生物工程导论绪论3.ppt

生物工程导论绪论3.ppt

《生物工程导论绪论3.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《生物工程导论绪论3.ppt（115页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

生物工程导论吴绵斌浙江大学生物工程研究所玉泉校区教十-6100E-mail:

生物工程与人类的生活,食物短缺,疾病危险,能源危机,资源枯竭,环境污染,人类面临的问题,生物工程与人类的生活,生物工程与我们的生活？

食？

医？

环境？

油,醋,酱,盐,医,药,生物工程与人类的生活,衣？

住？

酒精？

行？

衣？

转基因棉花,新技术新工艺,生物工程与人类的生活,食？

转基因动、植物,作物产量,生物工程与人类的生活,住？

环境,生物工程与人类的生活,无危害的杀虫剂,环境治理,生物工程与人类的生活,行？

新型能源,加酒精的汽油,医？

生物工程与人类的生活,药物,器官,抗生素等,新型药物,移植,生物武器,二战期间，英美两国政府在生物战争（简称BW）中病菌的应用方面开展了广泛的研究。

冷战时期美国还一直持续一部分研究,不过现在已经因为国际公约而被完全终止了。

时不时的总会有人怀疑有这个或那个国家还在进行有关生物战争的研究？

有效生物武器条件,

（1）它所含的生物体在呼吸道系统中具高度传染性,能在空气中有效地传播,

（2）生物体能够形成孢子或者其它抵御干燥的形式；,（3）大量繁殖；,（4）能找到一种对付它的疫苗，从而使使用它的军队能够避免传染,主要武器将是细菌和真菌，而不是病毒,生物武器,炭疽杆菌,瘟疫的病原菌如耶尔森氏鼠疫杆菌,真菌,肉毒杆菌毒素,一种内生孢子型细菌,所以它可以休眠状态长期生存。

它可以引起呼吸道感染,如果未经治疗，通常将是致命的。

它还能够穿透皮肤,具有高度传染性,而且引起的疾病难愈又常致命。

它可以通过呼吸道或口腔传染,很容易在实验室中培养这种细菌,可以引起一种球孢子菌病的呼吸性疾病，孢子在干燥的土壤里可以生存很久,它可以通过随风吹散颗粒传播,由肉毒梭菌所制，是已知物质中毒性最大的,极小的剂量就可以导致死亡。

死亡率可高达60%-70%,生物技术,信息技术,新能源技术,新材料技术,21世纪的技术支柱,生物工程与人类的生活,时间：

1980年10月15日地点：

美国纽约证券交易市场主角：

美国Genetech生物技术的股票,一则故事,35$当日以71.25$收盘，创下了纽约政证券市场历史上股票的上涨记录。

20min,89$,KleinerPerkins公司的风险投资家Swanson重组DNA技术的发明人之一BoyerGenentech生物技术公司共同探索重组DNA的商业化地点在加利福尼亚，1976年,Genentech生物技术公司,事件：

