生物技术产业的现状及发展
2011/10/9
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。
生物技术产业的现状及发展
生物技术产业的现状及发展
摘要：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。
关键词： 生物技术 产业 现状 研究
一、 导言
科学家们认为，20世纪的科学技术是以物理学和化学的成就占主导地位，而21世纪的科学技术是以生物学的成就占主导地位。21世纪称为生命科学的世纪，生物技术称为21世纪的朝阳产业。生命科学的新发现，生物技术的新突破，生物技术产业的新发展将极大地改变人类及其社会发展的进程。在生物技术领域取得的突破性进展可以彻底消除营养不良，改善食品的生产方式，消除各种污染，延长人类寿命，提高生命质量等。一些成果还可以帮助人类加速植物和动物的人工进化以及改善生态环境对人类的影响等。
生物技术的发展可分为三个阶段 ，即传统生物技术、近代生物技术和现代生物技术。
（一）传统生物技术阶段
指19世纪末到20世纪30年代前，以发酵产品为主干的工业微生物技术体系。这一时期的生物技术主要是通过微生物的初级发酵来生产食品，其应用仅仅局限在化学工程和微生物工程的领域，通过对粗材料进行加工、发酵和转化来生产纯化人们需要的产品，如乳酸、酒精、面包酵母、柠檬酸和蛋白酶等。
（二）近代生物技术阶段
近代生物技术是以20世纪4O年代抗菌素的提取，50年代氨基酸的发酵到60年代酶制剂工程为线索，仍以微生物发酵技术为技术特征的。这一时期抗生素工业、氨基酸发酵和酶制剂工程相继得到发展，细胞工程相关技术日臻完善，但从技术特征上看还不具备高新技术诸要素，因此只能被视为近代生物技术。
（三）现代生物技术阶段
现代生物技术以20世纪70年代DNA重组技术的建立为标志，以世界上第一家生物技术公司——Gene-Tech的诞生（1976）年为纪元。此后，越来越多的科学家投身于分子生物学研究领域，并取得了许多重大的进展。至此，以基囚工程为核心的技术上的革命带动了现代发酵工程、酶工程、细胞工程以及蛋白质工程的发展，形成了具有划时代意义和战略价值的现代生物技术。
现代生物技术是由多学科综合而成的一门新兴学科。就生物科学而言，它包括了微
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生物学、生物化学、细胞生物学、免疫学、育种技术等几乎所有与生命科学相关的学科，特别是现代分子生物学的最新理论就更是生物技术发展的基础。
现代生物技术包括下列高技术：
（1）重组DNA技术及其他转基因技术，即通常所说的基因工程； （2）细胞和原生质融合技术，以及动植物细胞大规模培养技术，即常说的细胞工程； （3）酶或细胞的固定化技术，以及酶的其他化学修饰、物理修饰、酶基因诱变技术，即所谓的酶工程；
（4）高密度发酵、连续发酵及其他新型发酵技术，是现代发酵工程的代表； （5）现代生物反应工程、生物产品的现代分离技术，是生化工程的研究对象； （6）动物胚胎工程技术； （7）蛋白质工程； （8）糖工程。
现代生物技术自从上世纪刀年代崛起以来，迅猛发展迄今，已不仅改变着人类衣、食、住、行、医诸方面生活的方式和质量，而且对当代各国面临的粮食、能源、资抓、环境、国防、人口与优生等重大问题的解决作出卓越的贡献。
二、 生物技术在世界范围的发展现状
（一）、 生命科学和生物技术的前沿领域
1、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，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。
