现代生物技术在解决21世纪人类社会面临的重大方面所发挥的重要作用
发酵过程优化与控制(原理部分)
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大型发酵罐 搅拌装置
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现代发酵工程的主要研究内容
1.发酵过程的优化控制技术 2.生化过程的模型化 3.高密度培养技术 4.代谢工程和代谢网络控制 5.新型生化反应器的研究和开发 6.新型发酵和产品分离技术
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第一章
绪论
一. 发酵过程优化在生化工程中的地位 二. 发酵过程优化的目标和研究内容 三. 发酵过程优化的研究进展 四. 流加发酵过程的优化控制
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一. 发酵过程优化在生化工程中的地位
现代生物技术不仅能在生产新型食品、饲料添加剂、 药物的过程中发挥重要的作用，还能经济、清洁地 生产传统生物技术或一般化学方法很难生产的特殊 化学品，在解决人类面临的人口、粮食、健康、环 境等重大问题的过程中必将发挥积极的作用 如何才能更好地发挥现代生物技术的作用？ 以工业微生物为例，选育或构建一株优良菌株仅仅是 一个开始，要使优良菌株的潜力充分发挥出来，还必 须优化其发酵过程，以获得较高的产物浓度(便于下 游处理)、较高的底物转化率(降低原料成本)和较高 的生产强度(缩短发酵周期) 20
养或半连续发酵，是指在分批发酵过程
中间歇或连续地补加新鲜培养基的发酵
方法
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流加发酵的研究进展
在20世纪70年代以前流加发酵的理论研究 几乎是个空白，流加过程控制仅仅以经验为 主，流加方式也仅仅局限于间歇或恒速流加
1973年日本学者Yoshida等人首次提出了 “Fed-Batch Fermentation”这个术语，并从理 论上建立了第一个数学模型，流加发酵的研究 才开始进入理论研究阶段
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基于碳氢化合物的经济转变为基于 碳水化合物的经济
将工业革命世纪转变到生物技术世纪 只有工业微生物才能将来源于太阳能的可再
现代生物技术使我们的生活更美好
现代生物技术使我们的生活更美好关键词：生物技术生活摘要：现代生物技术在我们当今生活中运用得十分广泛。
医药卫生、食品轻工、农牧渔业、能源工业、化学工业、冶金工业、环境保护等几个方面。
尤其是在医药卫生，生物技术使现代医学实现了一个又一个的飞跃。
对我而言，从前，生物技术是一个陌生而又神秘的领域，通过这次选修课的学习，我也不敢说自己对这个有多么的了解，但我知道了，这一项伟大的工程。
虽然还存在很大的风险，但我相信，现代生物技术会使我们的生活更美好。
现代生物技术的发展经历了三个阶段：传统生物技术、近代生物技术、现代生物技术。
社？会的发展与生物技术的发展密不可分，两者相辅相成。
酿造技术是传统生物技术的技术特点，微生物发酵技术是近代生物技术的技术特征，而现代生物技术(生物工程)是指对生物有机体在分子、细胞或个体水平上通过一定的技术手段进行设计和操作，为达到目的和需要，以改良物种质量和生命大分子特性或生产特殊用途的生命大分子物质等。
生物技术的应用范围十分广泛，有医药卫生、食品轻工、农牧渔业、能源工业、化学工业、冶金工业、环境保护等几个方面。