成功克隆出编码人胰岛素的基因，并将其转入大肠杆菌中，通过发酵、分离纯化后制得胰岛素药物此前胰岛素是从猪胰中提取获得），为糖尿病患者提供了福音。

生物技术的定义,生物技术的技术内涵,生物技术的商品属性,生物技术的定义,生物技术的学科属性,生物技术的定义,人、动物/植物生理学,分子与细胞生物学,免疫学,微生物学,生物化学,遗传学,化学工程,遗传工程蛋白质工程体外细胞培养生物加工技术财政支持,疾病诊断,发酵技术,商业应用,健康与制药,食品加工,农业（动物）,农业（植物）,能源与环境,生物技术树,生物技术的发展历史,20世纪上半叶,20世纪中叶,20世纪后半叶,20世纪前,生物技术的历史,20世纪前人们只是利用植物、动物来满足日常生活的需要，但已经利用了自然界中的微生物来制酒、酱、奶酪等各种食物然而此时人们并不知道这些微生物如何作用,20世纪前,已经能够筛选和培养微生物来生产特殊的产品典型的例子有用Clostridiumacetobutylisum发酵生产丙酮/丁醇/乙醇德国科学家Weizmann将筛选获得的厌氧菌株用于工业化发酵到1940,丁醇和丙酮的年产量已经超过45,000和90,000吨,20世纪上半叶,1900-1940,1914年首次用细菌处理污水（Manchester，英国）1917年匈牙利工程师KarlEreky创造了Biotechnology”1928年Fleming发现了第一个抗生素青霉素1940年Avery等证明了DNA是遗传物质,20世纪上半叶,重要事件,这一时期也称为抗生素时期或液体深层耗氧发酵时期抗生素（antibiotics）,典型的产物氨基酸（aminoacids）,酶（enzymes）etc.,1941-1970年,20世纪中叶,1945年Fleming因发现抗生素及之后的工作，获Noble奖.1945年青霉素的年生产量已经能够满足100,000病人治疗的需要1939年发酵液中青霉素的浓度为0.001g/L（现在为50g/L）,重要事件,20世纪中叶,1946年发现来源不同病毒的遗传物质结合成新的病毒1953年Watson和Crck提出DNA的双螺旋结构1961年“BiotechnologyandBioengineering”出版1970年世界上第一个限制性核酸内切酶成功分离,重要事件,20世纪中叶,这一时期基因重组技术被用于工业生产蛋白质产物菌株改性第一个基因蛋白为胰岛素-insulin，1982，EliLily.特征：

政府、公司、大学大量投资生物技术成千上万的生物技术公司相继成立,1971-现在,20世纪后半叶,1973年Boyer和Cohen建立了重组DNA技术1975年Kohler和Milstein第一次生产出单克隆1976年DNA测序技术问世1978年第一个基因工程产物胰岛素问世,重要事件,1982年第一个用重组DNA技术生产的动物疫苗在欧洲获得使用1988年聚合物酶链式反应技术问世1990年人类基因组计划正式启动1997年克隆成功Dolly羊,重要事件,2000年人类基因组计划绘出草图2002年水稻基因组图谱在“Nature”上发表,重要事件,。

生物技术的现状,生物技术药物,100多种,350多种,投放市场的生物技术药物和疫苗,临床实验阶段,1999年,1995年,FDA批准通过的新产品就有62种,美国,生物技术药物和疫苗数量,生物技术的现状,生物技术药物销售额,1998年全球医药市场销售额为2400亿美元,1998年全球生物技术药品销售额达130亿美元,比1997年增长10%,比1997年上升了20%,预计,2006年生物技术药品销售额可达240亿美元,10大生物技术上市公司（1999）,生物技术的现状,10大生物技术药品（1998）,促红细胞生成素,促红细胞生成素,粒细胞集落刺激因子,胰岛素,乙肝疫苗,干扰素,干扰素,生长激素,干扰素,乙肝疫苗,生物技术的现状,美国生物技术的现状,美国的领先地位,研究,人类蛋白组,应用,医疗,工业,海洋,农业,国防,艾滋病,克隆,干细胞,人类基因组,美国生物技术的现状,生物技术药物或疫苗,种以上,至少有种,各种癌症,早老性痴呆症,心脏病,糖尿病,艾滋病,FDA已经批准,临床试验,治疗,2000年,美国生物技术,州政府科研预算,政府科研预算,民间资本,全美个州中有个州已实施了至少一项生物技术产业发展计划,2001财政年度获得的拨款达亿美元,美国的生物技术公司中有多家公开上市，其市场资本总额在年达到亿美元,到年初，美国已有家生物技术公司，这还不包括众多涉足生物技术的传统制药公司。

在生物技术产业就业的人数达万人，超过了玩具和体育用品产业的就业人数总和。

生物技术产业，还为服务于它的行业创造了近万个就业机会。

欧洲生物技术的发展,1998年的107亿欧元,2001年初，欧洲生物技术公司的数目已达到1351家，资产总值达178亿欧元,目前德国暂居于欧洲生物科技企业数量的榜首，并是生物科技企业增长最快的国度，其后是英国、法国、瑞典、瑞士、芬兰，荷兰、比利时等,欧洲生物技术公司比较,欧洲生物技术公司数目比较（2000）,德国生物技术的发展,欧洲与美国生物技术公司比较,欧洲与美国生物技术公司比较（2000）,市场份额,我国的生物技术,我国的生物技术在第三世界处领先地位。

