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近10年来,由于海洋在沿海国家可持续发展中的战略地位日益突出,以及人类对海洋环境特殊性和海洋生物多样性特征的认识不断深入,海洋生物资源多层面的开发利用极大地促进了海洋生物技术研究与应用的迅速发展。1989年首届国际海洋生物技术大会(以下简称MPS大会)在日本召开时仅有几十人参加,而1997年第四届IMBC大会在意大利召开时参加入数达1000多人。现在IMBC会议已成为全球海洋生物技术发展的重要标志,出现了火红的局面。《IMBC2000》在澳大利亚刚刚开过,《IMBC2003》的筹备工作在日本已经开始,以色列为了举办们《IMBC2006》早早作了宣传,并争到了举办权。每3年一届的IMBC不仅吸引了众多高水平的专家学者前往展示与交流研究成果,探讨新的研究发展方向,同时也极大地推动了区域海洋生物技术研究的发展进程。在各大洲,先后成立了区域性学术交流组织,如亚太海洋生物技术学会、欧洲海洋生物技术学会和泛美海洋生物技术协会等。各国还组建了一批研究中心,其中比较著名的为美国马里兰大学海洋生物技术中心、加州大学圣地亚哥分校海洋生物技术和环境中心,康州大学海洋生物技术中心,挪威贝尔根大学海洋分子生物学国际研究中心和日本海洋生物技术研究所等。这些学术组织或研究中心不断举办各种专题研讨会或工作组会议研究讨论富有区域特色的海洋生物技术问题。1998年在欧洲海洋生物技术学会、日本海洋生物技术学会和泛美海洋生物技术协会的支持下,原《海洋生物技术杂志》与《分子海洋生物学和生物技术》合刊为《海洋生物技术》学报(以下简称MBT),现在它已成为一份具有权威性的国际刊物。海洋生物技术作为一个新的学科领域已明确被定义为“海洋生命的分子生物学如细胞生物学及其它的技术应用”。
为了适应这种快速发展的形势,美国、日本、澳大利亚等发达国家先后制定了国家发展计划,把海洋生物技术研究确定为21世纪优先发展领域。1996年,中国也不失时机地将海洋生物技术纳入国家高技术研究发展计划(863计划),为今后的发展打下了基础。不言而喻,迄今海洋生物技术不仅成为海洋科学与生物技术交叉发展起来的全新研究领域,同时,也是21世纪世界各国科学技术发展的重要内容并将显示出强劲的发展势头和巨大应用潜力。
1.发展特点
表1和表2列出的资料大体反映了当前海洋生物技术研究发展的主要特点。
1.1加强基础生物学研究是促进海洋生物技术研究发展的重要基石
海洋生物技术涉及到海洋生物的分子生物学、细胞生物学、发育生物学、生殖生物学、遗传学、生物化学、微生物学,乃至生物多样性和海洋生态学等广泛内容,为了使其发展有一个坚实的基础,研究者非常重视相关的基础研究。在《IMBC2000》会议期间,当本文作者询问一位资深的与会者:本次会议的主要进步是什么?他毫不犹豫的回答:分子生物学水平的研究成果增多了。事实确实如此。近期的研究成果统计表明,海洋生物技术的基础研究更侧重于分子水平的研究,如基因表达、分子克隆、基因组学、分子标记、海洋生物分子、物质活性及其化合物等。这些具有导向性的基础研究,对今后的发展将有重要影。
1.2推动传统产业是海洋生物技术应用的主要方面
目前,应用海洋生物技术推动海洋产业发展主要聚焦在水产养殖和海洋天然产物开发两个方面,这也是海洋生物技术研究发展势头强劲。充满活力的原因所在。在水产养殖方面,提高重要养殖种类的繁殖、发育、生长和健康状况,特别是在培育品种的优良性状、提高抗病能力方面已取得令人鼓舞的进步,如转生长激素基因鱼的培育、贝类多倍体育苗、鱼类和甲壳类性别控制、疾病检测与防治、DNA疫苗和营养增强等;在海洋天然产物开发方面,利用生物技术的最新原理和方法开发分离海洋生物的活性物质、测定分子组成和结构及生物合成方式、检验生物活性等,已明显地促进了海洋新药、酶、高分子材料、诊断试剂等新一代生物制品和化学品的产业化开发。
表1近期IMBC大会研讨的主要内容
表2近期IMBC大会和《MarineBiotechnology》学报论文统计表
1.3保证海洋环境可持续利用是海洋生物技术研究应用的另一个重要方面
利用生物技术保护海洋环境、治理污染,使海洋生态系统生物生产过程更加有效是一个相对比较新的应用发展领域,因此,无论是从技术开发,还是产业发展的角度看,它都有巨大的潜力有待挖掘出来。目前已涉及到的研究主要包括生物修复(如生物降解和富集、固定有毒物质技术等)、防生物附着、生态毒理、环境适应和共生等。有关国家把“生物修复”作为海洋生态环境保护及其产业可持续发展的重要生物工程手段,美国和加拿大联合制定了海洋环境生物修复计划,推动该技术的应用与发展。
