生物和生化工程培訓(xùn)手冊匯報人：XX2024-01-282023REPORTING生物工程基礎(chǔ)生化工程原理與技術(shù)基因工程與蛋白質(zhì)工程細(xì)胞培養(yǎng)與發(fā)酵工程生物制藥與生物農(nóng)藥環(huán)境生物工程與廢棄物處理目錄CATALOGUE2023PART01生物工程基礎(chǔ)2023REPORTING生物工程是應(yīng)用生物學(xué)、化學(xué)和工程學(xué)原理，利用生物體系（細(xì)胞、組織、器官、生物體等）或其組成部分來生產(chǎn)有用物質(zhì)，或為人類提供某種服務(wù)的一門綜合性技術(shù)科學(xué)。生物工程的定義生物工程經(jīng)歷了傳統(tǒng)生物工程、近代生物工程和現(xiàn)代生物工程三個發(fā)展階段。現(xiàn)代生物工程的形成和發(fā)展是近幾十年的事情，它已經(jīng)成為當(dāng)今世界上發(fā)展最為迅速的領(lǐng)域之一。生物工程的發(fā)展生物工程定義與發(fā)展醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域生物工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用主要包括基因工程藥物、疫苗、單克隆抗體、基因治療等方面。這些技術(shù)可以用于治療和預(yù)防人類疾病，提高人類健康水平。工業(yè)領(lǐng)域生物工程在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用主要包括酶工程、發(fā)酵工程、生物冶金等方面。這些技術(shù)可以利用微生物或酶等生物催化劑進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。能源領(lǐng)域生物工程在能源領(lǐng)域的應(yīng)用主要包括生物質(zhì)能源、生物柴油等方面。這些技術(shù)可以利用生物質(zhì)資源生產(chǎn)可再生能源，減少對化石能源的依賴，促進(jìn)能源可持續(xù)發(fā)展。農(nóng)業(yè)領(lǐng)域生物工程在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用主要包括轉(zhuǎn)基因作物、生物農(nóng)藥、生物肥料等方面。這些技術(shù)可以提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)，減少化學(xué)農(nóng)藥和化肥的使用量，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。生物工程應(yīng)用領(lǐng)域生物工程倫理問題生物工程涉及到生命體的操作和改造，因此會引發(fā)一系列倫理問題，如人類基因編輯、動物權(quán)利保護(hù)、生物多樣性保護(hù)等。這些問題需要全社會共同關(guān)注和探討，制定相應(yīng)的倫理規(guī)范和指導(dǎo)原則。生物工程法規(guī)為了保障生物工程的健康發(fā)展，各國政府和國際組織制定了一系列法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，如《生物安全議定書》、《人類基因編輯指南》等。這些法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)旨在規(guī)范生物工程的研究和應(yīng)用行為，確保其對人類和環(huán)境的安全性和可持續(xù)性。生物工程倫理與法規(guī)PART02生化工程原理與技術(shù)2023REPORTING介紹酶的特性、酶促反應(yīng)動力學(xué)以及影響酶促反應(yīng)的因素。酶促反應(yīng)微生物代謝基因表達(dá)調(diào)控闡述微生物的代謝途徑、能量轉(zhuǎn)換和物質(zhì)合成原理。探討基因轉(zhuǎn)錄、翻譯及表達(dá)調(diào)控的生化機(jī)制。030201生化反應(yīng)原理離心分離利用不同顆粒的沉降速度差異進(jìn)行分離，如細(xì)胞器、蛋白質(zhì)等。層析分離基于樣品中各組分的理化性質(zhì)差異，通過吸附、分配等機(jī)制實(shí)現(xiàn)分離。膜分離技術(shù)利用膜的選擇性透過性，實(shí)現(xiàn)不同大小、電荷或溶解度的分子分離。生化分離技術(shù)利用物質(zhì)對光的吸收、發(fā)射或散射特性進(jìn)行分析，如紫外-可見光譜、熒光光譜等。光譜分析通過測量物質(zhì)的電化學(xué)性質(zhì)（如電位、電導(dǎo)率）進(jìn)行分析，如電極法、電導(dǎo)法等。電化學(xué)分析將樣品通過色譜柱，根據(jù)各組分的保留時間差異進(jìn)行定性和定量分析，如氣相色譜、液相色譜等。色譜分析利用抗原與抗體的特異性結(jié)合反應(yīng)進(jìn)行檢測和分析，如酶聯(lián)免疫吸附試驗（ELISA）等。