品種類臨床I臨床II臨床III批準(zhǔn)上市凝血因子VIIIXVIII細(xì)胞刺激因子SCFTPOG-CSF,M-CSF,EPO生長(zhǎng)因子骨形成因子肌營(yíng)養(yǎng)因子FGF，GM-CSF

胰島素類似物血小板衍生因子HGH

EGF干擾素IFN,α1b,α1b,α2a,αn3,β,β1b,γ,γ1b白介素1α,1β3,6,2,4,1211激素人促卵泡素甲狀旁腺素胰高血糖素胰島素，心鈉素降鈣素促黃體生成素IGF-1

甲狀腺刺激素酶羧肽酶尿酸氧化酶葡萄腦苷酯酶脫氧核糖核酸酶鏈激酶疫苗CEAHSV,流感病毒LymeHBV，HCV其他水蛭素松弛素,HB,SODTNF，tPA，

白蛋白,殺菌蛋白單克隆抗體可溶性補(bǔ)體受體I型國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)化生物藥品概況產(chǎn)品種類臨床I81中國(guó)生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)化問(wèn)題缺乏創(chuàng)新、仿制產(chǎn)品重復(fù)過(guò)多、水平不高投入不足、少而分散產(chǎn)權(quán)保護(hù)意識(shí)淡薄質(zhì)量管理落后支持技術(shù)落后藥政管理滯后中國(guó)生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)化問(wèn)題缺乏創(chuàng)新、仿制產(chǎn)品82生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)化—農(nóng)業(yè)領(lǐng)域已有35個(gè)科120多種植物獲得轉(zhuǎn)基因植物，一些重要的農(nóng)作物獲得商品化的轉(zhuǎn)基因品種。種植面積迅猛發(fā)展。采用的基因正在從抗除草劑、抗菌素、抗病蟲(chóng)害基因到抗逆境、高品質(zhì)方向發(fā)展。由單個(gè)質(zhì)量性狀基因向多基因數(shù)量性狀轉(zhuǎn)變。植物反應(yīng)器生產(chǎn)稀有蛋白。生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)化—農(nóng)業(yè)領(lǐng)域83世界轉(zhuǎn)基因作物大田釋放情況

(1987.1-1998.4)轉(zhuǎn)基因作物特性批準(zhǔn)項(xiàng)數(shù)所占比例抗除草劑129729.6%抗蟲(chóng)104623.8%提高產(chǎn)品質(zhì)量88620.2%抗病毒4369.9%改善農(nóng)學(xué)性狀2114.8%抗真菌病2084.7%其他3036.9%總計(jì)