1.4与海洋生物技术发展有关的海洋政策始终是公众关注的问题
其中海洋生物技术的发展策略、海洋生物技术的专利保护、海洋生物技术对水产养殖发展的重要性、转基因种类的安全性及控制问题、海洋生物技术与生物多样性关系以及海洋环境保护等方面的政策、法规的制定与实施倍受关注。
2.重点发展领域
当前,国际海洋生物技术的重点研究发展领域主要包括如下几个方面:
2.1发育与生殖生物学基础
弄清海洋生物胚胎发育、变态、成熟及繁殖各个环节的生理过程及其分子调控机理,不仅对于阐明海洋生物生长、发育与生殖的分子调控规律具有重要科学意义,而且对于应用生物技术手段,促进某种生物的生长发育及调控其生殖活动,提高水产养殖的质量和产量具有重要应用价值。因此,这方面的研究是近年来海洋生物技术领域的研究重点之一。主要包括:生长激素、生长因子、甲状腺激素受体、促性腺激素、促性腺激素释放激素、生长一催乳激素、渗透压调节激素、生殖抑制因子、卵母细胞最后成熟诱导因子、性别决定因子和性别特异基因等激素和调节因子的基因鉴定、克隆及表达分析,以及鱼类胚胎于细胞培养及定向分化等。
2.2基因组学与基因转移
随着全球性基因组计划尤其是人类基因组计划的实施,各种生物的结构基因组和功能基因组研究成为生命科学的重点研究内容,海洋生物的基因组研究,特别是功能基因组学研究自然成为海洋生物学工作者研究的新热点。目前的研究重点是对有代表性的海洋生物(包括鱼、虾、贝及病原微生物和病毒)基因组进行全序列测定,同时进行特定功能基因,如药物基因、酶基因、激素多肽基因、抗病基因和耐盐基因等的克隆和功能分析。在此基础上,基因转移作为海洋生物遗传改良、培育快速生长和抗逆优良品种的有效技术手段,已成为该领域应用技术研究发展的重点。近几年研究重点集中在目标基因筛选,如抗病基因、胰岛素样生长因子基因及绿色荧光蛋白基因等作为目标基因;大批量、高效转基因方法也是基因转移研究的重点方面,除传统的显微注射法、基因枪法和携带法外,目前已发展了逆转录病毒介导法,电穿孔法,转座子介导法及胚胎细胞介导法等。
2.3病原生物学与免疫
随着海洋环境逐渐恶化和海水养殖的规模化发展,病害问题已成为制约世界海水养殖业发展的瓶颈因子之一。开展病原生物(如细菌、病毒等)致病机理、传播途径及其与宿主之间相互作用的研究,是研制有效防治技术的基础;同时,开展海水养殖生物分子免疫学和免疫遗传学的研究,弄清海水鱼、虾、贝类的免疫机制对于培育抗病养殖品种、有效防治养殖病害的发生具有重要意义。因此,病原生物学与免疫已成为当前海洋生物技术的重点研究领域之一,重点是病原微生物致病相关基因、海洋生物抗病相关基因的筛选、克隆,海洋无脊椎动物细胞系的建立、海洋生物免疫机制的探讨、DNA疫苗研制等。
2.4生物活性及其产物
海洋生物活性物质的分离与利用是当今海洋生物技术的又一研究热点。现人研究表明,各种海洋生物中都广泛存在独特的化合物,用来保护自己生存于海洋中。来自不同海洋生物的活性物质在生物医学及疾病防治上显示出巨大的应用潜力,如海绵是分离天然药物的重要资源。另外,有一些海洋微生物具有耐高温或低温、耐高压、耐高盐和财低营养的功能,研究开发利用这些具特殊功能的海洋极端生物可能获得陆地上无法得到的新的天然产物,因而,对极端生物研究也成为近年来海洋生物技术研究的重点方面。这一领域的研究重点包括抗肿瘤药物、工业酶及其它特殊用途酶类、极端微生物定功能基因的筛选、抗微生物活性物质、抗生殖药物、免疫增强物质、抗氧化剂及产业化生产等。
2.5海洋环境生物技术
该领域的研究重点是海洋生物修复技术的开发与应用。生物修复技术是比生物降解含义更为广泛,又以生物降解为重点的海洋环境生物技术。其方法包括利用活有机体、或其制作产品降解污染物,减少毒性或转化为无毒产品,富集和固定有毒物质(包括重金属等),大尺度的生物修复还包括生态系统中的生态调控等。应用领域包括水产规模化养殖和工厂化养殖、石油污染、重金属污染、城市排污以及海洋其他废物(水)处理等。目前,微生物对环境反应的动力学机制、降解过程的生化机理、生物传感器、海洋微生物之间以及与其它生物之间的共生关系和互利机制,抗附着物质的分离纯化等是该领域的重要研究内容。
3.前沿领域的最新研究进展
3.1发育与生殖调控
