华东理工大学：《发酵工程 Fermentation Engineering》课程教学资源（电子讲义）第六讲 生物工程专家点题（张星元）

专家点题 为人类造福,为世界消灾 张星元 传说中的南海观世音菩萨是人们理想中的大慈大悲救苦救难神秘力量的化 身。我们仰慕这种神力,但我们不相信上帝。要创造人类的幸福,全靠我们自己。 神力来自何方 生物工程就具有这种为人类造福为世界消灾的神力,而生命活体则是这种神 力的载体。生物工程是指以生物学、化学和工程学相结合的方法,依靠生物有机 体、生物学系统或生物学过程,生产人类需要的产品或保护人类生活环境的应用 技术体系。生物工程学科是在科学实践中逐渐形成和发展的,将生命科学原理应 用于工农业生产或服务于人类的工程类新兴学科。 生命活体理应包括有生命的动物、植物和微生物,目前主要是指微生物活细 胞。人类主动地借助于微生物为自己造福和消灾仅仅一百多年历史。19世纪60 年代,法国人巴斯德( Louis Pasteur)关于微生物生理的研究使酿酒业走出了困 境:德国人柯赫( Robert Koch)在1876年发表的关于病原菌的早期工作和微生 物的纯培养技术,证明确实是细菌引起了炭疽病。巴斯德和柯赫开创了人类利用 微生物为人类造福和防止微生物危害人类的新纪元。1928年英国人弗莱明 ( Alexander Fleming)发现青霉素十几年后,深层通气发酵的生产方法问世。继 194年美国埃弗里( Oswald Theodore Avery)首次证实DNA是遗传物质,1953 年美国人沃森( James Watson)和英国人克里克( Francis Crick)提出了DNA分 子的双螺旋结构的模型,为DNA可以作为遗传物质提供了理论框架,为奥地利 人孟德尔( Gregor Johann mendel)1865年提出的经典遗传学法则提供了实证。 1961年法国人雅各布( Francois jacob)和莫诺( Jacques Monod)提出的关于代 谢的遗传调控模式,把工业微生物的育种和控制提升到分子水平。1972年美国人 伯格( Paul Berg)在试管中构建了第一批重组DNA分子,1973年美国人科恩 ( Stanley Cohen)将外源DNA插入质粒,并进一步将它引入大肠杆菌,从而开 创了基因工程的研究。1979年,首次用工程菌合成胰岛素。除胰岛素外,人的生 长激素、人的干扰素、牛的生长激素等均先后在大肠杆菌中合成,并实现了发酵 法生产,还有一些外源基因已在枯草杆菌等其他细菌或酵母菌中得到表达,这些 就为工程菌的大规模工业发酵开辟了新途径。1991年,瑞士人贝利( James b Bailey)提出了代谢工程的概念,代谢工程是把代谢流的量化及其控制的分析方

1 专家点题 为人类造福,为世界消灾 张 星 元 传说中的南海观世音菩萨是人们理想中的大慈大悲救苦救难神秘力量的化 身。我们仰慕这种神力，但我们不相信上帝。要创造人类的幸福，全靠我们自己。 神力来自何方 生物工程就具有这种为人类造福为世界消灾的神力，而生命活体则是这种神 力的载体。生物工程是指以生物学、化学和工程学相结合的方法，依靠生物有机 体、生物学系统或生物学过程，生产人类需要的产品或保护人类生活环境的应用 技术体系。生物工程学科是在科学实践中逐渐形成和发展的,将生命科学原理应 用于工农业生产或服务于人类的工程类新兴学科。 生命活体理应包括有生命的动物、植物和微生物，目前主要是指微生物活细 胞。人类主动地借助于微生物为自己造福和消灾仅仅一百多年历史。