科学家认为，人类基因组、蛋白质组和药物是生命科学研究路上的三个阶段。 作为世界头号科技强国的美国，在这方面自然是一马当先，其生物技术的研究重心已经从基因组测序转向了基因功能和蛋白质功能的探测。继2000年9月启动“蛋白质
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结构启动计划”后，美国于2002年实施了“临床蛋白质组学计划”，以开发以蛋白质研究为基础的癌症诊断和治疗系统。目前在美国，蛋白质组学甚至已经形成了产业和市场，美国一家咨询公司的研究显示，到2005年这一市场将达到27亿多美元。
2、克隆技术与干细胞
自1997年由取自一只6岁成年羊身上的乳腺细胞培育成功的克隆羊“多莉” 在英国问世以来，克隆技术获得了空前的发展，克隆鼠、克隆牛、克隆猪、克隆猫、克隆猴等相继问世，这些成功使人们看到了利用克隆技术培育优良品种家畜以及挽救濒危珍惜野生动物的可能性。
不过克隆技术最大的应用可能还在医学领域：利用克隆技术培育人类胚胎，使其发育成各种组织和器官，以供医疗或研究之用。而这又牵扯出另一重要的技术领域，即干细胞的研究。
干细胞的用途非常广泛，涉及到医学的多个领域。目前，科学家已经能够在体外鉴别、分离、纯化、扩增和培养人体胚胎干细胞，并以这样的干细胞为“种子”，培育出一些人的组织器官。干细胞及其衍生组织器官的广泛临床应用，将产生一种全新的医疗技术，也就是再造人体正常的甚至年轻的组织器官，从而使人能够用上自己的或他人的干细胞或由干细胞所衍生出的新的组织器官，来替换自身病变的或衰老的组织器官。假如某位老年人能够使用上自己或他人婴幼儿时期或者青年时期保存起来的干细胞及其衍生组织器官，那么，这位老年人的寿命就可以得到明显的延长。
鉴于干细胞在未来医疗、尤其是器官移植领域的巨大应用前景，世界各国，尤其是发达国家都开展了这方面的探索研究，并取得了一些成就。科学家预言，用神经干细胞替代已被破坏的神经细胞，有望使因脊髓损伤而瘫痪的病人重新站立起来；不久的将来，失明、帕金森氏综合症、艾滋病、老年性痴呆、心肌梗塞和糖尿病等绝大多数疾病的患者，都可望借助干细胞移植手术获得康复。美国《科学》杂志于1999年将干细胞研究列为世界十大科学成就的第一，排在人类基因组测序和克隆技术之前。
干细胞的应用前景的确诱人，但由于它涉及到敏感的医学伦理道德问题，尤其是克隆人问题，因此世界各国一直对此类研究争论不休。
3、转基因生物
转基因技术是指利用分子生物学手段，将某些生物的基因转移到其他生物物种上，使其出现原物种不具有的性状和产物，以转基因生物为原料加工生产的食品就是转基因食品。
目前转基因技术已基本趋于成熟，尤其是在转基因植物方面，它之所以没有得到更大规模的发展，主要原因是人们对其安全性仍有担心，如转基因食品是否对生物体有害以及它是否会改变自然环境，从而破坏生物多样性等等。不过尽管如此，自1983年英国培育出世界上第一种含有抗生素药类抗体的基因移植烟草以及1993年美国将世界上第一种转基因食品——保鲜延熟型西红柿投放市场以来，转基因技术仍然获得了空前的发展。目前已有转基因大豆、玉米、棉花、油菜、南瓜、木瓜、马铃薯、番茄、甜菜等几十种作物投入商业种植。
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出于对转基因产品的慎重与担忧，目前人们还只是消费转基因植物产品，转基因动物产品尚未真正进入人们的生活。但是，社会的需求是科研开发和经济产品进入市场的最大推动力。一些看得见的迹象表明，转基因动物产品正向我们走来。如美国科学家采用转基因(GM)技术，使奶牛产生的牛奶蛋白质含量提高很多，为今后高等生物的转基因食品研究开创了先河。
4、生物信息学
