二十一世纪中小学生素质教育文库(59)生物工程

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1、®®生物工程漫话什么是生物工程我们生活在一个知识爆炸、科技成为第一生产力的时代。大家对一些时髦的名词一定不陌生：计算机网络、信息高速公路、卫星通讯、移动电话等。那么，大家可能也对另一个时髦名词有所耳闻——生物工程。如今，无论在发达国家还是发展中国家，生物工程都被列为优先发展的领域。它也是当前新技术革命的三大支柱之一。这三大支柱是：微电子、生物工程和新材料。科学家们预测，生物工程将在21世纪的高科技发展中扮演主要角色。由于生物工程的发展，特别是基因工程的出现，人类进入了一个能按自己需要创造新生物的伟大时代，它的意义，绝不

2、亚于原子裂变和半导体的发现。世界范围内出现的“生物工程热”不是偶然的。它为解决世界面临的如能源、粮食、人口、以及污染严重等诸多难题开辟了新途径，直接关系到医药卫生、轻工食品、农牧渔业及能源、化工、冶金等传统产业的革新和新兴产业的形成，它的发展将极大地造福人类。生物工程如此“热门”，如此重要，那么生物工程到底是什么？其实，它对我们来说也并不陌生。我们周围就有许多传统生物工程的产品：如食品类有面包、酸奶、乳酪、酱油、味精；酒类有啤酒、葡萄酒、威士忌酒；药品类有各类抗生素（如常见的青霉素、头孢霉素）、胰岛素、乙肝疫苗、小儿麻

3、痹症疫苗、流感疫苗；生活用品类如奶酪、洗衣粉等等。当然，生物工程这门学科还包括更多、更深奥的，还不为我们所知的东西。生物工程是神奇的。但在这神奇的学问背后，还有诸多的学科作后盾，是它们的综合运用才产生了今天的生物工程学。70年代初，微电子学兴起，计算机开始应用，分子生物学、细胞生物学和遗传学得到不断的发展和完善。人们在此基础上，利用这些生物科学中的新成就，如基因重组、杂交瘤、固定化酶和细胞大规模培养等技术，结合了发酵和生化工程原理，开始以工业规模经营和加工生物材料（包括微生物、动植物细胞及其组成部分），为社会提供优质、

4、廉价的商品和服务。于是，现代意义上的生物工程学形成了。从生物工程的含义中我们可以看出，生物工程有两大突出特点：一是多学科的合作，二是与实际应用密切联系。这两个特点我们还将在以后的介绍中不断感受到。生物工程的内容生物工程在将来世界经济方面的作用如此振奋人心，它创造出的奇迹一个又一个，如此令人赞叹不已，是因为它有五个强大而富有生命力的技术系统：基因工程、细胞工程、酶工程、微生物发酵工程和生化工程。我们先看看它们究竟为何“物”。基因工程也叫遗传工程，或DNA重组技术。这一技术在生物工程中的地位举足轻重。基因工程简单地说，就是

5、对不同生物的遗传物质——基因，在体外使用一种工具酶，用人工的方法，进行“剪切”、“组合”、“拼接”，使遗传物质按照我们的意愿重新组合，然后通过运载物质（质粒、噬菌体、病毒等）转入微生物体内或动、植物细胞内，进行无性繁殖，并使我们需要的基因在细胞中表达出来，产生出我们所需要的产物或组成新的生物类型。这一技术于1973年在美国首次获得成功。当时斯坦福大学的科恩和旧金山加州大学的博耶共同实现了这一DNA重组实验。他们共做了三个实验，我们介绍其中的一个。大家知道，DNA（脱氧核糖核酸）是细胞内的遗传物质，基因就是DNA的一个小

6、片段。生物的一切性状诸如花蝴蝶美丽的花纹，翩翩的两翅之所以如此而不会长成其他的模样，都是由这小小的许多基因加之周围环境的作用形成的。科恩和博耶将南非蟾蜍的DNA与质粒PSC101（细胞内的一个细胞器，作为DNA的运载物质）连接，得到了重组质粒，然后把这个重组过的质粒植入到大肠杆菌的细胞里，于是大肠杆菌就产生出了原来本是南非蟾蜍产生的物质。科恩和博耶重组DNA实验的成功，成了当今轰动于世的基因工程的起点，科恩和博耶也被誉为“重组DNA之父”。人类社会从此就能按照他们开创出来的方法，组构各式各样的工程菌，也能使它表达原来宿

7、主的生物学特性，生产原不能生产的产品，提供原不能提供的服务了。现在，人类作为进化程度最高的高级动物，可以通过一整套的基因工程技术，使人类所特有的产生胰岛素之类物质的能力，转移到进化程度最原始的原核生物——细菌的细胞内，还能在细菌里指挥和控制合成胰岛素的机器，产生出胰岛素，这难道不是人间奇迹吗？细菌生产的人胰岛素在80年代就已投入市场销售，这也只不过是许多例子中的一个，还有许多生动的例子：如能自动脱毛的绵羊、超级鼠、巨鱼、用细菌生产的没有蛋壳的鸡蛋等等。基因工程的巨大潜力还等着我们不断去开发。细胞工程细胞工程这个名词也是

8、最近几十年才时兴起来的，尤其是1975年英国剑桥大学的米尔斯坦发展了杂交肿瘤细胞技术以及单克隆抗体的作用，使细胞工程开始为世人所瞩目。米尔斯坦和另外一位英国科学家科勒合作，经过一段时间的耐心探索，制定了自己的实验目标：他们取来小鼠脾脏用来制备浆细胞，再用它与骨髓瘤细胞进行融合操作，得到的杂交肿瘤细胞既能象骨髓瘤细胞那样繁衍，又能不