其中医药卫生领域是现代生物技术最先登上的舞台，也是目前应用最广泛、成效最显著、发展最迅速、潜力也最大的一个领域。
这对我们医学生而言是一个好消息，科学技术的发展是我们有更强的武器去救助病人。
同样，这对于那些陷于病困的人也是一个福音。
先从医疗方面说起吧。
在医学方面，科学家们利用生物工程手段，用大肠杆菌来表达系统，酵母表达系统和真核细胞来表达系统生产疫苗和蛋白质药品。
使许多难生产出来的药有了生产的机会，给了病人更多希望。
给了生命更多的可能。
传统的抗肿瘤治疗方法是放射治疗、化学药物治疗、手术切除等。
运用生物技术可以有基因治疗，生物类抗肿瘤药物有肿瘤抑制因子、内皮细胞抑制因子（如：内皮抑素已经上市）、血管抑制因子（VEGF等）。
生物技术治疗方法对治疗肿瘤效果优于传统治疗方法是作用于靶向性强，抗原性小，毒副作用小。
生物技术在生活中的应用
生物技术在生活中的应用随着生物技术的快速发展，其被广泛应用于人们的日常生活中。
在提高人们生活质量方面，生物技术占据着重要的位置。
目前，转基因技术、酶工程、细胞工程、生物芯片、基因编辑技术等现代生物技术已经广泛应用于农业、医药、环保等领域，为解决人类社会在食品、环境、能源、健康等方面所面临的一系列重大问题提供了新的思路。
1.生物技术在农业上的应用随着人口的不断增加和土地面积的日趋减少，我国粮食的供需矛盾越来越突出。
解决21世纪我国农业和粮食问题的根本出路是，发展高新技术，比如生物工程技术等，这是科技兴农的重点。
而 21 世纪最重大的科技成果可能产生于生物科技领域，利用转基因技术改造植物的遗传性状，比如培育高产的水稻、大豆、玉米等，解决人们吃饭的问题。
人们利用基因工程培育出了植株不高、占地比较少、能抗寄生虫、表皮比较坚固耐贮藏运输的西红柿，还利用基因重组技术培育出能在0℃以下生长的草莓、抗霜冻的马铃薯，同时，还可以利用基因工程手段培育抗虫植物新品种。
目前，人们已获得多种抗虫基因，它们被导入烟草、棉花、油菜、水稻、玉米、马铃薯等多种农作物种植中，在抗虫方面被广泛应用，有效避免了化学杀虫剂的长期使用所引发的农药残留、害虫的耐受性、环境污染等严重的问题。
2.生物技术在医学行业中的应用在医学的行业发展的领域中，生物技术也占据着举足轻重的地位，是人们在进行医学研究时一个有效的工具，能够帮助研究人员更好的进行探究工作。
例如在医学的发展行业中其基因工程技术、生物芯片技术和分子纳米技术等等多种技术有效的帮助了医学者解决了疾病的问题，其在医学中的运用受到高度重视。
在结构基因组学、功能基因组学和环境基因组学不断发展进步的同时，在它的带动下其分子生物医学也得到了发展，使得医学行业出现了新的创新变革，使得医学的发展不断发现机遇和挑战促进其进步。
3.生物技术在环境保护中的应用随着工业的迅速发展，环境污染问题已成为世界范围内的难题。
21世纪生物技术发展带来的机遇与挑战(精)
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转基因牛 改善牛奶的成分 生产药物 增加产奶量
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转基因猪 转基因猪研究主要集中于四个方面： （1）选育成高产、优质品种。“超级猪”。 （2）用作研究人类疾病的动物模型。 （3）生产人类药用蛋白：如生产人血红蛋白。 （4）利用转基因猪生产人体器官。
