生物技术在当今日常生活的应用

来源：职称阁分类：农业论文时间：2020-08-15 13:52热度：

　　文章简述生物制品的含义及发展历史，介绍生物技术及其制品在医学、食品、农业、养殖业以及环境保护五个领域的应用。

生物技术在当今日常生活的应用

　　关键词：生物制品；疫苗；生物技术；基因技术

　　人类的历史随着时间的流转而不断前进，曾经的茹毛饮血、食不果腹早已经不复存在；特别是改革开放以来，我国人民的生活水平显著提高，人们开始追求生活的品质，“吃饱穿暖”发展成“吃得好吃得健康、穿得美穿得舒适”，“营养、健康、无污染”备受关注。而能为人类解决这些问题的最优方法是生物技术及其制品。

　　1生物制品的含义及发展历史

　　1.1生物制品的含义

　　生物技术是当今科技发展最富魅力的高新技术，而生物制品就是利用生物技术中的发酵工程、蛋白质工程、细胞工程、基因工程等技术，通过再造生物体或加工生物原料等手段，生产出的满足人类需求的产品[1]。当前，生物制品在许多领域有着非常广泛的应用，它从医学、食品、农业、养殖业以及环境保护等方面，对人类的生活、经济产生影响，并对人类健康、环境保护、资源可持续利用及再生等问题的解决提供优质方案。

　　1.2生物制品的发展历史

　　世界上公认的最早的生物制品是1796年由英国人爱德华·詹纳（EdwardJenner）研制的用于预防天花的牛痘苗。而在我国，成书于清乾隆七年的官编医书《御纂医宗金鉴》记载：“古有种痘一法，起自江右，达于京畿。究其所源，云自（宋）真宗时峨眉山有神人出，为丞相王旦之子种痘而愈，遂传于世。”但我国古代对于此类记述，多有掺杂神怪之语的传统，而非严谨的学术文章，故而显得可信度不高。西方此前在生物制品研究这条路上阔步前进：19世纪开始搭建基础理论，而后路易斯·巴斯德（LouisPasteur）提出了传染病细菌学说，并利用物理、化学或生物学的方法来减弱微生物毒力，从而获得减毒疫苗，为免疫学开创了更加广阔的前景；进入20世纪，随着免疫学和微生物学的发展，灭活疫苗的研究成为了热点，受到了极大重视，大批灭活疫苗相继问世（伤寒、鼠疫和霍乱除外，此三种灭活疫苗均诞生于19世纪）；而到了20世纪后期，随着组织培养工作、免疫化学以及免疫生物学相继开展，更多的疫苗、提纯疫苗以及基因工程疫苗研制成功并且应用于人类。自从人类使用疫苗预防和控制传染病以来，已经有效控制住大多数烈性传染病的传播和蔓延。世界卫生组织于1979年10月26日在肯尼亚首都内罗毕郑重宣告，天花病已经在世界范围被消灭了。经过二百余年的发展，生物制品学逐步形成一个独立的学科体系，并且仍在不断充实和完善，生物制品行业也正在成为现代高新技术和生物技术发展的热门方向和重点领域。随着时代的进步，基因工程和酶工程的发展和突破必将为生物制品的研制和发展提供平台和机遇。

