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现代生物技术与生物工程导论(第二版) 版权信息
- ISBN：9787030500069
- 条形码：9787030500069 ; 978-7-03-050006-9
- 装帧：一般胶版纸
- 册数：暂无
- 重量：暂无
- 所属分类：>
现代生物技术与生物工程导论(第二版) 内容简介
全书共分十一章，内容包括绪论、基因与基因工程、细胞与细胞工程、酶与酶工程、微生物与发酵工程、现代生物工程技术与轻化工业、现代生物工程技术与生物医药、现代生物工程与生物炼制、现代生物工程技术与环境保护、现代生物工程技术材与现代生物材料、现代生物工程技术与生物炼制、现代生物工程技术安全性及社会伦理等。教材内容的编排注重基础与前沿并重，深入浅出，有利于读者学习和理解。通过本书的学习，使读者对现代生物工程技术有全面的了解和明确的认识，并能更好的将现代生物工程技术运用于相关的领域，促进学科的交叉与融合，更好的利用生物工程知识解决人类面临的各种危机。
现代生物技术与生物工程导论(第二版) 目录
目录
第二版前言
**版前言
**章 绪论 1
**节 现代生物工程的内容与特点 1
一、现代生物工程的概念 1
二、现代生物工程研究的主要内容 2
三、现代生物工程技术的特点 10
第二节 现代生物工程技术及其对社会发展的影响 11
一、现代生物工程技术的崛起 11
二、人类社会面临的重大问题和挑战 12
三、现代生物工程技术对当代社会的影响 13
四、现代生物工程技术与可持续发展 14
复习思考题 23
第二章 基因与基因工程 24
**节 基因及基因组 24
一、基因的概念及其本质 24
二、基因突变与遗传疾病 28
三、基因组与后基因组计划 35
第二节 基因工程工具酶 38
一、限制性内切核酸酶 39
二、DNA连接酶 42
三、DNA聚合酶 43
四、其他酶类 44
第三节 基因工程载体 44
一、质粒克隆载体 45
二、噬菌体载体 47
三、柯斯质粒载体 48
四、YAC载体 48
第四节 基因工程菌构建 49
一、目的基因的来源和途径 50
二、重组DNA分子的构建 52
三、重组DNA分子导入宿主细胞 53
第五节 重组子的筛选、鉴定和分析 55
一、含目的基因重组子的筛选 56
二、重组DNA的序列分析 57
第六节 克隆基因的表达与调控 58
一、原核细胞表达与调控的特点 58
二、真核细胞表达与调控的特点 59
三、基因工程菌表达效率的调节 61
第七节 蛋白质工程 64
一、蛋白质工程的研究内容 65
二、蛋白质分子设计及改造 66
三、蛋白质工程的研究进展 69
复习思考题 71
第三章 细胞与细胞工程 72
**节 细胞工程基础 72
一、细胞的基本组成 72
二、细胞分裂与分化 75
三、细胞的全能性 75
第二节 细胞工程基本技术 75
一、细胞培养技术 76
二、细胞融合技术 76
三、细胞克隆技术 79
四、细胞重组技术 80
五、细胞固定化技术 81
六、转基因技术 82
第三节 动植物细胞的培养特征和营养需求 85
一、动植物细胞的培养特征 85
二、动植物细胞的营养需求 86
第四节 植物细胞工程 88
一、植物细胞工程的意义 88
二、植物细胞培养的操作方法 90
三、植物组织与细胞大规模培养 90
四、植物细胞大规模培养的应用 92
第五节 动物细胞工程 93
一、动物细胞工程的意义 93
二、动物细胞的形态及培养方法 95
三、动物细胞大规模培养技术 97
四、动物细胞大规模技术的应用 99
第六节 细胞工程研究进展 102
一、干细胞研究 102
二、胚胎工程 104
三、染色体工程 105
复习思考题 106
第四章 酶与酶工程 107
**节 酶与酶工程的基本知识 107
一、酶和酶工程概述 107
二、酶工程研究的主要内容 108
三、酶的分类、命名与结构特点 110
四、酶的活力与活力单位 112
