生物学工程是应用生物学原理与现代工程技术结合的综合性学科,主要包含以下四大核心工程领域:
通过基因拼接、DNA重组等技术,将不同来源基因导入活细胞,改造生物遗传特性以生产新产品或改良品种。例如:
抗虫棉 :将苏云金芽胞杆菌的毒蛋白基因导入棉花细胞,培育出抗虫棉;
基因工程胰岛素 :将胰岛素基因导入大肠杆菌,实现大规模生产。
在细胞水平进行遗传操作,包括细胞培养、细胞融合、染色体操作及基因转移等。主要应用包括:
单克隆抗体 :通过细胞融合技术制备;
克隆动物 :利用细胞核移植技术实现无性繁殖;
多倍体育种 :通过染色体工程培育八倍体小黑麦。
利用微生物的代谢活动生产有用物质,如抗生素、酶类、生物燃料等。例如:
抗生素生产 :通过发酵工程大规模生产青霉素等药物;
生物燃料 :利用微生物转化植物废弃物生产生物柴油。
通过基因工程或化学合成改造酶的活性,应用于工业生产。例如:
工业酶制剂 :生产淀粉酶、蛋白酶等用于纺织、食品加工;
环境修复 :利用酶分解污染物(如石油降解酶)。
生物学工程还涉及其他分支领域,如:
酶与酶工程 :开发高效酶制剂;
发酵工程设备 :设计优化发酵工艺;
合成生物学 :设计合成基因组或代谢途径。
生物学工程广泛应用于医疗健康(如基因治疗、疫苗研发)、农业(如抗逆品种培育)、环保(如生物降解材料)及工业生产等领域。