生物工程又称生物技术，是一门应用现代生命科学原理和信息及化工等技术，利用活细胞或其产生的酶来对廉价原材料进行不同程度的加工，提供大量有用产品的综合性工程技术。 生物工程的基础是现代生命科学、技术科学和信息科学。生物工程的主要产品是为社会提供大量优质发酵产品，例如生化药物、化工原料、能源、生物防治剂以及食品和饮料，还可以为人类提供治理环境、提取金属、临床诊断、基因治疗和改良农作物品种等社会服务。

关于基因工程(历史 前景)

生物技术药与基因工程药物(生物技术药 生物技术 世界第一个基因重组药物-胰岛素 新生曙光—核糖核酸干扰技术 基因工程药物)

关于基因工程

历史

人类基因工程走过的主要历程怎样呢？1866年，奥地利遗传学家孟德尔神父发现生物的遗传基因规律；1868年，瑞士生物学家弗里德里希发现细胞核内存有酸性和蛋白质两个部分。酸性部分就是后来的所谓的DNA；1882年，德国胚胎学家瓦尔特弗莱明在研究蝾螈细胞时发现细胞核内的包含有大量的分裂的线状物体，也就是后来的染色体；1944年，美国科研人员证明DNA是大多数有机体的遗传原料，而不是蛋白质；1953年，美国生化学家华森和英国物理学家克里克宣布他们发现了DNA的双螺旋结果，奠下了基因工程的基础；1980年，第一只经过基因改造的老鼠诞生；1996年，第一只克隆羊诞生；1999年，美国科学家破解了人类第 22组基因排序列图；未来的计划是可以根据基因图有针对性地对有关病症下药。

人类基因组研究是一项生命科学的基础性研究。有科学家把基因组图谱看成是指路图，或化学中的元素周期表；也有科学家把基因组图谱比作字典，但不论是从哪个角度去阐释，破解人类自身基因密码，以促进人类健康、预防疾病、延长寿命，其应用前景都是极其美好的。人类10万个基因的信息以及相应的染色体位置被破译后，破译人类和动植物的基因密码，为攻克疾病和提高农作物产量开拓了广阔的前景。将成为医学和生物制药产业知识和技术创新的源泉。美国的贝克维兹正在观察器皿中的菌落，他曾对人类基因组工程提出警告。科学研究证明，一些困扰人类健康的主要疾病，例如心脑血管疾病、糖尿病、肝病、癌症等都与基因有关。依据已经破译的基因序列和功能，找出这些基因并针对相应的病变区位进行药物筛选，甚至基于已有的基因知识来设计新药，就能“有的放矢”地修补或替换这些病变的基因，从而根治顽症。基因药物将成为21世纪医药中的耀眼明星。基因研究不仅能够为筛选和研制新药提供基础数据，也为利用基因进行检测、预防和治疗疾病提供了可能。比如，有同样生活习惯和生活环境的人，由于具有不同基因序列，对同一种病的易感性就大不一样。明显的例子有，同为吸烟人群，有人就易患肺癌，有人则不然。医生会根据各人不同的基因序列给予因人而异的指导，使其养成科学合理的生活习惯，最大可能地预防疾病。

前景

科学界预言，21世纪是一个基因工程世纪。基因工程是在分子水平对生物遗传作人为干预，要认识它，

我们先从生物工程谈起。生物工程又称生物技术，是一门应用现代生命科学原理和信息及化工等技术，利用活细胞或其产生的酶来对廉价原材料进行不同程度的加工，提供大量有用产品的综合性工程技术。