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转基因鱼 中国1985年就首先报道了第一例成功 的转基因鱼。目前在转基因鱼中，大 部分转入的基因都是生长激素基因， 使鱼生长速度大大提高。 2002湖北科技博览会 “转基因黄河 鲤鱼”首次亮相，这种鱼生长快，高 蛋白低脂肪。两三年内有望上餐桌。
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转基因植物带来的经济效益
获益的主要途径有三个： ①防止虫害和杂草危害，增加产量； ②由于减少了杀虫剂和除草剂等农药的用 量，降低了生产成本，农民的纯收入相 对增加； ③通过减少农田害虫和杂草防治的工作量， 节省劳力成本，相对增加了农民的经济 收入。
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2.2.3 转基因动物
转基因动物：是通过人工的实验方法， 将别的基因导入动物细胞，与动物本身 的基因整合在一起，并随细胞的分裂而 繁殖，并且能够将别的基因信息遗传给 后代，严格意义上说，转基因动物是人 工创造的新动物。
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高风险
竞争激烈：大量的公司兼并，要想在激 烈的市场竞争中保持优势，各公司必须 有自己的拳头产品,研究目标高度集中,产 品专一化。 美国的1300多家生物技术公司真正盈利 的仅10家，其他公司大部分依靠来自社 会上的风险投资基金，上市股票及和大 型有实力的制药公司建立伙伴关系等来 维持研究开发费用。
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1.2 传统生物技术
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步
骤
传统生物技术主要是通过微生物初级发酵来生产 商品，一般包括3个重要步骤： (1)上游处理过程：对粗材料进行加工，作为微 生物的营养和能量来源。 (2)发酵和转化：发酵指目的微生物的大量生长， 发酵过程必须在一个大的生物反应器内进行( > 100L)，连续生产目的产品(抗生素、氨基酸、蛋 白质等）。 (3)下游处理过程：目的产物的纯化过程(既可从 细胞培养液中纯化,也可直接从细胞中纯化)。
21世纪被称为生命科学和生物技术的时代
21世纪被称为生命科学和生物技术的时代，生物技术在医疗卫生、农业、环保、轻化工、食品保健等重要领域对改善人类健康状况及生存环境、提高农牧业以及工业的产量与质量都正在发挥着越来越重要的作用。
目前生物技术(B io tec hno log y, BT)已经成为现代科技研究和开发的重点。
在发达国家，生物技术已经成为一个新的经济增长点，其增长速度大致是在25%~30%，是整个经济增长平均数的8~10倍左右。
虽然由于研发成本高等原因，近期内生物技术产业本身还无法实现全面的赢利，但随着它的日益普及，这一天也为期不远了。
一、生命科学和生物技术的前沿领域（一）功能基因组学和蛋白质组学自从人类基因组计划启动以来，公共媒体不断向大众勾画着一幅幅美丽的图景，这使人们认为，一旦科学家把各种生物基因组的全部碱基排列顺序测定清楚，生命的遗传奥秘就会显露无余。
但是，真实情况远不像人们想象得那样简单。
遗传信息并不直接参与生命活动，而是通过控制蛋白质的形成间接地指导有机体的新陈代谢。
也就是说，一个基因所含的遗传信息，通过一系列复杂的反应，最终导致了相应的蛋白质形成，蛋白质再参与到生命的各种活动中去。
所以，要想真正揭开遗传的奥秘，仅仅了解基因组的碱基排列顺序是远远不够的，还必须认识各个基因所表达的生物学意义以及它控制形成的产物——蛋白质。
