生物技术导论——以制药科学为参照
定义
生物技术被定义为"应用科学与工程原理，通过生物制剂对原材料进行加工以提供商品和服务"。
英国生物技术学家将其定义为"将生物有机体、系统或工艺应用于制造业和服务业"。
生物技术的范围与重要性
生物技术包含两大主要领域：
- 分子生物学
- 生物制品/生化制品的大规模生产（抗生素、蛋白质、酶）
分子生物学：
- 研究植物、动物、人类及微生物的遗传学特性
- 助力阐明多种疾病的病理生理机制，简化早期检测流程
- 推动诊断工具开发，实现疾病精准识别
- 早期检测依赖于疾病特异性生物标志物（如蛋白质、酶、DNA），生物技术工具可有效识别这些标志物
- 用于改良微生物遗传结构，例如通过插入胰岛素编码基因生产人胰岛素
- 通过基因改造植物生产用于疾病治疗的生物制药产品/植物化学物
- 植入前遗传学诊断（PGD）：在体外受精获得的胚胎植入前检测遗传疾病
生物制品/生化制品的大规模生产（抗生素、蛋白质、酶）：
- 改造微生物以提高特定抗生素产量，例如改良菌株青霉菌（Penicillim notatum）的青霉素产量显著高于天然菌种
- 通过微生物发酵实现抗生素大规模生产，其中插入目标基因
- 利用酶和细胞合成各类化学品，生化酶反应效率高且环保
- 通过基因改造生产特定反应所需的生物酶
- 采用生物技术制备多种疫苗，如单克隆抗体、重组疫苗、三联疫苗等
应用范围
生物技术涵盖生物化学、微生物学、免疫学、医学生物技术、遗传学、克隆、基因工程、重组DNA技术等领域，核心应用于科研。
植物与作物生物技术：
- 基因工程改良作物产量与品质，培育抗病品种（如转Bt基因抗虫棉）
- 满足人类营养需求，例如黄金大米（转入维生素A合成基因）
- 生产药物代谢产物（某些药物本身无活性，需代谢产物发挥作用）
- 通过快速无性繁殖保护植物物种
- 改良植物品种以生产治疗疾病的植物化学物
- 优化植物基因组提升食物营养品质与产量，如"薯番茄"（地下结马铃薯、地上结番茄），应对人口增长与耕地减少的挑战
- 开发食用疫苗——将疫苗基因导入香蕉等植物，食用后可激发免疫系统，提高接种便利性
动物生物技术：
- 克隆动物用于基础生物学研究（细胞→组织→器官→系统→个体）
- 改良畜群品种
- 保护濒危物种（如西伯利亚羱羊克隆）
- 基因操作提升繁殖能力（如多利羊案例）
- 培育高性能品种（如高速赛马）
- 将高产奶基因导入低产品种实现增产
- 优化禽类产蛋品质与疾病防控
- 动物制药（Pharming）：基因改造动物生产药用蛋白，例如含人源溶栓蛋白基因的转基因山羊，其乳汁可提取治疗药物
海洋生物技术
通过基因改造提升鱼类（如三文鱼）及藻类的商业价值，应用于食品生产、环保及工业领域。
胚胎干细胞
从胚胎液提取储存的干细胞，在适宜培养条件下可转化为任意体细胞，为所属个体未来重大创伤提供再生医学解决方案。
法医学应用：
- DNA指纹技术解决亲子鉴定问题
- DNA作为个体身份标识与生物标志物
- 通过DNA比对锁定犯罪嫌疑人
与制药工业的相关性
生物技术作为生物学与技术的融合学科，在制药领域具有革命性意义，尤其在疫苗制造和基因检测方面：
i. 利用基因改造生物体/克隆动物生产治疗性蛋白与激素
ii. 发酵生产抗生素、疫苗及药物
iii. 基因校正治疗遗传性疾病
iv. 靶向特定组织的药物递送系统
v. 生物传感器控制生产流程
vi. 基因克隆技术标准化化疗药物与诊断试剂
vii. 重组DNA技术
viii. 酶固定化技术生产制药原料
ix. 单克隆抗体用于疫苗生产及疾病诊断（通过抗原-抗体反应）
生物技术发展史
- 起源于酿造技术（zymotechnology），最初聚焦啤酒生产工艺
- 一战期间扩展至工业发酵领域，奠定生物技术基础
- 1975年阿西洛马会议上，约书亚·莱德伯格大力倡导该领域发展
- 1978年合成人类胰岛素验证其价值，产业进入快速发展期
- 1980年代通过媒体事件获取公众支持，成为前景广阔的实业
- 1988年美国食品药品监督管理局（FDA）仅批准5种基因工程蛋白药物，至1990年代末增至125种以上
- 当代围绕基因治疗、干细胞研究、克隆及转基因食品的讨论，延续了生物技术服务社会需求的数百年传统
常见问题解析：
- 定义生物技术
- 列举生物技术应用案例
- 论述生物技术在制药工业的应用
- 阐述分子生物学要点
参考文献：
《生物技术简化概念》 普拉莫德·卡杜博士 & 苏奇特·维什瓦卡玛女士 著
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