生物工程的基础是现代生命科学、技术科学和信息科学。生物工程的主要产品是为社会提供大量优质发酵产品，例如生化药物、化工原料、能源、生物防治剂以及食品和饮料，还可以为人类提供治理环境、提取金属、临床诊断、基因治疗和改良农作物品种等社会服务。 生物工程主要有基因工程、细胞工程、酶工程、蛋白质工程和微生物工程等5个部分。其中基因工程就是人们对生物基因进行改造，利用生物生产人们想要的特殊产品。随着DNA的内部结构和遗传机制的秘密一点一点呈现在人们眼前，生物学家不再仅仅满足于探索、提示生物遗传的秘密，而是开始跃跃欲试，设想在分子的水平上去干预生物的遗传特性。

美国的吉尔伯特是碱基排列分析法的创始人，他率先支持人类基因组工程 如果将一种生物的DNA中的某个遗传密码片断连接到另外一种生物的DNA链上去，将DNA重新组织一下，不就可以按照人类的愿望，设计出新的遗传物质并创造出新的生物类型吗？这与过去培育生物繁殖后代的传统做法完全不同，它很像技术科学的工程设计，即按照人类的需要把这种生物的这个“基因”与那种生物的那个“基因”重新“施工”，“组装”成新的基因组合，创造出新的生物。这种完全按照人的意愿，由重新组装基因到新生物产生的生物科学技术，就被称为“基因工程”，或者称之为“遗传工程”。

生物技术药与基因工程药物

生物技术药

生物技术药是指采用DNA重组技术或其他创新生物技术生产的治疗药物。如，细胞因子、纤溶酶原激活剂、重组血浆因子、生长因子、融合蛋白、受体、疫苗和单抗、干细胞治疗技术等。 生物技术药物是生物经济的重要载体。可以医病。生物技术药物包括细胞团子、重组蛋白质药物、抗体、疫苗和寡核苷酸药物等，主要用于防治肿瘤、心血管疾病、传染病、哮喘、糖尿病、遗传病、心脑血管病、类风湿性关节炎等疑难病症，在临床上已经开始广泛应用，为制药工业带来了革命性的变化。我国自1986年实施“863”计划以来，生物技术药物的研究、开发和产业化获得了飞速发展。

生物技术

生物技术属于当今国际上重要的高技术领域，被认为是21世纪科学技术的核心力量。生物技术从广义的角度来说，就是人类对生物资源的利用、改造并使之为人类自身服务。纵观生物技术发展历史，也是由简单到复杂，由传统到现代的发展过程，经历了三个重要的历史时期。

传统的生物技术阶段—酿酒与制醋

早在公元前几千年就有了酿酒和制醋的生产工艺，简而言之，传统生物技术阶段就是酿造技术。很长时间内人们都不知道这些技术的内在原因。直到发明了显微镜，人类知道自然界有微生物的存在，才明白酿酒与制醋和微生物以及发酵之间的关系。从19世纪末到20世纪30年代，陆续出现了许多产品的工业发酵。当然这只是早期的生物技术运用到实际生产中去，并非完全应用到医药行业中来。

近代生物技术阶段—微生物发酵技术

20世纪40年代，由于第二次世界大战的爆发，急需疗效好而毒副作用小的抗细菌感染药物。1941年，美国和英国合作开发研究了英国人Fleming发现的，并于1940年经Florey及Chain等所提取、经临床证明具有卓越疗效和低毒性的青霉素。经过大量研究工作后，终于在1943年把要花费大量劳动力（从清洗、装料、灭菌、接种、培养到出料等过程）和占用大量空间（生产1kg含量为20%的青霉素要用约8万个1L的培养瓶，产品的价格非常昂贵）的表面培养法，改进为生产率高、产品质量好、通入无菌空气进行搅拌发酵的沉没培养法，发酵罐的体积最初达5m³，产品的产量和质量大幅度提高，生产效率明显提高，成本显著下降。这个生物技术为发酵工业带来了革命性的变化，并由此展开了微生物发酵技术主导的近代生物制药技术。此后，一些抗生素相继问世，医药工业也得到了蓬勃发展。直到今天，我们吃的维生素、红霉素、洁霉素等，注射用的青霉素、链霉素、庆大霉素等就是用不同微生物发酵方法制得的。医药上已应用的抗生素绝大多数来自微生物，每个产品都有严格的生产标准。