五、酶的催化机制 113
六、酶的来源与酶的生产方法 114
第二节 酶的发酵生产 115
一、酶生物合成的基本理论 115
二、酶生物合成的模式 116
三、酶发酵生产工艺 118
四、提高酶产率的措施 121
第三节 酶分子的修饰及酶分子的定向进化 122
一、酶分子的修饰 123
二、酶分子的定向进化 124
第四节 酶工程研究进展 128
一、核酸酶 128
二、极端酶 130
三、抗体酶 131
四、人工合成酶和模拟酶 131
复习思考题 133
第五章 微生物与发酵工程 134
**节 微生物的基本知识 134
一、微生物细胞的结构特点 135
二、微生物对营养物质的吸收方式 140
三、工业生产中常见的微生物 142
第二节 发酵工程的概况 146
一、发酵工程的发展简史 146
二、发酵工程产品的类型 148
三、发酵过程及其特点 150
四、发酵工程的应用 150
五、发酵工程的发展前景 152
第三节 微生物发酵过程及其优化控制 152
一、微生物发酵类型及发酵操作方式 152
二、发酵过程的工艺控制 155
第四节 微生物反应动力学和反应器 159
一、基本概念 159
二、微生物反应动力学 161
三、微生物反应器 162
第五节 发酵产品的下游处理 168
一、发酵液的预处理 168
二、发酵产品的分离提取 169
复习思考题 174
第六章 现代生物工程技术与化学工业 175
**节 现代生物工程技术与化学工业 175
一、生物催化剂与化学工业 176
二、发酵法生产化工产品 178
三、现代生物工程技术在化学工业中的应用前景 183
第二节 现代生物工程技术与食品工业 184
一、利用现代生物工程技术开发新资源食品 184
二、利用现代生物工程技术改善和提高食品品质 186
三、利用现代生物工程技术进行食品检测 189
四、转基因食品 192
第三节 现代生物工程技术与造纸工业 193
一、改良造纸纤维原料 193
二、生物法制浆 195
三、生物漂白 197
四、纸浆的酶改性 199
五、二次纤维的酶促脱墨及改性 200
六、生物处理制浆工业废水 201
七、纸机运行过程的生物环境及腐浆控制 202
八、造纸生物技术研究进展 203
第四节 现代生物工程技术与皮革、纺织工业 204
一、现代生物工程技术在皮革工业中的应用 204
二、现代生物工程技术在纺织工业中的应用 205
三、特种酶在纺织加工中的应用 207
复习思考题 207
第七章 现代生物工程技术与现代生物材料 208
**节 概述 208
一、生物材料及其发展 208
二、生物材料应满足的条件 209
三、生物材料的分类 210
四、生物材料的检测与评价 210
第二节 天然生物材料 211
一、天然生物材料的结构特征 211
二、天然生物材料的活性 211
三、几种重要的天然生物材料 212
四、天然生物材料的应用前景 215
第三节 生物医用材料 216
一、凝胶类生物材料 216
二、生物可降解材料 218
三、药物控制释放材料 220
第四节 组织工程材料 222
一、组织工程学的定义和意义 222
二、组织工程材料的性能和特点 223
三、组织工程材料 225
四、组织工程材料的研究进展 228
第五节 仿生智能材料 229
一、仿生智能材料的概念 229
二、仿生智能材料的结构与特征 229
三、人工细胞外基质智能化 230
四、工程化组织表型控制 231
第六节 纳米生物材料 233
一、纳米材料的基本特性 233
二、纳米生物材料的应用 234
三、纳米生物材料的制备 236
四、纳米生物材料的安全性评价 237
复习思考题 238
第八章 现代生物工程技术与生物制药 239
**节 生物技术药物的分类及特点 239
一、生物技术药物的分类 239
二、生物技术药物的特点 241
三、生物技术药物的特征 242
四、生物制药的发展趋势 243
第二节 现代生物工程制药技术 244
一、基因工程制药 244