因此功能基因组学理所当然地成为当今生物学研究领域的热点。
而作为基因功能载体的蛋白质则是生命活动的执行体，人类基因组绝大部分基因及其功能都有待于在蛋白质层面予以揭示和阐述。
蛋白质组学就是在人类基因组计划研究发展的基础上形成的新兴学科，主要是在整体水平上研究细胞内蛋白质的组成及其活动规律。
人类细胞中的全部基因称为基因组，由全套基因组编码控制的蛋白质则相应地被称为蛋白质组。
人类基因可能有3万多个，而每个基因控制的蛋白质则从数个到数十个不等，人体蛋白质数远比基因多得多。
无论是正常的生理过程还是病理状态过程，身体的异常最直接的体现是蛋白质，所以人们研究基因、研究基因组之后感觉到，只有搞清楚蛋白质和蛋白质组，人们才有可能更多地去发现疾病的诊断标志、疾病的预防标志、疾病药物筛选的靶标和疾病治疗的靶标。
现代科技知识有哪些_现代科技的发展
现代科技知识有哪些_现代科技的发展现代科技能催生各种文化，传统文化面临来自科技等诸多方面的压力。
你对公共基础知识现代科技知识知道多少呢?下面一起来看看小编为大家整理的现代科技知识，欢迎阅读，仅供参考。
现代科技知识一、现代生物技术现代生物技术是以DNA分子技术为基础，包括微生物工程、细胞工程、酶工程、基因工程等一系列生物高新技术的总称。
现代生物技术在农作物改良、医药研究、食品工程、治理污染、环境生物监测等方面发挥着重要的作用。
由于现代生物技术对解决人类面临的重大问题如：粮食、健康、环境和能源等将开辟广阔的前景，因此越来越为各国政府和企业界所关注，与信息、新材料和新能源技术并列成为影响国计民生的四大科学技术支柱，是21世纪高新技术产业的先导。
(一)遗传工程遗传工程的研究发展，为器官移植提供了一个很有前途的新手段——利用动物的器官代替人的器官。
科学研究表明人体异种器官移植，猪较为合适。
首先猪器官的大小与人的相当，生理上也比较接近;其次猪在无病原体条件下比较容易饲养和容易保证无病的供体;此外猪的繁殖率高，每窝可产十几只猪崽，存活率也较高。
为了保证植入的器官不被排斥，生物学者正在培养具有人的基因的新型猪，这种猪叫转基因猪。
(二)基因治疗基因治疗是21世纪国际生物技术的又一个热点。
基因治疗就是将外源基因通过载体导入人体内并在体内(器官、组织、细胞等)表达，从而达到治病的目的。
基因治疗开辟了医学预防和治疗的崭新领域。
自从1990年临床上首次将腺苷酸脱氨酶(ADA)基因导入患者白细胞，治疗遗传病——重度联合免疫缺损病以来，利用基因治疗的手段治疗囊性纤维化(CF)、血友病，还扩大用于治疗肿瘤和艾滋病的临床试验已数以百计，基因治疗将引起临床医学的一场革命，将为治疗目前尚无理想治疗手段的大部分遗传病、重要病毒性传染病(如各型肝炎、艾滋病等)、恶性肿瘤、心脑血管疾病和老年病等开辟了十分广阔的前景。
可以比较乐观地认为，随着人类基因组计划的顺利实施，随着“后基因组”时代的即将到来，人类23对染色体大约60亿个核苷酸的排列顺序被测定，人类基因组所包含的约3万个基因中与人的重要生命功能和重要疾病相关的基因将不断被发现，6000多种人类单基因遗传病和一些严重危害人类健康的多基因病(如恶性肿瘤、心血管疾病等)将有可能由此得到预防、诊断和治疗。
生物科技与信息保密
生物科技与信息保密生命科学学院 097140003 林未摘要：21世纪是一个高新技术瞬息万变的时代，生物工程技术的飞速发展给生命科学的各个领域带来了巨大的冲击。
生物技术在信息科学领域中的应用，有可能引发一场新的信息革命，这给信息安全保密工作带来了新的挑战与机遇。
