疫苗
干细胞与组织工程
胚胎干细胞的多能性为发育生物学和医学提供了很多可能的应用，但是 提取干细胞通常会毁坏胚胎，这项研究引发了生物伦理的激烈讨论。 2006年，日本研究人员报告一个能避开人体胚胎干细胞实际与伦理问题。 他们将4个基因（Oct4, Sox2, Klf4 和c-Myc）导入在培养皿中生长的小鼠 尾部细胞，得到了外表和作用与干细胞十分相似的新细胞—iPS细胞（诱
世界上第一次发明了细菌照相法； 第一次发现证明了炭疽热的病原细菌——炭疽杆菌； 第一次提出纯培养技术并设计多种培养基； 第一次发明了蒸汽杀菌法 提出 科赫法则 等等…… 罗伯特· 科赫
发展期（1897年-1953年）
Buchner
（生物化学奠基人）
Fleming 1928年
发现青霉素对 细菌的抑制作 用,青霉素发 现推动微生物 工业化培养技 术猛进
生物工程概论
享学课堂
1.生物工程发展历史
朦胧阶段（9000年前-1676年）
有考古证据证明在公元7000年前， 我们的祖先就开始 酿酒作为饮品。
公元前2300年， 埃及人酿造啤酒 （左图） 其他以微生物发酵为基础的 生产，如发酵乳制品（包括乳 酪、酸奶等）和各种东方食品 如酱油、印尼豆酵饼等同样有 着古老的渊源
发酵工程
基因工程
酶
酶工程 产品
动植物个体或细胞
细胞工程
优良动植物品种
生物工程主要领域之间相互关系示意图
生物工程的特点 [高效性和经济性]： 基因工程应用举例 与医药卫生 （1）生产基因工程药品 ①优点：高质量、低成本 ②举例：胰岛素、干扰素、 乙肝疫苗等 （2）用于环境监测：用DNA探针可检测饮水中病毒的含量 ①方法：使用一 个特定的DNA片段制成探针，与被检测的病毒DNA杂交，从而把病毒检测 出来。 ②特点：快速、灵敏 （3）基因治疗 ①含义：把健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞中，达到 治疗疾病的目的。 ②举例：半乳糖血症（病因、研究成果） ③发展前景： 许多遗传病及疑难病症将被人类征服。 细胞工程作为科学研究的一种手段，已经渗入到生物工程的各个方面，成为 必不可少的配套技术。在农林、园艺和医学等领域中，细胞工程正在为人类 做出巨大的贡献。利用细胞工程技术进行作物育种，是迄今人类受益最多的 一个方面。我国在这一领域已达到世界先进水平，以花药单倍体育种途径， 培育出的水稻品种或品系有近百个，小麦有30个左右。其中河南省农科院培 育的小麦新品种，具有抗倒伏、抗锈病、抗白粉病等优良性状。 [清洁和低耗][强调技术设计][可遗传和可扩散] [对人类伦理道德观念有影响]
综合利用
工业酶制剂是重要的大宗发酵产品，也是实现绿色化 学的重要工具。是基因工程、蛋白质工程、发酵工程的融 合。 例如：碱性甘露聚糖酶（水解纤维素）的高表达与产业开发 1
完成高温、酸性 、碱性、以及耐 盐碱的甘露聚糖 酶、纤维素酶、 淀粉酶、葡萄糖 苷酶等多种极端 酶产生菌的分离 ，获得146株极 端微生物；
组织工程皮肤获得 产品注册证书
防钙化生物瓣膜获 得国家生产批号
基因工程
转基因植物
我国建立了水稻高效规模化的转基因技术的 体系，形成年转化5000个基因的技术能力， 并已经对上千个基因进行了转化和功能分析， 构建了面向全国的开放平台。 我国转基因水稻涉及抗虫、抗病、抗逆、品 质、养分高效利用和高产等，在国际顶级学 术刊物上发表数篇重要科技论文。
Watson和Crick （分子生物学奠基人）
20世纪70年代 推动生命科 学的发展促 进许多重大 理论问题的 突破
基因工程 的发展
工程菌的构 建更促进了 生物工程发 展
人类基因 组计划
人类基因组计划
人类基因组包括分布于46条染色体的 30 000-35 000个基因。
人类基因组计划最终目的是测定基因组全部序列，弄清整个 基因组的结构、功能以及表达产物，彻底了解人类生命活动的本 质。它具有非常重大的意义，推动了整个生命科学的发展。
生物工程 细胞工程
基因工程
综合性应用
发酵工程
酶工程
生物反 应器工程
生物工程，一般认为是以生物学(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最新成就， 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，以生产大量有用代 谢产物或发挥它们独特生理功能一门新兴技术。
2
克隆表达30余个 极端工业酶基因 ，完成18个极端 酶的纯化与表征 ；阐述了极端酶 的结构位点和适 应机制；
3
甘露聚糖酶和乳 糖酶在酵母中高 效表达，建成生 产示范装置；
上海交通大学发现了新型结肠癌术后转移、复发 的分子标记物—IMP3，对血样本直接检测，通过 对癌细胞的捕获计数，能够实现对患者预后的评 估。
酶工程
