生物技术细胞工程
1，细胞培养技术
细胞培养技术是细胞工程的基础技术。所谓细胞培养，就是取生物机体某一部位的一小块，培养使其生长分裂的技术。细胞培养也叫组织培养。近二十年来，细胞生物学的一些重要理论研究进展，如细胞全能性的揭示、细胞周期及其调控、癌变与细胞衰老的研究、基因表达与调控等。，都离不开细胞培养技术。
体外细胞培养，是供给整个动植物细胞所需营养物质的培养基。培养基除了含有丰富的营养物质外，一般还含有一些刺激细胞生长发育的微量物质。一般有固体和液体两种培养基，灭菌后才能使用。此外，温度、光照和振荡频率也是影响培养的重要条件。
植物细胞和组织培养的基本过程包括以下步骤:
第一步是从健康植物的特定部分或组织，如根、茎、叶、花、果实和花粉中选择用于培养的起始材料(外植体)。
第二步是用某些化学物质(次氯酸钠、氯化汞和酒精等)对外植体表面进行消毒。)建立无菌培养体系。
第三，形成愈伤组织和器官，愈伤组织再分化出芽，并可进一步诱导形成小植株。
动物细胞培养有两种方式。一种叫非单层培养:即细胞在培养过程中不贴壁，条件更复杂，难度更大，但很容易同时获得大量培养的细胞。这种方法通常用于淋巴细胞、肿瘤细胞和一些转化细胞的培养。另一种培养方法是单层培养:也叫细胞贴附，贴附的细胞是单层生长的，所以这种方法也叫单层细胞培养。大多数哺乳动物细胞必须以这种方式培养。
动物细胞不能在体外培养。以人体皮肤细胞培养为例，动物细胞培养的主要步骤如下:
第一步是在无菌条件下从健康动物身上取适量组织，切成小薄片。
第二步，加入适当浓度的酶和辅助物质进行消化，使细胞分散。
第三，将分散的细胞洗涤纯化后，以适当浓度加入培养基中，37℃培养，适时传代培养。
在细胞培养中，我们经常使用一个词——克隆。克隆一词音译自英文clone，指无性繁殖和通过无性繁殖获得的细胞群体或生物群体。细胞克隆是指细胞的无性繁殖系。自然克隆在自然界早已存在。比如同卵双胞胎，其实就是克隆的一种。
在基因工程中，还有一种叫分子克隆，是Cohen等人在1973中提出的。分子克隆发生在DNA分子水平，是指从细胞中提取一个基因作为外源基因，在体外与载体连接，然后导入另一个受体细胞进行自主复制而获得的DNA分子克隆。
2.核转移技术
因为克隆是无性繁殖，同一克隆体中所有成员的遗传成分完全相同，有利于忠实地保持原品种的优良特性。人们开始探索用人工方法克隆高等动物。哺乳动物克隆主要有两种方法:胚胎分割和核移植。其中，核移植是一项发展较晚但潜力巨大的新技术。
核移植技术属于细胞质工程。所谓核移植技术，是指将一个被称为“供体细胞”的细胞核(含有遗传物质)机械地转移到另一个没有细胞核的被称为“受体”的细胞中，然后重组细胞进一步发育分化。细胞核移植的原理是基于动物细胞核的全能性。
细胞核移植克隆动物的想法最早是由德国胚胎学家在1938年提出的。从1952开始，科学家首先用两栖动物进行核移植克隆实验，先后获得蝌蚪和成年青蛙。65438-0963，我国童迪洲教授领导的研究组以金鱼为材料，研究了鱼类胚胎的核移植技术，并取得了成功。截至1995，胚胎核移植在主要哺乳动物中均已成功，但在成年动物中分化细胞的核移植尚未成功。
1996，英国爱丁堡罗斯林研究所，伊恩？威尔穆特的研究团队通过核移植成功培育出克隆羊多莉，这是世界上第一只由成年哺乳动物体细胞进行核移植的克隆动物。。
并不是所有的细胞都可以作为核移植的核供体。作为供体的细胞有两种:一种是胚胎细胞，一种是一些体细胞。
研究表明，卵子、卵母细胞和受精卵都是合适的受体细胞。
2000年6月，西北A&F大学用成年山羊体细胞克隆出两只“克隆羊”，这表明中国科学家也掌握了哺乳动物体细胞核移植的尖端技术。
核移植的研究不仅对弄清动物细胞核的全能性和细胞核与细胞质的关系具有重要的科学价值，而且在畜牧业生产中具有重要的经济价值和应用前景。
3.细胞融合技术
细胞融合技术属于细胞融合工程。细胞融合技术是一种获得杂交细胞并改变其性能的新技术。是指在体外条件下，将同种或不同种的体细胞人工融合形成杂种细胞的过程。细胞融合是细胞遗传学、细胞免疫学、病毒学和肿瘤学的重要方法。
动物细胞融合的主要步骤是:
第一步是获得亲代细胞。通过胰蛋白酶或机械方法从取样组织中分离细胞，然后分别在单层培养物或悬浮液中培养。
第二步是诱导融合。将两个亲代细胞置于相同的培养基中进行细胞融合。动物细胞的融合过程一般是:两个细胞紧密接触→细胞膜融合→细胞间出现通道或细胞桥→细胞桥数量增加扩大通道面积→两个细胞融合为一。
植物细胞融合的主要步骤是:
第一步是制备亲本原生质体。
