現(xiàn)代生物技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用

付子璇

【摘 要】：生物技術(shù)作為世界新技術(shù)革命的主角之一，與新材料， 信息技術(shù)（包括微電子、計(jì)算機(jī)）一起成為新產(chǎn)業(yè)革命的三大支柱。隨著生命科學(xué)領(lǐng)域研究的飛速發(fā)展，現(xiàn)代生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)迅速崛起，對(duì)人們的生產(chǎn)和生活方式產(chǎn)生了巨大的影響，并在許多領(lǐng)域里發(fā)揮著重要的作用。本文主要對(duì)現(xiàn)代生物技術(shù)的分支工程：基因工程，細(xì)胞工程，酶工程，發(fā)酵工程進(jìn)行了簡(jiǎn)述，并闡述了現(xiàn)代生物技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】：現(xiàn)代生物技術(shù)；醫(yī)學(xué)；應(yīng)用

【中圖分類(lèi)號(hào)】R714 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1005-0019（2019）05--01

21世紀(jì)是生物生命世紀(jì)，生物技術(shù)將成為21世紀(jì)高技術(shù)革命的核心內(nèi)容。生物技術(shù)是指以生命科學(xué)為基礎(chǔ)，將生物體系與工程學(xué)技術(shù)相結(jié)合，按照預(yù)期的設(shè)計(jì)，定向地在不同水平上改造生物遺傳性狀或者加工生物原料， 從而得到對(duì)人類(lèi)有用的新產(chǎn)品（或達(dá)到某種目的）的一門(mén)綜合性科學(xué)技術(shù)。

生物技術(shù)包括傳統(tǒng)生物技術(shù)和現(xiàn)代生物技術(shù)，傳統(tǒng)生物技術(shù)主要是通過(guò)微生物的自然發(fā)酵生產(chǎn)產(chǎn)品，如釀造啤酒，發(fā)酵面包和釀醋等，已有上千年的歷史。而現(xiàn)代生物技術(shù)，1953年，Watson，Creck提出DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)，開(kāi)創(chuàng)了現(xiàn)代生物技術(shù)時(shí)代，才漸漸隨著20世紀(jì)70年代基因重組技術(shù)的出現(xiàn)，逐漸發(fā)展和成熟起來(lái)，從而形成了以基因工程為核心，包括以細(xì)胞工程，發(fā)酵工程及酶工程為技術(shù)基礎(chǔ)的現(xiàn)代生物技術(shù)領(lǐng)域，隨著生命科學(xué)的發(fā)展與進(jìn)步，以及與其它學(xué)科的不斷滲透，蛋白質(zhì)工程，代謝工程，抗體工程，基因治療，細(xì)胞治療等分支技術(shù)也相應(yīng)出現(xiàn)[1]。

從現(xiàn)代生物技術(shù)出現(xiàn)以來(lái)，世界各國(guó)都看到它以巨大的活力改變著人類(lèi)社會(huì)傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，迅速向經(jīng)濟(jì)，社會(huì)等各個(gè)領(lǐng)域滲透和擴(kuò)散，推動(dòng)社會(huì)生產(chǎn)力飛速發(fā)展。現(xiàn)今，現(xiàn)代生物技術(shù)已在人們生活中發(fā)揮著巨大的作用，占據(jù)著不可替代的位置，而醫(yī)學(xué)領(lǐng)域是生物技術(shù)最先涉及的領(lǐng)域，這也是它實(shí)際應(yīng)用中發(fā)揮最大功能，取得成效最明顯的領(lǐng)域。隨著生物技術(shù)的不斷發(fā)展，生物技術(shù)將會(huì)在各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。而本文主要論述了現(xiàn)代生物技術(shù)四大技術(shù)工程和它在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用。

一 現(xiàn)代生物技術(shù)的分支技術(shù)

1.1 基因工程

基因工程，又稱(chēng)DNA重組技術(shù)，是以分子遺傳學(xué)為理論基礎(chǔ)，將不同來(lái)源的基因在體外進(jìn)行切割、拼接，并與載體（質(zhì)粒，噬菌體，病毒）DNA連接即是重組，然后將重組DNA導(dǎo)入某種宿主細(xì)胞或個(gè)體，從而改變它們的遺傳特性， 使新的遺傳信息按照人們的意愿在新的宿主細(xì)胞或個(gè)體中穩(wěn)定遺傳并大量表達(dá)，以獲得基因產(chǎn)物（如多肽、蛋白質(zhì)）。基因工程是生物技術(shù)的核心和基礎(chǔ)技術(shù)，重組蛋白質(zhì)等生物藥物的制備，蛋白質(zhì)的分子改造，抗體人源化等都離不開(kāi)基因工程技術(shù)。

現(xiàn)今基因工程的應(yīng)用主要集中于醫(yī)藥領(lǐng)域，包括新型疫苗的生產(chǎn)，重組干擾素，人胰島素及人生長(zhǎng)激素等，以及基因診斷和基因治療等。