　　2生物工程及其制品的应用

　　2.1医学领域

　　2.1.1预防用生物制品预防用生物制品是指用于预防传染病或其他疾病的细菌性疫苗、病毒性疫苗、类毒素等生物制品，如卡介苗、狂犬病疫苗、白喉类毒素等。这类生物制品由灭活或减毒微生物、微生物代谢产物或衍生物制成，在保留病原体刺激动物体免疫系统特性同时，却不具有致病性，接种后可由免疫系统产生特异性抗体、免疫因子和活性物质等保护性物质，从而起到抵抗致病菌、预防感染性疾病的作用。目前公认的最方便、最经济、最有效的预防和控制传染病的医学手段就是接种疫苗，其对于保障人类的生命安全和身体健康具有重要意义[2]。我国《疫苗流通和预防接种管理条例》将疫苗分为第一类疫苗和第二类疫苗。第一类疫苗也叫计划内疫苗，由政府免费提供并且强制接种，品种主要有：皮内注射用卡介苗、脊髓灰质炎减毒活疫苗、吸附白喉破伤风联合疫苗、出血热疫苗、皮上划痕人用炭疽活疫苗、钩端螺旋体疫苗等；第二类疫苗也叫计划外疫苗，由公民自愿接种并且自费购买，品种主要有：狂犬病疫苗、流感裂解疫苗、水痘疫苗、轮状病毒活疫苗等。近年来，随着生活水平不断提高，我国的宠物数量激增，据公安部、卫生部、农业部和国家食品药品监督管理局于2009年9月联合发布的《中国狂犬病防治现状》统计，我国城市地区的犬、猫等养殖密度已达到约5只·100人-1，而农村地区，犬、猫密度则高达15~20只·100人-1。但是，人们对饲养宠物疫病免疫的认识普遍不足，免疫率不足20%，且缺乏相应的制度规范，只能依靠受伤害后接种狂犬病疫苗等手段进行补救性防护，对居民身体健康造成严重危害。根据我国人用狂犬病疫苗的使用量推算，我国每年被动物伤害者逾4000万。目前，我国每年的狂犬病发病数位列全球第二，仅次于印度；通过对发病者调查发现，其中被各种犬类伤害占88%，被猫伤害占4.7%，被狐狸、狼等食肉野生动物伤害占4%，被牛、羊、马等食草家畜伤害占3.3%，对宠物疫病进行防疫的任重道远，人用、宠物用生物制品的前景值得期待[3]。另一方面，由于我国居民肉类食品结构的特点是以畜（猪、牛、羊）禽（鸡、鸭、鹅）肉产品为主，规模化养殖已是发展的必然趋势，随着养殖密度的提高，各种疾病、传染病也逐渐增多，对生物制品（尤其是疫苗）的需求势必增加。2.1.2治疗用生物制品治疗用生物制品是指采用不同表达系统的工程细胞（如细菌、酵母、昆虫、植物和哺乳动物细胞）所制备的蛋白质、多肽及其衍生物，包括细胞因子、纤维蛋白溶解酶原激活因子、重组血浆因子、生长因子、融合蛋白、酶、受体、激素和单克隆抗体等；也包括从人或动物组织提取的单组分的内源性蛋白；以及基因治疗产品、变态反应原制品、由人或动物的组织或者体液提取或通过发酵制备的具有生物活性的多组份制品、微生态制品等生物制品[4]。治疗用生物制品主要包括细胞因子类药物（如干扰素系列、白细胞介素系列、粒细胞集落刺激因子、促红细胞生成素等）、激素类药物（如胰岛素等）、抗体类药物（如单克隆抗体、抗体偶联药物、双特异性抗体、Fc融合蛋白、抗体片段、多克隆抗体等）、酶类药物（由于大多数酶类药物根据《药品注册管理办法》的注册分类管理办法注册为化学药物，因此不做介绍）及血液制品（如人血白蛋白、人免疫球蛋白、人凝血因子Ⅷ、人凝血酶原复合物和人纤维蛋白原等）。按照作用机理可将治疗用生物制品分为特异的（如抗毒素和γ-球蛋白）和非特异的（如干扰素和人白蛋白等）两大类。其中抗毒素及γ-球蛋白既是临床上常规的治疗用药品，也能起到预防的作用。相当多数治疗用生物制品都是血液制剂，而现今我国生产和正在研制的血液制剂已有近60种。近年来，随着遗传性疾病、心脑血管疾病、肿瘤、某些神经系统疾病及感染性疾病呈多发趋势，因此在临床上多选用从细胞水平甚至基因水平上治疗的手段，即细胞治疗、基因治疗。细胞治疗是将正常或生物工程改造过的人体细胞移植或输入患者体内，新输入的细胞可以替代受损细胞或者具有更强的免疫杀伤功能，从而达到治疗疾病的目的。细胞治疗主要包括干细胞治疗和免疫细胞治疗两大类，其在治疗肿瘤、血液疾病、心脑血管疾病、糖尿病、阿尔茨海默症等方面显示出越来越高的应用价值[5]。基因治疗是将外源基因简洁、安全和靶向的导入靶细胞或者靶组织中，以纠正或补偿因基因缺陷或基因表达异常引起的疾病。针对疾病源头不同，基因治疗目前有导入正常基因、基因编辑及体外修复细胞回输3种形式。但作为新兴技术，其治疗手段尚不成熟，致使其治疗结果难以预测。2.1.3诊断用生物制品由于在临床上，诊断用的生物制品大多都可用于检测相应的抗原、抗体或机体的免疫状态，属于免疫学方法诊断，因此诊断用生物制品也被定义为专门用于免疫诊断的一类生物制品，又称诊断液。主要分为诊断抗原（包括血清学诊断抗原和变态反应诊断抗原）和诊断抗体（包括诊断血清、单克隆抗体和标记抗体）两大类[6]。随着免疫学技术的发展，诊断用生物制品的种类不断增多，且其不仅可以用于诊断传染病，还可用于诊断其他疾病。在临床上，根据其诊断类型的不同，一般将诊断用生物制品分为体内试验诊断制剂类（其最终判断依据主要为患者是否患过相应疾病或免疫接种成功否）、一般传染病的诊断制剂类（通常包括各种诊断菌液、诊断病毒液和诊断血清）、诊断肿瘤用制剂、测定免疫水平的诊断制剂（通常用于临床诊断某些疾病的重要指标、激素用诊断制剂（如妊娠诊断制剂）。随着医疗水平提高，诊断用生物制品必将会有更大发展空间。