生物信息学是一门新兴的交叉学科，是伴随基因组研究而产生的，它的研究内容紧随基因组研究的逐步深入而发展。广义地讲，生物信息学是以计算机为工具从事对基因组研究相关生物信息的获取、加工、储存、分配、分析和解释。它包括了两层含义，一是对海量数据的收集、整理与服务，也就是管好这些数据；另一个是从中发现新的规律，也就是用好这些数据。
目前，伴随着基因组研究日新月异的快速发展，相关信息出现了爆炸性增长，迫切需要对海量生物信息进行处理。以Genbank中的DNA碱基数为例，其增长速度呈指数性增长，大约每14个月就会增长一倍，这一增长速度只有计算机运算能力的增长可以与之比拟。所以在当前基因组信息爆炸的时代，建立超大规模计算系统，发展全新的生物信息学的理论、方法来分析这些数据，从中获得有用的信息是基因组研究取得成果的决定性步骤。其次，基因组研究最终是要把生物学问题转化成对数字符号的处理问题。要解决这样的问题就必须发展新的分析理论、方法、技术、工具，就必须依赖计算机的信息处理。
因此，生物信息（Bio-IT）产业是生物技术和信息技术相结合的产物，Bio-IT可分为7大领域，即运算与电脑架构、信息工具与资料、储存与资料管理、生命科学应用、生命科学设备、系统整合与资讯以及知识管理与互通。
由于发达国家特别是美国在信息技术和生物技术两方面都具有超强的实力，因此开展生物信息学研究具有得天独厚的条件。
不过由于生物信息学是一门新兴学科，发展时间不长，因此在该领域我国与发达国家之间的差距并不很大，目前我国在生物信息学研究、DNA测序能力方面已处于世界前列，但与国际上相比，对基因组数据的分析处理和利用能力，包括计算能力则存在较大差距。国外分析这样的海量数据都使用超级计算机，而我们的许多研究工作还依赖于使用能力弱得多的工作站甚至个人电脑。因此与国外相比，国内生物信息研究在使用高性能计算方面还比较薄弱，这必将严重影响我国生物信息学未来的发展水平。
值得强调的是，当代科学技术发展正在呈现出前所未有的技术融合趋势。特别是生物技术与其他高技术的融合，形成了生物芯片、生物信息、生物材料、生物能源、生物光电、生物传感器等高技术领域，产生了生物技术群。比如，生物芯片技术的开发和运用，将在生物学和医学基础研究、疾病诊断、新药开发、食品、农业、环保等广泛领域中开辟一条全新的道路，改变生命科学的研究方式，革新医学诊断和治疗。科技发展的这一突出现象以及由此带来的产业深层次变革，已经引起许多国家的高度关注。
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（二）、 世界主要国家生物技术产业发展现状
生物技术研究的最终目标生产商业成品，现代生物技术在某种程度上是由经济的发展所推动的。目前全球生物技术主要应用于医药和农业，但在环保、食品、化工等行业也有广阔的应用前景。
1、美国
美国在生物技术领域处于全球领导地位，无论是在研究水平和投资强度上，还是在产业规模和所占市场份额上都是如此。目前，美国在艾滋病研究、基因组测序、克隆和干细胞研究等广泛领域均占据了领先地位。进入21世纪后，生命科学的发展重点从人类基因组测序转向了基因功能探测和蛋白质功能探测，美国又率先引领了这一浪潮。 令人羡慕的是，美国如今崛起了波士顿、旧金山湾、华盛顿、圣迭戈和北卡研究三角园等5大生物技术产业基地。这5大基地不仅已成为地方经濟的支柱，更是美国生物技术产业规模化的基础，而且带动了全美其他地区的生物技术产业的发展。
2、英国