1.2 酶工程

酶能在生物體內(nèi)上可以催化上千種化學(xué)反應(yīng)，這種生物催化劑使生化反應(yīng)能在常溫常壓下進(jìn)行，且催化效率非常高，這種獨(dú)特性使得對(duì)它的研究和應(yīng)用都將有不可估量的前景。酶工程是利用酶，細(xì)胞器或細(xì)胞所具有的特異催化功能，或?qū)γ附Y(jié)構(gòu)進(jìn)行修飾改造，并借助于生物反應(yīng)器及工藝優(yōu)化過(guò)程，有效地發(fā)揮酶的催化特性把對(duì)應(yīng)的原料高效地轉(zhuǎn)化為人類(lèi)所需產(chǎn)品的技術(shù)，包括酶的分離純化技術(shù)、酶化學(xué)修飾技術(shù)、細(xì)胞固定化技術(shù)和酶反應(yīng)器設(shè)計(jì)等。

1.3 細(xì)胞工程

細(xì)胞工程，是以細(xì)胞為基礎(chǔ)單位，應(yīng)用細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)的原理和方法，通過(guò)細(xì)胞水平或細(xì)胞器水平上的操作，在體外條件下研究基因?qū)耄旧w導(dǎo)入，細(xì)胞核移植，細(xì)胞融合，細(xì)胞大規(guī)模培養(yǎng)等技術(shù)，使細(xì)胞的某些生物學(xué)特性能夠按照人們的意愿發(fā)生改變，從而達(dá)到優(yōu)化生物品種，創(chuàng)造新品種，獲得具有優(yōu)良性狀的工程細(xì)胞，進(jìn)而進(jìn)行以藥用代謝產(chǎn)物生產(chǎn)為目的的綜合科學(xué)技術(shù)。

細(xì)胞培養(yǎng)不受季節(jié)，地理位置等限制，因此可以用于大量生產(chǎn)有效藥用成分。這項(xiàng)技術(shù)對(duì)于稀有藥物成分的生產(chǎn)具有很重要的意義。

1.4 發(fā)酵工程

發(fā)酵工程，又稱(chēng)微生物工程，微生物具有生長(zhǎng)速度快，生長(zhǎng)條件簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，傳統(tǒng)的發(fā)酵工程是利用微生物的生長(zhǎng)和基礎(chǔ)代謝活動(dòng)來(lái)大量生產(chǎn)人們所需要的產(chǎn)品的過(guò)程，發(fā)酵工程主要是以傳統(tǒng)發(fā)酵為核心，在整個(gè)生物產(chǎn)業(yè)中仍是不可缺少組成部分。酒類(lèi)、調(diào)味品、抗生素等都可以通過(guò)發(fā)酵得到生產(chǎn)，利用微生物自身的生理機(jī)能特點(diǎn)進(jìn)行細(xì)菌冶金、生物凈化等也屬于發(fā)酵工程[2]。

隨著科學(xué)的進(jìn)步與發(fā)展，現(xiàn)代發(fā)酵工程，將DNA重組技術(shù)，細(xì)胞融合技術(shù)、酶工程技術(shù)、過(guò)程工程優(yōu)化與放大技術(shù)等新技術(shù)與傳統(tǒng)發(fā)酵工程相融合，這使得傳統(tǒng)發(fā)酵的技術(shù)水平得到了很大的提升，拓展了傳統(tǒng)發(fā)酵的產(chǎn)品范圍和應(yīng)用領(lǐng)域，如：基因工程藥物、細(xì)胞工程藥物、疫苗等[2]。

二 現(xiàn)代生物技術(shù)的醫(yī)學(xué)應(yīng)用

2.1 藥物制造

現(xiàn)代生物技術(shù)的發(fā)展對(duì)藥物制造領(lǐng)域產(chǎn)生了不小的沖擊，可以通過(guò)分子生物學(xué)技術(shù)對(duì)抗生素，氨基酸及維生素生物合成基因進(jìn)行探究，通過(guò)基因工程技術(shù)提高產(chǎn)量，可以通過(guò)組合生物合成技術(shù)開(kāi)發(fā)新型天然產(chǎn)物。

其中基因工程的發(fā)展為藥物制造領(lǐng)域開(kāi)啟了新的篇章，通過(guò)基因工程人類(lèi)可以按照自己的意愿改變生物特性，得到自己想要的產(chǎn)品。目前使用最廣泛的生物技術(shù)藥物有胰島素、干擾素、白介素、生長(zhǎng)激素、表皮生長(zhǎng)因子等，脊髓灰質(zhì)炎疫苗、流感疫苗等疫苗；促紅細(xì)胞生成素、人血清蛋白等蛋白質(zhì)類(lèi)；蛋白酶、凝血酶等酶類(lèi)。它們對(duì)臨床上許多疾病如糖尿病、腫瘤、血液病、類(lèi)風(fēng)濕病及各種遺傳病和傳染病等起著重要的治療和預(yù)防作用[3]。

2.2 疫苗生產(chǎn)