应用GIH(性腺抑制激素)和GSH(性腺刺激激素)等激素调控甲壳类动物成熟和繁殖的技术[1],研究了甲状腺激素在金绍生长和发育中的调控作用,发现甲状腺激素受体mRNA水平在大脑中最高,在肌肉中最低,而在肝、肾和鳃中表达水平中等,表明甲状腺素受体在成体金银脑中起着重要作用[1],对海鞘的同源框(Homeobox)基因进行了鉴定,分离到30个同源框基因[1],建立了青鳉的同源框(Homeobox)基因[1],建立了青鳉胚胎干细胞系并通过细胞移植获得了嵌合体青鳉[1],建立了虹鳟原始生殖细胞培养物并分离出Vasa基因[2],进行斑节对虾生殖抑制激素的分离与鉴定[2],应用受体介导法筛选GnRH类似物,用于鱼类繁殖[2],建立了海绵细胞培养技术,用于进行药物筛选[2],建立了将海胆胚胎作为研究基因表达的模式系统[2],通过基因转移开展了海胆胚胎工程的研究[2],研究了人葡糖转移酶和大鼠已糖激酶cDNA在虹鳟胚胎中的表达[3],建立了通过细胞周期蛋白依赖的激酶活性测定海水鱼苗细胞增殖速率的方法[3],研究了几丁质酶基因在斑节对虾蜕皮过程中的表达[4],从海参分离出同源框基因,并进行了序列的测定[4]。
3.2功能基因克隆
建立了牙鲆肝脏和脾脏mRNA的表达序列标志,从深海一种耐压细菌中分离到压力调节的操纵子,从大西洋鲑分离到雌激素受体和甲状腺素受体基因,从挪威对虾中分离到性腺抑制激素基因[1];将DNA微阵列技术在海绵细胞培养上进行了应用,构建了班节对虾遗传连锁图谱,建立了海洋红藻EST,从海星卵母细胞中分离出成熟蛋白酶体的催化亚基,初步表明硬骨头鱼类IGF-I原E一肽具有抗肿瘤作用[2];构建了海洋酵母De—baryomyceshansenii的质粒载体,从鲤鱼血清中分离纯化出蛋白酶抑制剂,从兰蟹血细胞中分离到一种抗菌肽样物质,从红鲍分离到一种肌动蛋白启动子,发现依赖于细胞周期的激酶活性可用作海洋鱼类苗种细胞增殖的标记,克隆和定序了鳗鱼细胞色素P4501AcD-NA,通过基因转移方法分析了鳗细胞色素P450IAI基因的启动子区域,分离和克隆了鳗细胞色素P450IAI基因,建立了适宜于沟绍遗传作图的多态性EST标记,构建了黄盖鲽EST数据库并鉴定出了一些新基因,建立了班节对虾一些组织特异的EST标志,从经HirameRhabdovirus病毒感染的牙鲆淋巴细胞EST中分离出596个cDNA克隆[3];用PCR方法克隆出一种自体受精雌雄同体鱼类的ß一肌动蛋白基因,从金鲷cDNA文库中分离出多肽延伸因子EF-2CDNA克隆,在湖鳟基因组中发现了TC1样转座子元件[4];鉴定和克隆出的基因包括:南美白对虾抗菌肽基因、牡蛎变应原(allergen)基因、大西洋鳗和大西洋鲑抗体基因、虹鳟Vasa基因、青鳉P53基因组基因、双鞭毛藻类真核启始因子5A基因、条纹鲈GtH(促性腺激素)受体cDNA、鲍肌动蛋白基因、蓝细菌丙酮酸激酶基因、鲤鱼视紫红质基因调节系列以及牙鲆溶菌酶基因等[1—4]。
3.3基因转移
分离克隆了大马哈鱼IGF基因及其启动子,并构建了大马哈鱼IGF(胰岛素样生长因子)基因表达载体[1]。通过核定位信号因子提高了外源基因转移到斑马鱼卵的整合率[1],建立了快速生长的转基因罗非鱼品系并进行了安全性评价;对转基因罗非鱼进行了三倍体诱导,发现三倍体转基因罗非鱼尽管生长不如转基因二倍体快,但优于未转基因的二倍体鱼,同时,转基因三倍体雌鱼是完全不育的,因而具有推广价值[2];研究了超声处理促进外源DNA与金鲷结合的技术方法,将GFP作为细胞和生物中转基因表达的指示剂;表明转基因沟鲶比对照组生长快33%,且转基因鱼逃避敌害的能力较差,因而可以释放到自然界中,而不会对生态环境造成大的危害[3];应用GFP作为遗传标记研究了斑马鱼转基因的条件优化和表达效率[3];在抗病基因工程育种方面,构建了海洋生物抗菌肽及溶菌酶基因表达载体并进行了基因转移实验[2];在转基因研究的种类上,目前已从经济养殖鱼类逐步扩展到养殖虾、贝类及某些观赏鱼类[2.3]。通过基因枪法将外源基因转到虹鳟肌肉中获得了稳定表达[4]。
3.4分子标记技术与遗传多样性
研究了将鱼类基因内含子作为遗传多样性评价指标的可行性,应用SSCP和定序的方法研究了大西洋和地中海几种海洋生物的遗传多样性[1]。研究了南美白对虾消化酶基因的多态性[1];利用寄生性原生动物和有毒甲藻基因组DNA的间隔区序列作标记检测环境水体中这些病原生物的污染程度,应用18S和5.8S核糖体RNA基因之间的第一个内部间隔区(ITC—1)序列作标记进行甲壳类生物种间和种内遗传多样性研究[2];研究了斑节对虾三个种群的线粒体DNA多态性,用PCR技术鉴定了夏威夷Gobioid苗的种类特异性。通过测定内含子序列揭示了南美白对虾的种内遗传多样性,采用同功酶、微卫星DNA及RAPD标记对褐鳟不同种群的遗传变异进行了评价,在平鱼鉴定并分离出12种微卫星DNA,在美国加州鱿鱼上发现了高度可变的微卫星DNA[3];弄清了一种深水鱼类(Gonostomagracile)线粒体基因组的结构,并发现了硬骨鱼类tRNA基因重组的首个实例,测定了具有重要商业价值的海水轮虫的卫星DNA序列,用RAPD技术在大鲮鲆和鳎鱼筛选到微卫星重复片段,从多毛环节动物上分离出高度多态性的微卫星DNA,用RAPD技术研究了泰国东部泥蟹的遗传多样性[3];用AFLP方法分析了母性遗传物质在雌核发育条纹鲈基因组中的贡献[4]。