现代生物技术阶段—基因工程制历史

1953年，随着DNA双螺旋结构的发现，人们越来越多地认识了DNA的内部结构。此后的20年中，在科学家的努力下，又涌现出了一系列与DNA有关的新发现和新突破，同时人体遗传机制的秘密也逐步被人类所了解。特别是当人们了解到DNA-RNA-蛋白质转变的一系列过程之后，科学家不再仅仅满足于探索、提示生物遗传的秘密，而是开始逐步探索干预生物遗传特性的方法。 1974年美国的Boyer和Cohen首次在实验室中实现了基因转移，为基因工程开启了通向现实的大门；1975年Kohler和Milstein建立了单克隆抗体技术；世界上第一批重组DNA分子诞生于1972年；1973年几种不同来源的DNA分子装入载体后被转入到大肠杆菌中表达，标志着基因工程正式登上历史舞台。现代生物技术的发展为生物制药提供了重要的研究手段。

生物技术制药就是采用现代生物技术，可以人为地创造一些条件，借助某些微生物、植物或动物来生产所需的医药品，通过一些科技手段让基因完全按照我们的意愿发挥生物学功能。生物技术应用到医药领域不仅扩大了疑难病症的研究范围，而且很好地控制了原来威胁人类健康的重大疾病。目前全世界的药品已有一半是通过生物合成的，特别是合成分子结构复杂的药物时，生物方法不仅比化学合成法简便，而且有更高的经济效益。而真正给现代医药行业带来重大变革的还是基因工程药物的产生，基因工程药物是现代生物技术和制药工业完美结合的产物。

1977年，美国加利福尼大学的遗传学家博耶等人，利用基因重组技术，在大肠杆菌中制造出了5毫克的人生长激素抑制因子。如果用传统的技术从羊脑中提取5毫克生长激素抑制因子，需要用50万个羊脑。而用基因工程方法生产这一激素只需要50L大肠杆菌培养液。基因工程制药不仅给我们带来技术上的突破，还带来了难以估计的经济效益。

世界第一个基因重组药物-胰岛素

1921年，29岁的班廷和22岁的拜斯特经过两个多月的艰苦奋战，终于从狗的胰腺中提出了胰腺抽提液，注射这种抽提液可使狗过高的血糖浓度迅速下降。1923年，班廷由于这一贡献获得了医学和生理学诺贝尔奖。1926年，纯化的胰岛素已经能做成结晶。从1945年到1955年，英国的桑格经过十年不懈的努力，终于搞清楚了胰岛素的全部化学结构，为胰岛素的人工合成以及胰岛素分子结构与功能关系的研究奠定了基础。半个多世纪以来，胰岛素都是从牛、猪等大牲畜的胰脏中提取，一头牛的胰脏或一头猪的胰脏只能产生30毫升的胰岛素，而一个糖尿病患者每天则需要4毫升的胰岛素，胰岛素产量远远不能满足需要。由于胰岛素分子量很大，在实验室很难通过化学合成。1978年，基因泰克（Genentech）公司利用重组DNA技术成功地使大肠杆菌生产出胰岛素。1982年首先将重组人胰岛素投放市场的是美国礼来（Eli Lilly）公司，这是全球开发的第一个基因重组药物，标志着基因重组技术的应用正式成为一个产业。

干扰素

1980年，由美国生物化学家博耶和科恩创建的基因工程公司，通过各种不同基因重组得到几种生产干扰素的细菌。1981年，利用酵母菌生产干扰素又获得成功。过去，用白细胞生产干扰素，每个细胞最多只能产生100~1000个干扰素分子；而用基因工程技术改造的大肠杆菌发酵生产，在1~2天内，每个菌体能产生20万个干扰素分子。