19 世纪 60 年代，法国人巴斯德（Louis Pasteur）关于微生物生理的研究使酿酒业走出了困 境；德国人柯赫（Robert Koch）在 1876 年发表的关于病原菌的早期工作和微生 物的纯培养技术，证明确实是细菌引起了炭疽病。巴斯德和柯赫开创了人类利用 微生物为人类造福和防止微生物危害人类的新纪元。1928 年英国人弗莱明 （Alexander Fleming）发现青霉素十几年后，深层通气发酵的生产方法问世。继 1944 年美国埃弗里（Oswald Theodore Avery）首次证实 DNA 是遗传物质，1953 年美国人沃森（James Watson）和英国人克里克（Francis Crick）提出了 DNA 分 子的双螺旋结构的模型，为 DNA 可以作为遗传物质提供了理论框架，为奥地利 人孟德尔（Gregor Johann Mendel）1865 年提出的经典遗传学法则提供了实证。 1961 年法国人雅各布（Francois Jacob）和莫诺（Jacques Monod）提出的关于代 谢的遗传调控模式，把工业微生物的育种和控制提升到分子水平。1972 年美国人 伯格（Paul Berg）在试管中构建了第一批重组 DNA 分子，1973 年美国人科恩 （Stanley Cohen）将外源 DNA 插入质粒，并进一步将它引入大肠杆菌，从而开 创了基因工程的研究。1979 年，首次用工程菌合成胰岛素。除胰岛素外，人的生 长激素、人的干扰素、牛的生长激素等均先后在大肠杆菌中合成，并实现了发酵 法生产，还有一些外源基因已在枯草杆菌等其他细菌或酵母菌中得到表达，这些 就为工程菌的大规模工业发酵开辟了新途径。1991 年，瑞士人贝利（James E. Bailey）提出了代谢工程的概念，代谢工程是把代谢流的量化及其控制的分析方

法和将遗传修饰方案付之实施的分子生物学技术结合起来,以反复检测和遗传修 正的方式,改善产物的形成和细胞性能,从而满足人类对生物的特定需求的生物 工程技术。代谢工程从整个反应体系而不是一个个孤立的反应考察微生物细胞及 其培养环境说组成的复杂体系,以获得关于代谢和细胞功能的更全面的信息。代 谢工程纵观复杂体系的全局,把生化学、细胞生物学、微生物生理学与基因工程 的方法学结合起来,把生物学原理与工程学原理结合起来,来协调和解决工业发 酵的难题, 由此可见,随着相关生物技术及工程技术的发展,人类利用微生物的手段越 来越高明了,人类与微生物的关系正处在积极协调之中。 应运而生的生物工程专业 生物工程以及以它为基础的产业一一生物工业在国民经济和人类文明等方 面的成就已经表明,并且将进一步证明,生物工程的出现为产业结构打开了新局 面,生物工业必将在发酵工业的基础上日益兴旺起来,发展成技术密集型的新产 业。近年来,生物工程专业已在一些国家的大学出现 我国高度重视生物工程和生物产业,教育部1998年颁布的高等学校本科专 业目录中首次出现了生物工程专业,2002年又决定在全国36所高校建立“国家 生命科学与人才培养基地”。我国各类院校也踊跃创建生物工程专业。目前,我 国普通高等学校的生物工程专业主要有三个来源。按出现的先后为序,一是发酵 工程专业,二是生物化工专业,三是在生物类或化工专业基础上新建的 我国普通高校中与生物工程密切相关的工科专业已有半个世纪的历史了 发酵工程专业始建于1952年,我国第一个抗生素制造工学专业(利用微生物生 物以发酵法生产抗生素)创建于1955年。这两个类型的发酵工程专业从上个世 纪50年代起,经过半个世纪的变迁而最终融入生物工程专业,这是合乎事物发 展的规律的。发酵工程学科与生物工程学科在“利用活的生物体为人类造福和消 灾”上是一脉相承的 青出于蓝而胜于蓝 半个世纪来,从工业发酵类专业到生物工程专业,其专业科学技术的载体始 终是有生命的有机体(即所谓“活的生物体”)。在生物工业生产中,人的意愿要 通过微生物的生命活动来实现,在这个意义上,人在生物工业生产中处于被动的 地位。因此,在工业生产中如何发挥人的主观能动作用,这对于工业微生物学家 和生物工程师来说,始终是一个挑战性的问题 生物体,特别是微生物具有造福于人类和保护环境的巨大潜力,人类利用微