3.5DNA疫苗及疾病防治
构建了抗鱼类坏死病毒的DNA疫苗[1];开展了虹鳟IHNVDNA疫苗构建及防病的研究,表明用编码IHNV糖蛋白基因的DNA疫苗免疫虹鳟,诱导了非特异性免疫保护反应,证明DNA免疫途径在鱼类上的可行性,从虹鳟细胞系中鉴定出经干扰素可诱导的蛋白激酶[2];建立了养殖对虾病毒病原检测的ELISA试剂盒,用PCR等分子生物学技术鉴定了虾类的病毒性病原,将鱼类的非特异性免疫指标用于海洋环境监控,研究了抗病基因转移提高鲷科鱼类抗病力的可行性,研究了蛤类唾液酸凝集素的抗菌防御反映[2];研究了一种海洋生物多糖及其衍生物的抗病毒活性[3];建立了测定牡蛎病原的PCR—ELISA方法[3];研究了LatrunculinB毒素在红海绵体内的免疫定位[4]。
3.6生物活性物质
从海藻中分离出新的抗氧化剂[1],建立了大量生产生物活性化合物的海藻细胞和组织培养技术,建立了通过海绵细胞体外培养制备抗肿瘤化合物的方法[1];从不同生物(如对虾和细菌)中鉴定分离出抗微生物肽及其基因,从鱼类水解产物中分离出可用作微生物生长底物的活性物质,海洋生物中存在的抗附着活性物质,用血管生成抑制剂作为抗受孕剂,从蟹和虾体内提取免疫激活剂,从海洋藻类和蓝细菌中纯化光细菌致死化合物,海星抽提物在小鼠上表现出批精细胞形成的作用,从海洋植物Zosteramarina分离出一种无毒的抗附着活性化合物,从海绵和海鞘抽提物分离出抗肿瘤化合物,开发了珊瑚变态天然诱导剂,从海胆中分离出一种抗氧化的新药,在海洋双鞭毛藻类植物中鉴定出长碳链高度不饱和脂肪酸(C28),表明海洋真菌是分离抗微生物肽等生物活性化合物的理想来源[2];发现海洋假单胞杆菌的硫酸多糖及其衍生物具有抗病毒活性,从硬壳蛤分离出谷光甘肽一S一转移酶,从鲤血清中分离出丝氨酸蛋白酶抑制剂,从海绵中分离出氨激脯氨酸二肽酶,从一种珊瑚分离出具DNA酶样活性的物质,建立了开放式海绵养殖系统,为生物活性物质的大量制备提供了充足的海绵原料[3];从虾肌水解产物中分离到抗氧化肽物质[4];从一种海洋细菌中分离纯化出N一乙酸葡糖胺一6一磷酸脱乙酸酶[4]。
3.7生物修复、极端微生物及防附着
研究了转重金属硫蛋白基因藻类对海水环境中重金属的吸附能力,表明明显大于野生藻类[1],研究了石油降解微生物在修复被石油污染的海水环境上的可疗性及应用潜力[1];研究了海洋磁细菌在去除和回收海水环境中重金属上的应用潜力[1];用Bacillus清除养鱼场污水中的氮,用分子技术筛选作为海水养殖饵料的微藻,开发了六价铬在生物修复上的应用潜力,分离出耐冷的癸烷降解细菌,研究了海洋环境中多芳香化烃的微生物降解技术[2];从噬盐细菌分离出渗透压调节基因,并生产了重组Ectoine(渗透压调节因子),从2650米的深海分离到一种耐高温的细菌,这种细菌可用来分离耐高温和热稳定的酶,在耐高温的archaea发现了D型氨基酸和无氧氨酸消旋酶,测定了3种海洋火球菌的基因组DNA序列,借助于CROSS/BLAST分析进行了特定功能基因的筛选,从海底沉积物、海水和北冰洋收集了1000多种噬冷细菌,并从这些细菌中分离到多种冷适应的酶[2];建立了一种测定藤壶附着诱导物质的简单方法,研究了Chlorophyta和共生细菌之间附着所必需的形态上相互作用,研究了珊瑚抗附着物质(dterpene)类似物的抗附着和麻醉作用[3];分析了海岸环境中污着的起始过程,并对沉积物和附着物的影响进行了检测[4]。
4.展望与建议
1 分子生物技术概述
分子生物技术也称之为生物工程,是现代生物技术的主要标志,它是以基因重组技术和细胞融合技术为基础,利用生物体(或者生物组织、细胞及其组分)的特性和功能,设计构建具有预期性状的新物种或新品系,以及与工程原理相结合进行生产加工,为社会提供商品和服务的一个综合性技术体系,其内容包括基因工程技术、细胞工程技术、DNA测序技术、DNA芯片技术、酶工程技术等。现代分子生物技术的诞生以70年代DNA重组技术和淋巴细胞杂交瘤技术的发明和应用为标志,迄今已走过了30多年的发展历程。实践证明在解决人类面临的粮食、健康、环境和能源等重大问题方面开辟了无限广阔的前景,受到了各国政府和企业界的广泛关注,是21世纪高新技术产业的先导。医学领域是分子生物技术最先登上的舞台,也是目前现代分子生物技术应用最广泛、成效最显著、发展最迅速、潜力也最大的一个领域。据统计,国际上分子生物技术领域所取得研究成果的60%以上集中在医学领域。