与发达国家比较，在实验室技术上差距也不大，有的还处于国际领先水平，但在工业化水平上则差距很大。

1999年医药生物技术公司约为320家，2000年达到500多家，但是有国家相关部门药品生产批文的不过40多家。

我国生物制药年制造额增长图（单位：

亿元人民币）,国内外基因药物实现商业化时间比较,我国的发展速度比较快，正在逐步缩小与发达国家的差距。

美国和中国生物技术产业发展状况对比（数据截止于1999年）,生物技术产业的主要领域,生物技术药品生物技术营养保健品应用于生物技术的设备生物技术的信息化生物技术诊断方法和试剂,生物技术产业的主要领域-1,1）生物技术药品促红细胞生成素干扰素重组人粒细胞集落刺激因子等,生物技术产业的主要领域-2,2）生物技术营养保健品纯天然促生长素释放配方“高身长”阿拉斯加深海鱼油OMEGA-3等,生物技术产业的主要领域-3,3）应用于生物技术的设备发酵培养设备分离纯化设备全自动生化分析仪等,生物技术产业的主要领域-4,生物技术的信息化（人类基因组计划HGP）,生物技术产业的主要领域-5,5）生物技术诊断方法和试剂乙肝病毒基因扩增检测试剂盒、妊娠检测试剂盒、吗啡类毒品检测试纸条等,美国生物技术产品销售预测（百万美圆）,生物技术所涉及的行业种类,医药,畜牧业,食品,林业,环境保护,化工,材料,能源,农业,生物技术对经济和社会发展的影响,改善农业生产、解决食品短缺,提高生命质量，延长人类寿命,解决能源危机、治理环境污染,制造工业原料、生产贵重金属,提高农作物产量及品质,发展畜牧业,人类基因组计划,开发新型药物,疾病预防和诊断,基因治疗,治理环境污染,解决能源危机,生产贵重金属,制造工业原料,69%健康,1%能源/环境,4%其他,5%化学/食品,8%农业（动物）,13%农业（植物）,生物技术的学科基础,生物化学分子生物学细胞生物学遗传学微生物学动物学植物学化学应用物理学电子学数学计算机科学工程学,生物技术,生物,基础,工程,生物工程,生物工程,生物技术,生物工程是运用现代生物科学的理论与方法，按照人类的需要改造和设计生物的结构和功能，以便更经济、更有效、更大规模地生产人类所需要的物质和产品的技术。

工程学,生物工程,生物工程,细胞工程,基因工程,发酵工程,蛋白质工程,酶工程,通过在细胞水平上重组细胞的结构和内含物，以改造生物的结构和功能的技术,通过是在遗传物质的分子水平上改造和设计生物的结构和功能的技术,通过修饰或改变蛋白质分子的某些基团和结构以生产功能更强大或更能满足人类某些特殊需要的蛋白质活性物质的技术,从应用的目的出发研究酶、应用酶的特异性催化功能，并通过工程化将相应的原料转化为有用物质的技术,利用微生物的生长和代谢活动来生产各种有用物质的工程技术，现在，发酵工程已经泛指所有细胞（动物、植物、微生物及基因工程细胞）的大规模培养并获得目标产物的过程,微生物工程菌发酵工程基因工程蛋白质或酶蛋白质工程或酶工程动、植物个体或细胞细胞工程产品优良的动、植物品系,基因工程、细胞工程、蛋白质工程、酶工程、发酵工程之间的关系,生物工程,细胞生物学,遗传学,分子生物学,发育生物学,理论准备,物质准备,DNA限制性内切酶、连接酶、聚合酶、逆转录酶,生物工程,分子工具,基因载体质粒,对基因进行人工分子剪切、连接和复制,生物工程的特点,高效益,高智力,高投入,高竞争,高风险,高势能,可带来高额利润,具有创造性和突破性,前期研究和开发需要大量的资金投入,时效性竞争非常激烈,激烈的竞争带来高风险,对社会各方面影响极大,10大生物技术药品（依1998年全球销量,单位百万美元.）,10大生物技术药品（依1998年全球销量,单位百万美元.）,生物技术公司典范AmgenInc.（安进公司）GenentechInc.（基因技术公司）NovoNordisk（诺和诺德公司）,AmgenInc.,AmgenInc.,Amgen（安进公司）是由一群科学家和风险投资商于1980年创建的，1981年公司开始运作。

