生物工程发展走向

第一节　生物工程发展走向

技术上将大大改观

重组DNA技术和杂交肿瘤细胞技术的突破，是以生命科学在分子水平和细胞水平上取得的深入发展为基础的；我们还可以看到，随后生物工程的每一重大进展和新技术的出现，也都是与生命科学以及其他相关科学的成就密切相连、相互推进的。各学科的综合正是我们这个时代科学发展的大趋势。这里我们举一个重要的例子，就是被誉为新一代生物工程技术的蛋白质工程。蛋白质量程是在分子水平上研究蛋白质结构与功能的，它是结合计算机化学和蛋白质物理化学研究的发展而开拓出来的一个十分重要的领域，也是现代生物工程学研究与开发历史长河中继基因工程的工业化热之后掀起来的第二个浪潮。蛋白质工程将能定向设计出具有更优功能和特性的蛋白质、多肽，开发新一代生物药品和蛋白质产品，为生物工程其他领域中存在的诸多难题提供解决良机。

近些年来生物工程技术迅猛发展，与其初始阶段比较，面目已经有了很大的变化。例如作为一项新发展的基因射靶技术——同源重组，将会更有效地用于开发转基因动物和植物，还可以用于基因治疗。多聚链反应技术是在对核酸复制机制和多聚酶的性能进行深入研究的基础上发展起来的，目前广泛地应用于基础研究、临床诊断和各种检测，而且应用范围还将不断得到拓展。

近年来，一些新兴起来的生物工程“热门”，如反义核酸及其类似物、RNA拟酶和抗体酶、植物基因开关技术等，也都是颇有前途的技术。

现在，生物工程的发展日新月异，变化的势头仍在不断增强。因为今后生物工程技术的创造性发展仍然要以生命科学和有关基础研究作为先导和源泉，所以，美国、日本等技术先进国家和科学技术团体都十分重视基础研究，设计了“人类基因组的作图和测序”，以及“人类前沿科学”等宏伟蓝图。它们的进展和完成无疑将会大大推动生物工程的发展，扩展新的应用天地。

进入21世纪，生物工程越来越展现它作为高技术主角的风采，循着历史发展的轨迹，在各个领域不断取得新成就，开拓应用新领域；同时，它和其他高技术如微电子技术、材料技术等会更多地相互交叉和结合，从而出现新的生物工程技术，使现有的面貌大大改观。如日本已从1990年开始进行“生物计算机”的研究规划，最终目的是制造出具有人类某些高级智能的计算机系统，使其与人类并存和互补。可以想象这一计划如果成功，将对人类的生存条件、对整个人类社会产生何等巨大而深远的影响。

更快的实用化步伐

生物工程发展还有一个重要趋向：从研究向开发转移的步子日益加快，从而加速了它的产业化和实用化。自1973年第一个基因克隆和重组成功后，不出10年，第一个重组DNA药品人胰岛素就于1982年在美、英两国批准使用；而荷兰首先投入市场的猪牛痢疾疫苗比胰岛素投入市场还早半年。1975年，第一个杂交肿瘤细胞株建成，之后不到六年，美国于1981年就出现了第一个单克隆抗体诊断药盒；“蛋白质工程”的概念1981年才明确提出来，1988年第一个蛋白质工程产品——用于洗涤剂的枯草杆菌蛋白酶已被成功地开发出来了。1987年美国Cetus公司取得多聚链反应技术（PCR）专利后，1990年这个公司及其伙伴有关药盒和仪器的销售额就达到2600万美元！

我们可以看到，生物工程技术从研究到开发的周期一般都只有几年，虽然不同技术转移周期不会相同，但这么短的转移周期是前所未有的。而且我们可以预期，今后不仅转移周期会越来越短，技术和产品的更新换代也将日益加速。这将使产品研究开发的竞争更加尖锐、更加激烈。

我们再来看看被公认为当前生物工程研究和开发的先行者和世界中心的美国。

美国作为分子生物学的诞生地，重组DNA技术的发源地，在20世纪70年代末80年代初就掀起了重组DNA技术的工业化热潮，并鼓噪一时，风靡全球。迄今，美国已经得到药品和食品管理局（FDA）批准使用的重组DNA药品虽只有十余种，但进入临床前试验的重组DNA药品和疫苗已有百余种。其中，检测和诊断药盒的开发和应用既容易又方便，所以市场销售也很快。现在已有三百多种单抗药盒和15种DNA探针产品生产。农业、食品业和精细化工业方面则有数种产品进入市场。