2 分子生物技术在医学领域的重要应用
2.1 分子生物传感器在医学中的应用
分子生物传感器是利用一定的生物或化学固定技术,将生物识别元件(如酶、抗体、抗原、蛋白、核酸、受体、细胞、微生物、动植物组织)固定在换能器上,当待测物与生物识别元件发生特异性反应后,通过换能器将所产生的反应结果转变为可以输出、检测的电信号和光信号等,以此对待测物质进行定性和定量分析,从而达到检测分析的目的。分子生物传感器可以广泛地应用于对体液中的微量蛋白、小分子有机物、核酸等多种物质的检测。在现代医学检验中,这些项目是临床诊断和病情分析的重要依据。能够在体内实时监控的生物传感器对于手术中或重症监护的病人都很有帮助。
2.2 分子生物纳米技术在基因诊断中的应用
基因诊断是利用分子杂交及荧光技术检测DN段,已经为基因诊断在临床上的应用带来了巨大的发展前景。研究表明,利用纳米技术,如利用金纳米微粒结合杂交DN段,很容易进入机体细胞核,并与核内染色体组合,具有较高的特异性,可以克服目前基因诊断所面临的一些困难和问题,进一步提高了基因诊断在实验室中的地位。科学家通过超顺磁性氧化铁纳米粒脂质体对肝癌的研究,提高了直径3 mm以下的肿瘤检测率。结论表明,纳米微粒对肿
瘤早期发现、早期诊断具有重要意义。
2.3 分子生物技术在医学制药中的应用
分子生物技术发展的一个重要方向是医学制药的研究与开发。与传统的化学合成制药相比,它不仅具有针对性强、疗效好、副作用较小的优点,同时对蛋白质药物改造、提高疗效、降低毒性、提高稳定性具有重要作用,并且能够利用生物系统,将自然界中存在的含量极低的有效生物活性物质进行大规模生产以及建立起高效、快速、准确、简便的分子诊断技术和开发出新药,更重要的是可以预防和治疗一些应用传统治疗方法无法克服的疾病。目前这一领域的应用主要包括以下几个方面:生产基因工程药物;生产发酵工程药物;生产核酸类药物;利用生物系统加工天然药物;从海洋生物中纯化提取药物。
2.4 分子纳米技术在基因疗法中的应用
基因治疗是临床治疗学上的重大发展,其基本原理是:质粒DNA进入目的细胞后,可以修复遗传错误,或可产生治疗因子,如多肽、蛋白质、抗原等,纳米技术能使DNA通过主动靶向作用定位于细胞。将质粒DNA缩小到50~200nm,带上负电荷进入到细胞核,插入到细胞核DNA的确切部位,起到对症治疗效果。同时分子纳米技术能够快速有效地确定基因序列、基因和药物的体内走向、传送和定位传递,使临床诊断和治疗过程效率得以提高。同时无机纳米颗粒体积小,可在血管中随血液循环,透过血管壁进入各个脏器的细胞中,作为新型非病毒型基因载体能有效介导DNA的转导,并使其在细胞内高水平的表达,从而为基因表达、功能研究及基因治疗提供了新的技术和手段。
2.5 分子生物芯片技术在医学检验中的应用
关键词:生物技术产业,技术创新,生物农业,生物医药
1.国内外研究现状
我国是一个生物资源非常丰富的国家,地形复杂,物种丰富,是一个珍贵的基因宝库,生物技术走在世界前列,许多科技成果在国内外具有一定影响,有较强的研究和开发能力。但是我国生物技术产业是一个非常弱小的产业,产业化现状不容乐观,生物产品产值较发达国家相差悬殊,产品科技含量、附加价值低,大部分产品缺乏自主知识产权,缺乏国际竞争能力。如我国高新生物医药产品中90%为仿制品,生物技术产品销售额不及美国的1/15,出口额不到美国的1%。因此,将生物技术产业作为一个重要的战略产业加以鼓励发展,如何让其迅速发展壮大,扩大这一高新技术产业在国民经济中的比重,不断增强其国际竞争优势,带动国内相关产业的发展,是当前值得思考的课题。
生物技术产业作为新兴的高科技产业,正处于快速成长的时期,目前对其进行研究的文献主要体现在以下四个方面。(一)世界各国生物技术产业发展现状的报告和趋势预测。(二)国外发展生物技术产业的经验(主要指政府政策)评述及启示。论文大全。(三)通过对国内外生物技术产业发展差距的对比,指出我国生物技术产业发展过程中存在的问题并提出对策。(四)试图构建生物技术产业的竞争力评价体系。
2.我国生物技术产业发展现状
2.1微观基础状况
