隨著全球人口老齡化的加劇、慢性疾病的增多，以及人們對(duì)健康、食品和能源需求的不斷提高，生物技術(shù)行業(yè)市場(chǎng)需求持續(xù)增長(zhǎng)，特別是在醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、環(huán)保和能源等領(lǐng)域，生物技術(shù)將發(fā)揮更加重要的作用。

1、定義與分類(lèi)

生物技術(shù)是以現(xiàn)代生命科學(xué)理論為基礎(chǔ)，應(yīng)用生命科學(xué)研究成果，結(jié)合化學(xué)、物理學(xué)、數(shù)學(xué)和信息學(xué)等學(xué)科的科學(xué)原理，采用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)手段，按照預(yù)先設(shè)計(jì)，在不同水平上定向地改造生物遺傳性狀或加工生物原料，為人類(lèi)提供有用的新產(chǎn)品（或達(dá)到某種目的）的綜合性的科學(xué)技術(shù)體系。

根據(jù)市場(chǎng)調(diào)研報(bào)告指出，生物技術(shù)主要包括五大工程，即基因工程、細(xì)胞工程、發(fā)酵工程、酶工程和蛋白質(zhì)工程。隨著信息技術(shù)、納米技術(shù)和生物技術(shù)的融合發(fā)展，生物交叉技術(shù)也成為生物技術(shù)的一個(gè)重要分支。

基因工程又稱基因拼接技術(shù)和 DNA 重組技術(shù)，是以分子遺傳學(xué)為理論基礎(chǔ)，以分子生物學(xué)和微生物學(xué)的現(xiàn)代方法為手段，將不同來(lái)源的基因按預(yù)先設(shè)計(jì)的藍(lán)圖，在體外構(gòu)建雜種 DNA 分子，然后導(dǎo)入活細(xì)胞，以改變生物原有的遺傳特性、獲得新品種、生產(chǎn)新產(chǎn)品。例如，轉(zhuǎn)基因作物就是將外源基因?qū)朕r(nóng)作物，使其獲得抗蟲(chóng)、抗病、耐除草劑等優(yōu)良性狀 ，像抗蟲(chóng)棉的培育，將蘇云金芽孢桿菌的抗蟲(chóng)基因?qū)朊藁ㄖ仓?，有效抵御害蟲(chóng)侵害，減少農(nóng)藥使用。

細(xì)胞工程是指應(yīng)用細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)的原理和方法，通過(guò)某種工程學(xué)手段，在細(xì)胞整體水平或細(xì)胞器水平上，按照人們的意愿來(lái)改變細(xì)胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)或獲得細(xì)胞產(chǎn)品的一門(mén)綜合科學(xué)技術(shù)。比如干細(xì)胞技術(shù)，利用干細(xì)胞的多向分化潛能，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域用于治療多種疾病，如脊髓損傷、糖尿病等；還有克隆技術(shù)，通過(guò)核移植等方法，成功克隆出多利羊，這是細(xì)胞工程的重大成果。

發(fā)酵工程是指采用現(xiàn)代工程技術(shù)手段，利用微生物的某些特定功能，為人類(lèi)生產(chǎn)有用的產(chǎn)品，或直接把微生物應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的一種新技術(shù)。在食品領(lǐng)域，酸奶、啤酒、面包等的制作都依賴發(fā)酵工程；在醫(yī)藥領(lǐng)域，抗生素的生產(chǎn)也離不開(kāi)發(fā)酵技術(shù)，如青霉素的大規(guī)模發(fā)酵生產(chǎn)。

酶工程就是將酶或者微生物細(xì)胞，動(dòng)植物細(xì)胞，細(xì)胞器等在一定的生物反應(yīng)裝置中，利用酶所具有的生物催化功能，借助工程手段將相應(yīng)的原料轉(zhuǎn)化成有用物質(zhì)并應(yīng)用于社會(huì)生活的一門(mén)科學(xué)技術(shù)。例如，在洗滌劑中添加酶制劑，可以提高去污效果；在紡織工業(yè)中，利用酶進(jìn)行織物的退漿、精練等處理，可提高產(chǎn)品質(zhì)量。

蛋白質(zhì)工程是指以蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其與生物功能的關(guān)系作為基礎(chǔ)，通過(guò)基因修飾或基因合成，對(duì)現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，或制造一種新的蛋白質(zhì)，以滿足人類(lèi)的生產(chǎn)和生活的需求。比如科學(xué)家通過(guò)蛋白質(zhì)工程改造某些酶，使其催化活性更高、穩(wěn)定性更強(qiáng)，應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中可提高生產(chǎn)效率。

2、發(fā)展歷程

據(jù)市場(chǎng)研究報(bào)告進(jìn)行披露，生物技術(shù)的發(fā)展源遠(yuǎn)流長(zhǎng)，可追溯到古代的傳統(tǒng)生物技術(shù)時(shí)期，歷經(jīng)漫長(zhǎng)的演進(jìn)，逐步邁入現(xiàn)代生物技術(shù)階段，每一個(gè)階段都蘊(yùn)含著重大的突破與變革。