第二步是诱导融合。
微生物细胞的融合步骤与植物细胞基本相同。
自20世纪70年代以来，许多种细胞被成功融合，包括“番茄和马铃薯”、“拟南芥油菜”和“蘑菇甘蓝”等新的杂交植物。(图4-36显示了通过细胞融合培养杂种植物。)从目前的技术水平来说，人们还不能融合很多远缘细胞，培养成杂交个体，尤其是动物细胞。
酶工程、发酵工程和蛋白质工程
1、酶工程酶工程是指利用酶、细胞或细胞器等特定的催化功能，借助生物反应装置，通过一定的技术手段，生产出人类需要的产品。它是酶学理论与化学技术相结合而形成的新技术。
酶工程可以分为两部分。一部分是如何产生酶，一部分是如何应用酶。
酶的生产大致经历了四个发展阶段。最初，酶是从动物内脏中提取的。随着酶工程的发展，人们利用大量培养的微生物来获取酶。基因工程诞生后，通过基因重组转化产酶微生物。近年来，酶工程出现了一个新的热门话题，即人工合成新的酶，即人工酶。
酶的使用也有一些缺点。如果遇到高温、强酸、强碱就会失去活性，成本高，价格高。在实际应用中，这种酶只能使用一次。酶的固定化可以解决这些问题，被称为酶工程的中心。
20世纪60年代初，科学家发现，很多酶在固定化后，活性根本没有降低，反而稳定性提高了。这一发现是酶的推广应用和酶工程发展的转折点。如今，酶的固定化技术日新月异。它表现在两个方面:
一种是固定法。目前有四种固定方法:吸附法、* *价键法、交联法、包埋法。
第二，固定化酶有多种酶，可以催化一系列反应。
与天然酶相比，固定化酶和固定化细胞具有明显的优势:
1，可制成颗粒状、管状、薄膜状等各种形状，放入反应罐中，便于取出和连续反复使用；
2、稳定性提高，活性不易丧失，延长了使用寿命；
3.便于自动化操作，实现了计算机控制的连续生产。
现在已有几十个国家将固定化酶和固定化细胞用于工业生产，产品包括酒精、啤酒、各种氨基酸、各种有机酸和药品。
2.发酵工程
现代发酵工程。又称微生物工程，是指利用现代生物工程技术，利用微生物的某些特定功能，生产出对人类有用的产品，或将微生物直接应用于工业生产过程。
发酵是微生物特有的功能，几千年来人类就已经认识到，并用来制作酒、面包等食品。在20世纪20年代，酒精发酵、甘油发酵和丙醇发酵是主要的方法。20世纪40年代中期美国抗生素工业的兴起，青霉素的大规模生产和日本谷氨酸发酵的成功，极大地促进了发酵工业的发展。
20世纪70年代，随着基因重组、细胞融合等生物技术的迅速发展，发酵工业进入了现代发酵工程阶段。不仅生产酒精饮料、醋酸、面包，还生产胰岛素、干扰素、生长激素、抗生素、疫苗等多种医疗保健药品，生产天然农药、菌肥、微生物除草剂等农业生产资料，化学工业生产氨基酸、香料、生物聚合物、酶、维生素、单细胞蛋白等。
从广义上讲，发酵工程由三部分组成:上游工程、发酵工程和下游工程。上游项目包括优良种子植物的选择、最佳发酵条件(pH、温度、溶解氧、营养成分)的确定、营养物质的配制。发酵工程主要是指在最佳发酵条件下，在发酵罐中培养大量细胞并生产代谢产物的技术。下游工程是指从发酵液中分离纯化产品的技术。
发酵工程的步骤一般包括:
第一步是菌种的选育。
第二步，培养基的配制和灭菌。
第三步，扩大培养和接种。
第四步是发酵过程。
第五步，分离纯化。
发酵工程已广泛应用于制药工业、食品工业、农业、冶金工业和环境保护等诸多领域。
3.蛋白质项目
在现代生物技术中，蛋白质项目出现在20世纪80年代初。蛋白质工程是指在深入了解蛋白质的空间结构和结构与功能的关系，掌握基因操纵技术的基础上，通过人工合成，生产出自然界没有的、对人类生活有用的具有新结构和功能的蛋白质分子。
蛋白质项目主要有两种类型:
一种是从零开始设计，即完全按照人的意志设计合成蛋白质。从头设计是蛋白质工程中最重要也是最困难的操作类型。目前技术还不成熟，合成的蛋白质也只是一些小短肽。
第二种是定点突变和局部修饰，即在现有蛋白质的基础上只进行局部修饰。这种旨在通过引起一个或几个碱基的定点突变来改变蛋白质分子结构的技术被称为基因定向突变技术。
蛋白质计划的基本程序是:首先确定蛋白质中氨基酸的序列，确定和预测蛋白质的空间结构，建立蛋白质的空间结构模型，然后提出加工改造蛋白质的思路，通过基因定位突变等方法获得所需的新的蛋白质基因，然后进行蛋白质合成。(图4-37)
由于蛋白质工程是在基因工程的基础上发展起来的，在技术上与基因工程技术有很多相似之处，所以蛋白质工程也被称为第二代基因工程。
蛋白质计划找到了改造蛋白质结构和功能的新途径，也预示着人类有可能设计和创造出自然界不存在的优秀蛋白质，从而产生巨大的社会效益和经济效益。