二、细胞工程制药 247
三、酶工程制药 249
四、发酵工程制药 252
五、蛋白质工程制药 254
第三节 基因工程疫苗 256
一、肿瘤疫苗 256
二、艾滋病疫苗 258
三、其他疫苗 261
第四节 基因诊断和基因治疗 261
一、基因诊断 262
二、基因治疗 264
第五节 现代生物工程技术在新药研究中的应用 266
一、革新药物筛选模型 266
二、开发药物新资源 268
三、合成新的先导化合物 268
复习思考题 270
第九章 现代生物工程技术与环境保护 271
**节 环境保护的意义 271
一、生物多样性的价值 272
二、生物多样性的丧失 273
三、保护生物多样性的策略 275
第二节 环境的生物监测与评价 276
一、环境的生物监测与评价的意义 277
二、环境的生物监测的分类 278
三、环境的生物监测与评价方法 278
第三节 环境污染的修复与治理 282
一、污染环境的生物修复 283
二、环境治理中常见的微生物种群 285
三、水质污染的治理 287
四、大气污染的生物净化 294
五、污染物的生物富集与转化 298
复习思考题 299
第十章 现代生物工程技术与生物炼制 300
**节 生物炼制 301
一、生物炼制的概念 301
二、生物炼制技术特点 302
三、生物炼制细胞工厂的关键问题 303
第二节 生物炼制的体系及内容 307
一、生物炼制的体系 307
二、生物炼制的内容 308
第三节 生物炼制技术的应用 310
一、生物基化学品 310
二、生物基材料 314
三、生物质能源 314
四、生物可再生原料的修饰 321
复习思考题 322
第十一章 现代生物工程技术的安全性与社会伦理 323
**节 生物安全的概念与意义 323
一、生物安全的概念及其表现形式 323
二、生物安全性评价 324
三、生物安全性控制措施 326
四、生物安全性管理体系 326
第二节 转基因技术的安全性 328
一、转基因生物的安全性 328
二、转基因食品的安全性 330
三、生物多样性的安全性 332
第三节 生物恐怖的危害与防御 333
一、生物恐怖的基本概念及特点 334
二、生物恐怖的袭击方式 335
三、生物恐怖的危害 335
四、生物恐怖的防御措施 336
五、生物恐怖的防御体系 337
六、检测生物剂的技术 338
第四节 现代生物技术与社会伦理问题 340
一、克隆技术的社会伦理 340
二、后基因组计划及社会伦理 344
复习思考题 347
主要参考文献 348
第二版前言
**版前言
**章 绪论 1
**节 现代生物工程的内容与特点 1
一、现代生物工程的概念 1
二、现代生物工程研究的主要内容 2
三、现代生物工程技术的特点 10
第二节 现代生物工程技术及其对社会发展的影响 11
一、现代生物工程技术的崛起 11
二、人类社会面临的重大问题和挑战 12
三、现代生物工程技术对当代社会的影响 13
四、现代生物工程技术与可持续发展 14
复习思考题 23
第二章 基因与基因工程 24
**节 基因及基因组 24
一、基因的概念及其本质 24
二、基因突变与遗传疾病 28
三、基因组与后基因组计划 35
第二节 基因工程工具酶 38
一、限制性内切核酸酶 39
二、DNA连接酶 42
三、DNA聚合酶 43
四、其他酶类 44
第三节 基因工程载体 44
一、质粒克隆载体 45
二、噬菌体载体 47
三、柯斯质粒载体 48
四、YAC载体 48
第四节 基因工程菌构建 49
一、目的基因的来源和途径 50
二、重组DNA分子的构建 52
三、重组DNA分子导入宿主细胞 53
第五节 重组子的筛选、鉴定和分析 55
一、含目的基因重组子的筛选 56
二、重组DNA的序列分析 57
第六节 克隆基因的表达与调控 58
一、原核细胞表达与调控的特点 58
二、真核细胞表达与调控的特点 59
三、基因工程菌表达效率的调节 61
第七节 蛋白质工程 64