从生物技术企业增长速度来看,随着跨国生物制药企业将研发中心向我国转移,以及一批留学人员纷纷回国创业。近几年来,我国生物技术企业数量迅速增加。据不完全统计,1990年中国大陆从事生物技术研究的机构约274个,生物技术企业36家,1998年从事生物技术研究的机构有315个,生物技术企业超过261家,到2005年涉及生物产业的开发区、科技园区、基地等园区有168个,与现代生物技术相关或直接从事生物技术产品研发和生产的企业数量近3000家,从事生物技术研究和开发的人员约3000人。如上海2003年新增研发型企业56家,年增幅80%以上,以上海开拓者药业为代表的专门从事委托研究(CRO)的企业,由于与跨国企业联系紧密,发展速度非常快。又如天津从事生物医药,诊断试剂,生化药物,干细胞研发、生产活动的公司超过60家,其中多数是近年来新成立的。
从生物技术企业研究、开发和生产所属领域来看,目前我国生物技术主要应用于医药、农业方面。根据中国生物产业发展战略研究课题组2004年对1035家生物企业调查的结果显示:72.14%的企业集中在这两个领域。另外,虽然全国各地纷纷建立生物园区,鼓励生物技术企业的发展,但初具规模的产业化地区主要集中在北京、上海、广州和深圳。其中上海、北京两地在生命科学领域的国家重点实验室占全国生命科学领域总数的41%。
2.2规模及增长态势
农业方面,生物技术主要应用于转基因作物、生物农药、生物饲料的研发与生产上。生物农药是近几年新兴的高技术产业,我国生物农药的主体是微生物农药和农用抗生素,其产业化研究主要集中在苏云金芽孢杆菌杀虫剂、农用抗生素、昆虫病源真菌制剂、昆虫杆状病毒杀虫剂、拮抗细菌生防制剂等方面。我国目前大约有200家生物农药生产企业。生物饲料产品是包括利用基因工程、细胞工程、发酵工程、酶工程等前沿技术开发和应用于各种饲料工业的生物产品。我国生物饲料产品主要集中在饲料添加剂上,包括饲料用酶制剂、氨基酸、维生素、药物饲料添加剂、新型饲料蛋白资源产品等,目前我国饲料用酶制剂年产量5000吨,仅能满足国内需求量的十分之一。
医药生物技术方面。目前临床诊断试剂以生化试剂和免疫诊断为主,随着生物技术的发展,以基因技术为基础的临床诊断试剂和基因芯片的研制,可以快速地做出诊断。国家科技部、科学院、自然科学基因委均列项支持,企业更是抢先进入。我国自1997年开始生物芯片的研究以来,已研制出有一定实用意义的基因芯片及检测仪样机。目前我国的生产生物芯片的生产企业约30余家,但大部分还处于研发阶段,只有为数不多的几家企业开始将产品投放市场。
3.我国生物技术存在的优势和不利条件
3.1存在的优势
我国生物技术产业存在的主要优势首先体现在有利的需求条件。中国企业在满足国内需求,把握国内市场机遇等方面要比国外企业容易,也比国外市场容易;另一方面,国内市场需求的成长和规模扩大,会刺激企业扩大投资、引进和创新先进技术、更新设备。如果本国市场规模小、成长慢,会使本国企业形成对国外市场的过分依赖,易受国际市场波动和保护主义等不确定性因素的影响。近年来随着我国人口老龄化、人们对生活和环境质量要求的日益提高,为生物医药创造了机会。
其次是我国在生物技术研究方面已经取得了一系列国际先进成果。论文大全。国家自然基金、政府攻关计划,“863”计划、火炬计划以及各省市的创新基金,这些政府基金对我国生物技术的发展起到了巨大的推进作用。目前我国在生物领域所建设的国家重点实验室占全部国家重点实验室的1/3以上,由此促使我国生物技术在部分领域与发达国家基本同步,例如在人类基因组计划、水稻基因组计划、功能基因的发展和应用、蛋白质组学、克隆技术、分子育种技术、生物芯片等领域的科研工作都具有一定的优势。
3.2存在不利条件
熟练劳动力紧缺。论文大全。熟练劳动力本身所含有的人力资本,需经过大量的投资才能得以形成,是产业发展最为重要的生产要素。改革开放后,我国向海外派遣的留学人员中有近60%从事生物医学研究,大量优秀的科研人员滞留在国外,国内却缺乏优秀人才。此外,我国现有生物技术人才偏重于理论研究,技术兼经营型的产业化人才更显缺乏,在我国生物技术产业发展中,常出现实验室里的科研成果难以产业化,或产业化成本很高而无经济价值。
知识引进与创新能力较弱。我国改革开放以来的二十多年的时间里,通过引进技术、引进资金,引进人才和引进管理经验,提高了经济实力和经济运行效率。生物技术产业是新兴的高科技产业。对高新生物技术知识积极地进行引进和吸收,可以缩小技术差距,节约研究经费,获得跨越式发展。
认清我国国情,看清我国生物技术产业的发展趋势。对我们对生物技术可更好的做出了解正确的认识。
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[8]谭双顺,李斌.我国生物高新技术产品出口的国际比较及对策研究[J].商业研究,2006,(1):119-123.
