我国生命科学与生物技术的进展及趋势【摘要】本文介绍了生物技术的重点研究领域，对欧美、日本等国家和我国生物技术的发展状况进行了综述,回顾了我国生物技术的发展历史,介绍和分析了我国生物技术的现状和存在问题,以及解决的对策，展望了21世纪我国生物技术的发展前景，希望21世纪的生物技术能更好的造福人民。

【关键词】:生命科学；生物技术; 趋势; 对策党和政府对生物技术一向给予高度的重视。

70年代末期, 就把遗传工程列为我国八大重点科技领域之一。

如果把1986年作为我国生物技术发展阶段的一条分界线, 那么, 1986年以前的七、八年, 我国生物技术处于一个初创阶段。

中国科学院和高等院校一些生物学基础研究实力较强的单位, 率先开展基因工程和杂交瘤技术的研究。

接着全国许多部门派遣访问学者到国外学习基因工程、细胞工程的技术方法。

国内许多研究单位也相继开展基因工程、细胞工程、酶工程和发酵工程的研究, 为我国生物技术的发展奠定了基础。

总括来说，生物技术是分子遗传学、生物化学、微生物学等基础学科发展的产物。

20 世纪90 年代以来, 生物技术特别是基因重组技术的发展突飞猛进, 产业化进程明显加快, 以欧美为中心的生物技术产业正在迅速兴起。

在20 世纪最后几年里, 全世界生物技术市场较原有的增加了30% , 2000 年生物技术的产值预计达600 亿英镑。

21 世纪将是生命科学和生物技术的世纪。

1 生物技术的重点研究领域1.1 基因组研究研究人类基因组、哺乳类实验动物的基因组、低等真核及原核生物细胞基因组, 同时开展基因图谱的比较研究和技术开发。

1.2 基因治疗研究癌症等疾病的免疫调节和基因治疗、中枢神经系统疾病的基因治疗、受体及转基因技术。

1.3 免疫技术开展疫苗载体及辅助药物的开发, 研究核酸疫苗、单克隆抗体及导向药物, 应用植物生物反应器生产疫苗。

1.4 食品、轻工、化工应用发酵工程技术开发食品及保健品、淀粉及脂类的改性, 应用生物技术改造轻工、化工的高温高压生产条件等。

1.5 海洋生物技术和水产养殖包括海洋生物资源的鉴定、使用和管理及其在医药卫生、农业、生物降解和制造等领域的应用。

1.6环境生物技术研究有毒废物的生物降解法和进行环境检测的生物传感器。

1.7 农业生物技术生物技术的重点应用领域之一, 主要进行植物基因图谱的研究和应用, 开展植物有效基因标记、植物对环境胁迫的适应性及抗逆性研究, 动植物发育分化的分子生物学及细胞学控制技术、生物固氮技术、动植物无性繁殖技术研究。

2 欧美国家的生物技术研究美国拥有生命科学基础研究的强大优势, 1983 年美国政府对生物技术的投资已达15 亿美元、90 年代初增至35 亿美元, 这还不包括工业界支持的20 亿美元。

以开发的生物技术产品种类、规模和销售总额而论, 美国处于首位, 英国、瑞典、瑞士、法国以及亚洲的日本、以色列亦处于国际领先地位【2】。

英国的克隆技术及与之相关的药物生产处于世界先进行列, 以罗斯林研究所为前身的英国PPL 公司的体细胞克隆技术一直领先至今。

瑞典、瑞士的生物药物, 特别是生物大分子分离分析技术装备与发酵装备属于国际领先水平; 英国的格兰素- 威康公司和瑞士的罗什公司等大企业都在进行基因药物的研究开发; 德国从1996 年开始重视对基因药物的研究; 法国尽管在生命科学和生物技术领域具有世界一流的研究水平, 但在研究成果的转化和应用方面明显落后于欧美其他国家。

欧美的生物技术特别是转基因技术的实用化已取得相当大的进展。

1995 年12 月, 美国国家科学和技术委员会发表了题为《二十一世纪的生物技术: 新的方向》的蓝皮报告书【3】, 该报告的中心思想是: 生物技术研究已经进入了“第二次浪潮”, 在这次浪潮中, 医药和健康在继续作为重点得到发展的同时, 生物技术的研究方向将向其他四个发展迅速的领域倾斜, ①农业生物技术; ②环境生物技术, 重点在生物降解方面; ③制造工艺ö生物处理工艺, 包括能源研究; ④海洋生物技术及水产养殖。