清华大学与湖南海纳百川生物 工程有限公司合作，建成了 全球套酶法工业化生产生物柴 油装置，运行结果表示该酶法 新工艺在经济上与目前的化学 工艺相比具有很强的竞争力。
发酵反应器工程
菱花和阜丰集团采用绿色制造新技术发酵生产谷氨酸，并 自主研发了一种新型大型的谷氨酸发酵罐，将产率提高了0.5%， 且降低了能耗和设备成本。
我国人口众多，水稻是主要的粮食， 而水稻病虫害是未来粮食安全问题 的重大隐患。
研制了“华恢1号”和“Bt汕优63” 高抗多种虫害，在整个水稻种植季 节中可以基本不打农药，较非抗虫 水稻增产6%~12%。
利用修饰豌豆胰蛋白酶抑制剂基因SCK，研制出 的抗虫水稻及其配制的杂交稻组合Ⅱ优科丰6号 对二化螟、三化螟和稻纵卷叶螟等鳞翅目害虫的 抗虫效率不低于95%，且表现明显的增产效果。
Avery 1944年
肺炎球菌转化实 验，确定DNA是 遗传物质
1897年
无细胞酵母菌 “酒化酶”推翻 巴斯德胚种学说
生物工程发 展的里程碑： 进入生化水 平研究阶段
标志着分子生 物学的形成
生化工程的发展
1946~1948年
最佳溶氧条件对生物发酵产业（青霉素 的发酵）起了极大的促进作用。
Elmer L. Gaden 生化工程之父
导性多功能干细胞）。
2008年，科学家们用基因技术彻底消除细胞的发育“记忆”，从而使其 回到原始胚胎状态，这就是细胞重编程（reprogramming cell），被 Science杂志评为2008年十大科学进展之首。
我国干细胞研究于2009年在iPS细胞（研究、重大疾病干细胞治疗 技术与产品研发等领域取得了多项学术界广泛认可的重大成果。
东南大学研制的纳米生物器件可以快速的检测 肝癌、肺癌、白血病敏感和白细胞耐药等细胞， 有望实现癌症的早期诊断。
生物工程的主要领域
生命 科学
生物 工程 主要 领域
工程 科学
发酵 工程
基 因 工 程
主要服
细胞 工程
酶 工程
务领域
人类 健康
工农 业
资 源
能 源
环 境
生物工程的学科基础及主要领域
微生物
工程菌
发酵工程
现代啤酒的发酵生产工艺
纯培养厌氧分批 补料发酵技术
分批补料发酵生产乳酸， 使得乳酸的发酵水平达 200g/L，光学纯度达97.4% 可满足聚乳酸的生产需要；
生物高分子材料生产
绿色可降解环保型聚 乳酸树脂具有环境友 好型的优势，并能够 胜任大部分合成塑料； 建成一条我国第一， 世界第二的年产5000t 绿色可降解环保型聚 乳酸树脂工业示范线， 收率达到理论收率的 90%，分子量大于10 万。
转基因动物
抗蓝耳病（猪繁殖与呼吸综合症PRRS）转基因猪
抗CD20单克隆抗体是治疗B淋巴细胞瘤的特效药，价格 昂贵，一个疗程需要1.6万美元。
世界首批抗CD20单克隆抗体转基因牛 中国农业大学培养的转基因牛产抗CD20单克隆抗体达到 2g/L,能够大大降低药物价格，为此类癌症患者带来福音。
从生物质到生物柴油 北京化工大学开发的酶法发酵生 产生物柴油已在秦皇岛和上海实 现了生物柴油的万吨级产业化； 生物酶法生产生物柴油产业化装置
iPS细胞在生物和医学领域 具有广泛的应用前景，但 是iPS细胞是否真的拥有与 胚胎干细胞一样的全能性 还未被证实。中国科学院 研究所首次利用iPS细胞通 过四倍体囊胚注射得到存 活并具有繁殖能力的小鼠 “小小”，并于12月8日入 选了《时代周刊》公布的 通过四倍体囊胚注射得到存活 2009年十大医学突破。 《时代周刊》公布的2009 并具有繁殖能力的小鼠“小小” 年十大医学突破。
我国肥料资源十分匮乏， 例如：再过20年中高品 位磷矿开采殆尽； 化肥肥效易下降且会造 成大量氮、磷污染地下水。
生物肥料提供氮素， 转化难溶磷钾，促 进作物生长； 生物肥料环境友好。
生物肥料关键技术突破： • 生物肥料高效菌种资源库的不断充实； • 突破秸秆快速腐熟技术； • 高密度发酵工业； • 生物肥料高效载体研究的突破。
初步发展（1676-1861年）
Edward Jenner 首创接种牛 痘预防天花，是免疫学发 展的代表，但当时解释不 了其机制。 列文虎克发明显微镜
奠定阶段（1861-1897年） 彻底否定了“自然发生学说”； 证实细菌能利用糖和铵合成蛋白质； 杰 出 贡 献 “工业微生物学之父” “生物工程之父” 证实了发酵是由细菌引起的； 在免疫学上提出预防接种; 提出巴氏消毒法等等……
2006年6月26日克林顿宣布人类基因组草图绘制完成
人类基因组研究结论
1. 基因数量少得惊人 2. 人类基因组中存在“热点”和大片“荒漠”更高
人类基因组研究结果更为现代刑侦破案，人 类疫苗开发提供了有力的依据。
2. 我国生物工程技术进展
生物燃料
目前生物法生产乙烯新增产值5.76亿，新增利润7654万 元乙烯的生物炼制技术的成熟促使一系列大宗化学用品的 生物法的发展。