关键词:生物制药技术;发展现状;产业化
我国生物制药产业具有起步晚,发展滞后的特点,但在国内庞大市场的推动下,我国生物制药产业仍然有着非常良好的发展前景。再加上我国政府对生物医药领域不断加大的投资力度和政策扶持,未来我国生物制药产业将会成为推动国民经济发展的朝阳行业。生物制药在这样的情形下面临着严峻的考验,在过去的发展过程中,已经取得了很好的成绩,但是发展也进入了一个相对的稳定期,这样想要更好的发展,就面临着严峻的考验,应该加大问题分析的广度与深度,只有这样,我们的问题才会取得更好的效果。
一、生物制药原理
生物制药,简单的说,就是利用生物活体来生产药物的方法。有时特指利用转基因动植物的活体作为生物反应器来生产药物,如利用转基因玉米生产人源抗体、转基因牛乳腺表达人α1抗胰蛋白酶等。而生物药物是指利用微生物学、医学、生物学、生物化学等学科的研究成果,在生物体、生物组织、细胞、体液内,综合运用微生物学、化学、生物化学、生物技术、药学等科学的原理和方法用以制造的一类用于预防、治疗和诊断的药物制品。尽管生物制药是一种新兴的技术,但其发展速度非常快,规模也发展的也极其壮大。目前,全国来看,已有近一半以上的药品属于生物制药,尤其在合成分子结构复杂的药物时,其优点更加显著:操作简单,提高效率,经济适用且市场广阔。
二、生物技术药物的分类
自从人类基因组计划完成以来,结构基因组,功能基因组,蛋白质组等研究计划相继起动。这为生物技术的发展注入了强大的活力。各国对此十分重视,并把生物技术产业的发展作为国家经济发展中新的增长点之一。生物学的革命不仅依赖于生物科学和生物技术的自身发展,而且依赖于很多相关领域的技术走向。尽管生物技术的高速发展使人们难以作出准确的预测,但是基因组图谱、克隆技术、遗传修改技术、生物医学工程、疾病疗法和药物开发方面的进展正在加快。第一代重组药物是一级结构与天然产物完全一致的药物,第二代生物技术药物是应用蛋白质工程技术制造的自然界不存在的新的重组药物。自1982年第一个重组药物――人胰岛素上市以来,第二代生物技术药物正在取代第一代多肽、蛋白质类替代治疗剂。重组蛋白质和重组多肽药物:即利用DNA重组技术,将重组对象的基因插入载体,拼接后转入新的宿主细胞,构建成工程菌(或细胞),实现遗传物质的重新组合,并使目的基因在工程菌内进行复制和表达,最后将表达的目的产物纯化并做成制剂,得到重组多肽、蛋白质类药物。重组DNA药物:基因治疗是指向靶细胞或组织中引入外源基因DNA或RN断,以纠正或补偿基因的缺陷;关闭或抑制异常表达的基因;刺激产生相应的抗体,从而达到治疗和预防疾病的目的。其他生物技术药物:如微生态制剂,另外还有利用生物技术生产的血液代用品、肿瘤疫苗等等。
三、我国的生物制药技术发展现状及趋势
与美国等西方国家相比,我国在生物制药技术的研究方面相对起步较晚,且在早期受经济、技术以及其他因素的限制。目前我国的生物制药技术已经取得了一定的成就,并且生物制药产业也在逐渐形成并不断扩大规模。现如今我国己经在肿瘤、心脑肺血管、免疫以及内分泌等诸多疾病的药物研制中充分应用了生物制药技术,研发出大批特效新药,为这些疑难病症的治疗技术水平提高提供重要支撑。但相对来讲,我国当前的生物制药技术水平还是落后与西方等发达国家,且在发展中还是存在着一定的问题与不足,及新药研发力度不足、融资渠道不通畅、研发成果转换困难等三个方面。从当前的发展形势来看,我国未来生物制药技术的发展趋势主要体现在以下几方面。
(一)生物制药产业呈现集群式发展
经过多年的发展和市场竞争,加上政府不失时机地加以引导,我国生物技术、人才、资金密集的区域,已逐步形成了生物医药产业聚集区,由此形成了比较完善的生物医药产业链和产业集群。这些产业集群对于促进生物制药产业的发展具有重要的作用,使得生物制药整体产业链得到优化,在生产效率方面得到大幅提升。我国生物制药产业以后仍会朝着这一方面快速发展。政府也将会加大投资力度、重点建设产业集群区,在基础设施、配套服务业、研究开发、服务创新、教育培训和风险投资等方面进行发展和创新,为生物制药产业集群发展提供良好的发展环境。
(二)生物医药技术向产业化推进
我国生物医药技术当前很大一部分还停留在科研方面,并没有有效地转换为生产力,这不仅浪费了很多的资源,也使得我国的生产实践跟不上研发,造成了生产的滞后状况。生物医药技术向产业化推进要求企业通过委托外包策略,建立技术同盟,形成优势互补,使得自身能够专注于自身专长方面,从而能够降低生产成本、提高竞争优势。我国生物制药公司在未来发展过程中,势必会朝这一趋势发展,通过外包方式进行新药开发,将技术较强的研发内容分包给具备研究实力的小型公司来完成,充分发挥小公司在某些领域的技术优势,共同开发新药,大大提高新药开发效率,使新药研发周期缩短,实现技术与资金互补。
