生物工程技术对人类的影响

生物工程技术对人类的影响

当今世界，科学技术发展突飞猛进，新兴学科、交叉学科不断涌现，科技进步对经济社会的影响作用日益广泛和深刻。伴随着信息科技革命方兴未艾的浪潮，生命科学和生物技术的发展也正在展现出未可限量的前景。越来越多的人们已经预见到，一个生命科学的新纪元即将来临，并将对科技发展、社会进步和经济增长产生极其重要而深远的影响。

现代生物技术的兴起始于本世纪70年代，如今已经成为高技术群体中一支绚丽的奇葩。到了21世纪，随着生物工程的发展，生物技术的应用基本上已经渗透到各领域各行各业。现在，生物技术的应用日益深广，不但对医学、农业造成影响，也对工业生产产生影响。各种动态表明，世界生物技术将迎来一个快速发展的新时代。生物工程对人类社会目前及以后都将产生主要的影响。我们有理由相信现代生物技术的深入发展和广泛应用将会是本世纪继计算机技术革命之后又一次重要的技术革命，是现代军事技术革命的生力军。

生物工程，是20世纪70年代初开始兴起的一门新兴的综合性应用学科。

一．什么是生物工程及其研究领域；

所谓生物工程，一般认为是以生物学(特别是其中的微生物学、遗传学、生物化学和细胞学)的理论和技术为基础，结合化工、机械、电子计算机等现代工程技术，充分运用分子生物学的最新成就，自觉地操纵遗传物质，定向地改造生物或其功能，短期内创造出具有超远缘性状的新物种，再通过合适的生物反应器对这类“工程菌”或“工程细胞株”进行大规模的培养，以生产大量有用代谢

产物或发挥它们独特生理功能一门新兴技术。

生物工程包括五大工程，即遗传工程(基因工程)、细胞工程、微生物工程(发酵工程)、酶工程(生化工程)和生物反应器工程。在这五大领域中，前两者作用是将常规菌(或动植物细胞株)作为特定遗传物质受体，使它们获得外来基因，成为能表达超远缘性状的新物种——“工程菌”或“工程细胞株”。后三者的作用则是这一有巨大潜在价值的新物种创造良好的生长与繁殖条件，进行大规模的培养，以充分发挥其内在潜力，为人们提供巨大的经济效益和社会效益。

1.基因工程

基因工程是生物工程的一个重要分支，它和细胞工程、酶工程、蛋白质工程和微生物工程共同组成了生物工程。所谓基因工程（genetic engineering)是在分子水平上对基因进行操作的复杂技术，是将外源基因通过体外重组后导入受体细胞内，使这个基因能在受体细胞内复制、转录、翻译表达的操作。它是用人为的方法将所需要的某一供体生物的遗传物质——DNA大分子提取出来，在离体条件下用适当的工具酶进行切割后，把它与作为载体的DNA分子连接起来，然后与载体一起导入某一更易生长、繁殖的受体细胞中，以让外源物质在其中“安家落户”，进行正常的复制和表达，从而获得新物种的一种崭新技术。

2.细胞工程

细胞工程(Cell engineering)：是指应用细胞生物学和分子生物学的方法，通过某种工程学手段，在细胞水平或细胞器水平上，按照人们的意愿来改变细胞内的遗传物质，从而获得新型生物或特种细胞产品、或产物的一门综合性科学技术。细胞工程与基因工程一起代表着生物技术最新的发展前沿，伴随着试管植物、试管动物、转基因生物反应器等相继问世，细胞工程在生命科学、农业、医药、食品、环境保护等领域发挥着越来越重要的作用。是指应用现代细胞生物学、发育生物

学、遗传学和分子生物学的理论与方法，按照人们的需要和设计，在细胞水平上的遗传操作，重组细胞的结构和内含物，以改变生物的结构和功能，即通过细胞融合、核质移植、染色体或基因移植以及组织和细胞培养等方法，快速繁殖和培养出人们所需要的新物种的生物工程技术。

3.微生物工程

微生物工程又叫发酵工程。发酵是微生物特有的作用，在几千年前就被人类认识了，并且用来制造酒、面包。微生物工程，是大规模发酵生产工艺的总称，就是利用微生物发酵作用，通过现代工程技术手段来生产有用物质，或者把微生物直接应用于生物反应器的技术。它是在发酵工艺基础上吸收基因工程、细胞工程和酶工程以及其他技术的成果而形成的。