傳統(tǒng)生物技術(shù)的起源可以追溯到數(shù)千年前，當(dāng)時(shí)人們雖然尚未明晰其中的科學(xué)原理，但已經(jīng)開(kāi)始利用微生物的發(fā)酵作用來(lái)制作食品和飲品。早在公元前 6000 年，古代巴比倫人就已掌握釀造啤酒的技術(shù)；公元前 4000 年，埃及人學(xué)會(huì)制作發(fā)酵面包；中國(guó)殷商時(shí)期有制醬的記錄，春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期出現(xiàn)釀醋作坊。這些早期的生物技術(shù)應(yīng)用，主要依賴于自然發(fā)酵和簡(jiǎn)單的經(jīng)驗(yàn)操作，極大地豐富了人類(lèi)的飲食種類(lèi)。1673 年，安東尼?范?列文虎克發(fā)明顯微鏡，這一發(fā)明使得人類(lèi)首次觀察到微生物，為后續(xù)對(duì)微生物發(fā)酵原理的研究奠定了基礎(chǔ) 。19 世紀(jì) 60 年代，法國(guó)科學(xué)家巴斯德證實(shí)發(fā)酵是由微生物引起的，并建立了微生物的純種培養(yǎng)技術(shù)，將發(fā)酵技術(shù)從單純的經(jīng)驗(yàn)實(shí)踐提升到科學(xué)理論的層面，為發(fā)酵工業(yè)的發(fā)展提供了堅(jiān)實(shí)的理論依據(jù)。此后，發(fā)酵技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用逐漸廣泛，20 世紀(jì) 20 年代，大規(guī)模的純種培養(yǎng)技術(shù)被用于發(fā)酵化工原料丙酮、丁醇；20 世紀(jì) 50 年代，青霉素的大規(guī)模發(fā)酵生產(chǎn)帶動(dòng)了整個(gè)發(fā)酵工業(yè)和酶制劑工業(yè)的蓬勃發(fā)展，這些技術(shù)被廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、食品、化工等多個(gè)領(lǐng)域。

20 世紀(jì)中葉，一系列重大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)和技術(shù)突破，推動(dòng)生物技術(shù)進(jìn)入了現(xiàn)代生物技術(shù)時(shí)代。1944 年，美國(guó)科學(xué)家艾弗里等人通過(guò)實(shí)驗(yàn)闡明了 DNA 是遺傳信息的攜帶者，這一發(fā)現(xiàn)揭示了遺傳物質(zhì)的本質(zhì)，為基因工程的誕生奠定了理論基石。1953 年，沃森和克里克提出了 DNA 的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，進(jìn)一步闡明了 DNA 的半保留復(fù)制模式，開(kāi)辟了分子生物學(xué)研究的新紀(jì)元，使人們對(duì)遺傳信息的傳遞和表達(dá)機(jī)制有了更為深入的理解。1961 年，霍拉納和尼倫伯格破譯了遺傳密碼，揭開(kāi)了 DNA 編碼的遺傳信息如何傳遞給蛋白質(zhì)的奧秘，為基因工程技術(shù)中基因的表達(dá)和調(diào)控提供了關(guān)鍵的理論支持。基于這些基礎(chǔ)理論的重大突破，1972 年，伯格首先實(shí)現(xiàn)了 DNA 體外重組技術(shù)，這一標(biāo)志性事件宣告了基因工程技術(shù)的誕生，它賦予了人類(lèi)按照意愿在體外對(duì) DNA 進(jìn)行切割、重組和導(dǎo)入的能力，徹底改變了生物技術(shù)的發(fā)展格局。1976 年，世界第一家生物技術(shù)公司 Gen - Tech 誕生，標(biāo)志著現(xiàn)代生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)的興起，此后，眾多科學(xué)家投身于分子生物學(xué)研究，以基因工程為核心的技術(shù)革命，帶動(dòng)了現(xiàn)代發(fā)酵工程、細(xì)胞工程及蛋白質(zhì)工程的飛速發(fā)展。例如，在基因工程領(lǐng)域，轉(zhuǎn)基因作物的培育和應(yīng)用不斷拓展，為解決全球糧食問(wèn)題提供了新的途徑；在細(xì)胞工程領(lǐng)域，干細(xì)胞技術(shù)和克隆技術(shù)的研究取得了顯著進(jìn)展，為醫(yī)學(xué)治療和生物研究帶來(lái)了新的希望 ；在發(fā)酵工程領(lǐng)域，利用基因工程改造的微生物進(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn)，能夠獲得更高產(chǎn)量和質(zhì)量的產(chǎn)品；在蛋白質(zhì)工程領(lǐng)域，通過(guò)對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能的深入研究，設(shè)計(jì)和改造出具有特定功能的蛋白質(zhì)，滿足了不同領(lǐng)域的需求。

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