四、结束语
生物制药技术是在科技不断发展的推动下逐渐形成的,这是一种利用生物化学技术、免疫技术、微生物技术等诸多生物技术为基础而发展得来的现代高新技术。本文主要分析了当前我国的生物制药技术发展现状以及存在的问题,并指出其未来的发展趋势主要是向着产业化发展,从而为我国的医药行业做出更大贡献。
参考文献:
1、现代生物技术革命和药学发展
以分子生物学为基础的现代生物技术的发展,为药物的研究和开发开辟了一条前景广阔的道路,近几十年的发展史虽很短暂,但进展神速,内容丰富。回顾现代生物技术发展历程,可以看到,现代生物技术的发展,是由于受到药学进步发展的影响;这中间体现了社会因素、现代生物技术及药物发展的相互促进;因此,探讨分析现代生物技术的发展,就要从药学应用的历史背景入手,通过系统的分析,对现代生物技术在药学中应用,利用高科技手段,才能做出客观的评价,使现代生物技术为小康社会服务,并总结历史发展过程中的经验教训。充实现代生物技术发展的史学内容,有助于应对现代生物技术革命和药学发展中的挑战,期望还可以为生物科技领域的自主创新提供理论和经验支持。
2、我国生物技术产业的发展趋势
改革开放30多年来,随着我国现代科学技术的发展、经济发展的体制环境发生了重大变化,现代生物技术水平迈上了一个大台阶;由于广大人民生活水平的提高,出于健康保健的需求,促进了现代生物技术的发展,使现代生物技术,在社会主义市场经济中得到高速发展。近年美国已经形成五大生物技术产业区,他们的产品会在一段时间里,会继续在全球的科技革命中保持领先地位,引领世界冲向科技界的高峰。同时,在现代生物技术里,产品中下游的分离技术、纯化技术多与化工技术密切相关,因此可以预见,生物技术产业将会成为化工产业的重中之重。相信在不久,就会有许多新型的、利用现代生物技术的高档新型活性微生物及制品,成为世界人民的主要食品的添加剂。
2.1现代生物技术产业化的影响
在近十几年间,现代生物技术的发展,已经被世界科技界认定为重点发展领域,美国生物技术已经成为投资热点。在2000年美国的生物技术工业,就获得330亿美元投资,2001年提高到410亿美元,从投资额的增长中,可以看到美国投资者对生物技术企业前景的看好,也认定现代生物技术比其他高技术企业,在今后的几十年,一定具有更长期的利润空间。从金融市场的投资倾向分析,人类基因的发展由于得到各国的重视,成为股市中的概念股,得到股民的追捧。中国,应用基因工程对优良农林牧渔新品种的创新,也得到高速的发展,对中国经济结构调整必将取得重要作用,培育新产业生物技术的发展,如新型兽用疫苗、活性蛋白与多肤、医药用酶、微生物次生代谢产物(抗生素等),已经成为我国开拓新领域的必由之路,这是中国经济结构调整的必然对策。
在我国市场经济的发展中,现代生物产业发展,必将通过不同方式促进中国国民经济发展:现代生物产业的发展,丰富了国民经济的产业构成,并在整体上增强了国民经济体系的稳定性。将在我国小康社会的建设中,改善其在世界经济交往中的形象,提升我国在世界经济市场的竞争力。
2.2生物技术产业市场竞争的影响
近年来,为提高我国医药企业自身竞争能力,为了保证人民的身体健康,我国在医疗保障方面投入了大量资金,在制药企业的发展中实施了联合或重组,可以使我国的生物技术产业化,转变为以市场为动力、以资本资源优势配置为中心的市场模式。可以预见,我国在医药领域的生物技术的发展,通过企业的联合或重组,必将很快形成现代生物技术与药学发展合作的优势,在世界领域的生物药品市场与国外大公司同台竞争。
2.3中国有不断增大的医药消费市场。
我国居民目前的药物消费水平还很低,据统计人均不到10美元,这与发达国家相比差距很大,当前中等发达国家人均药物消费达到40~50美元,美国的人均药物消费更高,可以达到300美元。随着我国小康社会的实现,为健康买单的理念,将会激发现代生物技术与药学的发展,未来的医药领域的生物技术的市场必将十分广阔。1998年全国药品消费总额约为1000亿元,人均用药80元人民币左右。从我国消费对象的结构来看,我国社会正逐渐步入老龄化,从1979年我国的独生子政策实施30多年,到2013年,我国60岁以上老年人口突破2亿,到2050年左右,老年人口将达到全国人口的三分之一,“银发潮”将对我国的经济、社会、政治、文化发展产生深远的影响。我国新农合制度已覆盖约8.12亿人,覆盖率达98%以上。今年,新农合全国人均筹资达到340元,其中各级政府补助增加到人均280元,新农合总筹资额可达到2700亿元。随着我国小康社会的建设,农村合作医疗的进展已经得到高速发展,农民为健康药品的消费,必将推动现代生物技术与药学产业市场的发展。