一、蛋白质工程的研究内容 65
二、蛋白质分子设计及改造 66
三、蛋白质工程的研究进展 69
复习思考题 71
第三章 细胞与细胞工程 72
**节 细胞工程基础 72
一、细胞的基本组成 72
二、细胞分裂与分化 75
三、细胞的全能性 75
第二节 细胞工程基本技术 75
一、细胞培养技术 76
二、细胞融合技术 76
三、细胞克隆技术 79
四、细胞重组技术 80
五、细胞固定化技术 81
六、转基因技术 82
第三节 动植物细胞的培养特征和营养需求 85
一、动植物细胞的培养特征 85
二、动植物细胞的营养需求 86
第四节 植物细胞工程 88
一、植物细胞工程的意义 88
二、植物细胞培养的操作方法 90
三、植物组织与细胞大规模培养 90
四、植物细胞大规模培养的应用 92
第五节 动物细胞工程 93
一、动物细胞工程的意义 93
二、动物细胞的形态及培养方法 95
三、动物细胞大规模培养技术 97
四、动物细胞大规模技术的应用 99
第六节 细胞工程研究进展 102
一、干细胞研究 102
二、胚胎工程 104
三、染色体工程 105
复习思考题 106
第四章 酶与酶工程 107
**节 酶与酶工程的基本知识 107
一、酶和酶工程概述 107
二、酶工程研究的主要内容 108
三、酶的分类、命名与结构特点 110
四、酶的活力与活力单位 112
五、酶的催化机制 113
六、酶的来源与酶的生产方法 114
第二节 酶的发酵生产 115
一、酶生物合成的基本理论 115
二、酶生物合成的模式 116
三、酶发酵生产工艺 118
四、提高酶产率的措施 121
第三节 酶分子的修饰及酶分子的定向进化 122
一、酶分子的修饰 123
二、酶分子的定向进化 124
第四节 酶工程研究进展 128
一、核酸酶 128
二、极端酶 130
三、抗体酶 131
四、人工合成酶和模拟酶 131
复习思考题 133
第五章 微生物与发酵工程 134
**节 微生物的基本知识 134
一、微生物细胞的结构特点 135
二、微生物对营养物质的吸收方式 140
三、工业生产中常见的微生物 142
第二节 发酵工程的概况 146
一、发酵工程的发展简史 146
二、发酵工程产品的类型 148
三、发酵过程及其特点 150
四、发酵工程的应用 150
五、发酵工程的发展前景 152
第三节 微生物发酵过程及其优化控制 152
一、微生物发酵类型及发酵操作方式 152
二、发酵过程的工艺控制 155
第四节 微生物反应动力学和反应器 159
一、基本概念 159
二、微生物反应动力学 161
三、微生物反应器 162
第五节 发酵产品的下游处理 168
一、发酵液的预处理 168
二、发酵产品的分离提取 169
复习思考题 174
第六章 现代生物工程技术与化学工业 175
**节 现代生物工程技术与化学工业 175
一、生物催化剂与化学工业 176
二、发酵法生产化工产品 178
三、现代生物工程技术在化学工业中的应用前景 183
第二节 现代生物工程技术与食品工业 184
一、利用现代生物工程技术开发新资源食品 184
二、利用现代生物工程技术改善和提高食品品质 186
三、利用现代生物工程技术进行食品检测 189
四、转基因食品 192
第三节 现代生物工程技术与造纸工业 193
一、改良造纸纤维原料 193
二、生物法制浆 195
三、生物漂白 197
四、纸浆的酶改性 199
五、二次纤维的酶促脱墨及改性 200
六、生物处理制浆工业废水 201
七、纸机运行过程的生物环境及腐浆控制 202
八、造纸生物技术研究进展 203
第四节 现代生物工程技术与皮革、纺织工业 204
一、现代生物工程技术在皮革工业中的应用 204
二、现代生物工程技术在纺织工业中的应用 205
三、特种酶在纺织加工中的应用 207
复习思考题 207
第七章 现代生物工程技术与现代生物材料 208
**节 概述 208
一、生物材料及其发展 208