发酵工程跟化学工业、医药、食品、能源、环境保护和农牧业等许多领域关系密切，对它的开发有很大的经济效益。ＤＮＡ重组技术和生物反应器装有固定化酶的容器，能进行生物化学合成，是生物工程中的两大支柱。从工业规模生产这一点看，生物反应器尤其重要。因为只有通过微生物发酵，才能形成新的产业。

4.酶工程

简而言之，酶工程就是将酶或者微生物细胞，动植物细胞，细胞器等在一定的生物反应装置中，利用酶所具有的生物催化功能,借助工程手段将相应的原料转化成有用物质并应用于社会生活的一门科学技术。它包括酶制剂的制备,酶的固定化,酶的修饰与改造及酶反应器等方面内容。酶工程的应用，主要集中于食品工业，轻工业以及医药工业中。

5.生物反应器工程

着重研究生物反应器本身的特性，如其结构和操作方式、操作条件对细胞形态、生长、产物形成的关系。它与生物反应工程结合，共同解决各种生物反应的最佳生物反应器、最佳操作条件的选择问题。

生物工程的应用领域非常广泛，包括农业、工业、医学、药物学、能源、环保、冶金、化工原料等。它必将对人类社会的政治、经济、军事和生活等方面产生巨大的影响，为世界面临的资源、环境和人类健康等问题的解决提供美好的前景。

二．生物工程技术对人类的影响；

1. 医学生物技术方面。

基因工程作为医学发展的重要技术，越来越受到人们的关注。基因重组技术研制的核酸或蛋白质类药物，已经应用于临床。同时，许多生物工程新药正准备推向市场，应用于临床，前景十分广阔。自80年代以来，仅日、美两国开发的生物技术新药就达224种，其中日本117种，美国107种。而且，大部分药品是重组DNA药物或重组蛋白质药物。从市场份额来看，在美国，到2003年将有15％药品为生物技术产品。生物技术药物分为两大类：一是用于疾病治疗的药物，另一类是用于疾病的预防。

基因治疗技术的发展，从开始临床试验至今已多年，其发展速度可谓日新月异，目前有90％的基因治疗临床试验在美国进行。基因治疗在疾病的病种选择上，已从经典的、孟德尔遗传方式为主的单基因隐性疾病扩展到复杂因子决定的疾病，如肿瘤疾病及爱滋病。估计以后，临床上能广泛应用生物技术治疗这些复杂疾病。

随着科技、经济文化、社会的不断发展，人类对自身认识的要求越来越迫切，对生存和生命的价值越来越重视，对卫生保健，身心素质的要求越来越高。生命科学及生物医学的高度发展，为人类了解和调控生命过程，认识和控制疾病，保证和维护身体健康，造就和谐健康的生存环境创造了条件和手段。如欧美发达国家，癌症治愈率已近50％；心脑血管病的死亡率在20年间下降了40％～55％，平均寿命达到了70～80岁。用基因工程技术生产的甲肝疫苗、乙肝疫苗、人胰岛素、熔葡萄球菌素、白细胞介素（二）等药物以及抗白血病等“生物导弹”（单克隆抗体与抗癌药物的偶联体，比单纯药物的疗效高12倍）制剂的研制成功与利用；都为此作出了贡献。此外，随着对癌症。心脑血管疾病、艾滋病等重大疾病的发病机制及防治技术方法的研究和认识不断深化，人类终将在下世纪初战胜这些疾病。预计，2020年人均寿命可达100岁，而年轻人的寿命可延长到140岁。

2. 农业生物技术面。

在农业生物技术中，转基因动植物的研究与开发最为突出。近年来，抗除草剂的大豆、抗病毒病的甜椒、抗腐能力强、耐贮性高的番茄、具有高含量必须氨基酸的马铃薯等转基因植物开始进入市场，成为农业生物技术的第一批成果；转基因的瘦肉型猪、高产奶的奶牛和能从奶中提取药物的转基因羊等也将进入实用化阶段。未来农业的模式将是：农业工厂化，按人类要求，高水平的控制环境因素，实现规模化、机械化、自动化生产，产生质量稳定、供应稳定、价格稳定、营养丰富的农业产品；安全的转基因动、植物投放市场；具有营养保健、医疗功效的猪牛羊、蔬菜水果等转基因食品大批走向餐桌。