免疫學(xué)分析生化分析技術(shù)PART03基因工程與蛋白質(zhì)工程2023REPORTING基因工程是通過人工手段，在實(shí)驗室里對生物的遺傳物質(zhì)--DNA分子進(jìn)行操作的技術(shù)?；蚬こ痰亩x基因工程遵循中心法則，即遺傳信息從DNA傳遞給RNA，再從RNA傳遞給蛋白質(zhì)，完成遺傳信息的轉(zhuǎn)錄和翻譯過程?；蚬こ痰幕驹砘蚬こ贪康幕虻墨@取、基因載體的選擇、基因體外重組、重組DNA導(dǎo)入受體細(xì)胞以及目的基因的檢測與鑒定等步驟?；蚬こ痰牟僮鞑襟E基因工程基本原理基因克隆的定義01基因克隆是指通過無性繁殖（如PCR擴(kuò)增）或基因體外重組等技術(shù)，獲得大量相同基因或DNA片段的過程。基因表達(dá)技術(shù)的種類02基因表達(dá)技術(shù)包括原核表達(dá)系統(tǒng)和真核表達(dá)系統(tǒng)兩大類，其中原核表達(dá)系統(tǒng)以大腸桿菌為代表，真核表達(dá)系統(tǒng)以酵母、昆蟲細(xì)胞和哺乳動物細(xì)胞等為代表?；蚩寺∨c表達(dá)技術(shù)的應(yīng)用03基因克隆與表達(dá)技術(shù)在生物醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、工業(yè)等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用，如生產(chǎn)重組蛋白藥物、轉(zhuǎn)基因作物育種、生物催化劑的制備等?；蚩寺∨c表達(dá)技術(shù)蛋白質(zhì)工程的定義蛋白質(zhì)工程是通過基因修飾或基因合成等技術(shù)，對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，以獲得具有優(yōu)良性狀或新功能的蛋白質(zhì)分子的技術(shù)。蛋白質(zhì)工程的策略蛋白質(zhì)工程的策略包括理性設(shè)計和定向進(jìn)化兩大類。理性設(shè)計是通過分析蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系，對蛋白質(zhì)進(jìn)行有針對性的改造；定向進(jìn)化則是通過模擬自然進(jìn)化過程，對蛋白質(zhì)進(jìn)行隨機(jī)突變和篩選，以獲得優(yōu)良突變體。蛋白質(zhì)工程的方法蛋白質(zhì)工程的方法包括定點(diǎn)突變、基因重組、基因合成、蛋白質(zhì)體外定向進(jìn)化等。這些方法可以在實(shí)驗室里對蛋白質(zhì)進(jìn)行精確的改造和優(yōu)化，以獲得具有優(yōu)良性狀或新功能的蛋白質(zhì)分子。蛋白質(zhì)工程策略與方法PART04細(xì)胞培養(yǎng)與發(fā)酵工程2023REPORTINGABCD貼壁細(xì)胞培養(yǎng)利用細(xì)胞貼附于支持物表面的特性，通過提供適宜的營養(yǎng)和環(huán)境條件，促進(jìn)細(xì)胞生長和繁殖。細(xì)胞克隆技術(shù)通過有限稀釋法或軟瓊脂培養(yǎng)法，將單個細(xì)胞分離并培養(yǎng)成細(xì)胞群，以獲得具有相同遺傳背景的細(xì)胞株。細(xì)胞轉(zhuǎn)染與基因編輯利用物理、化學(xué)或生物方法將外源基因?qū)爰?xì)胞，實(shí)現(xiàn)對細(xì)胞遺傳物質(zhì)的改造。懸浮細(xì)胞培養(yǎng)將細(xì)胞懸浮于培養(yǎng)基中，通過攪拌或搖動使細(xì)胞均勻分布，實(shí)現(xiàn)細(xì)胞的大規(guī)模擴(kuò)增。細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)與方法ABCD發(fā)酵過程優(yōu)化與控制發(fā)酵培養(yǎng)基優(yōu)化通過調(diào)整培養(yǎng)基成分和比例，提高細(xì)胞生長速度和產(chǎn)物合成效率。發(fā)酵過程建模與仿真利用數(shù)學(xué)模型描述發(fā)酵過程動態(tài)特性，實(shí)現(xiàn)發(fā)酵過程的預(yù)測和優(yōu)化。發(fā)酵條件控制精確控制溫度、pH值、溶氧等關(guān)鍵參數(shù)，維持發(fā)酵過程的穩(wěn)定性和高效性。發(fā)酵過程在線監(jiān)測與控制應(yīng)用傳感器和自動控制系統(tǒng)，實(shí)時監(jiān)測和調(diào)整發(fā)酵過程參數(shù)，確保產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。初步分離利用沉淀、萃取、吸附等原理，將目標(biāo)產(chǎn)物從復(fù)雜的發(fā)酵液中初步分離出來。產(chǎn)品檢測與質(zhì)量控制應(yīng)用現(xiàn)代分析技術(shù)對產(chǎn)品進(jìn)行定性和定量分析，確保產(chǎn)品質(zhì)量符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求。