傳統(tǒng)疫苗的生產(chǎn)，主要是通過(guò)病原體的大量繁殖滅活或者對(duì)病原體在體外反復(fù)傳代，減弱其毒性得到，這使得疫苗在醫(yī)學(xué)上的使用具有較大的風(fēng)險(xiǎn)和局限性。而現(xiàn)今，利用生物技術(shù)，將與免疫原相關(guān)的基因克隆到真核質(zhì)粒表達(dá)載體上，隨后將重組質(zhì)粒注射入體內(nèi)，從而激活體內(nèi)免疫系統(tǒng)，產(chǎn)生抗體，從而達(dá)到對(duì)疾病的預(yù)防和治療，這種疫苗的生產(chǎn)，在生產(chǎn)過(guò)程中并不涉及到病原體，這樣會(huì)大大降低使用疫苗的副作用和潛在風(fēng)險(xiǎn)，因此相對(duì)于傳統(tǒng)疫苗，比較安全，制作過(guò)程簡(jiǎn)單，便于運(yùn)輸，而且對(duì)于一些頑固性病毒，也打開(kāi)了新的突破口，因此受到醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的關(guān)注，并且有著非常廣闊的發(fā)展前景[4]。

通過(guò)基因工程生產(chǎn)的乙肝疫苗、狂犬病疫苗、血吸蟲(chóng)疫苗等及各種抗病毒在臨床上廣泛應(yīng)用，這大大提高了人類(lèi)對(duì)于這些疾病的抵抗力。其中乙肝、狂犬病等一直讓人們束手無(wú)策，無(wú)法解決，而基因工程的應(yīng)用，人們迅速研制出了乙肝、狂犬病疫苗，這大大降低了人類(lèi)感染此類(lèi)病毒的幾率和死亡率。

2.3 疾病的診斷

快速準(zhǔn)確地對(duì)患者的疾病作出判斷，對(duì)于疾病后續(xù)的治療和控制非常重要，隨著生物技術(shù)的不斷發(fā)展，與不同學(xué)科的相互交叉融合，生物技術(shù)在醫(yī)學(xué)診斷方面漸漸露出鋒芒。現(xiàn)今可以通過(guò)分子診斷技術(shù)，即通過(guò)分子生物學(xué)方法如PCR技術(shù)對(duì)患者遺傳物質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)從而做出診斷，應(yīng)用于如遺傳性疾病的診斷，產(chǎn)前診斷及親子鑒定等，具有操作簡(jiǎn)單，花費(fèi)時(shí)間短，結(jié)果準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于一些遺傳病可以達(dá)到早期防止的作用。目前常用的分子診斷技術(shù)包括聚合酶鏈反應(yīng)（PCR），核酸分子雜交，生物芯片技術(shù)及核酸序列分析法等[5]。

2.4 疾病的治療

隨著生物技術(shù)的不斷發(fā)展，其在臨床治療上也漸漸發(fā)揮出巨大的作用。現(xiàn)今主要包括干細(xì)胞治療，基因治療等。干細(xì)胞治療，是通過(guò)生物技術(shù)培育出干細(xì)胞，主要應(yīng)用于治療白血病和遺傳性血液病，以及一些腫瘤疾病。基因治療，是從基因水平上對(duì)疾病基因進(jìn)行修復(fù)，替代或糾正，因此主要應(yīng)用于遺傳性疾病的治療。基因治療通過(guò)生物技術(shù)將正常的基因直接導(dǎo)入患者體內(nèi)，使其在體內(nèi)可以正常表達(dá)，從而恢復(fù)機(jī)體的正常功能達(dá)到治療疾病的目的。如，1990年醫(yī)生將轉(zhuǎn)基因T淋巴細(xì)胞注射到人體骨髓組織中治療重癥聯(lián)合免疫缺陷病。相信隨著現(xiàn)代生物技術(shù)的不斷發(fā)展，基因治療在臨床上的應(yīng)用將會(huì)越來(lái)越廣泛，將會(huì)對(duì)打破許多醫(yī)學(xué)治療瓶頸[6]。

由此，本文對(duì)現(xiàn)代生物技術(shù)主要分支基因工程，細(xì)胞工程，酶工程及發(fā)酵工程進(jìn)行了闡述，并簡(jiǎn)單地對(duì)現(xiàn)代生物技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行了論述。現(xiàn)代生物技術(shù)從其誕生以來(lái)，雖然時(shí)間不長(zhǎng)，但其在醫(yī)藥領(lǐng)域，農(nóng)業(yè)領(lǐng)域及工業(yè)領(lǐng)域展現(xiàn)出的巨大的發(fā)展?jié)摿α钊梭@嘆。近年來(lái)，隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，各個(gè)學(xué)科領(lǐng)域都在不斷努力前進(jìn)，不斷向前探索。現(xiàn)代生物技術(shù)作為一個(gè)綜合性學(xué)科，隨著學(xué)科間的不斷滲透、交流，現(xiàn)代生物技術(shù)將會(huì)日漸完善、綜合，應(yīng)用將會(huì)更加廣泛而精準(zhǔn)，這將會(huì)對(duì)人類(lèi)未來(lái)的生活產(chǎn)生顛覆性的影響。相信，未來(lái)生物技術(shù)的發(fā)展將大大推動(dòng)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展，將會(huì)打破現(xiàn)今許多疑難雜癥難以治愈的局面，這將是人類(lèi)未來(lái)的福音。

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