2 法和将遗传修饰方案付之实施的分子生物学技术结合起来，以反复检测和遗传修 正的方式，改善产物的形成和细胞性能，从而满足人类对生物的特定需求的生物 工程技术。代谢工程从整个反应体系而不是一个个孤立的反应考察微生物细胞及 其培养环境说组成的复杂体系，以获得关于代谢和细胞功能的更全面的信息。代 谢工程纵观复杂体系的全局，把生化学、细胞生物学、微生物生理学与基因工程 的方法学结合起来，把生物学原理与工程学原理结合起来，来协调和解决工业发 酵的难题，。 由此可见，随着相关生物技术及工程技术的发展，人类利用微生物的手段越 来越高明了，人类与微生物的关系正处在积极协调之中。 应运而生的生物工程专业 生物工程以及以它为基础的产业——生物工业在国民经济和人类文明等方 面的成就已经表明，并且将进一步证明，生物工程的出现为产业结构打开了新局 面，生物工业必将在发酵工业的基础上日益兴旺起来，发展成技术密集型的新产 业。近年来，生物工程专业已在一些国家的大学出现。 我国高度重视生物工程和生物产业，教育部 1998 年颁布的高等学校本科专 业目录中首次出现了生物工程专业，2002 年又决定在全国 36 所高校建立“国家 生命科学与人才培养基地”。我国各类院校也踊跃创建生物工程专业。目前，我 国普通高等学校的生物工程专业主要有三个来源。按出现的先后为序，一是发酵 工程专业，二是生物化工专业，三是在生物类或化工专业基础上新建的。 我国普通高校中与生物工程密切相关的工科专业已有半个世纪的历史了。 发酵工程专业始建于 1952 年，我国第一个抗生素制造工学专业（利用微生物生 物以发酵法生产抗生素）创建于 1955 年。这两个类型的发酵工程专业从上个世 纪 50 年代起，经过半个世纪的变迁而最终融入生物工程专业，这是合乎事物发 展的规律的。发酵工程学科与生物工程学科在“利用活的生物体为人类造福和消 灾”上是一脉相承的。 青出于蓝而胜于蓝 半个世纪来，从工业发酵类专业到生物工程专业，其专业科学技术的载体始 终是有生命的有机体（即所谓“活的生物体”）。在生物工业生产中，人的意愿要 通过微生物的生命活动来实现，在这个意义上，人在生物工业生产中处于被动的 地位。因此，在工业生产中如何发挥人的主观能动作用，这对于工业微生物学家 和生物工程师来说，始终是一个挑战性的问题。 生物体，特别是微生物具有造福于人类和保护环境的巨大潜力，人类利用微

生物可以实现更多美好的理想:然而,在生物工业中人类只有依靠微生物才能间 接地达到目的。为了在生物工业特别是工业发酵中争取主动,必须发挥人的主观 能动作用。人类要利用微生物为自己服务,就必须遵循微生物的生命活动规律」 在可能范围内对微生物的生命活动进行引导,而不是随意将自己的意志强加给微 生物。微生物生命活动有其自己的生存、发展的保障机制,这些机制服务于它们 自身的生存竞争;而在工业生产中,人类借助于微生物的代谢谋求经济效益。微 生物的生存利益与人类的经济利益,也就是微生物的生命活动规律和人的意志, 这两者既是对立的,又是统一的。人出于经济利益对微生物代谢进行的导向受到 微生物的细胞的生存保障体系的制约,同时,人的经济利益的获得同样需要微生 物的细胞的生存保障体系的支持。