　　2.2食品方面

　　近年来，食品安全问题屡见不鲜，在某种程度上引起人们的饮食恐慌，将生物技术科学合理应用到食品生产等环节中，可有效解决这一问题。2.2.1优化食材来源现今的市面上出现了种类繁多的反季节蔬菜与水果，甚至是一些“太空蔬菜”“太空粮食”，就是利用基因改良、重组等技术调整、改变其原有的基因结构，从而调整其营养成分的比例，同时也提高了产量，进而更好的满足消费者对于食品营养的需求。例如，在传统玉米种子的基础上研发出了蛋白质含量极高的转基因玉米种子等。2.2.2提高食材保鲜度生物保鲜技术由于其安全无毒的特性，正在逐渐取代现有的化学保鲜技术。如用0.7%~2.0%的壳聚糖溶液对柑橘、草莓、苹果、猕猴桃、黄瓜、青椒、番茄等果蔬喷淋后，即可在果实表面形成一层薄膜，阻止氧气的吸收与二氧化碳的排出，从而延缓果实的熟化，达到保鲜目的[7]。另外，针对水果因自身含内源乙烯（催熟剂）而保鲜时间普遍较短的问题，生物专家研发出乙烯酶，修改水果所含的内源乙烯含量，延长水果的保鲜时间，同时提高水果的营养价值与口感。2.2.3改进食品加工流程在澄清苹果汁、葡萄汁、猕猴桃汁和柑橘汁时加入果胶酶，不仅可以改善澄清效果，还能够加快过滤速度，从而提高生产效率；将蛋白酶用于面包、糕点的制作中，不仅缩短了和面时间，也增强了面团延展性，产出的成品外观和口感均有所改善，在肉类加工也可以引入蛋白酶，能起到嫩化肉质、软化肠衣等作用；大豆产品加工时有个脱腥的环节，加入相应的酶制剂不仅可以改善产品风味，还能消除不利于人体健康的物质[8]。2.2.4研发新型食品添加剂由于从动、植物中萃取食品添加剂，受制于来源有限、工艺复杂、原料用量巨大以及耗时长等原因而成本高昂，但化学合成的食品添加剂虽然成本较低，却不利于人体健康；因此，生物技术（尤其是发酵工程技术）已成为食品添加剂生产的首选方法。如甜味剂中的木糖醇、甘露糖醇、阿拉伯糖醇、甜味多肽等，酸味剂中的L-苹果酸、L-琥珀酸等，各种必需氨基酸，增稠剂中的黄原胶、普鲁兰多糖、热凝性多糖等，风味剂中的多种核苷酸、琥珀酸钠、香茅醇、双乙酰等，芳香剂中的脂肪酸酯、异丁醇等，色素中的类胡萝卜素、红曲霉色素、虾青素、番茄红素等，维生素中的维生素C、维生素B12、核黄素等，生物活性添加剂中的各种保健活菌、活性多肽等，以及一些天然食品防腐剂，包括乳链菌肽、杀菌肽、瓜蟾抗菌肽、防御素等[9]。2.2.5提高食品安全检测水平免疫标记技术是不断发展和改进的技术，在食品安全检测中，简便、灵敏、快速的联用技术、免疫技术可提供快捷、高效的方法，也为人们的营养健康提供保障，为疾病预防做出贡献。

