生物化學工程與現(xiàn)代生物技術產(chǎn)業(yè)化

生物化學工程與現(xiàn)代生物技術產(chǎn)業(yè)化陳洪章

中國科學院過程工程研討所

生化工程國家重點實驗室

1/4/20241化學生物一、生物化學工程生物化學工程化學工程生物工程生物化學工程基因工程現(xiàn)代生物技術產(chǎn)業(yè)化1/4/202421、目前能廣泛接受的----國際協(xié)作及開展組織的定義生物技術是運用自然科學及工程學的原理，依托微生物、動物、植物體作為反響器將物料進展加工以提供產(chǎn)品來為社會效力的技術。

從這個定義中，可歸納出生物技術三個特點：1〕生物技術的多學科性和綜合性2〕微生物、動植物作為生物催化劑，有別于化學催化劑3〕最終目的將生物反響開發(fā)成為工業(yè)消費的工藝過程，即生物反響過程〔Bioprocess〕。二、現(xiàn)代生物技術1/4/202432、現(xiàn)代生物技術的產(chǎn)生〔1953〕Watson和Crick----發(fā)現(xiàn)了DNA雙螺旋構造---奠定了現(xiàn)代分子生物學的根底

〔1973〕Boyer和Cohen---發(fā)明了DNA目的基因重組技術---DNA重組技術在很大程度上得益于分子生物學、微生物遺傳學和核酸酶學等領域的開展反過來DNA重組技術的逐漸成熟和開展—---對生命科學的許多領域產(chǎn)生了革命性的影響---成為20世紀以來開展最快的學科之一---而受DNA重組技術的影響最為深化的是生物技術，---完成了從傳統(tǒng)生物技術向現(xiàn)代生物技術的飛躍

現(xiàn)代生物技術是隨著DNA重組技術的開展而提出來1/4/202443、對現(xiàn)代生物技術的了解

現(xiàn)代生物技術-----是如何利用DNA重組技術-----把它作為有效手段-----并非DNA重組技術就是現(xiàn)代生物技術僅僅有DNA重組技術實現(xiàn)不了生物技術的產(chǎn)業(yè)化

4、現(xiàn)代生物技術的內(nèi)涵根據(jù)當前生物技術的開展，給現(xiàn)代生物技術下一個定義：

以DNA重組為主要手段，利用可再生性資源，依托清潔、經(jīng)濟的生物反響器加工人類所需產(chǎn)品的可繼續(xù)開展技術。

1/4/202451、產(chǎn)業(yè)化〔Industrialization〕--技術創(chuàng)新和商業(yè)化過程---目的產(chǎn)質量量---市場需求---可商業(yè)化程度2、生物技術產(chǎn)業(yè)化---當今生物高技術研討成果的必然---生物技術具有顯示強大生命力表達---涉及領域極其廣泛〔太空、海洋〕3、生化工程重點研討生物技術產(chǎn)業(yè)化過程中瓶頸問題---保證生物加工工藝設備條件，到達產(chǎn)質量量---技術經(jīng)濟觀念貫穿于生化工程研討始末，降低本錢三、生物技術產(chǎn)業(yè)化與生物化學工程1/4/20246四、生物化學工程與生物技術上中下游關系1、生物技術的上、中、下游過程生物反響器---作為生物反響過程的中心即中游加工---反響前與后的工序稱為上游加工和下游加工l

上游加工----最重要的是提供和制備高產(chǎn)優(yōu)質和足夠數(shù)量的生物催化劑即運用常規(guī)選育、基因工程、細胞工程和酶工程手段獲得優(yōu)良菌株、細胞系或固定化的菌體等1/4/20247l

下游加工-----從反響液中提取目的產(chǎn)物加工精制成合格產(chǎn)品l

中游加工-------生物反響器為中心生物化學工程------包括中下游兩部分

1/4/20248五、生物化學工程學科----研討生物反響過程中共性工程技術問題----為生物工程效力的化學工程----它即可視為化學工程的一個分支----又可以為是生物工程的一個組成部分----生化工程為生物學和化學工程的紐帶1/4/202491、根本概念科學---討論是什么？發(fā)現(xiàn)自然規(guī)律、認識自然技術---處理如何做？工程---根據(jù)科學原理和有關技術，組合出高效、合理的一定構造的技術系統(tǒng)六、工程概念了解與生物化學工程1/4/2024102、工程學家的角色科學--粘合劑技術---各種資料工程學家象藝術家一樣------如何利用好它們雕塑成一副工藝品工程學家也類似于音樂家一樣------把七個音符組合出優(yōu)美的樂曲