二、生物材料应满足的条件 209
三、生物材料的分类 210
四、生物材料的检测与评价 210
第二节 天然生物材料 211
一、天然生物材料的结构特征 211
二、天然生物材料的活性 211
三、几种重要的天然生物材料 212
四、天然生物材料的应用前景 215
第三节 生物医用材料 216
一、凝胶类生物材料 216
二、生物可降解材料 218
三、药物控制释放材料 220
第四节 组织工程材料 222
一、组织工程学的定义和意义 222
二、组织工程材料的性能和特点 223
三、组织工程材料 225
四、组织工程材料的研究进展 228
第五节 仿生智能材料 229
一、仿生智能材料的概念 229
二、仿生智能材料的结构与特征 229
三、人工细胞外基质智能化 230
四、工程化组织表型控制 231
第六节 纳米生物材料 233
一、纳米材料的基本特性 233
二、纳米生物材料的应用 234
三、纳米生物材料的制备 236
四、纳米生物材料的安全性评价 237
复习思考题 238
第八章 现代生物工程技术与生物制药 239
**节 生物技术药物的分类及特点 239
一、生物技术药物的分类 239
二、生物技术药物的特点 241
三、生物技术药物的特征 242
四、生物制药的发展趋势 243
第二节 现代生物工程制药技术 244
一、基因工程制药 244
二、细胞工程制药 247
三、酶工程制药 249
四、发酵工程制药 252
五、蛋白质工程制药 254
第三节 基因工程疫苗 256
一、肿瘤疫苗 256
二、艾滋病疫苗 258
三、其他疫苗 261
第四节 基因诊断和基因治疗 261
一、基因诊断 262
二、基因治疗 264
第五节 现代生物工程技术在新药研究中的应用 266
一、革新药物筛选模型 266
二、开发药物新资源 268
三、合成新的先导化合物 268
复习思考题 270
第九章 现代生物工程技术与环境保护 271
**节 环境保护的意义 271
一、生物多样性的价值 272
二、生物多样性的丧失 273
三、保护生物多样性的策略 275
第二节 环境的生物监测与评价 276
一、环境的生物监测与评价的意义 277
二、环境的生物监测的分类 278
三、环境的生物监测与评价方法 278
第三节 环境污染的修复与治理 282
一、污染环境的生物修复 283
二、环境治理中常见的微生物种群 285
三、水质污染的治理 287
四、大气污染的生物净化 294
五、污染物的生物富集与转化 298
复习思考题 299
第十章 现代生物工程技术与生物炼制 300
**节 生物炼制 301
一、生物炼制的概念 301
二、生物炼制技术特点 302
三、生物炼制细胞工厂的关键问题 303
第二节 生物炼制的体系及内容 307
一、生物炼制的体系 307
二、生物炼制的内容 308
第三节 生物炼制技术的应用 310
一、生物基化学品 310
二、生物基材料 314
三、生物质能源 314
四、生物可再生原料的修饰 321
复习思考题 322
第十一章 现代生物工程技术的安全性与社会伦理 323
**节 生物安全的概念与意义 323
一、生物安全的概念及其表现形式 323
二、生物安全性评价 324
三、生物安全性控制措施 326
四、生物安全性管理体系 326
第二节 转基因技术的安全性 328
一、转基因生物的安全性 328
二、转基因食品的安全性 330
三、生物多样性的安全性 332
第三节 生物恐怖的危害与防御 333
一、生物恐怖的基本概念及特点 334
二、生物恐怖的袭击方式 335
三、生物恐怖的危害 335
四、生物恐怖的防御措施 336
五、生物恐怖的防御体系 337
六、检测生物剂的技术 338
第四节 现代生物技术与社会伦理问题 340
一、克隆技术的社会伦理 340
二、后基因组计划及社会伦理 344
复习思考题 347
主要参考文献 348