本文探讨了生物技术对现有信息安全保密体制的可能攻击以及生物密码技术在未来信息安全保密领域中的重要作用。
关键词：信息保密安全基因生物密码当今社会是一个信息社会，这对于信息安全保密工作提出了前所未有的要求。
现代生物技术正在为解决人类社会所面临的食品短缺、环境污染等重大问题上发挥越来越大的作用，并逐渐发展形成了强大的现代生物技术产业。
然而，随着基因技术及克隆技术等的快速发展，人们逐渐认识到现代生物技术有可能对生态环境和人类健康产生的巨大风险或危险，引起了国际社会的广泛关注。
目前，我国的信息安全保密形势并不乐观，尤其是软硬件核心技术的缺乏，使得我国的信息安全保密工作面临巨大的压力。
历史证明，曾经坚固的保密体系在高新技术面前往往是不堪一击的，而信息科学高新技术的发展，往往又会带来新型的安全保密技术，构筑起更安全可靠的、面向未来的国家之盾。
如果说人民军队是国家的钢铁长城，那么，在信息社会中，信息安全保密可以说是国家之盾的重要组成部分，是国家的政治和经济安全的决定性因素之一。
【1】1、生物信息科学技术研究把生物技术应用于信息科学领域，只是最近十多年的事情。
目前，该领域的研究集中在分子生物计算技术和分子生物密码技术两个方面。
由于现阶段分子生物计算和分子生物密码主要利用DNA作为实现载体，因而，也常被称为DNA 计算和DNA密码。
电子计算技术的出现，是人类社会发展的一次巨大革命，人类的经济、军事和生活都越来越依赖于电子计算机。
然而，半导体集成电路的微型化并不是无限度的，发展到今天已经越来越接近物理极限。
因此，迫切需要寻找新型技术来继续推动微型化的发展。
目前看来，能够继续实现微型化进程，给人类带来更强大计算能力的新技术当属量子计算技术和分子生物计算技术。
浅谈现代生物工程技术的特征和意义
浅谈现代生物工程技术的特征和意义【摘要】现代生物工程技术是一门重要的研究领域，其在生物学、化学和工程学等多个领域的交叉应用使得其具有特殊的特征和意义。
本文从现代生物工程技术的定义、发展历程和重要性入手，详细探讨了生物工程技术的特征、应用领域、发展趋势以及意义。
通过分析生物工程技术在人类生活中的作用，阐述了其重要性和未来发展的潜力。
结合生物工程技术的影响和总结，展望了它在未来的发展方向和社会影响。
生物工程技术的发展将对人类社会产生深远的影响，是一个具有广阔前景的领域。
【关键词】生物工程技术、现代、特征、应用领域、发展趋势、意义、人类生活、未来发展、影响、总结1. 引言1.1 现代生物工程技术的定义这种技术的发展历程始于20世纪中叶，在过去的几十年中，随着生物技术、计算机技术和先进制造技术的进步与融合，生物工程技术取得了长足的发展。
生物工程技术已经广泛应用于医疗、农业、食品安全、环境保护等领域，为促进社会经济发展和人类福祉作出了重要贡献。
生物工程技术的重要性不断凸显，成为推动现代科技进步和产业升级的重要动力之一。
1.2 生物工程技术的发展历程生物工程技术的发展历程可以追溯到古代，人类早在数千年前就开始利用生物科学知识进行实践，比如通过育种改良植物和动物品种。
随着科学技术的迅速发展，20世纪中叶以后，生物工程技术开始成为一个独立的学科领域。
1973年，斯坦福大学的科学家们首次成功地利用重组DNA技术制造了第一种转基因细菌，开启了生物工程技术的新时代。
随着科技进步，生物工程技术在不断演变和完善。
20世纪80年代，PCR技术的发明和生物信息学的兴起进一步推动了生物工程技术的发展。
1996年，克隆羊“多莉”成功诞生，再次引领了生物工程技术的发展潮流。
随后，转基因作物的商业化种植和基因编辑技术的崛起，更是让生物工程技术在农业、医药、环境等领域发挥了巨大作用。
