生物学的长足进步,特别是分子厂匕物学的发展,逐步拐厅犷生命的电秘,不仪使生物学__的面貌焕然一新,而日使工业技术发生一J’巨7、变革,创造了生物「程学,开拓了f几业生产的新领域。所谓—生物学工业生物工程学又称为生物「艺学或生命技术,一是叮映学领城应川从囚操作、细胞融合、、细胞培养及生物反应等生物学技术的曾称。在生l沈中应川这项技术,不仪.丁以节约资源,提高效率,节约能源,而且可以得到过去生产,}:无法完成或不能批量生产的化匕、食l}万l:、医药、农药等新产品。预计,生物工程将使本世纪长发生一次巨大的产业节命,其形响l,r能会超过电子、汁。因此,各国和企硬比竞相开发,力求在}二、农业了!;今,},尽快获}’全较人的经济效益。生物工程技术生物工程技术包括生物反应技术、细胞培养技术、从因操作技术及细咆融合技术,是直接或间接利用生物体的机能生产物质的技术。下面分别介绍这些技术取得的进展和研究动向。生物反应技术生物反应技术也称为生物化学反应技术:戈微生物反应技术。一般认为是利用生物体内的酶作催化剂进行物质分解、合成及化学转换的J支术。过去的化学工业要泊:高温、高压的条件下利用金属类催化剂来进行化学反应生产了’j)门物质,是大以消耗资源和能源的工业。而利用酶代替金属类催化剂即能在常温常压的条件卜生产所需要的物质,不仅节约能源和资源,而日可以消除污染。生物体内的酶是非常不稳定的蛋白质。虽然在生物体内’很(J高的活性,但分离出来之{.亏则往往完全失去作用。过去用其作为工业催化剂时,反应在洁液中进行,使用一次忧抛介。因此,六十年代开始广泛研究酶的固相化技术,期望把酶;{i]l儿丈块状的德定催化剂,以便世行连续反应。现在比较普遍使用的固相酶技术是载体结合法。这种方法是使晦与合成高分子、纤维素、离子交换多糖类等物质形成共价键。其次是包理法,即把晦包理到聚丙烯酸按、放射性聚合物、光硬化树脂及海藻多塘等胶体中。从七十年代开始,对微生物菌体的固相化技术也开展了)“泛研究,目前应用较普遍的是包理法,最受注意的包理材料是海藻多糖类。最近,有些研究表明,固相化的微生物不仅能生存、繁爪,而几可以维持且机能。刊川这种微生物可以使ATP再生系统、氧化还原系统等多阶段的酶反应连续进行。细胞培养技术这是大量培养微生物及动植物细a]Jt的技术。微生物的培养技术很早以前就在发酵工业l户广为应用。近年来,山于使用计算机控制发醉罐,有效地提高了生产效率,因此,培养能够长期、稳定进行发酵生产的菌种是非常承要的课题。从一卜九世纪末就开始研究动、植物的组织培养技术。日前,获草件砂卜级培养池的友:1七亨禽卜』卜扮培养技术已获得成功胞。,大部分植物的细胞培养技术均已建立,。从1907年蛙的神经组织培养成功之后近年来,即能培养哺乳动物、昆虫、}动物细鱼类等各乖。,利用大量培养人类正常细胞的技术生产人的干扰素及尿激酶等很受注意。。大量培养细胞必须要有促进细胞增长和增哨的生长促进因子胎儿血清来解决但因为牛胎儿数量有限,,现在一般通过添加牛,价格高,,因此在工业生产中,需要建立不需牛胎。儿血清的无血清培养技术基因操作技术例如分析牛胎儿血清,探索其中的细胞生长因子。基因操作技术是通过重组构成生物基因的DNA使一种生物的从因在其具体方法是从DNA,另一种生物的细胞中增殆大量生产有用物质或培育新生物质的技术的载体细胞中分离出DNA,A用性酶切下携带需要信息的部分。,并且从接受基因的受休再利用DNA连接细胞中分离出称为质体的环状基因然后用酶切下质体的部分DN。。