㈠ 什麼叫生物技術
生物技術(biotechnology)也譯成生物工程,生物學研究與應用的技術方面,包括基因工程、細胞工程、發酵工程和酶工程,現代生物技術發展到高通量組學(omics)晶元技術、基因與基因組人工設計與合成生物學等系統生物技術。
生物技術(biotechnology),是指人們以現代生命科學為基礎,結合其他基礎科學的科學原理,採用先進的科學技術手段,按照預先的設計改造生物體或加工生物原料,可以為人類生產出所需產品或達到某種目的。生物技術是人們利用微生物、動植物體等對物質原料進行加工,是以提供產品來為社會服務的技術。生物技術主要包括發酵技術和現代生物技術。因此,生物技術是一門新興的、綜合性的學科。
現代生物技術綜合有基因工程、分子生物學、生物化學、遺傳學、細胞生物學、胚胎學、免疫學、有機化學、無機化學、物理化學、物理學、信息學及計算機科學等多學科技術,它可用於研究生命活動的規律和提供產品為社會服務等。
近些年來,以基因工程、細胞工程、酶工程、發酵工程為代表的現代生物技術發展迅猛,並日益影響和改變著人們的生產和生活方式。所謂生物技術(Biotechnology)是指「用活的生物體(或生物體的物質)來改進產品、改良植物和動物,或為特殊用途而培養微生物的技術」。生物工程則是生物技術的統稱,是指運用生物化學、分子生物學、微生物學、遺傳學等原理與生化工程相結合,來改造或重新創造設計細胞的遺傳物質、培育出新品種,以工業規模利用現有生物體系,以生物化學過程來製造工業產品。簡言之,就是將活的生物體、生命體系或生命過程產業化的過程。生物工程包括基因工程、細胞工程、酶工程、發酵工程、生物電子工程、生物反應器、滅菌技術以及新興的蛋白質工程等,其中,基因工程是現代生物工程的核心。基因工程(或稱遺傳工程、基因重組技術)就是將不同生物的基因在體外剪切組合,並和載體(質粒、噬菌體、病毒)的DNA連接,然後轉入微生物或細胞內,進行克隆,並使轉入的基因在細胞或微生物內表達,產生所需要的蛋白質。有60%以上的生物技術成果集中應用於醫葯產業,用以開發特色新葯或對傳統醫葯進行改良,由此引起了醫葯產業的重大變革,生物制葯也得以迅速發展。生物制葯就是把生物工程技術應用到葯物製造領域的過程,其中最為主要的是基因工程方法。即利用克隆技術和組織培養技術,對DNA進行切割、插入、連接和重組,從而獲得生物醫葯製品。生物葯品是以微生物、寄生蟲、動物毒素、生物組織為起始材料,採用生物學工藝或分離純化技術制備,並以生物學技術和分析技術控制中間產物和成品質量而製成的生物活化制劑,包括菌苗、疫苗、毒素、類毒素、血清、血液製品、免疫制劑、細胞因子、抗原、單克隆抗體及基因工程產品(DNA重組產品、體外診斷試劑)等。人類已研製開發並進入臨床應用階段的生物葯品,根據其用途不同可分為三大類:基因工程葯物、生物疫苗和生物診斷試劑。這些產品在診斷、預防、控制乃至消滅傳染病,保護人類健康中,發揮著越來越重要的作用。
一般新的生物產品的開發必須經過(1)實驗室研究(生產工藝路線探索和質量控制標準的建立);(2)臨床前研究(葯理、毒理、葯效等動物實驗);(3)保健食品需經過試驗產品的安全性試驗;(4)而葯品則需經過一期臨床試驗(用健康志願者試驗葯品的安全性)、二期臨床試驗(小規模臨床葯效學研究)、三期臨床試驗(大規模臨床葯效學研究)等五個階段的研究工作,才有可能被批准進行試生產。葯品還必須在試生產一年後,再上報質量穩定性和進一步擴大規模的臨床試驗結果,才能申報正式的生產批文。
應用范疇
醫療領域
在目前這方面的研究受到極大的注目。像是幹細胞應用生物技術於再生醫學領域,如人工臟器、神經修復等。或是以蛋白質結構解析數據,對於功能性區域(domain)來開發相對應的抑制劑(如:酵素抑制劑)。利用微陣列核酸晶元,或是蛋白質晶元,尋找致病基因。或是利用抗體技術,將毒素送入具有特殊標記的癌細胞。或利用基因克隆技術,進行基因治療等。基因治療(gene therapy)利用分子生物學方法將目的基因導入患者體內,使之表達目的基因產物,從而使疾病得到治療,為現代醫學和分子生物學相結合而誕生的新技術。基因治療作為新疾病治療的新手段,給一些難治疾病的根治帶來了光明。
農學食糧
人口快速膨脹,食糧問題正是生物技術應用的切入點。在基因克隆農作物的開發下,除了克隆進入抗蟲害基因、抗凍基因外,例如含有維生素A的稻米也問世。在有限耕地下,克隆農作物解決了品質上的問題。除此之外,觀賞用的花卉等,也靠著組織培養的技術,將高品質的花卉復制生產,提高花卉價值。著名的像是台灣的蝴蝶蘭。另外,經過遺傳工程技術,能產生凝血因子的乳牛也提供醫療用途。生物肥料主要利用微生物技術製作的肥料種類。生物肥料不僅給作物提供養料、改善品質、增強抗寒抗蟲害能力、還改善土壤通透性、保水性、酸鹼度等理性化特性,可為作物根系創造良好生長環境,從而保證作物的增產。生物農葯利用微生物、抗生素和基因工程等產生有殺滅蟲病效果的毒素物質,生產出廣譜毒力強的微生物菌株製作而成的農葯。它的特點不像化學農葯般見效快,但效果持久。與化學農葯比,害蟲難以產生抗葯性。對環境影響小。對人體和作物的危害性小。但是使用范圍和方法有限制等等。
軍事科技
基因武器,例子包括插入眼鏡蛇毒液基因的流感病毒和含有炭疽病毒的大腸桿菌。基因武器的特點是生產成本低、殺傷力大、作用時間長。對方使用難發現、難預防、難治療。使用方法簡單,施放手段多。只傷害人,不破壞武器裝備、設施。而且一旦使用會產生強烈的心理威懾作用。
工業應用
在工業上,利用工業菌種的特殊代謝路徑,來替代一些化學反應。除了專一性提高,也在常溫常壓下,節約能源。也由於專一性高,產生的廢棄物量低,也因此被稱為綠色工業。
環境保護
當環境受到破壞,可以利用生物技術的處理方式,讓環境免於第二次受害。生物具有高度專一性,能針對特殊的污染源進行排除。例如運輸原油的郵輪,因事故,將重油污染海域,而利用分解重油的特殊微生物菌株,對於重油進行分解,代謝成環境可以接受的短鏈脂肪酸等,排解污染。此外,土壤遭受重金屬污染,亦可利用特定植物吸收污染源。