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现代生物技术与生物工程导论(第二版) 节选
**章 绪论 现代生物工程技术由生物类学科与工程类学科交叉发展而成，是一门将现代生物学的*新成就（包括生物化学、微生物学、分子遗传学、细胞生物学及免疫学）与先进工程技术手段紧密联系于一体的应用性学科，在化工、医药卫生、农林牧渔、轻工食品、能源和环境等领域都发挥着重要的作用，并促进了传统产业的改造和新兴产业的形成，成为带动21世纪经济发展的关键技术之一。在世界各国普遍重视高科技发展的今天，人们越来越关注生物工程技术对经济建设和社会进步带来的深远影响。 现代生物工程技术起源于古代，形成于近代，高速发展于现代，其渊源可以追溯到公元前的酿造技术，凝结着人类早期的发明和现代的创造，代表着当代社会文明。现代生物工程技术的诞生基于理论上的三大发现和技术上的三大发明及四大要素，是在分子生物学发展的基础上成长起来的。当代生物技术为什么会引起世界各国如此普遍的关注和重视？首先，生物技术是解决全球性经济问题的关键技术。在迎接食物、资源、能源、环境和人口五大危机的挑战中将大显身手。其次，生物技术广泛应用于医药卫生、农林牧渔、轻工食品、化工和能源等领域，促进传统产业的技术改造和新兴产业的形成，对人类社会的政治、经济、军事和生活等方面产生巨大的影响。所以，现代生物技术是当今高技术革命的核心内容，生物技术产业也是当代社会的支柱产业，为世界面临的资源、环境和人类健康等问题的解决提供美好的前景。 **节 现代生物工程的内容与特点 一、现代生物工程的概念 现代生物工程简单地说就是按照预先设计的蓝图，在分子、细胞和个体等不同层次上进行构思而对生物进行创造和设计，结合工程学科的知识，大规模地生产出各种对人类有益的生物产品。由于生物工程涉及范围广泛，内容庞杂，世界各国学者对其称谓多有不同，对其含义的理解也有不同。美国人曾称为“biotechnology and bioengineering ”，意即“生物技术与生物工程”；欧洲人则称为“biomolecular engineering ”，即分子生物工程；法国人称为“génie biologique”，即生物工程学；英国人则用“biotechnology”一词既表示生物工程的技术内容，也代表工程内容，但又不同于“bioengineering”。“工程”一词是指完成某项商品生产或向社会提供劳务获得效益的过程，其特点是规模大，复杂性强，又需多学科知识和技术的协调配合；而“技术”一词习惯上是强调在实施过程中所运用的某项具体技巧，故两者迥然不同。生物工程是生物技术的产业化，在生物工程领域中，“技术”与“工程化”过程不可分割，但“工程”与“技术”各自又有相对的独立性。尽管各国对其概念的定义表述有差异，但大体涵盖的内容基本是相同的。一般认为，现代生物工程是以生物学（特别是其中的微生物学、遗传学、生物化学和细胞学）的理论和技术为基础，结合化工、机械、电子计算机等现代工程技术，充分运用分子生物学的*新成就，自觉地操纵遗传物质，定向地改造生物或其功能，短期内创造出具有超远缘性状的新物种，再通过合适的生物反应器对这类“工程菌”或“工程细胞株”进行大规模的培养，以生产大量有用的代谢产物或发挥它们独特生理功能的一门新兴技术。也有人认为，生物工程是指“人们以现代生命科学为基础，结合先进工程技术手段和其他基础学科的科学原理，按照预先的设计改造生物体或加工生物原料，为人类生产出所需产品或达到某种目的”。先进工程技术是指基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程和蛋白质工程。改造生物体是指通过基因重组或细胞工程获得优良品质的动物、植物和微生物品系。生物原料有淀粉、纤维素、糖蜜等物质，通过一系列的生物化学反应获得生物基化学品和生物燃料等。达到某种目是指疾病的预防、诊断与治疗，环境污染检测和治理等造福人类的活动。 