生物工程學

生物工程學

亦稱機體工程學。它的定義一般說來還不太明確,總之它意味著是把生物作為對象的一種工程學,是對生物學、醫學和工程學的邊緣的領域。包含有醫學工程學、修補工程學、人類工程學和仿生學等分支領域。由於對這些分支領域的研究必然要關係到對生物體的構造和機能進行工程學的分析,所以往往被稱為生物工程學。

註解


生物工程學亦稱生物技術或生物工藝學。尚無一致公認的定義和內容範圍。一般認為,作為一門應用科學,生物工程學是應用生物科學和工程學的原理,通過加工生物和生物加工來為人類社會服務的綜合性科學技術體系。


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研究方向


在狹義上,指將工程知識應用於生物學領域內,利用生物體的機能生產物質,以提供商品為人類服務的一項技術。生物工程學是70年代初,在分子生物學、細胞生物學等的基礎上發展起來的,包括基因工程、細胞工程、酶工程和發酵工程四個技術體系(或再包括生化工程、蛋白質工程,稱六大技術體系)。上述技術體系相互依賴、相輔相成,以基因工程為主導,形成了DNA重組技術、細胞融合技術、細胞大量培養技術、生物反應器技術,酶及蛋白質的人工修飾改造和人工合成技術,非基因操作型的生物體直接利用技術等領域。
在廣義上,凡以生物為對象的一般工程學,包括介於生物學、醫學與工程學之間的醫學工程學,人造器官、假肢等生物醫學工程學,人類工程學,仿生學以及這些學科中對生物體進行的結構和功能的工程學分析,均屬生物工程學的範疇。生物工程學是70年代初在分子生物學、分子遺傳學和細胞生物學基礎上發展起來的一門新學科。在解決全人類所面臨的能源危機、糧食緊缺、環境污染和疑難病症的診斷治療中已發揮重大作用。人們將其與能源科學、信息科學與材料科學並稱為第四次產業革命的“四大技術”。有關研究
醫學上通過生物工程可以生產出大量廉價的防治人類疾病的藥物,如入胰島素、干擾素生長激素、乙型肝炎疫苗等。生物工程在食品、輕工中的應用面也很廣。1983年美國用生物工程生產的用於製作飲料的高果糖漿的年產量達600萬噸,從而使蔗糖的消耗量減少一半。採用生物工程技術,使育種工作發生了很大變化,如把抗病基因轉移到煙草中去,已培育出防止害蟲的煙草新品種;把低等生物根瘤菌的固氮基因轉移到高等作物的細胞中,使之能自己製造氮肥,也取得了一定成果,以及轉基因動物開發乳腺生物反應器、禽類輸卵管生物反應器等。目前世界各國對生物工程十分重視,我國也把生物工程列為重點發展的科研項目之一。生物工程學的研究將對人類的生產方式和生活方式產生巨大的影響。

發展


21世紀系統生物科學與工程的發展,2003年美國貝克萊大學J.Keasling成立了世界上第一家合成生物學系 -系統生物學基礎的遺傳工程,採用酵母細胞表達天然植物葯箐篙素分子,實現工程微生物代謝工程製藥,並開展植物光合作用代謝路徑的研發。同時許多計算機、微電子技術、納米化學、醫學工程科學家與工程師轉入生物工程的研發,採用計算機軟體輔助設計技術、人工合成全基因乃至基因組技術,將細胞作為計算機來進行重新設計,因而進入了合成生物技術時代。中國曾邦哲(曾傑)在中科院《轉基因動物通訊》1994年6月發表“論系統生物工程範疇”的文章,宣稱21世紀是系統生物科學與系統生物工程的時代,將計算機科學與生命科學從理論到技術的整合,將基因工程與細胞仿生工程結合,並於2002年提出細胞計算機模型(cell automatics, the bio-computer, genbrain biosystem network 2002)。系統生物技術整合了生物納米技術、生物計算技術,開始走向生物工程人工設計生命系統的生物醫學應用,並將帶來細胞製藥廠和細胞生物分子計算機的產業化,2007年英國皇家工程院士R.I.Kitney稱“系統生物學與合成生物學偶合,將產生第3次工業革命”,歐美權威科技機構有稱基因工程、轉基因動物與分子生物技術時代已經轉向了合成生物學、系統生物工程時代,2008年開始,國際國內的系統生物工程(systems bioengineering, systems biological engineering)研究機構紛紛建立了起來。