Epogen

促红细胞生成激素(erythropoi-etin,简称EPO)是一种糖蛋白质激素，骨髓中血红细胞前驱的细胞因子。在人体环境中，它由肝脏和肾产生，是贫血及缺氧时的一种应答反应。1983年10月，安进（Amgen）公司的Fu-Kuen Lin成功克隆了EPO基因。1985年科学家应用基因重组技术，在实验室获得重组人EPO（rhEPO），并利用基因重组技术开始大批量生产重组人促红细胞生成素。1989年，美国食品药品管理局（FDA）批准了Epogen在临床上的使用。EPO用来治疗慢性肾功能衰竭导致的贫血、恶性肿瘤或放、化疗导致的贫血、失血后贫血。安进(Amgen)公司正是因为EPO在市场上的出色表现，而成为年产值超过80多亿美元的生物技术产业巨头。

20世纪90年代，另一种重要的生物技术药物—单克隆抗体技术走上历史舞台，单克隆抗体分子能够准确找到病变细胞后再将其毁灭。在单克隆抗体领域，最大的受益者是全球第一个生物技术公司——基因泰克（Genentech）公司，单克隆抗体类药物2004年给基因泰克公司带来超过30亿美元的销售收入。

Herceptin

1987年加利福尼亚大学Dennis博士和他的同事在《SCIENCE》上发表的一篇文章揭示：编码HER2蛋白的基因过度表达会导致乳腺癌的发生。HER2蛋白是原癌基因CerbB2(Her2/neu)编码的具有受体酪氨酸激酶(RTK)活性的跨膜糖蛋白，属表皮生长因子受体酪氨酸激酶家族，能启动酪氨酸激酶调控的信号转导系统。20世纪80年代，基因泰克公司利用基因重组技术研发出用于治疗晚期乳腺癌的Herceptin。Herceptin是一种重组DNA衍生的人源化单克隆抗体，选择性地作用于人细胞外部的表皮生长因子受体-2（HER2）。1998年Herceptin获美国FDA批准上市用于治疗HER2阳性转移性乳腺癌。

类风湿领域的生物抗体药物

Etanercept由Immunex公司研制。1998年，FDA批准etanercept用来治疗使用传统抗炎药物治疗无效的类风湿性关节炎，1999年正式进入市场，商品名称为Enbrel。目前市场上很多用来治疗类风湿性关节炎的抗体类药物都是应用生物技术而得以研发生产的。雅培 (Abbott) 研发生产的 HUMIRA(R)（阿达木单抗）是首款获准的完全人源化抗体，并获准用于治疗中度和重度风湿性关节炎、银屑病关节炎、强直性脊柱炎和克罗恩病 (Crohn's disease)。 HUMIRA（R）与一般在体内发现的抗体类似，通过专门抑制肿瘤坏死因子-α (TNF-alpha) 产生疗效。强生研发生产的Remicade，美国Amgen公司研发的Kineret（Anakinra），百时美-施贵宝公司研发的Orencia均已获得FDA批准上市治疗类风湿性关节炎。

新生曙光—核糖核酸干扰技术

随着生物技术的发展，基因芯片的产生，人类基因组计划的完成，RNAi技术的不断完善，人们对生命现象的认识也不断深入。在人类约3万个基因当中，有相当数量的基因与疾病相关，药物可能作用的靶基因约有5000个。目前，重组蛋白药物和抗体药物的开发也遇到了重重困难。但让人们欣喜的是，在生物技术的地平线上又出现了一道新的曙光—核糖核酸干扰（RNA interference，RNAi）技术。

RNAi（RNA interference，RNAi）是指通过双链RNA（Double Strand RNA，dsRNA），在特定酶参与下，特异性地抑制靶基因的转录后表达的现象，它通过人为地引入与内源靶基因具有同源序列的双链RNA，从而诱导内源靶基因的mRNA降解，达到阻止基因表达的目的。同以往的生物技术相比，RNAi直接作用于遗传物质—基因，因而在疾病的治疗上能更直接地发挥作用，尤其是对病毒感染的治疗。治疗病毒感染的传统药物主要是通过抑制病毒复制过程中的某个关键酶而发挥作用，RNAi技术可以特异性针对病毒转录产物从而阻断病毒复制。这种方式不会激活非特异性细胞反应，避免了传统药物治疗上的不良反应。同传统药物相比，少量的siRNA就能在体内抑制病毒基因转录及降低蛋白表达水平，避免了大量服用药物产生的毒性。