由于一直没有产品上市，公司先后于1983，1986，1987年通过公开发行股票筹集资金以维持公司的生存。

全球生物技术公司的领头羊,Amgen是应用分子遗传学（AppliedMolecularGenetics）的缩写,AmgenInc.,1989年6月第一个产品重组人红细胞生成素（EPO）获得美国FDA批准，用于治疗慢性肾功能衰竭引起的贫血和HIV感染治疗的贫血。

1991年2月公司第二个产品重组粒细胞集落刺激因子（G-CSF）获得美国FDA批准，其适应证为肿瘤化疗引起的嗜中性白细胞减少症。

安进公司的这两个全球商业化最为成功的生物技术药物EPO（商品名EPOGEN）和G-CSF（商品名NEUPOGEN），不仅造福了无数血液透析患者和癌症化疗患者，也为公司带来了巨额的利润，公司也据此迅速发展壮大。

AmgenInc.,10大生物技术药品（依1998年全球销量,单位百万美元.）,10大生物技术药品（依1998年全球销量,单位百万美元.）,1992年安进公司首次跻身财富500强，当年公司产品销售首次突破10亿美元。

2000年财富500强排名，安进公司排在455位。

2000年在全球医药50强中排在21位。

安进公司现拥有近7000名员工，公司分部遍布全球。

若当年对Amgen公司投资100美元，那么10年后的今天投资者将获得近60倍的回报：

5884美元!

Amgen是当之无愧的国际生物技术公司的成功典范。

AmgenInc.上市药物,10大生物技术药品（依1998年全球销量,单位百万美元.）,10大生物技术药品（依1998年全球销量,单位百万美元.）,AmgenInc.成功经验,1强有力的专利保护对公司开发的产品及时申请专利，使公司的产品独占市场。

安进公司的产品品种不多，Amgen上市品种总共只有三个（EPO、G-CSF和INF-1）。

其成功全赖公司的两个拳头产品Epogen和Neupogen卓越的市场销售。

相比之下，Infergen的市场表现平平，并不出色。

因为前两个产品公司拥有专利独占权，并处于市场垄断地位，而干扰素在市场上同类产品数量繁多。

AmgenInc.成功经验,10大生物技术药品（依1998年全球销量,单位百万美元.）,10大生物技术药品（依1998年全球销量,单位百万美元.）,2强大研发力度为了保持在生物技术方面的领先水平，Amgen公司不断增加R&D投入，加大新产品、新技术的研发力度。