生物工程技术的快速发展离不开科学家们的不懈努力和创新精神，他们通过不断地研究和实践，将理论知识转化为实际应用，推动了生物工程技术的发展。
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现代生物技术在解决21世纪人类社会面临的重大方面所发挥的重要作用加入WTO在我国经济生活中是件大事，它既带给我们巨大的发展机遇，也使我们遭遇到巨大的挑战。
外贸形势说明：一场旷日持久的、空前惨烈的经济战已经打响。
与生物技术密切相关的农业、医药等产业的状况也不容乐观。
在这种激烈竞争形势下，中国企业必需学会积极发现并认真构筑自己赖以生存和发展的优势，在这当中打造企业自身的技术优势就具有特别重要的意义。
令人欣慰的是，在新世纪向我们走来的时候，生物技术掀起了它的第三个浪潮。
1999年在“Current Opinion in Microbiology”杂志的一篇文章中写到：继医药和农业之后，广泛认为工业生物催化将是生物技术的第三个浪潮。
还有，1999年底在美国加利福尼亚召开了一个学术讨论会后出版了一本题为“新生物催化剂：21世纪化学工业的基本工具”的专门性书籍。
这些迹象表明：以生物催化为核心内容的工业生物技术在支撑新世纪社会进步与经济发展的技术体系中的地位已经被提到空前的战略高度。
笔者认为：正在向我们走来的“生物技术的第三个浪潮”对我国21世纪的经济发展将是个不可多得的机遇。
本文将讨论这次技术革命的社会需求、技术内涵、具体实例以及这个新浪潮对产业结构所可能带来的影响。
人类几千年的文明史证明，一次技术革命的出现必然与以下两个因素有密切相关：首先要有对新技术革命的强烈的社会需求；其次是必需拥有充满活力的创新技术。
1 社会需求恩格斯说过：“社会一旦有技术上的需要，则这种需要就会比10所大学更能把科学推向前进”。
当今人类社会面临人口、环境、资源、疾病等多种危机。
人类急需从这些危机中摆脱出来，进入一个理想的可持续发展的轨道。
在这个过程中，包括生物技术在内的高技术的发展和应用将可能发挥重要作用。
1．1 环境压力人类的生存环境正在迅速恶化，环境污染已经成为制约人类社会发展的重要因素。
在水环境方面，根据近年我国政府的环境公报的统计数据，我国年废水排放量达416亿吨，其中工业废水排放量和生活污水排放量各半。
中国主要河流有机污染普遍，面源污染日益突出，主要湖泊富营养化严重。
我国近岸海域海水污染严重，近海环境状况总体较差，海洋环境污染恶化的趋势仍未得到有效控制。
作为海洋污染的综合指标之一的赤潮，仅1999年，中国海域共记录到15起。
在大气环境方面，全国废气中二氧化硫排放总量1857万吨、烟尘排放总量1159万吨、工业粉尘排放量1175万吨。
中国的大气环境污染仍然以煤烟型为主，主要污染物为总悬浮颗粒物和二氧化硫。
少数特大城市属煤烟与汽车尾气污染并重类型。
酸雨污染范围大体未变，污染程度居高不下。
在陆地环境方面，全国工业固体废物产生量为7．8亿吨，工业固体废物累计贮存量64亿吨。
工业固体废物的堆存占用大量土地，并对空气、地表水和地下水产生二次污染。
削减工业固体废物产生量是我国污染物排放总量控制的重要内容之一。
有些地区已经形成垃圾围城、蓝天绿水不再的可怕局面。
以上情况说明：我国环境污染的规模已经达到十分严重地步。
寻求已污染环境的治理措施，发展防止新的污染发生的技术已经成为社会可持续发展的当务之急。
微生物是自然界基本的循环器，微生物及其酶系可以有效分解纤维素、木质素、脂肪、烷烃、芳香烃、某些人工多聚物等等，因此微生物可以在造纸、石油化工、纺织印染、食品加工、炸药、冶金、杀虫剂、除草剂、洗涤剂、电镀、生活污水等污染环境的治理中发挥巨大作用。