转基因植物研究的新进展目前已研制出抵抗各种细菌病的转基因水稻品种。其中主要是抵抗黄杆菌的稻种。因为该菌每年要吞食全世界谷物的5％～10％以上，有些地区可达50％以上，经基因改变后的新品种能抗病虫害。此外，正在培育各种抗盐碱、耐水淹的高产水稻。还人工构建抗黄矮病毒基因导入高产、优质、不抗病的小麦品种之中，在世界上首次获得抗病毒转基因小麦植株。也已成功育成转基因大豆，其蛋白质含量高达48％，又能抗病毒，产量也比一般大豆高12％。我国科学家也已成功地培育出转基因抗病毒甜椒，以及含有高含量必需氨基酸的转基因马铃薯。培育出了抗腐能力强、耐贮性高，且食味更好的转基因番茄。

“三色”大农业，是指传统的绿色农业（动植物资源农业）及新兴的白色农业、蓝色农业。传统绿色农业，是以太阳光为直接能源，以水、土为主要养料，靠绿色植物光合作用转换能量进行生产的农业。微生物新兴白色农业是指微生物资源农业。它以发酵工程、蛋白质工程、细胞工逞和酶工程为基础，通过全面综合利用而组建的工程农业。例如，若用每年世界石油产量的2％为原料，利用微生物发酵工程来生产鱼细胞蛋白质，就可供20亿人吃一年。又如，若用我国每年5亿吨作物桔杆的20％为原料，通过微生物发酵转化为饲料，就可获得相当于400亿千克的饲料粮，这相当于我国目前饲料用量的1/3。新兴蓝色农业是指海洋生物资源农业，即是以海洋水生生物和浮游生物为资源，进行利用加工的海洋农业。海洋占地球表面71％，在近海海域自然生长的藻类植物，若加工成人类食物，其年产量相当于目前世界小麦总产量的15倍以上。如果把海洋藻类植物和浮游生物均纳入人类食物范围，则海洋可养活300亿人。而今，三聚腈氨鸡蛋的横空出世也着实给我们提了个醒，农业我们也应该绿色。

3. 在海洋生物技术方面。

据美国国家海洋及大气局(NOAA)估计，全球海产品的捕捞极限在 1.0～1.5亿吨之间。近年来，由于全世界的捕捞活动急剧上升，捕捞量已达极限。因此，海洋养殖业利用生物技术提高产量已具有重要意义，将决定生产周期短的基因转移到生产周期长的鱼、虾中，得到生产周期短的鱼、虾新品种，这样，年产量会大大提高。又将鱼生长激素基因及抗冻蛋白基因转移到鱼中，培育出的新品系不仅生长快，且抗病能力强。生物技术的应用不但促进了海养殖业，也对保护海洋生物起到积极作用。

海洋生物种类繁多，它们的生活环境与陆地生物不同，海洋生物都处在高盐、低温和高压环境中，生存条件十分恶劣，因此，海洋生物有很强的再生能力、防御能力和认识能力，这些独特的功能与它们体内的成分有关，这些成分具有抗癌、抗病毒、抗衰老作用。如从海鞘中提取的海鞘素β(Didemnimβ)具有抑制白血病细胞生长、治疗白血病的作用，从兰绿藻中分离到的糖脂具有抗HIV－1作用。目前，已发现的海洋天然产物和生物活性物质已有数千种。随着对海洋生物进一步研究，更多有用的物质将被发现。至此，利用生物技术提取及制造这物质用于人类，已是21世纪的重要课题。

4. 在环境保护生物技术面。

环境污染将破坏人类赖以生存的生态环境，对人类的健康及生命构成威胁。在高度工业化的今天，其生产排放的废弃物及人类生活中的垃圾共同构成了主要污染源，这些污染物对大气、水域、土地的侵袭，破坏了地球的生态环境。如何处理这些工业废物及生活垃圾，就成了环保的重要课题。环境生物技术是21世纪国际生物技术的又一热点领域。生物技术在环境治理上发挥着不可替代的作用。环境生物技术不是1个新概念，过去用微生物处理工业废水就属于这一类研究。美国更把环境生物技术作为21世纪生物技术6个主要研究领域之一，美国培育的基因工程"超级菌"，几小时就可降解自然菌种需1年才能降解的水上浮油；日本将嗜油酸单孢杆菌的耐汞基因转入腐臭单孢杆菌，使该菌株既能有效处理环境汞污染，又能将汞回收利用。