同时对现有产品进行完善，作进一步的深入开发。

2000年公司的研发费用为8.45亿美元，占当年销售收入的26.4，公司已在全球范围建立起发展机构，配合全球的临床计划。

在R&D方面的投资促使Amgen公司形成大量很有市场前景的新高效治疗药物产品链。

Amgen公司的研发投入,AmgenInc.研发中的新药,10大生物技术药品（依1998年全球销量,单位百万美元.）,10大生物技术药品（依1998年全球销量,单位百万美元.）,Darbepoetinalfa重组蛋白，一种新型刺激红细胞生成蛋白CalCimimetics口服小分子化合物，减少甲状旁腺激素的分泌Abarellxdepot多肽抑制剂，抑制促性腺素释放素的作用聚乙二醇（PEG）修饰的粒细胞集落刺激因子（G-CSF），化疗引起的嗜中性白细胞减少症Keratinocytegrowthfactor（KGF）重组上皮组织生长因子，治疗癌症放化疗患者重度和长期口腔粘膜炎Anakinra（IL-lra）重组白介素-1受体拮抗剂，治疗类风湿性关节炎sTNF-RI重组可溶性肿瘤坏死因子受体-1，治疗中度到重度的类风湿性关节炎Osteoprotegerin（OPC）一种可抑制骨丢失的蛋白质，预防骨质疏松和抑制肿瘤扩散到骨组织引起的骨再吸收BDNF（Brain-derivedneurotrophicfactor）一种脑源性的神经营养因子，治疗肌萎缩侧索硬化Leptin重组蛋白，治疗肥胖症Neuroimmunophilins口服有效的小分子神经营养剂，帕金森综合征,GenentechInc.,GenentechInc.,1976年，KleinerPerkins公司的风险投资家Swanson鼓动重组DNA技术的发明人之一Boyer，合伙成立公司共同探索重组DNA的商业化，并给公司取名为Genentech，即为基因工程技术的缩写。

风险投资在生物技术领域的成功典范,GenentechInc.,10大生物技术药品（依1998年全球销量,单位百万美元.）,10大生物技术药品（依1998年全球销量,单位百万美元.）,1976年4月，Swanson从KleinerPerkins公司得到了10万美元的风险投资，条件是KleinerPerkins公司拥有25的产权。

随着企业经营的进展，9个月后，KleinerPerkins公司又进行了一轮风险投资。

这一轮投资额为85万美元，条件是再占有公司25的产权。

1977年，基因技术公司成功地使人工合成的生长激素释放抑制因子（14肽）基因在大肠杆菌中表达，这是人类第一次采用基因工程方法生产出有药用价值的产品。

风险投资家们也从中看出希望，进行第三轮投资，但这次95万美元的投资仅换回了8.6的产权。

在短短16个月的时间里，基因技术公司的价值便由40万美元增长为1100万美元。

GenentechInc.,10大生物技术药品（依1998年全球销量,单位百万美元.）,10大生物技术药品（依1998年全球销量,单位百万美元.）,目前基因技术公司已拥有4200多名职工，年销售额达128亿美元。

2000年公司再一次被财富杂志评为“100家美国最佳工作公司”，且由1999年的52位上升到32位。

2000年在全球医药50强中排在37位。

GenentechInc.,10大生物技术药品（依1998年全球销量,单位百万美元.）,10大生物技术药品（依1998年全球销量,单位百万美元.）,基因技术公司的研究领域主要集中在肿瘤、心血管系统疾病和内分泌疾病。

已有14种生物技术药物获得批准，公司自己生产并销售其中的9种产品，其它的转让给其他公司生产。

GenentechInc.成功经验,10大生物技术药品（依1998年全球销量,单位百万美元.）,10大生物技术药品（依1998年全球销量,单位百万美元.）,1风险投资的成功典范基因技术公司可以说是风险投资家和科学家成功合作的典范，已被当作经典案例写入教科书。

由一项并未成熟的实验技术发展到具有巨大社会效益和经济效益的一系列产品上市，这需要风险投资家独具慧眼，要敢于投资；也需要科学家认真务实的工作和勇于创新的魄力。

事后Swanson对外界说每个人都说我为时过早。

从人体内中提取得一种有开发价值的激素也许要花上10年，要转变为一个商业产品，顺利的话恐怕也要20年。

每个人都这么说，除了HerbBoyer“。

GenentechInc.成功经验,10大生物技术药品（依1998年全球销量,单位百万美元.）,10大生物技术药品（依1998年全球销量,单位百万美元.）,2鼓励创新，营建以知识为中心的企业文化氛围基因技术公司积极鼓励公司员工创造性的工作，公司给每位员工很大的自由度。

公司对研究人员坚持让他们在完成份内工作外可以花25的时间在自己感兴趣的项目上。

目前基因技术公司4200多名员工中大学生占80，其中有硕士和博士学位的人占25。

公司拥有300多位科学家和技术专家，平均每年有250篇论文发表，几乎每个工作日发表一篇，公司拥有3600项专利，另有2600项等待审批，这在生物技术公司中是少有的。