要充分发挥人在生物工业中的主观能动作用, 掌握好对微生物的代谢进行导向的程度,恰如其分地引导微生物在特定条件下进 行新陈代谢,使微生物的生存保障的本能与人的经济利益的对立,在维持微生物 细胞生存这一点上得到统一。在对立和统一的矛盾斗争和相互转化中,人的主观 能动作用是关键的。而人的主观能动作用的发挥在技术上则取决于生物工程的学 术水平 尽管发酵工程学科与生物工程学科在“利用活的生物体为人类造福和消灾” 上是一脉相承的,然而后者与前者相比,技术要先进得多,应用范围要大得多。 生物工程学科将生物技术、信息技术和现代工程技术等方面包容并超越工业发酵 类工程学科:生物工程学科的应用范围早已突破了发酵工程学科的酒类、酒精 溶剂、有机酸、氨基酸、核苷酸、工业酶制剂、抗生素等等轻化工产品的领域, 并延伸到新的生物材料或生物活性物质的开发和生产、生物制药(含农药、兽药)、 已导入了外源基因的工程菌的目的产物(含动植物基因产品)的发酵法生产、动 植物细胞的培养技术、生物环保技术等等工、农、医药、环保等等领域。我们相 信,经过不懈努力,生物工程为人类造福为世界消灾的神力将得到充分的体现。 要创造人类的幸福,全靠我们自己! (作者系江南大学生物工程学院教授) (连载江南大学报2002.11.8和11.18) (载《中国高校招生》杂志2002年第11期49页)

3 生物可以实现更多美好的理想；然而，在生物工业中人类只有依靠微生物才能间 接地达到目的。为了在生物工业特别是工业发酵中争取主动，必须发挥人的主观 能动作用。人类要利用微生物为自己服务，就必须遵循微生物的生命活动规律， 在可能范围内对微生物的生命活动进行引导，而不是随意将自己的意志强加给微 生物。微生物生命活动有其自己的生存、发展的保障机制，这些机制服务于它们 自身的生存竞争；而在工业生产中，人类借助于微生物的代谢谋求经济效益。微 生物的生存利益与人类的经济利益，也就是微生物的生命活动规律和人的意志， 这两者既是对立的，又是统一的。人出于经济利益对微生物代谢进行的导向受到 微生物的细胞的生存保障体系的制约，同时，人的经济利益的获得同样需要微生 物的细胞的生存保障体系的支持。要充分发挥人在生物工业中的主观能动作用， 掌握好对微生物的代谢进行导向的程度，恰如其分地引导微生物在特定条件下进 行新陈代谢，使微生物的生存保障的本能与人的经济利益的对立，在维持微生物 细胞生存这一点上得到统一。在对立和统一的矛盾斗争和相互转化中，人的主观 能动作用是关键的。而人的主观能动作用的发挥在技术上则取决于生物工程的学 术水平。 尽管发酵工程学科与生物工程学科在“利用活的生物体为人类造福和消灾” 上是一脉相承的，然而后者与前者相比，技术要先进得多，应用范围要大得多。 生物工程学科将生物技术、信息技术和现代工程技术等方面包容并超越工业发酵 类工程学科；生物工程学科的应用范围早已突破了发酵工程学科的酒类、酒精、 溶剂、有机酸、氨基酸、核苷酸、工业酶制剂、抗生素等等轻化工产品的领域， 并延伸到新的生物材料或生物活性物质的开发和生产、生物制药（含农药、兽药）、 已导入了外源基因的工程菌的目的产物（含动植物基因产品）的发酵法生产、动 植物细胞的培养技术、生物环保技术等等工、农、医药、环保等等领域。我们相 信，经过不懈努力，生物工程为人类造福为世界消灾的神力将得到充分的体现。 要创造人类的幸福，全靠我们自己！ （作者系江南大学生物工程学院教授） （连载江南大学报 2002.11.8 和 11.18） （载《中国高校招生》杂志 2002 年第 11 期 49 页）