酶把预先准备好的载体DNA连接到质体的缺失部分胞,最后把这种重组的质体再送回宿主细使其增破便可生产所需要的物质、墓因操作技术是生物工程中发展最快的技术目前欧美的一些制药厂商已利用这项技术,,季生产出生长激素释放的抑制因子行临床实验。胰岛素,,、人生长激素、干扰素,、疫苗、抗生素等,,并已进。近年来该技术的进展表明有可能人工合成基因并成功地生产所需要的产品所谓细胞融合技术。细胞融合技术是把二种具有不同作用的细胞融合,培养兼有二者不同特性细胞的技术合的尝试形成的,。在自然界虽然也能看到细胞融合现象但到1970年才进行人工细胞融在基因重组的意义上也可以。利用这种技术创造的新细胞和融合前的细胞不同。,说是一种广义的基因操作技术但利用基因操作得到的有用性状是在基因简单组合的基础上,而利用细胞融合得到的有用性状则是由许多基因形成的。应用细胞融合技术不仅能培育新的植物资源为医药工业提供新原料.;,,而且可以改革抗体的工业生产方式创造最佳条件。近期的研究首先是选择可以得到新产异的不同细胞并为完成细胞融合应用前景娜近年来,生物工程的发展已受到工农业生产部门的广泛注意,,都在积极引进生物工程技。术创造新工艺系如图所示,生产新产品,或改进原来的工业流程、,以求取得更大的经济效益。士仁应用体可能首先在医药,食品和化工等领域取得重大突破。医药工业医药工业是最早应用生物工程的领域用来大量生产极微量的高价药品,,例、如纯度10%的干扰素开发系统等,。每克价值约30亿日元,是典型的高价药品、、目前约有50个公司争相其次还相继利用基因操作开发了制造胰岛素生长激素。,防止血液凝固的尿激酶激酶、抑制免疫反应的(鸟)胸腺促卵激素。及脑分泌的生长抑素等,但目前都尚未建立批量生产人生长激素此外,成本较高、。经过技术改进,预计在、1984年左右即能批量生产尿1985~19年批量生产千扰素及人胰岛素;1990~2000年利用异种基因重组生产的新型。抗菌素用微生物生产的新型疫苗、新生理活性物质及植物成分将投放市场在5~。0年内一些氨基酸1另外,维生素、酶、家畜生长激素等基因工程产品也将实现工业化生产。利用生物工程技术还可以改善现有药品的生产,例如,,目前利用霉及放线菌等微生物生产的抗菌素如果通过摧因操作技术对生产菌进行改良。不仅可以使抗生素大幅度增。渗产,而且还可能创造出新的抗生物质化学工业以生物反应代替化学反应已成为当代化学工业发展的必然趋势1980年在以色列召开的有机合成国际会议_上,美!闷一家公司首先报告已用生物工程技术取代了部分石油化学工艺,他们将从微生物提取的三种酶组合,一可以在常温常压下板化乙烯和丙烯,生产环氧乙烷或氧化丙烯,再进一步生产甘二醇和丙二醇。据估算,成木只有原来化学合成方法的二分之生物工程的应用系统图日木油脂公司开发了脂肪异构酶用于生产作为洗涤原料的脂肪酸,1982年月产300吨的生物反应装置已投入试生产。过去从椰子油、棕搁油中用机械分离脂肪酸需要在2500C、05个大气压的条件下进行,该公司每月要消耗燃料2000吨。而使用酶的新方法则基本不消耗燃料。日本荒川一家工厂由于改革了生产一.’[艺,原来30米高的反应塔换成了只有8米高的反应罐,占地只有原来的二十分之一,能源成本下降到原来的五十分之一,使生产区的面貌发生了很大变化。到190。年,用生物工程技术生产的乙酸、丙烯酸、己二酸、乙醇胺、异丁烯、甲烷、丙酸、丙烯醇、山梨糖醇等脂肪族化合物和安息香酸、甲酸、苯酚等芳香族化合物将投放市场。在2000年之前,用生物工程技术生产的香茅醇、香茅醛、拢牛儿醇、沉香木醇、肉桂醛、二辛基酞酸等也将商品化。