現代生物技術與古代利用微生物釀酒技術和現代發酵技術有著發展中的聯系,但又有質的區別。古代釀酒技術和現代發酵技術只是利用現有的生物或生物功能為人類服務,而現代生物技術則是按照人們的願望和需要創造新型的生物和生物功能,或改造現有的生物和生物功能,包括改造人類自身,從而造福人類。現代生物技術生物工程的建立,是人類實用生物技術從必然王國走向自由王國,從等待大自然的恩賜到主動向大自然進行質的飛躍。
現代生物技術是在分子生物學發展的基礎上成長起來的。1953年,美國科學家沃森和英國科學家克裏克用X衍射法弄清了遺傳的物質基礎核酸的結構,從而揭開了生命的秘密,從細胞水平的探索進入分子水平,對於生物規律的研究從定性走向定量。對生物規律的研究也從定性走向定量。在現代物理學和化學的影響和滲透下,壹門新的科學--分子生物學誕生了。在隨後的十幾年中,分子生物學發展迅速,取得了許多重要成果,特別是科學家破譯了生命的遺傳密碼,並於 1966 年編成了地球上所有生物共有的遺傳密碼 "字典"。遺傳密碼字典將分子生物學研究迅速推進到實用階段。1970年,科拉納等科學家完成了酵母丙氨酸轉運RNA基因的人工全合成。1971年,美國的保羅-伯格用壹種限制性內切酶,打開了壹種環狀DNA分子,首次把兩種不同的DNA連接在壹起。1973 年,以美國科學家科恩為首的研究小組,應用此前大量的研究成果,在斯坦福大學用大腸桿菌進行了現代生物技術最具代表性的技術--基因工程的首次成功實驗。他們將大腸桿菌中兩種不同的質粒(抗四環素質粒和抗鏈黴素質粒)在試管中重組在壹起,並將這種質粒導入大腸桿菌中,發現這種質粒在大腸桿菌中復制並表現出兩種親本質粒的遺傳信息。1974 年,他們又將非洲爪蛙的壹種基因與壹種大腸桿菌的質粒結合在壹起,導入另壹種大腸桿菌中。結果,非洲爪蛙的基因實際上在大腸桿菌中得到了表達("表達 "是指該基因能夠在大腸桿菌中合成生長激素抑制因子),並且能夠隨著大腸桿菌的繁殖代代相傳。
從科恩的實驗中,科學家們看到了基因工程的突出特點:(1)能夠打破物種之間的界限。在傳統的遺傳育種觀念中,親緣關系稍遠的物種,幾乎不可能雜交成功,更不用說動物與植物之間、細菌與動物之間、細菌與植物之間的雜交了。然而,基因工程技術可以跨越交配障礙,使之成為可能。(2) 可以根據人們的意願和目的,有針對性地改變生物的基因特征,甚至創造出地球上尚不存在的新的生命物種。同時,這項技術還可能對人類自身的進化過程產生影響。(3) 由於這項技術直接作用於遺傳物質核酸,因此可以大大加快創造新型生命的速度。這些特點,引起了世界科學家的極大關註,短短幾年,基因工程研究便在許多國家得到發展,並取得了壹批成果,基因工程已成為20世紀最重要的科技成果之壹。
現代生物技術是壹個復雜的技術群。基因工程只是現代生物技術中的壹個代表,其特點是在分子水平上創造或改變生物類型和生物功能。此外,在染色體、細胞、組織、器官甚至生物個體水平上也可以進行創造或改造生物類型和生物功能的工程,如染色體工程、細胞工程、組織和器官培養、定量基因工程等,這些也屬於現代生物技術的範疇。而為這些工程服務的壹些新的工藝系統,如現代發酵工程、酶工程、生物反應器工程等,也同樣包括在現代生物技術的體系中。
現代生物技術以分子生物學、細胞生物學、微生物學、免疫學、遺傳學、生理學等學科為支撐,結合化學、化學工程、計算機、微電子學等學科,形成了多學科交叉滲透的綜合性學科。從應用領域來看,可分為農業生物技術、醫學生物技術、植物生物技術、動物生物技術、食品生物技術、環境生物技術等。
生物工程
(biological engineering; bion)
生物工程,是 20 世紀 70 年代初新興起的綜合性應用學科。
所謂生物工程,壹般認為是以生物學(特別是微生物學、遺傳學、生物化學和細胞學)的理論和技術為基礎,結合化學工業、機械、計算機等現代工程技術,充分利用分子生物學的最新成果,有意識地操縱遺傳物質,定向改造生物體或其功能,短期內創造出具有超遠程性狀的新物種。這種新物種,再通過相應的生物反應器對這類 "工程菌 "或 "工程細胞系 "進行大規模培養,從而產生大量有用的代謝產物或發揮其獨特生理功能的壹種新興技術。
生物工程包括五大工程,即基因工程(遺傳工程)、細胞工程、微生物工程(發酵工程)、酶工程(生化工程)和生物反應器工程。在這五大領域中,前兩個領域的作用是利用傳統細菌(或動植物細胞系)作為特定遺傳物質的接受者,使其獲得外來基因,成為能夠表達超遠程性狀的新物種--"工程細菌 "或 "工程細胞系"。後三者的作用是為這壹具有巨大潛在價值的新物種創造良好的生長繁殖條件,並進行大規模培育,以充分發揮其內在潛力,為人們帶來巨大的經濟和社會效益。