NovoNordisk,NovoNordisk,NovoNordisk（诺和诺德）是欧洲最大的生物制药公司之一。

主要业务范围是研究和生产生物药物和工业用酶制剂。

在生物药物领域，诺和诺德在胰岛素研究和生产方面处于世界领先地位；在工业用酶领域，诺和诺德公司已成为世界上最大的酶制剂供应商。

总部位于丹麦哥本哈根现今在全球70个国家设有分支机构，员工16,000人，销售遍及超过179个国家。

NovoNordisk,2000年11月14日，为了便于管理和发展，公司决定把制药产业和工业酶制剂分离。

新成立的Novozymes（诺维信）公司主要致力于工业用酶制剂方面的发展。

而诺和诺德公司则集中在制药行业领域里的发展。

2000年公司在全球的药品销售额为24.79亿美元，在全球医药50强中排在27位。

诺和诺德1994年进入中国，建立了诺和诺德（天津）生物技术有限公司。

NovoNordisk,上市的主要产品,NovoNordisk,10大生物技术药品（依1998年全球销量,单位百万美元.）,10大生物技术药品（依1998年全球销量,单位百万美元.）,NovoNordisk公司有雄厚的科研基础。

公司研究发展发展经费超过总营业额的16%，科研人员占员工总数的22%。

除丹麦之外，NovoNordisk公司还在美国，瑞士，日本和马来西亚均建立了研究中心。

公司的科研人员在工作中与全世界的学术研究中心进行了普遍的接触，建立了广泛的国际合作项目。

注重科学研究,NovoNordisk,10大生物技术药品（依1998年全球销量,单位百万美元.）,10大生物技术药品（依1998年全球销量,单位百万美元.）,NovoNordisk公司2001年1月25日在北京亦庄经济技术开发区建立了世界级研发中心，诺和诺德公司中国研发中心，同时也是跨国制药公司中第一家在中国设立的致力于生物技术研究的研发中心。

该中心瞄准世界高水平，运用生物技术和分子生物学领域国际前沿的研究方法，进行着与国际先进水平同步的研究。

B.Braun,10大生物技术药品（依1998年全球销量,单位百万美元.）,10大生物技术药品（依1998年全球销量,单位百万美元.）,B.Braun,10大生物技术药品（依1998年全球销量,单位百万美元.）,10大生物技术药品（依1998年全球销量,单位百万美元.）,Benchscale（300mL-15L）,Labscale（2-15L）,Pilotscale（30-100L）,B.Braun,10大生物技术药品（依1998年全球销量,单位百万美元.）,10大生物技术药品（依1998年全球销量,单位百万美元.）,ProductionScale（100L）,EnzymeProductionPlant,VaccineProductionPlant,BioengineeringAG,10大生物技术药品（依1998年全球销量,单位百万美元.）,10大生物技术药品（依1998年全球销量,单位百万美元.）,BioengineeringAG,瑞士比欧生物工程公司是一家全球公认的生物反应器的专业厂家，在生物反应器领域是欧洲最老的一家公司。

30多年来，始终从事反应器的设计和制造，使瑞士比欧在这一发酵罐领域掌握着全面的技术。

BioengineeringAG,10大生物技术药品（依1998年全球销量,单位百万美元.）,10大生物技术药品（依1998年全球销量,单位百万美元.）,Labscale（1.5-10L）,Pilotscale（20-100L）,Productionscale（100-1500L）,BioengineeringAG,10大生物技术药品（依1998年全球销量,单位百万美元.）,10大生物技术药品（依1998年全球销量,单位百万美元.）,10大生物技术药品（依1998年全球销量,单位百万美元.）,10大生物技术药品（依1998年全球销量,单位百万美元.）,分离和分析设备：

AmershamBioscience（原AmershamPharmaciaBiotech,总部在瑞典）AgilentTechnologies（原Hewlett-Packard公司的分析仪器部门，总部在美国）,AmershamBioscience,10大生物技术药品（依1998年全球销量,单位百万美元.）,10大生物技术药品（依1998年全球销量,单位百万美元.）,AmershamBioscience,10大生物技术药品（依1998年