Hepatitis B vaccine(Merck Sharp & Dohme)

生物技术是一个多学科交叉领域，对我们的生活有着重大影响。这项技术由来已久，它涉及利用细胞或细胞衍生分子进行各种应用。生物技术用途广泛，被誉为“希望之技术”，它影响着人类健康、其他生命形式的福祉以及我们的环境。生物技术革新了诊断和治疗；然而，人类面临的主要挑战是致命病毒感染带来的威胁，例如禽流感、基孔肯雅热、埃博拉病毒、甲型流感、SARS、西尼罗河病毒以及最新的寨卡病毒。个性化医疗在医疗保健系统中日益受到重视。本章将帮助读者了解生物技术在人类医疗保健系统中的应用。生物技术也对环境产生了影响，人类的工业化和城市化导致环境充斥着有毒化合物。生物修复过程利用天然或重组生物体来清除环境中的有毒污染物。抗虫害作物和耐除草剂作物的培育极大地减少了有毒杀虫剂和农药对环境的污染。提高作物产量以解决世界粮食和饲料问题，是农业生物技术的研究方向。技术进步的重点在于开发用于生产生物燃料的替代性、可再生和可持续能源。海洋生物技术则探索从水生生物中获取的产品。与其他研究领域一样，生物技术领域也存在诸多伦理问题和潜在的担忧。这些问题对于制定相关法律法规，以评估特定研究的可行性并批准其开展至关重要。 “生物技术”一词由匈牙利工程师卡尔·埃雷基 (Karl Ereky) 于 1919 年提出，指的是利用生物体从原材料生产产品的科学和方法。生物技术是一个多元化的领域，它涉及对活细胞进行研究，或利用从活细胞中提取的分子，并运用各种工具和技术，将其应用于造福人类的领域。它是生物科学与工程学的融合，利用生物体、细胞或其组成部分来生产产品和服务。生物技术的主要子领域包括：医学（红色）生物技术、农业（绿色）生物技术、工业（白色）生物技术、海洋（蓝色）生物技术、食品生物技术和环境生物技术（图1.1）。本章将帮助读者了解生物技术在多个领域的潜在应用，例如：药品生产；诊断；治疗，如单克隆抗体、干细胞和基因治疗；农业生物技术；污染控制（生物修复）；工业和海洋生物技术；以及生物材料，以及与某些产品相关的伦理和安全问题。 生物技术起源于几个世纪前，当时人们开始对动植物进行选择性育种，并利用微生物酿造啤酒、葡萄酒、奶酪和面包。然而，该领域逐渐发展演变，如今已发展成为利用或操控生物体来生产有益物质的技术，这些物质可能具有医疗、农业和/或工业用途。传统生物技术是指利用生物体实现特定目的的技术，例如制作面包/奶酪；而现代生物技术则是指利用细胞分子（如DNA、单克隆抗体、生物制剂等）的技术。在深入探讨DNA的技术进步以及重组DNA技术之前，让我们先来了解一下DNA及其功能的基本知识。 生物技术的基础是在20世纪50年代初DNA结构被发现后奠定的。遗传物质是脱氧核糖核酸（DNA），它包含了决定个体生命中每一个步骤的所有信息。DNA由脱氧核糖、磷酸和四种含氮碱基（腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶和胸腺嘧啶）组成。碱基和糖共同构成核苷，而碱基、糖和磷酸则构成核苷酸（图1.2）。这些核苷酸在DNA上以特定的方向排列，称为序列，并包含以蛋白质形式表达的信息。DNA具有双螺旋结构，两条链互补且反向平行，其中一条链上的腺嘌呤（A）与胸腺嘧啶（T）配对，鸟嘌呤（G）与胞嘧啶（C）分别通过两个和三个键配对。DNA是一种长而紧凑的分子，被精心包装在细胞核中。 DNA能够复制自身，并保留其所携带的信息，即碱基的排列顺序。这个过程称为DNA复制。当细胞分裂成两个子细胞时，DNA也会复制并均等地分配到两个子细胞中。图1.3展示了DNA复制的过程，并重点突出了几个重要步骤。 DNA的双螺旋结构中，两条链方向相反。链的延伸是由于5′端的磷酸基团与相邻核苷酸3′端糖的羟基之间形成磷酸二酯键而发生的，该磷酸基团连接在5′→3′方向上的核苷酸上。糖与碱基相连。碱基有四种：腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）（嘌呤）、胸腺嘧啶（T）和胞嘧啶（C）（嘧啶）。