工藝品或樂曲---必需具有市場---產(chǎn)生經(jīng)濟價值---要有經(jīng)濟學家的頭腦要把科學原理、技術和經(jīng)濟綜合思索----也有哲學家的思想

工程學家---組合藝術1/4/202411總之--工程學家-----即要具有藝術家的目光-----又要有哲學家的思想-----還要有經(jīng)濟學家的頭腦-----同時具有科學家的知識闡明工程學家---重要性不容易1/4/2024123、名家的了解著名的科學家葉渚沛對工程科學的是這樣了解的

“自然科學家主要把興趣集中在自然景象，而工程科學家那么把興趣集中于處理實踐的問題上〞。

“自然科學和工程學的‘結親’產(chǎn)生運用科學乃是邏輯的開展，但工程學家卻經(jīng)常遭到雙重的埋怨，自然科學家以為這是有降低科學程度的趨勢，而職業(yè)運用工程師那么以為是對一些在長期實際中積累的閱歷和價值有不信任的趨勢。但是，工程學家用新的方式把這些學科結合起來，就能產(chǎn)生足以構成新發(fā)明或新發(fā)現(xiàn)，這些發(fā)現(xiàn)或發(fā)明又帶動它本身的開展，而且對科學有很大奉獻。〞1/4/2024134、科學與工程開展歷程科學最早由哲學家提出---進展研討---得出規(guī)律---成為科學。目前國外科學方面博士仍稱為“哲學博士〞而工程學是漸漸的開展而來的----獲得工學博士比獲哲學博士更難〔過程所3-5年獲工學博士〕5、自然科學家與工程科學家的比較科學家按學科分類，根據(jù)結果分析、嚴厲實際推導---分解的觀念工程師面對實踐問題的綜合性的、多學科---靠工程技術閱歷，半實際、半閱歷性的---系統(tǒng)性、整體性的觀念1/4/202414生命景象的本質？

生命活動的規(guī)律？19世紀：細胞是生命的根本單位細胞學說：細胞是動植物構造和功能的根本單位，一切生命景象都是以細胞為根底表達的七、生命本質了解與生物化學工程1/4/202415遺傳密碼蛋白質三維構造基因轉錄線性多肽鏈

〔無功能活性〕翻譯生命活動的分子根底以核酸和蛋白質為中心的生物大分子是生命景象的共同物質根底，細胞和有機體一切生命活動都是以這些生物大分子及其復合物的構造、運動和相互作用來實現(xiàn)的。構造與功能分子生物學：20世紀生物學的主流1/4/202416生命是什么？無序與有序問題在自然科學中，生命科學----非生命科學-----不斷存在一條鴻溝非生命過程-------按照克勞修斯熱力學第二定律---以為自然界中一切自發(fā)過程都是熵增大的過程，----而熵的增大意味著混亂度的升高。

生命過程----整個自然界永遠只能從有序走向無序，---這就完全排除了從無序走向有序的能夠性。---存在著從無序向有序、從低級向高級開展的過程---是一個熵減少的過程這就鼓勵許多實際物理學家研討生命景象1/4/202417如40年代實際物理學家薛定鄂-----<生命是什么>--就指出生命過程是熵減少，是負熵。68年比利時普里高津--從非平衡熱力學實際出發(fā)--提出耗散構造實際--嚴厲證明了遠離熱力學平衡的開放系統(tǒng)中--過程的復雜性特征可自然產(chǎn)生穩(wěn)定的自組織行為--從無序演化出時空上的有序構造負熵概念和耗散構造實際--讓人們加深對生命科學有序性的了解

1/4/202418時間可逆與不可逆問題---非線性問題牛頓力學的“決議論〞和嚴厲的“因果關系〞-----影響到自然科學的全部思想方式-----處理了自然科學許多艱苦課題-----又開展了量子論和相對論--引向微觀世界和整個宇宙。

而牛頓力學、量子論和相對論的時間卻是可逆的在生命科學中-----時間不可逆-----一切生物從出生到死亡是不可逆的-----也就是說時間是不可逆的，是一方向的為什么？-----主要是由于生命科學極其復雜的----非線性過程-----非線性是生命科學中帶有根本性的、普遍性的問題，是生物系統(tǒng)所固有的動態(tài)屬性非線性--曾經(jīng)成為當今自然科學根底實際研討的艱苦課題1/4/202419生命的本質問題

因此，生命科學的根本特征-----是生命過程的有序性和非線性-----是整個生物界之所以能在這錯綜紛繁的世界中不斷生衍繁衍、不斷進化開展的根本要素