例如最成熟的活性污泥废水处理技术就是依靠微生物的作用。
毋庸置疑，生物技术是解决环境污染的一种基本工具，它能提供保护环境、恢复环境所必须的许多手段。
近30年来现代生物技术的多数内容已经渗透到环境工程领域中。
有应用前景的领域包括废物的高效生物处理技术、污染事故的现场补救、污染场地的现场修复技术、可降解材料的生物合成技术等许多方面。
具体环境生物技术内容包括构建高效降解杀虫剂、除草剂、多环芳烃类化合物等污染物的高效基因工程菌和具有抗污染特性的转基因植物，无废物、无污染的“绿色”生产工艺，高效污水处理生物反应器，废物资源化，PCR技术及其他环境监测技术等。
以上内容涉及重组DNA技术、固定化技术、高效反应器技术等单元技术及其技术组合的应用。
环境污染治理产业已经形成了一个巨大的市场，1990年为1900亿美元；2000年为3100亿美元，世界市场平均增长率达5％。
但是其中环境生物技术(主要指微生物菌剂和部分环境监控工程)所占市场分额还十分有限。
1．2 资源压力当今人类社会面临的第二个问题是资源压力。
我们应该十分清醒地意识到“一次性能源的末日已经不远”已成为一个无须更多争论的前景。
石油剩余储量1400亿吨，而年开采量为32亿吨，计算下来43年告罄!在交通运输能源结构中石油大约占97％，随着石油资源不可避免的枯竭，在过去20年中，无论政府或工业部门都在十分积极地开发交通运输的代替燃料。
一个正在成长、但尚存争论的替代燃料是发酵法生产的乙醇。
任何农业国家都可以用现行技术生产燃料乙醇，其中美国发酵生产燃料乙醇的原料是玉米葡萄糖，而巴西则是蔗糖。
汽车制造商目前生产的汽车都可以用混合有10％或85％燃料酒精(E85)的燃料。
巴西用甘蔗年生产120亿升乙醇，以22％比例与汽油混合，或者可用近100％的乙醇。
美国用玉米年生产50亿升乙醇，上百个加油站能提供E85号燃油。
目前的问题是需要政府的财政补贴才能维持燃料乙醇的正常生产。
令人高兴的是从非食品植物发酵生产燃料乙醇的研究取得可喜进展。
通过预处理、酶的应用和发酵工艺的改进，把各种农业下脚料，诸如玉米、稻、麦秸秆、甘蔗废料、废纸等统称为“biomass”的一些物质转化为燃料乙醇。
这样一来，有希望进一步降低燃料乙醇的生产成本。
历史上酒精的价格曾经从每升1．22降到0．31美元。
如果酶法加工和生物量利用技术得以进一步改进，预期到2015年，价格还会降到0．12—0．13美元。
乐观地估计，到时候即使没有政府的价格补贴政策，乙醇也可以取代汽油。
现代化工中差不多全部人工高分子聚合物的出发原料都来自石油或煤炭。
全球庞大的化学工业对一次性矿业资源的过分依赖，使人类社会所面临的资源短缺形势更加雪上加霜。
2002年6月在加拿大多伦多刚刚闭幕的Bi02002国际大会上有一个专题讨论会，来自不同国家的科学家认为：一个全球性的产业革命正在朝着以碳水化合物为基础的经济发展。
科学家们已经预测：当今高分子化工的碳氢化合物时代将逐步让位于碳水化合物时代。
目前正在开发的多聚乳酸、多聚赖氨酸、多聚羟基丁酸、燃料乙醇以及各种功能寡糖等可视为这个碳水化合物时代来临的前奏。
2 技术平台上个世纪70年代以来，在生物技术基础性研究工作的带动下已经建立了基因工程、蛋白质工程、代谢工程、组合生物合成、生物催化工程及其他一系列工程体系和技术平台。
这是第三个浪潮又一个必要条件。
以下本文以发现新酶为例，简述这类技术平台的科学内涵。
对于工业目的，生物催化剂的吸引力不外乎高效率的催化作用及对底物结构严格的选择性。