报告中将“应用现代生物技术手段解决农业问题”列为生物技术研究“头等优先”的任务之一。

农业生物技术有提高粮食产量、降低农业对化学品的依赖和原材料价格的潜力, 是解决人类粮食问题又不使自然环境遭受破坏的最主要的方法, 具有在21 世纪为美国每年创造几十亿美元收入的潜力。

该领域的研究包括以下几方面:(1) 继续开展动植物和微生物基因库的定位和序列分析工作, 以说明基因的功能和调节作用, 并推动作为基因改良基础的新基因的发现; (2) 确定可能产生新食品、新药品和新工业用途的动植物和微生物代谢规律的生化和遗传控制机理;【4】 (3) 深入研究生长和发育的生化和分子基础, 包括植物和动物的结构生物学; (4) 阐明植物和动物与其物理和生物环境相互作用的分子基础, 并将其作为提高生物健康状况的一个基础; (5) 加强食品安全保障方法的研究, 比如快速测试和鉴定食品和水中是否有化学和生物污染的方法。

3 日本在生物技术领域的进展面对欧美的激烈竞争, 日本政府高度重视生物技术的发展, 在增加研究预算的同时调整相关政策, 放宽对生物技术相关试验的限制并加强了转基因产品的安全性管理, 力争在生物技术领域占一席之地。

日本农业生物技术领域的研究开发大大落后于欧美强国, 率先走向实用化的是组织培养,其中组培花卉占绝大多数, 其次为蔬菜和果树。

日本的克隆牛技术居世界领先地位, 但它不同于英国以体细胞(乳腺) 制作克隆羊的方法, 而是将多细胞期的受精卵的细胞核移植到其他未受精卵中, 日本并非没有考虑利用体细胞制作克隆牛, 只是离这一技术还有相当大的距离。

此外, 通过基因重组技术利用牛羊生产蛋白药品的动物工厂正在研究开发中, 牛受精卵移植技术已大量在生产中应用。

水产方面, 继培育成功三倍体红鳟、银鲑等高生产性能品种之后, 通过染色体操作技术培育三倍体牡蛎、香鱼也已获得成功, 个体显著增大。

由于日本特殊的地理位置,日本政府在海洋生物技术及水产养殖方面的投资最多, 其海洋生物技术产业处于国际领先水平。

此外, 日本除与欧美合作开展人类基因组研究外, 还独自在水稻、猪、家蚕、蓝藻、出芽酵母、古细菌的基因组研究方面倾注了较多力量并已取得显著进展。

在基因治疗、生物活性物质、环保生物技术、转基因食品的安全性等方面的研究也受到重视。

4 我国生物技术的发展过程回顾【5】4. 1 现代生物技术产生的背景生物技术的三个发展阶段:生物技术具有悠久的历史,最早的生物技术产品是四千多年前的酒,然后是两千多年的醋、酱等。

到目前为止的生物技术产品已达几百种。

生物技术的发展分为三个阶段:传统生物技术、近代生物技术、现代生物技术。

三个阶段的发展时期、特征和典型产品参见表1 。

本世纪中叶以来,研究生命科学的遗传学和分子生物学迅速发展,生命的奥秘被一层一层地揭开了。

1944 年科学家艾米里(Avery) 首先揭示了决定生命遗传特性的物质是DNA(核酸) ,从而震惊了整个科学界; 1953 年美国科学家詹姆斯—沃森(J ames. D. Wat son) 发现了DNA 的双螺旋结构,弄清了DNA 通过复制传递遗传信息的机理,这是20世纪科学上最重大的突破之一。

科学家发现任何生物都有自己的遗传密码并传给下一代,改变生物的遗传特性的根本途径就是在DNA 分子上动手术,这就是基因工程(原称遗传工程) 的依据。

1973 年美国科学家斯坦利—科恩(S. Cohen) 终于发明了改变脱氧核糖核酸分子(NDA) 结构的技术,这就是DNA 重组技术,即基因工程技术。

遗传工程研究之初曾遭到美国的很多人的反对,他们担心基因重组产生的新生物难以控制甚至带来灾难。

但后来人们发现基因工程技术能够为人类造福,甚至带来巨大的经济效益,今天的美国经济就证明了这一点。

4. 2 我国生物技术的发展及政策回顾七十年代现代分子生物学的突破导致了现代生物技术的产生和发展,从而使生物技术成为众所周知的高新技术领域,不论是发达国家还是发展中国家都把生物技术的发展纳入本国科技重点领域。