生物工程的應用領域十分廣泛,包括農業、工業、醫學、藥學、能源、環保、冶金、化工原料等。它必將對人類社會的政治、經濟、軍事和生活產生重大影響,為解決世界面臨的資源、環境和人類健康等問題提供廣闊的前景。
主要課程:有機化學、生物化學、化工原理、生化工程、微生物學、細胞生物學、遺傳學、生物化學、分子生物學、基因工程、細胞工程、微生物工程、生化工程、生物工程下遊技術、發酵工程設備等。
主要實踐性教學環節:包括教學實習、生產實習、畢業論文(設計等,壹般安排10-20周。
學習年限:四年
授予學位:工學學士
相近專業:生物科學 生物技術 生物信息學 生物科學與生物技術 植物與動物檢疫 生物化學與分子生物學 醫學信息學 植物生物技術 動物生物技術 生物技術 生物工程 生物安全
學習機構:
北京
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北京
北京、中國北京
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現代生物工程技術
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現代生物技術(生物工程)是指通過壹定的技術手段,在分子、細胞或個體水平上通過壹定的技術手段進行設計操作,以達到改善物種質量和生命大分子特性的目的和需要或生產特殊用途的生命大分子物質。包括基因工程、細胞工程、酶工程、發酵工程等,其中基因工程是核心技術。由於生物技術將為解決人類面臨的食品、健康、環境、能源等重大問題開辟廣闊的前景,因此它與計算器微電子技術、新材料、新能源、航空航天技術等並列為高新技術,被視為 21 世紀科學技術的核心。目前,生物技術應用最活躍的是生物醫藥產業,生物制藥被投資者認為是成長性最高的產業之壹。世界各大制藥公司瞄準目標,紛紛投入巨資,開發生物制藥,展開了面向21世紀的空前激烈的競爭。
生物技術的發展可分為傳統生物技術、現代生物技術和現代生物技術三個不同階段。傳統生物技術的技術特點是釀造技術,現代生物技術的技術特點是微生物發酵技術,現代生物技術的技術特點是以基因工程為先導標誌。本文所說的生物技術是指現代生物技術,也可稱為生物工程。現代生物技術從 20 世紀 70 年代開始驟然興起,近壹二十年來發展極為迅速。它與微電子技術、新材料技術和新能源技術並列為未來影響國計民生的四大科技支柱,被認為是21世紀世界知識經濟的核心。
生物技術的應用範圍十分廣泛,主要包括醫藥衛生、食品輕工、農業漁業、能源工業、化學工業、冶金工業、環境保護等方面。其中,醫藥衛生領域是現代生物技術的第壹階段,也是目前應用最廣泛、成果最顯著、發展最迅速、潛力最大的壹個領域。
生物技術在醫藥衛生領域的應用主要有以下三個方面:
1、是解決了過去用常規方法不能生產或生產成本特別昂貴的藥物的生產問題,研制出了壹大批新特藥,如胰島素、幹擾素(IFN)、白細胞介素-2(IL-2)、組織纖維蛋白溶解酶原激活劑(TPA)、腫瘤細胞活化因子(TPA(TPA)、腫瘤壞死因子(TNF)、集落刺激因子(CSF)、人類生長激素(HGH)、表皮生長因子(EGF)等。這些藥物可用於防治諸如腫瘤、心腦肺血管、遺傳、免疫、內分泌等嚴重威脅人類健康的疑難病癥,而且在避免毒副作用方面明顯優於傳統藥物。
2、是研制壹批靈敏度高、性能特異、實用性強的臨床診斷設備,如體外診斷試劑、免疫診斷試劑盒等,找到壹些疑難病的發病機理和治療新方法。我國單克隆抗體診斷試劑市場前景廣闊。
3、是基因工程疫苗的研制成功,細菌疫苗的規模化生產直至人類對傳染病的抵抗力的保證,使整個優生優育群體展現出光明的前景。我國發展的重點是乙型肝炎基因疫苗。
現代生物技術以再生生物資源為原料生產生物藥物,可獲得過去難以獲得的足夠的生物藥物用於臨床研究和治療。如1克胰島素(h-胰島素)要從7.5公斤新鮮豬或牛的胰腺組織中提取,而全世界糖尿病患者有6000萬人,每人每年約需1克胰島素,這樣共需4.5 億公斤新鮮胰腺中提取,這實際上是不可能做到的,而生物技術卻很容易解決這個問題,利用基因工程 "工程菌 "生產 1 克胰島素,只需要胰島素總量的 20%。利用基因工程 "工程菌 "生產 1 克胰島素,只需要 20 升發酵液,其價值無法用金錢來計算。
美國生物工程學院排名
1 約翰霍普金斯大學[Johns Hopkins University] 綜合排名:第14位