当然，另一方面，生物催化剂用于工业目的也面临着一些挑战。
首先，酶虽然有其令人满意的周转数(turnover numbers)，即单位活性位点在单位时间内可以催化产生较大数量的产物。
可是大多数酶的分子量很大，却只有一个唯一的活性位点。
这样一来，单位质量的催化剂的催化效率有时候就显得很低。
其次，酶一般是不大稳定的，在大多数工业系统中则很难采用这种脆弱的催化剂。
最后，现有技术水平尚难保证以工业规模生产出各种物美价廉的生物催化剂。
以上三条可概括为酶的可用性、稳定性和可生产性。
在考虑把生物催化剂用作工业酶之前，以上三个难点必须加以克服。
因此人们急需发现或创造新一代生物催化剂。
近年，由于在新技术方面取得了许多新突破，又重新燃起了人们对酶在工业上应用的巨大兴趣。
发现或创造新一代生物催化剂的技术平台包括天然生物多样性的筛选、基因组测序、定向进化、噬菌体展示、理性设计、化学修饰、催化性抗体和核酶等。
这里仅就与发现和创造新工业酶密切相关的前四项内容作些介绍和讨论。
2．1 生物多样性自然界蕴藏着巨大的微生物资源，但是人类至今对极端环境微生物(extremophiles)和未培养微生物(unculturable microorganisms)两个资源宝库涉足不深，所以研究开发潜力极大。
可以预期，人们能从嗜酸、嗜碱、嗜冷、嗜热、嗜盐、嗜压等等极端微生物中获得许多有价值的酶、蛋白质以及其他活性物质。
在过去几年中，随着重组酶生产技术的开发，使人们有可能从更广泛的来源获取更廉价的酶。
近年在这方面取得的进展在一定程度上得益于极端微生物培养技术的进步，更得益于把极端微生物的基因转移到常用受体微生物宿主能力的提高。
如此一来，人们有理由相信：在温和、便宜的生长条件下就可以生产出对极端环境具有耐受性能的生物催化剂来。
另外据知，能够在实验室培养的微生物的种类仅占自然界中微生物总数的不到1％!也就是说，还有99％的不可培养的微生物等待着我们用非常规手段加以研究。
作为微生物资源研究和开发领域里的一个重大探索，可以采用最新的分子生物学方法，绕过菌种分离纯化这一步骤，直接在自然界中寻找有开发价值的微生物基因。
把来源于未经培养的微生物的DNA克隆到业经培养驯化的宿主生物体中，然后用高通量筛选技术从重组的克隆里筛选为新酶编码的基因。
微生物世界展示给人类如此巨大的机会使我们兴奋不已，一些有识之士指出：未知的微生物世界或许是地球上最大的未开发的自然资源，能充分利用这个微生物资源宝库的国家必将取得发展的先机。
2．2 基因组测序随着DNA测序能力的提高，对序列的分析能力也得到加强，于是可以发现许多新的基因。
通过同已知基因序列进行比较来推断新基因表达产物的基本酶活性。
当然目前的技术水平还不足以推断出这些酶性质的许多细节。
因此必须表达这些新发现的基因，以确定它们在一个特定的过程中是否确实有用。
假定，从一种生物体来源的所有的酶在它的正常生长温度下都有功能，那么来自超级嗜热微生物的DNA序列就能成为寻找在沸点附近仍然有功能的酶的合理起点；同样可以认为，嗜冷微生物的基因则可能成为在零度仍然具有功能的酶的可能来源。
因特网最新资料表明：大约60种微生物的基因组序列已经完成，另外还有近200种微生物基因组预期很快就可以完成。
测序工作的努力已经揭示了数万个新基因，主要的是编码酶的一些基因，其中大约三分之一可以被归到“有功能”的家族里，这是一个十分丰富、而且每天都在增加的新工业酶后选者的来源。
相信随着基因组时代的到来，将会有大量新的工业酶被人类发现。
2．3 定向性进化在以发现工业酶为主要目标的所有技术中，定向进化(directed evolution简称DE)可能是最强有力的一种。