英国的生物技术产业仅次于美国，居世界第二，年销售额约40亿英镑，生物制药是该产业中的强项，涉及这一产业的企业除了世界著名的大型跨国公司Zeneca、GlaxoWellcome和Smith Klihe Beacham之外，还有约250多家较小的独立公司，且每星期约有1家新的生物技术公司诞生，数量占欧洲同类公司的1/4以上。 英国在该产业领域能取得如此大的成就，与其在生命科学领域强大的基础研究实力密不可分，迄今英国在生物和医学领域已获得了20多个诺贝尔奖。DNA结构及单克隆抗体构造的发现，DNA指纹印的发明，以及抗体工程的进展等为产业的发展创造了十分有利的条件。英国是“人类基因组”计划的重要参与者，承担了约1/3的测序工作。英国又是世界上第一只克隆羊“多莉”的诞生地。此外，它在基因治疗等方面也有不俗的表现。
3、日本
总体来说，日本在生物技术开发方面落后于欧美。不过日本生物技术研究在某些方面也具有一定优势，如日本冈崎国立研究所的水稻基因研究、京都大学的再生医疗研究、东京工科大学片柳研究所的生物探测装置研究、田中耕一的蛋白质和糖链研究等均位居世界领先水平。
面对美欧生物技术的激烈竞争，日本加大投入，调整政策，正以前所未有的姿态迎接这场挑战，以求在即将到来的21世纪中占据一席之地。自田中耕一荣获2002年诺贝尔化学奖后，日本政府正加速谋划并实施生物技术立国战略，决心把生物技术产业作为国家核心产业加以发展，以实现“生物产业立国”的战略目标。生物技术产业是继汽车和信息产业之后，又一个被日本明确纳入国家发展战略的领域。
4、澳大利亚
澳大利亚是世界上生物物种资源最丰富的国家之一，澳政府也试图利用这一天然优
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势，欲在生物技术产业这一领域占据领先地位，以改善过于依赖矿产资源和畜牧业的局面。
5、印度
印度是一个人口众多的发展中大国，如何保证庞大人口的口粮供应，同时促进经济发展，是印度政府及产业界必须设法解决的问题。印度政府比较早地看到了生物技术的发展潜力，认识到生物技术与生命和生活有着紧密的联系，如：食品、农业、卫生、疾病、环境、生物多样性等，同时，印度由于人口众多，不算出口，仅国内需求就很大，利用拉动式的发展可以使生物技术成为经济进步的载体，因此，印度开始着手扶持生物技术的发展。
印度原来在生物技术领域的研究实力较弱，但近年来，受计算机软件领域巨大成功的鼓舞，印度也在积极推进生物技术成果的产业化。印度科研人员在生物技术的某些方面，如动植物DNA的重组、生物信息技术、对微生物和动物细胞的基因控制技术等已经确立了自己的竞争地位。印度已经在卡纳塔克邦建立了3个生物技术园区，从事植物组织培养、水产业的中小企业纷纷加入生物技术产业，特别是参加合同研究，大约2。3万个此类公司将与跨国大公司合作。
三、 中国的生物技术产业
（一）、 现状
生物技术具有高效益，可带来高额的利润；高智力，具有创造性和突破性；高投入，前期研究及开发需要大量的资金投入；高竞争，时效性的竞争非常激烈，此必然带来高风险；高势能，对国家的政治、经济、文化和社会发展具有很大的影响，具有很强的渗透性和扩张性，有很强的态势和潜在的能量等诸多特点。
在近代历史上，中国曾经几次与世界科技革命的发展机遇失之交臂，留下诸多遗憾和教训。今天，生命科学和生物技术作为新兴的尖端科技领域，无论对发达国家还是对发展中国家来说都是一次全新的选择，这对我国来说更是十分难得的战略机遇。可以认为，生命科学和生物技术将成为我国最有希望后来居上并实现跨越发展的高科技创新及产业领域。
对于我国而言，近年来我们在发展生物技术及其产业方面取得了可喜的成就，但与发达国家相比，我们在整体创新能力、科技投入、人才队伍、科技成果转化等方面都还有较大差距。总结来说，我国生物技术产业正面临如下两大问题：
1、缺少生物技术创业者群体