当然，从世界范围内看，生物工程技术的产业化目前只能说是处于起始阶段，但科学家们预测，在本世纪20—30年代，将必然出现一批具有相当规模的生物技术产业，它的重要性可能要超过计算机工业。不过，生物工程在不同领域的产业化和实用化速度是不尽相同的。到本世纪20—30年代，率先形成产业群的生物工程技术将主要是在医药保健和农牧业方面，接下来由于环境问题日益引起全世界普遍关注，环境保护方面会上升至第三位。生物治理将被作为地下水污染处理、漏溢石油处理和固体废物清除等方面的重要手段。可以设想，环境检测和治理的有关技术将加速发展，“工程菌”的选育和有关工业产品的生产都会迅速增长；还有生物降解塑料的研究也是许多技术先进国家十分重视和大力支持的项目，而且会在不久之后得到推广使用。

使传统产业革心换面

生物工程技术的发展使新兴的生物技术产业不断诞生，而另一方面，它也在向传统产业渗透：生产工艺改革、产品的数量和质量得到提高、生产成本降低、竞争能力增强。我们会欣喜地看到，生物工程技术将使传统生物制品、精细化工产品、食品以及农业、纺织业、造纸业等许多产业革心换面，呈现出一片兴旺景象。

先看看纺织业将发生什么。科学家们正研究应用基因工程技术转移蜘蛛丝蛋白基因，通过微生物生产蜘蛛丝蛋白，提供给纺织业大量新的优质纤维原料；应用细胞离体培养技术培养棉花细胞、并使它转化成纤维细胞，将使粗细不同的棉纤维从工厂里生产出来，目前这项试验也已成功。这两项成果如果进入市场，无疑会给我们的生活带来不小的变化。

精细化工方面，利用主体培养的植物细胞，可以大量生产药物、香料、天然色素、化妆品原料等许多东西。两个成功的例子是日本的人参皂甙和紫宁草。

美国农业部开展了一项基因工程，即试图将巴西橡胶树的橡胶转移酶基因转移到一种北美产的多年生菊科植物或者酵母中，生产天然橡胶，这样就将解决美国本土天然橡胶的需求。

工业用酶有非常广泛的用途，可以用在洗涤剂、食品、皮革制品、造纸、纺织、检测和诊断等多方面，堪称多面手，在世界范围内具有广大的市场。著名的丹麦NoVo公司预测，几年后许多工业用酶都将通过基因工程和蛋白质工程技术生产，会具有更优异的性能，到那时它在全世界的销售额会突破15亿美元。

此外，生物量的开发和利用、微生物采油的应用，使得因传统能源日益枯竭而面临严峻局面的能源工业再现生机。这方面的研究开发和应用还会日趋扩大。

生物工程技术与当今另一叱咤风云的高技术——微电子技术的结合，开发出了不少传感器，而生物芯片和其他生物电子元件的研究又将促进新一代计算机的研制和生产。

能自我组织、自我修复的材料无疑是我们梦寐以求的理想材料。借助生物工程技术生产这类材料，将会彻底改变传统材料的设计和生产方式。

仪器、设备和试剂大发展

在1991年匹兹堡科学仪器展览会上，展品主要为令人眼花缭乱的医药和环境检测仪器。这些仪器占有60亿美元的世界市场，并且还在不断扩大。

这一趋向必将继续加快发展，更多新型的仪器、设备将出现在我们面前，它们将大大提高工作的效率和精确度。

开发海洋资源将成为必然趋势

大家知道，海洋占地球表面面积的71%，有取之不尽用之不竭的生物资源，只是由于人类对之不够了解，加上海洋资源的开发不如陆地资源的开发容易而未加深切利用。可是，随着陆地资源的日益匮乏，我们对它们的利用终究有个限度。所以，海洋生物工程的研究和开发已引起了许多国家的重视。美国、日本等国都制定了开发海洋资源的计划，投入巨额的资金开展这方面的工作。21世纪，海洋生物资源的利用将呈现崭新的局面。