现在普遍能够接受的是1982年国际经济合作和发展组织给生物工程所下的定义，即“生物工程是应用自然科学及工程学的原理，依靠生物催化剂（biocatalyst）的作用，将物料进行加工，以提供产品或为人类服务的技术”。生物催化剂可以是天然生物包括微生物、组织培养的动植物细胞等，也可以是采用重组DNA技术（recombinant DNA technology）和细胞融合技术（cell fusion technology）人工组建的、具有特定性状的新类型生物及由天然生物和新类型生物产生的酶或其他成分。 二、现代生物工程研究的主要内容 现代生物工程技术是由多学科的理论、技术与工程原理综合而成的边缘学科，内容庞杂，按操作对象及目的可分为基因工程（gene engineering，也称遗传工程）、细胞工程）、发酵工程（fermentation engineering，有时称为微生物工程）、酶工程）和生物反应器工程）。前两者的作用是将常规菌（或动植物细胞株）作为特定遗传物质受体，使它们获得外来基因，成为能表达超远缘性状的新物种——“工程菌”或“工程细胞株”。后三者的作用则是为这一有巨大潜在价值的新物种创造良好的生长与繁殖条件，进行大规模培养，以充分发挥其内在潜力，为人们提供巨大的经济效益和社会效益。但广义上的生物工程还包括生物医学工程（如人体信息的检测与分析、康复医学等），甚至仿生学。 1.基因工程 基因是脱氧核糖核酸（DNA）分子上的一个特定片段。不同基因的遗传信息，存在于各自片段上的碱基排列顺序之中。基因的精确复制，保证了遗传信息的代代相传；基因通过转录出的信使核糖核酸（mRNA），指导合成特定的蛋白质，使基因得以表达，去完成特定的生命活动。因此，基因是遗传之本，是控制生命活动的“蓝图”。利用微生物能产生出对人类有用的抗生素（antibiotic）、氨基酸(amino acid)和酶制剂(enzyme preparation)，是因为微生物中含有合成这些物质的基因；家蚕能吐出蚕丝，是因为家蚕含有丝素蛋白基因；豆科植物能固定大气中的氮，因而可在肥料不多的土壤里茁壮成长，这是因为与豆科植物根部共生的微生物中含有固氮基因，从而使这些生物各得其所，各有千秋。但是微生物不能生产出人类胰脏才能产生的胰岛素（insulin）、人类免疫细胞分泌的干扰素（interferon）等这些医学上极其珍贵的药物，因为微生物中没有人的这些基因。多少世纪以来，人类通过人工选择、杂交育种等方法，培育出许许多多集父母本的优良性状于一身的生物新品种。但这些常规的育种方法不能按照人们预定的目的，定向地改变生物的遗传特征，特别是杂交育种在不同物种之间还存在着不可逾越的鸿沟，人们一直渴望着一种能定向培育生物新品种的方法。 1973年，Cohen等创立了定向改造生物的新科学——基因工程，这一年被科学界定为“基因工程元年”，而Cohen成为基因工程发展史上的创始人。然而，基因工程的诞生不是偶然的，它是数十年无数科学家辛勤劳动和智慧的结晶，在现代分子学领域理论上的三大发现及技术上的三大发明对基因工程的诞生起到了决定性的作用。早在1934年，艾弗里（O. Avery）在美国的一次学术会上首次报道了著名的肺炎双球菌转化实验，发现了生物的遗传物质是DNA，这一超越时代的科学成就，时隔10年才得以公开、认可。事实上，O.Avery不仅证明了DNA是生物的遗传物质，还证明了DNA可以把一个细菌的性状转移给另一细菌，这一分子学领域的三大发现之一，曾被某位诺贝尔奖获得者认为是现代生命科学的开端，也是基因工程的先导。1953年，Watson和Crick搞清楚了DNA的双螺旋结构，提出了DNA半保留复制机制，对生命科学发展的影响足以和达尔文学说、孟德尔遗传定律相提并论。生物遗传信息是以密码方式传递的，每三个核苷酸组成一个密码子，代表一个氨基酸。1966年，美国科学家尼伦伯格（M. W. Nirenberg）与美籍印裔科学家霍拉纳（H. G. Khorana）破译了64个密码子，编排了一本密码字典，建立了中心学法则，确定了遗传信息的传递方式。