2 佐治亞理工學院[Georgia Institute of Technology] 綜合排名:第35位
2 加州大學聖地亞哥分校[University of California-San Diego]綜合排名:第 38 位
4 華盛頓大學】綜合排名:第 42 位
5 杜克大學】綜合排名:第 14 位
2 佐治亞理工學院大學】綜合排名:第 8 位
6 波士頓大學】綜合排名:第 57 位
6 賓夕法尼亞大學綜合排名:第 5 位
8 麻省理工學院(Massachusetts Institute of Technology ( MIT)總體排名:第 7 位
9 萊斯大學 [Rice] 總體排名:第 17 位
10 華盛頓天主教大學 [Case Western Reserve University] 總體排名:第 41 位
10 密歇根大學安娜堡分校 [University of Michigan-Ann Arbor] 總體排名:第 25 位
12 西北大學 [Northwestern University] 總體排名:第 14 位
12 華盛頓大學聖路易斯分校 [Washington University in St.聖路易斯華盛頓大學】綜合排名:第 12 位
12 斯坦福大學】綜合排名:第 4 位
12 加利福尼亞大學伯克利分校】綜合排名:第 21 位
16 匹茲堡大學]總排名:第 59 位
16 弗吉尼亞大學]弗吉尼亞大學】綜合排名:第12名
12 斯坦福大學 弗吉尼亞大學]總排名:第 23 位
18 德克薩斯大學奧斯汀分校]綜合排名:第 44 位
19 哥倫比亞大學】綜合排名:第 9 位
19 猶他大學】綜合排名:第 10 位
19 猶他大學】綜合排名:第 10 位
19 猶他大學 ]。國立第三大學
21 範德比爾特大學]綜合排名:第 19 位
22 加利福尼亞理工學院(California Institute of Technology]綜合排名:第 5 位
22 威斯康星大學麥迪遜分校 ] 綜合排名:第 38 位
24 普渡大學西拉法葉分校 普渡大學西拉法葉分校]總排名:第 64 位
24 卡內基梅隆大學】 總排名:第 22 位
24 加州大學戴維斯分校】 總排名:第 42 位
24 加州大學麥迪遜分校】 總排名:第 22 位
24 普渡大學西拉法葉分校]綜合排名:第 22 位
25 普渡大學西拉法葉分校
24 明尼蘇達大學雙城分校】綜合排名:第 71 位
24 康奈爾大學】綜合排名:第 12 位
29 倫斯勒理工學院]總排名:第 44 位
30 德克薩斯農工大學-大學城分校]總排名:第 62 位
30 南加州大學]總排名:第 27 位
30 賓夕法尼亞州立大學-大學公園分校] 總排名:第 48 位
30 德州農工大學-大學站分校]總排名:第 44 位
30 德克薩斯農工大學-大學城分校]綜合排名:第 62 48 位
30 亞利桑那州立大學] 綜合排名:第 124 位
34 愛荷華州立大學] 綜合排名:第 85 位
34 紐約州立大學石溪分校] 綜合排名:第 14 位
34 紐約州立大學石溪分校]綜合排名:第 14 位
30 賓夕法尼亞州立大學-大學公園分校] 綜合排名:第 14 位
31 賓夕法尼亞州立大學-大學公園分校 紐約州立大學]總排名:第 96 位
34 北卡羅來納州立大學羅利分校]總排名:第 85 位
34 紐約市立大學 [CUNY-Queens College] Quad National University
37 羅切斯特大學] University of Rochester綜合排名:第 35 位
37 耶魯大學】綜合排名:第 3 位
37 加州大學歐文分校]總排名:第 3 位
37 北卡羅來納州立大學羅利分校]總排名:第 85 位
34 紐約市立大學 [CUNY-Queens California-Irvine] 總排名:第 44 位
37 阿拉巴馬大學]綜合排名:第 91 位
37 羅格斯新澤西州立大學-新不倫瑞克分校]綜合排名:第 59 位
37 馬凱特大學] 綜合排名:第 82 位
37 德雷塞爾大學] 綜合排名:第 10 位
37 阿拉巴馬大學] 綜合排名:第 91 位
37 阿拉巴馬大學[羅格斯州立大學] 綜合排名:第 108 位
37 哈佛大學] 綜合排名:第2名
46 布朗大學] 綜合排名:第14名
46 克萊姆森大學] 綜合排名:第67名
46 加州大學洛杉磯分校(UCLA]總排名:第 25 位
49 亞利桑那大學(UAA)亞利桑那州] 總排名:第 96 位
資料來源:維基百科。