　　2.3农业领域

　　将生物技术应用于农业领域，不仅可以实现以尽可能少的成本投入获得更大数量、更高质量产品的目的，也可以最大化减少农业向自然生态系统扩张的需求。生物技术在农作物中已有广泛的应用。例如，一些转基因棉花、玉米、大豆、马铃薯等农作物具有抗虫害、抗除草剂的能力。种植这些作物可以减少杀虫剂的用量，降低杀虫剂及其残留物对食物链、水体的污染，从而有利于人类健康和环境保护。将生物技术应用于土壤养分的高效利用，如对氮素的固定、对土壤中有机物和矿物态养分的分解、对作物生长的刺激等，可大幅促进作物对养分的吸收和利用，从而提高作物的产量和品质。

　　2.4养殖业领域

　　在选育种方面，通过各种现代生物技术的综合运用，结合传统的育种方法，不仅能加快育种进展，还可以提高选种的准确性，从而使畜禽的经济性状和生产性状进一步提升，经济用途也更加广泛。胚胎移植技术在养殖业领域的应用，可以加快畜禽品种改良的速度。在饲料方面，利用基因工程培育的富含蛋白质的牧草和谷物，已得到广泛种植；而酶制剂（促进动物生产性能）、甘露寡糖（代替抗生素）、氨基酸微量元素螯合物（提高矿物质吸收）等特定生物制品，已经作为安全且有益的添加剂添加于饲料中，对养殖业具有积极的推动作用。

　　2.5环境保护领域

　　将生物技术应用于环境保护领域，有不受气候条件限制、能创造出清洁能源以及彻底去除有害污染物三大优势，一方面可以加强环境保护和治理的程度，另一方面也能减少环境治理的成本。在水污染防治方面，生物技术中的分解法、生物膜过滤法、污泥处理法等都是最为常用且有效的；但对于废水的处理，则需利用生物技术中的化学反应和微生物实验等技术进行。对于固体废弃物的处理，目前广泛应用且理想的方法是利用微生物对其进行分解，不仅处理过程无毒无害，还能转化出有利用价值的资源（如沼气）。而利用生物技术对废气进行处理的方法，现阶段比较完善的就是利用生物技术过滤器过滤、生物技术净气塔清理以及生物滤池吸附三种。目前，在生态环境的修复中引入生物技术的做法越来越受到重视，如植物、微生物及真菌等修复技术，虽然现阶段还只能对土地进行修复，但未来可期。生物技术产业与生物制品产业同属于知识密集型产业，研究周期长、经费高、风险大，但同时回报率也相对较高。其为改善人类健康水平和生活质量提供了更多、更有效的手段，具有巨大的社会需求和市场需求，未来必将对人类产生巨大而深远的影响。

　　[参考文献]

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　　[2]杨书平,程俊丽.预防用生物制品运行现状及对策[J].山西预防医学,2002,11（3）:282-283.

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　　[4]卢锦汉,章以浩,赵恺.医学生物制品学[M].北京:人民卫生出版社,1995.

　　[5]赵树铭.细胞治疗的研究进展[J].中国输血杂志,2010（2）:79-85.

　　[6]张志建.壳聚糖对果蔬的保鲜机理及应用[J].商品贮运与养护,1996（94）:36-38.

　　[7]郭玉华,吴新颖.生物技术在食品工业中的应用进展[J].肉类研究,2010（7）:15-17.

　　[8]王嘉祥.生物技术在食品工业中的应用现状与前景展望[J].食品科学,2006,27（11）:605-608.

　　[9]任亚妮,车振明.免疫标记技术在食品安全检测中的应用[J].中国调味品,2010（3）:34-36.

　　作者：吕日辉

文章名称：生物技术在当今日常生活的应用