生物技术产业是一个新兴的行业，改革开放前国内培养的生物技术方面的人才凤毛麟角，而且停留在传统生物技术的层面上。改革开放后国内的大专院校才开始大规模地培养现代生物技术人才，开始进入分子生物学的层面。生物技术作为一个实验性学科，决定了这个领域的研究人员必须在研究生毕业后有5年以上实脸室工作经脸，才能独立地完成对产品的研究和开发。所以当一个生物技术创业人员出现的时悦年龄在35岁左
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右。再加上我国培养的优秀生物技术人才本来就少，而且基本上绝大部分流向海外，导致我国人才缺乏。
2、万国家投入不足
虽然我国在生物技术领城进行了大量的投入，但和发达国家相比投入就显得徽不足道了。我国实验室条件相对较差、待遇较低，这也是科技人员流失国外的根本原因。
（二）、发展
虽然目前我们在上述两个方面还有待改进，但是，生命科学和生物技术将成为我国最有希望后来居上，并实现跨越发展的高科技创新及产业领域，这一点可以毫不质疑。对于此目标，我们已具备独特的优势和条件：
首先，我国是一个生物资源大国，拥有大量的生物遗传资源。据不完全统计，我国拥有动植物、微生物约26万种，其中植物3万种、动物20万种、微生物3万种。我国还是一个有着13亿人口的多民族国家，有着其他国家少有的丰富的人类遗传资源。目前我国保存的农作物种质资料种类达30余万份，位居世界第一。所有这些资源都为我国发展生命科学与生物技术提供了丰富材料。
其次，广阔的市场需求也为我国发展生物技术及其产业提供了强大动力。
在农业领域，我国作为世界上少有的农业大国和农产品需求大国，必须努力实现农业高产、优质、高效、生态、安全，必须科学、合理地利用农业资源、保护生态环境、提高农产品的科技含量和国际竞争力，如杂交优势利用、转基因技术、植物组织培养、生物肥料、生物农药等技术，都将在我国未来农业发展中发挥重要和显著的作用。
在医药与健康领域，如何利用生物技术进一步提高我国13亿人口的医疗与健康，始终都将是一个重大而紧迫的科技命题。目前，对恶性肿瘤、心脑血管疾病等威胁我国人民健康的主要疾病还缺乏有效的治疗手段，因此发展基因治疗、组织工程、干细胞治疗、生物芯片等新兴诊断和治疗技术已显得日益重要和紧迫。
在能源领域，利用生物技术开发可再生清洁能源，包括利用微生物发酵生产沼气技术、利用玉米等生产燃料酒精技术、利用废弃油转酯化生产生物柴油技术、生物制氢技术等，将为解决我国的后续能源，展现出极其广阔的发展前景。
在环保领域，生物技术将成为环境污染治理和修复最具潜力的手段。目前，利用微生物对城市垃圾和污水、海洋石油污染等有害物质进行降解日趋广泛，生物脱硫、生物漂白、农药残留的生物降解以及土壤重金属污染的生物富集和清除等技术也将为环境保护带来重大效益。
此外，生物技术在轻工、化工业领域也都具有广泛和重要的应用价值。
因此，无论是用生物技术改造传统产业还是生物技术产业本身的发展都极具潜力和前景。
第三，经过多年来的不断努力，我国在生命科学和生物技术领域形成一支水平较高的研发队伍和相当的工作基础，创新和开发能力不断增强，具备了加快发展的基础和条件。早在20世纪60年代，我国科学家在世界上首次人工合成牛胰岛素；70年代，我国首创三系法杂交水稻技术，对解决中国粮食需求做出了重大贡献；80年代，我国又在人
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工合成酵母丙氨酸tRNA及其酶学、生物膜和蛋白质立体结构研究的部分领域取得了一批高水平成果，为生命科学的发展做出了历史性贡献。近年来，我国科学家又取得了一批令世人瞩目的研究成果。
总之，我国目前已经在国际生命科学和生物技术部分领域中占据了一定的有利位置，具备了冲击国际前沿，争夺“制高点”的基础和实力。
四、参考文献
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