精制純化通過色譜、電泳、超濾等高級分離技術(shù)，進(jìn)一步提高目標(biāo)產(chǎn)物的純度和收率。細(xì)胞破碎與分離采用機(jī)械破碎、化學(xué)破碎或酶解法等方法，將細(xì)胞內(nèi)的目標(biāo)產(chǎn)物釋放出來。發(fā)酵產(chǎn)品分離純化技術(shù)PART05生物制藥與生物農(nóng)藥2023REPORTING生物制藥定義利用生物體、生物組織或其成分，綜合應(yīng)用生物學(xué)、化學(xué)和醫(yī)學(xué)的理論和技術(shù)，生產(chǎn)用于預(yù)防、診斷、治療的藥物制品。發(fā)展歷程從傳統(tǒng)的發(fā)酵工程到基因工程、細(xì)胞工程、酶工程等現(xiàn)代生物技術(shù)的廣泛應(yīng)用。發(fā)展趨勢個性化治療、精準(zhǔn)醫(yī)療、生物仿制藥及創(chuàng)新藥的研發(fā)等。生物制藥概述及發(fā)展趨勢010203生物農(nóng)藥定義利用生物活體或其代謝產(chǎn)物對害蟲、病菌、雜草、線蟲、鼠類等有害生物進(jìn)行防治的一類制劑。類型微生物農(nóng)藥（如細(xì)菌、真菌、病毒等）、植物源農(nóng)藥（如印楝素、除蟲菊酯等）和動物源農(nóng)藥（如昆蟲信息素、天敵昆蟲等）。作用機(jī)制通過干擾有害生物的生理生化過程，破壞其正常生理功能，從而達(dá)到防治目的。例如，某些微生物農(nóng)藥能夠產(chǎn)生毒素，使害蟲中毒死亡；植物源農(nóng)藥則能夠干擾害蟲的神經(jīng)系統(tǒng)或消化系統(tǒng)，導(dǎo)致其死亡。生物農(nóng)藥類型及作用機(jī)制生物制藥生產(chǎn)工藝流程原料處理→發(fā)酵/培養(yǎng)→分離純化→制劑加工→質(zhì)量控制。生物農(nóng)藥生產(chǎn)工藝流程原料準(zhǔn)備→發(fā)酵/培養(yǎng)→提取/精制→制劑加工→質(zhì)量控制。共同點(diǎn)與差異生物制藥與生物農(nóng)藥的生產(chǎn)工藝流程在原料處理、發(fā)酵/培養(yǎng)、分離純化/提取/精制等方面具有一定的相似性，但在具體操作參數(shù)、設(shè)備選擇以及質(zhì)量控制等方面存在差異。例如，生物制藥對原料的純度要求較高，而生物農(nóng)藥則更注重原料的廣譜性和低成本。生物制藥與生物農(nóng)藥生產(chǎn)工藝流程PART06環(huán)境生物工程與廢棄物處理2023REPORTING環(huán)境生物工程原理及應(yīng)用領(lǐng)域大氣污染控制利用生物過濾、生物洗滌和生物吸附等技術(shù)，去除大氣中的有害物質(zhì)。水處理包括污水處理、飲用水凈化和水體生態(tài)修復(fù)等。原理環(huán)境生物工程利用生物學(xué)、生態(tài)學(xué)和工程學(xué)原理，通過設(shè)計和調(diào)控生物系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)環(huán)境修復(fù)、污染控制和資源回收。土壤修復(fù)通過生物降解、生物轉(zhuǎn)化和生物提取等方法，治理土壤污染。固體廢棄物處理運(yùn)用生物技術(shù)對固體廢棄物進(jìn)行減量化、無害化和資源化處理。生物膜法在載體上培養(yǎng)生物膜，利用膜內(nèi)微生物降解廢水中的有機(jī)物，同時生物膜具有截留懸浮物和脫氮除磷的作用。厭氧消化技術(shù)在無氧條件下，利用厭氧微生物將有機(jī)廢棄物分解為沼氣（主要成分為甲烷和二氧化碳）和沼渣。沼氣可作為能源利用，沼渣可用作肥料。好氧堆肥技術(shù)在有氧條件下，通過好氧微生物的代謝活動，將有機(jī)廢棄物轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的腐殖質(zhì)類物質(zhì)，用作土壤改良劑或肥料。生物濾池技術(shù)利用附著在濾料上的微生物膜對廢水中的有機(jī)物進(jìn)行降解和轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)廢水的凈化。廢棄物生物處理技術(shù)與方法環(huán)境生物工程發(fā)展趨勢及挑戰(zhàn)多元化技術(shù)融合將環(huán)境生物工程與其他技術(shù)（如納米技術(shù)、信息技術(shù)等）相結(jié)合，開發(fā)高效、低耗的環(huán)境治理技術(shù)。智能化技術(shù)應(yīng)用運(yùn)用大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)手段，提高環(huán)境生物工程的自動化和智能化水平。生態(tài)化發(fā)展方向：注重生態(tài)系統(tǒng)的整體性和可持續(xù)性，發(fā)展生態(tài)友好的環(huán)境生物工程技術(shù)和產(chǎn)品