生物技术新进展及生物经济实践

生物经济形态是在信息经济形态生命周期处于发展和成熟的阶段孕育出来的，以Francis Crick和James Watson发现的DNA双螺旋结构为标志。人类基因组测序工作的完成和公布，标志着生物经济进入成长阶段。有机的生物技术将与无机硅的信息技术并存，无机的复合材料将与纳米技术并存，生物过程数字化技术将在这段时间获得突破，为生物经济进入成熟阶段奠定基础。现代生物技术的发展逐渐呈现出两个显著的特点，越来越引人注目：一是现代生物技术可以突破物种界限，有效地改造生物有机体的遗传本质；二是现代生物技术带来的经济效益和社会效益日益显著。

（一）生物芯片研究

生物芯片研究起始于用生物大分子制作计算机芯片，这是20世纪90年代中期迅速发展起来的一项尖端技术，属于物理学、微电子学与分子生物学综合交叉形成的高新技术。这项技术的开发和利用为基因识别提供了最基本的信息和依据，因而有可能成为21世纪最强大的分析工具之一。预计在不久的将来，生物芯片也会像微电子芯片一样进入千家万户。

生物芯片是通过微加工工艺，在厘米见方的薄膜、玻璃片和硅胶晶片等载体上集成成千上万个与生命相关的信息分子，从而实现对基因、配体和抗原等生物活性物质进行高效快捷的测试和分析，其优点在于大规模、并行化、微制造。在单位面积上能高密度地排列大量的生物探针，可广泛用于疾病诊断、新药筛选、环境污染监测、食品卫生监督以及司法鉴定等。生物芯片技术已经给遗传信息的监测和研究工作带来了一场革命。10多年前，在发达国家的实验室里，1平方厘米内集成的生物探针就可达100万枚，已经实现产业化的生物芯片每平方厘米可排列5万～10万枚探针。这样一个如指甲大小的生物芯片，实际上等同于一个实验室，可同时检测上万种基因。通过这种芯片可以一次同时测出多种病原微生物，在极短的时间内确定病人被哪种微生物感染，从而使病人得到迅速医治。

目前较为前沿的是DNA芯片的开发研究。主要朝两个方向发展。

第一，制作高密度探针阵列型芯片，以适应大规模长片段DNA序列的测定；

第二，制作针对已知序列的中等密度或者较低密度探针阵列型芯片，用于检测已知基因或者用于基因诊断。目前已研制出可检测艾滋病病毒（HIV）相关基因、囊性纤维化相关基因、与乳腺癌相关的BRCA1基因等检测型基因芯片几十种。

（二）干细胞技术与克隆技术(www.xing528.com)

干细胞是指尚未发育成熟的细胞，它具有再生为各种组织器官的潜能，被医学界称为“万用细胞”。干细胞研究以及用干细胞技术来修复坏死组织的干细胞生物工程，是近些年才兴起的生命科技领域。干细胞技术有着巨大的医疗应用前景，许多疾病，如帕金森病、糖尿病、脊髓损伤、癌症、艾滋病等都有望借助干细胞技术得到治疗。干细胞分为胚胎干细胞和成体干细胞，前者是早期胚胎或原始性腺中分离出来的一类细胞，后者存在于成体组织中。人们已开始尝试用干细胞技术治疗某些疾病，如血液干细胞技术较为成熟，在骨髓移植方面已得到临床常规应用。作为未来治疗组织坏死性疾病的重要手段，干细胞技术还面临许多问题，如弄清胚胎干细胞发育的调控机制，建立发展分离成体干细胞的有效方法和手段，克服异体移植引起的免疫排斥，以及涉及的诸多伦理法律问题等。

21世纪初，哈佛大学用人胚胎培育出17个干细胞系，并免费提供给同行使用。芝加哥生殖遗传研究所从有缺陷的人类胚胎中新分离出12个干细胞系，将有助于加深对遗传疾病的理解和开发新疗法。另外，美国科学家发明人类胚胎干细胞操作新技术，可刺激干细胞高效分化成其他有用细胞和组织。

2004年，日本京都大学的一个研究小组通过动物实验，用精子干细胞制成像胚胎干细胞一样可生成各种器官和组织的细胞。这种新的“万能细胞”引起了广泛关注。科研人员在实验中培养刚诞生幼鼠的精囊细胞，约1个月后出现了和胚胎干细胞形状相似的细胞。科研人员还用培养胚胎干细胞的条件对这种细胞继续加以培养，发现这种细胞不但发生了分化，而且还出现了增殖现象。细胞的性质与功能和胚胎干细胞相似，一旦改变培养条件，就会分化成血液、心肌和血管细胞等。

（三）战胜病毒

2004年，美国国家免疫与传染病研究所先后两次宣布有关非典疫苗进展。一是发现老鼠体内能产生阻止SARS病毒复制的“抗体+”，意味着可用老鼠作为动物模型来评估疫苗和抗病毒药物在非典防治上的效果，从而加快非典疫苗的开发。二是以编码SARS病毒表面一种外壳蛋白的DNA片段为基础开发出一种疫苗，在实验中能有效阻止病毒在老鼠体内的复制。另外美国科学家还首次人工合成出普里昂蛋白，实验鼠受其感染后大脑受到损害，该成果有助于研究海绵状脑病包括疯牛病和人类新型克雅氏症的基因，以及找到早期诊断疯牛病的方法。

艾滋病是人类健康的重大威胁。到目前为止，人们还没有找到非常有效的预防办法和特效治疗的药物。2004年，法国巴斯德研究所的科学家成功地在兔子身上获得了可以阻止多种艾滋病病毒入侵的抗体。虽然抗体目前只是在实验室里实现了其功能，但足以为艾滋病疫苗的研究开发展示出令人乐观的可能性。艾滋病病毒进入人体后，会有选择地侵犯T淋巴细胞，然后在病毒自身的gp41透膜蛋白协助下，病毒的膜与细胞膜相融合，从而使病毒进入细胞内。法国科学家发现gp41透膜蛋白上一个叫CBD1的区域，对协助病毒入侵起关键作用。科学家合成了一种类似CBD1成分的复合物，并借助它对兔子实施人工免疫。实验显示，接受免疫实验的兔子血清中产生了识别并破坏CBD1的抗体。当发现真正的病毒时，抗体确实抑制了多种艾滋病病毒亚型对淋巴细胞的入侵，同时阻止了病毒的自我复制和传播，并抑制了潜藏的已受感染的细胞。