我国1978 年召开了全国第一次科学技术大会,第一次把生物技术列为八个影响全局的重大新兴技术领域之一,并被写入“1978～1985 年全国科学技术发展规划纲要”。

1988 年我国制定了《生物技术发展政策》。

1989 年制定了《1990～2000 和2020 生物技术中长期发展纲要》。

目前我国发展生物技术的主要政策是采取“有限目标、重点突破、跟踪与创新并举”的方针。

4. 3 我国生物技术的研究发展过程历史上我国酿造技术处于世界先进水平,但近代生物技术的发展落后世界几十年,我国的近代发酵工业是从五十年代的青霉素生产开始的,六十年代至七十年代是我国发酵工业快速发展的时期,至八十年代初我国生物工业的产值约占国民经济产值的1 % ,产品达到一百多种,但仍比发达国家落后十多年。

我国现代生物技术的某些领域的研究在七十年代开始了起步,有些研究还处于世界先进水平,主要有以下几个方面: (1) 酶工程领域:七十年代初中科院一些研究所开始了固定化酶的研究,1978 年召开了首次全国酶工程学术会议,并以此为开端将固定化酶技术研究与应用扩展到许多研究单位; (2) 农业生物工程领域:首先是从细胞工程开始的,七十年代初我国就开始了应用花药,子房离体培养再生新植株的单倍体育种,应用原生质体融合技术培育新品种的研究;七十年代中期开始了应用生物技术培育淡水鱼新品种,如应用性别人工控制技术培育全雄罗飞鱼,应用人工诱导鱼类核发育技术培育出三倍体银鲫鱼,应用细胞核移植技术培养出鲤鲫鱼杂交鱼等。

七十年代中期开始了动物胚胎移植技术快繁优良动物品种的研究。

七十年代中期开始了利用植物组织培养法使植物脱除所感染的病毒并快速繁殖无病毒优良新品种。

七十年代后期开始了基因工程基础技术研究,并开始有转基因的动植物研究。

(3) 发酵工程领域,开始了连续发酵技术、现代生物分离技术、生物反应器技术、生物传感器技术等现代生物发酵技术的研究,并不断有新的发酵产品问世(见表1) 。

八十年代基因工程研究的开展,使大量研究人员介入,并开始跟踪和积极介绍国外的前沿研究工作,使我国的研究迅速活跃起来,1982 年国家科委第一次把基因工程列入国家“六五”科技攻关计划,并在“七五”、“八五”攻关计划中不断加大攻关力度,扩大研究领域(见表2) 。

表1 生物技术的发展阶段阶段时期名称特征典型产品一第一次世界大战前传统生物技术酿造技术酒类、醛、酱类、酸奶等二一战以后～ 20世纪近代生物技术微生物发七十年代酵技术青霉素、丙酮、甘油、谷氨酸、柠檬酸、淀粉酶啤酒等三 20 世纪七十年代以后现代生物技术 DNA 重组及转基因技术细胞和原生质体融合技术酶和细胞固定化技术植物脱毒和快繁技术新物种、转基因动动植物细胞大规模植物、克隆动物、培养技术新型酶制剂、基因动物胚胎工程技术工程药物、新型发现代生物反应工程等酵产品、新型生物反现代微生物发酵技术应器现代生物分离工程技术蛋白质工程技术表2 国家科技攻关计划有关生物技术研究领域情况名称与时期研究范围课题数专题数国家“六五”攻关计划基因工程(1981 - 1985) 酶工程 3发酵工程国家“七五”攻关计划(1986 - 1990)基本工程基础技术基因工程产品 8 97植物基因工程细胞工程淋巴细胞杂交瘤和单克隆抗体酶的固定化发酵工程生物反应器国家“八五”攻关计划(1991 - 1995) 基因工程基础基因工程药物动物基因工程植物基因工程单克隆抗体动物细胞工程植物细胞工程酶工程生化工程海洋生物工程 12 130动植物生化制药发酵工程1987 年开始实施的国家“863”计划(即高技术研究发展计划,共100 亿) 选定了七个重点研究领域,其中生物工程为首项,包括三个研究主题和21个研究专题。