有人推算,在九十年代之后石油化学产品至少有2昭要改用生物工艺进行生产。食品工业食品工业应用生物工程大致分为两类:一类是食品原料,另一类是食召,加工。日本农林水产省食品综合研究所1980年6月成功地利用大肠菌制造出大豆蛋白。大豆含有多种蛋白质该研究所从大豆细胞中分离出制造大豆主要蛋自质,把其转移到大肠杆菌中。培养该大肠菌,确实生产出了大豆球蛋自。—少(豆球蛋白的从因因此,过去一年收获一季的农作物产品利用大肠菌只要三天就可以生产出来。另外,目前在工业生产中已经能利用异构酶分离DL一氨基酸,利用天门冬氨酸酶制造L一天门冬酞胺等食品原料。多糖、聚糖、二糖等水解,单糖的同分异构化作用和氧化等方面应用固相酶的例子也很多。其中,使用a一淀粉酶、葡萄搪淀粉酶的淀粉酶糖化酶法,用转化酶制造转化糖、少Jf葡萄糖异构酶制造果糖搪浆等固相酶、固相菌体的方法已进行工业化试验。其它工业有些微生物能够选择特定的金属。加强这些微生物的遗传性研究,即可用于微量金属的选矿及从废水中回收有害金属。另外,也可能在采油中发挥重要作用。利用生物工程开发新的能源和资源也是一个重要领域。例如利用生物量生产新的燃料,利用植物光合系统制氢,还可以用来使废油田、未利用的矿物资源赋活变成资源。亨加卜夸诊农业西德马克斯布朗研究所的梅里赫斯于。1年利用细施融合的方法,成功地培育出、兼有西红柿和马铃薯二者性质的新品种的新品种也是目前的重要课题。、此外,利用基因操作等技术培育高产,耐寒、抗病大部分微生物都不能利用甲烷甲醇等含有一个碳的有机化合物,但称为甲醇菌的特殊英国卜内门公司应用微生物则能很好地利用这些化合物发育生长基因重组技术对甲醇菌进行了改良,被用于生产单细胞蛋白,。。能有效地提高产量现在已建成了年产5万吨规模的设备,利用甲醇生产蛋白,。西德、日本等国家也相继实现了企业化技术及经济预测近十年内在工农业生产中应用并能取得较大经济效益的生物工程技术为精密的酶技术基因重组技术、、酶技术和基因重组相结合的生物学技术及细胞培养技术。,其生产的产品及在,整体中所占的比例如表1所示7到21亿美元,,据推算,在1990年之前,整个生物工程产品的市场规模将达,其中能源领域的市场价值约为94亿,7亿农业领域为5。7亿食品为3医药约为28亿塑料产品约26亿1化学产品约25亿1888~一”,其它为3亿_本表1990年几种主要技术的应用及其产品”技术类别畜整沫币所吕的比例一”(%)}一社土万一二一一哥文一肚用一,一~’~鬓薰篆囊案…包细”培养漪翼溉打扮3。的催化剂生产燃料酒精,、化工产品及其、系统对现有药品的改良,生产新型药品{5以下……目:晕鳌梦舞、笋俘“菱“寡医药的改良,;不久在生产中将可以`用单克隆生植物品“的改良等,。_。娜__,基因操作技术是生物工程中的骨干技术其发展将带动其它各项技术,利用该技术据推算到2000年五项产品的市场价值将达到51000万美元,具体情况见表2:。表2五项基因工程产品2000年的世界市场规模项单位百万美元(以1980年价格计算)名称现在的市场0年后的市场}2900l,氨基酸(包括四种)其它蛋白质基因缺陷调整剂短链激一{33…0005000100215,,肤合肤素计{{100000206,…。565。,100上表是利用基因操作技术进行大量生产的情况市场价值越大说明需要量越大,,开发投资会越踊跃,因而发展会更快其中多肤产品二十年后的市场将是现在的420倍由此也可渗以看出生物工程技术的巨大潜力当然,,。。要达到上述的市场价值必须有充分的人力和物力来保证实施(作者单位,否则是不可能提前达到预期的目的甚至要推迟的中国科技情报所)