RNAi技术的优越性不单单表现在病毒感染上，在肿瘤治疗上也凸显光芒。肿瘤是多基因、多因素疾病，是多基因相互作用的结果。传统治疗方式单一的作用于单个靶基因，而RNAi技术特异地抑制癌基因、癌相关基因或突变基因的过度表达，使这些基因沉默。由于RNAi的特异性使抑制效果互不干扰，从而有望达到抗肿瘤作用。

生物技术的发展会推动医药行业的进步，正如人类用基因重组技术生产胰岛素一样，在下一个时代的路口，人们可能会看到RNAi技术的光环。随着RNAi研究的深入，相信在不久的将来，RNAi技术可以成功地治疗遗传性疾病、病毒感染、免疫缺陷疾病和肿瘤等重大疾病。愿所有的科学工作者用先进的技术为我们的生活带来更多的健康。

基因工程药物

基因工程药物是先确定对某种疾病有预防和治疗作用的蛋白质，然后将控制该蛋白质合成过程的基因取出来，经过一系列基因操作，最后将该基因放入可以大量生产的受体细胞中去，这些受体细胞包括细菌、酵母菌、动物或动物细胞、植物或植物细胞，在受体细胞不断繁殖过程中，大规模生产具有预防和治疗这些疾病的蛋白质，即基因疫苗或药物。 在医学和兽医学中应用正逐步推广。

举例

以乙型病毒性肝炎（以下简称乙肝）疫苗为例，像其他蛋白质一样，乙肝表面抗原（HBSAg）的产生也受DNA调控。利用基因剪切技术，用一种"基因剪刀"将调控HBSAg的那段DNA剪裁下来，装到一个表达载体中，所谓表达载体，是因为它可以把这段DNA的功能发挥出来；再把这种表达载体转移到受体细胞内，如大肠杆菌或酵母菌等；最后再通过这些大肠杆菌或酵母菌的快速繁殖，生产出大量我们所需要的HBSAg（乙肝疫苗）。

基因工程对人类的贡献典例

长期以来，医学工作者在防治乙肝方面做了大量工作，但曾一度陷于困境。乙肝病毒（HBV）主要由两部分组成，内部为DNA，外部有一层外壳蛋白质，称为HBSAg。把一定量的HBSAg注射入人体，就使机体产生对HBV抗衡的抗体。机体依靠这种抗体，可以清除入侵机体内的HBV。过去，乙肝疫苗的来源，主要是从HBV携带者的血液中分离出来的HBSAg，这种血液是不安全的，可能混有其他病原体[其他型的肝炎病毒，特别是艾滋病病毒（HIV）]的污染。此外，血液来源也是极有限的，使乙肝疫苗的供应犹如杯水车薪，远不能满足全国的需要。基因工程疫苗解决了这一难题。 与上述的血源乙肝疫苗相比，基因工程生产的乙肝疫苗，取材方便，利用的是资源丰富的大肠杆菌或酵母菌，它们有极强的繁殖能力，并借助于高科技手段，可以大规模生产出质量好、纯度高、免疫原性好、价格便宜的药物。在小孩出生后，按计划实施新生儿到六个月龄内先后注射三次乙肝疫苗的免疫程序，就可获得终身免疫，免受乙型肝炎之害。正是基于1996年我国已有能力生产大量的基因工程乙肝疫苗，我国才有信心遏制这一威胁人类健康最严重、流行最广泛的病种。这是基因工程药物对人类的贡献典例之一。