我国政府也十分重视环境保护，把它提高到可持续发展的基本国策的高度。考虑我国目前治理环境污染的迫切问题：如煤燃烧造成空气污染；工业废水污染水源和农田；不可降解塑料造成的白色污染；化学农药残毒对人和禽畜的危害等问题。21世纪我国环境生物技术的重点在于：用工程生物处理原煤脱硫的工业化工艺；无污染、能大量生产的生物能源的开拓性研究；高效、多抗转基因微生物农药的研制；生物来源的可降解的透明膜材料等。

海洋也是人类赖以生存的地方，保护海洋是为了更好地利用海洋资源。随着沿海地区经济发展，海洋污染日益严重。因此，应用生物工程手段将能富集重金属和降解海洋石油的基因工程菌和基因工程藻类构建及培养出来，应用于海洋保护。另外，海养殖业中遇到的病虫害，也需利用生物工程手段预防、治疗，这样，不但提高海产品产量，也防止病原微生物传入人体，对人类的健康构成威胁。三．是现代生物技术带来的弊端

凡事皆有两面性。从经济角度上讲，生物技术带来的不利并不明显，然而，它会引起发达国家与发展中国家贫富差距进一步扩大。因为，生物技术公司主要集中在发达国家，发达国家可以通过输出生物技术产品而获得利润。与此同时，发展中国家由于技术、及其产品还远没有被广泛接受。

生物技术可能引起生产方式和人类健康的退变。这种情奖品可能会随着需要特定处理的转基因作物的出现而产生，特别是抗除草剂的转基因作物出现。农民

必须从同一公司购买种子和除草剂，否则除草剂起不了作用。同样的问题也可能在需人造肥料的转基因作物上出现，这些转基因作物会取代传统的依靠有机肥的作物，后者在发展中国家是很普遍的，并且也有利于环境保护。生物技术在食品上的应用对发展中国家的农民也会造成许多困难。生物技术也会对人类的健康制造麻烦。近年来在英国已有这方面的报道。特别是当能引发人体过敏反应的基因转入农作物时，例如，坚果能引发人体过敏反应，若它的基因被导入其他作物，则有可能其他作物也会引起人体过敏。为了预防起见，转基因作物产品必须经免疫测定筛选后才能利用。

生物技术也可能引发环境问题。人们利用生物技术生产出抗旱、耐盐、抗病虫害作物同时，也导致生物多样性遭受严重破坏，甚至导致一些物种灭绝。这一结果是由于生物技术促进农作物向它原本不适应的地域扩张而造成的。生物技术同样加速土壤侵蚀和沙漠化。农业，尤其是耕作农业的扩张会增加除草剂、杀虫剂、人造肥料的使用，农业中不断投入的能源促进全球变暖。与此同时，氮素生物化学循环的改变也加剧了水体的富营养化，直接影响人类和动植物的生存。

另一个令人担心的是：转基因植物、动物、微生物脱离当地农业生态系统所造成的危害。许多有意或无意的动植物引起当地严重的生态问题。最明显的例子是澳洲引进的兔子。1500年以来，世界各国动植物的交流，有些已成为当地的有害动植物。至于转基因作物脱离当地农业生态系统后有可能引发：第一，转基因作物使自生作物成为严重的杂草问题；第二，转基因作物通过杂交后产生杂种；第三，转基因作物影响食物安全。任何一种转基因作物都存在对生态环境产生冲击的可能性。

未来20年，随着世界人口的增长，农业将经历具有重大意义的革新。毫无疑问，现代生物技术作为科学和技术在这场变革中将起到关键性的作用。原则上讲，生物技术本身有能力帮助人们提高农业生产力和保护环境，但在实践中，生物技术作为环境保护的代理人其作用相对来说是微乎其微的。人们对它在环境保护以及促进人类进步中的作用仍将拭目以待。