从此，千百年来神秘的遗传现象，在分子水平上得到了揭示。20世纪40～60年代，在理论研究的基础上，科学家也为基因工程设计了一幅美好的蓝图。但是，面对庞大的双链DNA（dsDNA），尤其是真核生物DNA，人们仍然束手无策，不能把它切成单个的基因片段，尽管那时酶学知识已经得到相当的发展，但没有任何一种酶能对DNA进行有效的切割。直到1970年，Smith和Wilcox在流感嗜血杆菌中分离并纯化了限制性内切核酸酶Hind Ⅲ，使DNA分子的切割成为可能。1972年Boyer实验室又发现了限制性内切核酸酶EcoRⅠ，该酶每遇到GAATTC序列，就会将双链DNA分子切开形成DNA片段。以后，又相继发现了类似于EcoRⅠ这样的限制性内切核酸酶，从而使DNA分子的剪切成为可能，为基因工程的诞生提供了技术基础。1967年，世界上有5个实验室几乎同时发现了DNA连接酶，这种酶能够参与DNA缺口的修复。1970年，美国的Khorana实验室发现了一种具有更高连接活性的T4 DNA连接酶，这使DNA连接成为可能。由于DNA片段不具备复制能力，因此，为了能够在寄主细胞中进行繁殖，必须将DNA片段连接到一种特定的、具有自我复制能力的DNA分子上，即基因工程载体（vector）。事实上，基因工程载体的研究先于限制性内切核酸酶，1964年，Lederberg开始研究细菌的性因子——F因子，之后相继发现其他因子，如抗药性因子（R因子）、大肠杆菌素因子（CoE）。1973年，Cohen将质粒作为基因工程的载体使用。由于诸多科学巨匠的辛苦工作和卓越的成就，基因工程诞生的条件已经成熟。两位科学“助产士”Lederberg和Cohen把基因工程接到了人间。 基因工程的诞生使生命科学发生了革命性变化，标志着人类已进入改造和创建新生命形态的时代，并展现出其光辉的未来。基因工程的原理是应用人工方法把生物的遗传物质，通常是脱氧核糖核酸（DNA）分离出来，在体外进行切割、拼接和重组，然后将重组的DNA导入某种宿主细胞或个体，从而改变它们的遗传品性；有时还使新的遗传物质（基因）在新的宿主细胞或个体中大量表达，以得到基因产物（多肽或蛋白质）。这种通过体外DNA重组技术创造新生物，并给予特殊功能的技术称为基因工程，有时也称重组DNA技术。 基因工程诞生40多年来，研究工作成果主要体现在基因工程医药方面。例如，通过“工程菌”生产干扰素、白细胞介素、肿瘤坏死因子等人类重要的医药产品；通过转基因动物生产医药品和优质营养品；基因技术获得的农作物能够抵抗各种病虫害等。随着后基因组计划的进行，基因结构与功能的研究，不仅为疾病的诊断和治疗提供了支持，还为重组DNA新药、新疫苗、新诊断试剂的设计与研发提供新途径，并为临床医学诊断、预防和治疗带来新的变革。 蛋白质工程是指在基因工程的基础上，结合蛋白质结晶学、计算机辅助设计和蛋白质化学等多学科的基础知识，通过对基因的人工定向改造等手段，对蛋白质进行修饰、改造和拼接以生产出能满足人类需要的新型蛋白质的技术。1983年，美国GENE公司的Ulmer博士首先提出了蛋白质工程，它是指按照特定的需求，对蛋白质分子进行设计和改造的工程，实现从氨基酸序列预测蛋白质的空间结构和生物功能，设计合成具有特定生物功能的全新蛋白质，这也是蛋白质工程*根本的目标之一。蛋白质工程的实践依据是DNA指导蛋白质的合成，因此，人们可以根据需要对负责编码某种蛋白质的基因进行重新设计，使合成出来的蛋白质结构符合人们的要求。自此以后，蛋白质工程迅速发展，已成为现代生物工程技术的重要组成部分。由于蛋白质工程是在基因工程的基础上发展起来的，在技术方面有诸多同基因工程技术相似的地方，因此蛋白质工程也被称为第二代基因工程。蛋白质工程**个十分成功的范例是在世界上首次人工合成牛胰岛素，成为轰动世界的大事件。 定点诱变(site-directed mutagenesis)的成功，人们将可更自如地改造蛋白质和生物
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