腺嘌呤通过两个氢键与另一条反平行链上的胸腺嘧啶配对，鸟嘌呤通过三个氢键与另一条反平行链上的胞嘧啶配对。 DNA复制过程。DNA紧密地包装在染色体中。该过程需要多种因子和酶的协同作用。DNA解旋酶解开双螺旋结构。拓扑异构酶使DNA从超螺旋状态中松弛下来。单链结合蛋白与单链开放的DNA结合，阻止其重新退火，并维持链的分离。DNA聚合酶是一种能够合成新的互补DNA链并具有校读功能的酶。DNA钳是一种能够防止DNA聚合酶解离的蛋白质。引物酶提供一段短的RNA序列供DNA聚合酶启动合成。DNA连接酶使DNA重新退火，并将滞后链的冈崎片段连接起来。DNA复制遵循半保留复制，其中每条链都作为模板，最终产生两条互补链。在新形成的DNA中，一条链是旧的，另一条链是新的（半保留复制）。DNA聚合酶可以延伸与模板链配对的现有短DNA或RNA链，该短链被称为引物。由于DNA聚合酶不能直接启动合成，因此需要引物。DNA聚合酶具有校对功能，即纠正错误掺入的核苷酸。一条链使用单个引物连续复制，称为前导链。另一条链是不连续的，需要添加多个引物。延伸以称为冈崎片段的短片段形式进行。DNA连接酶将缺口连接起来。复制始终沿5′→3′方向进行。 DNA包含细胞运作所需的全部信息。DNA中负责指导多肽生物合成的信息部分称为“基因”。核苷酸的排列顺序决定了我们产生的蛋白质种类。每个基因负责编码一个功能性多肽。基因包含合成互补mRNA的信息。DNA中的信息反过来又帮助细胞根据碱基的排列顺序将氨基酸掺入mRNA中，从而合成多种蛋白质。这些碱基以三联体密码子的形式转录到mRNA中，每个密码子指定一个特定的氨基酸。多肽就是根据RNA上的指令，通过添加相应的氨基酸而合成的。因此，四种碱基（腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶和胸腺嘧啶）的排列决定了添加20种氨基酸中任意一种来合成所有生物体中所有蛋白质的信息。有些基因需要持续表达，因为它们的产物是细胞所必需的，这些基因被称为“组成型基因”。它们负责细胞的基本维持功能。然而，根据生理需求和细胞在特定时间的需要，一些基因处于活跃状态，而另一些基因则处于非活跃状态，即不编码任何蛋白质。DNA中包含的信息用于在“转录”过程中生成mRNA（相关因子见表1.1） 。mRNA的信息用于“翻译”过程，最终合成蛋白质。转录发生在细胞核内，翻译发生在细胞质中。在翻译过程中，多种起始因子帮助mRNA与40S核糖体组装，并阻止两个核糖体亚基的结合；它们还与mRNA的帽结构和poly(A)尾结构相关。多种延伸因子在mRNA链的延伸过程中发挥重要作用。虽然体内每个细胞的遗传组成相同，但每个细胞都专门执行独特的功能，因此基因的激活和表达在不同细胞中也存在差异。因此，一种细胞可能在某一时刻表达某些基因，而在其他时刻则不表达相同的基因。这被称为基因的“时间调控”。在体内，不同的细胞表达不同的基因，从而产生不同的蛋白质。例如，肝细胞和淋巴细胞表达不同的基因。这被称为基因的空间调控。因此，在人体细胞中，基因的激活受到空间调控（位于不同位置和器官的细胞产生不同的蛋白质）和时间调控（同一细胞在不同时间产生不同的蛋白质）。蛋白质由DNA中包含的信息合成，并执行多种细胞功能。蛋白质可以是结构蛋白（负责细胞的形状和大小），也可以是功能蛋白，例如酶、信号传导中间体、调节蛋白和防御系统蛋白。然而，任何类型的基因缺陷都会导致蛋白质缺陷或改变蛋白质折叠，从而损害身体功能并引发疾病。图1.4展示了转录和翻译过程及其重要步骤的概要。表 1.1。 转录过程中涉及的因素真核生物转录转录因子（TF）函数TFIIDTATA 结合它识别蛋白质（TBP）塔塔盒子亚基TBP相关调控DNA因素TBP 的结合TFIIB识别TFIIB识别元件（BRE）；定位RNA聚合酶（RNA pol）TFIIF稳定RNA聚合酶；吸引TFIIE和TFIIFTFIIE调节TFIIHTFIIH在转录起始点解开DNA双螺旋；从启动子释放RNA聚合酶。 它展示了转录和翻译的过程。转录发生在细胞核内，需要三种聚合酶：RNA聚合酶I用于rRNA的转录，RNA聚合酶II用于mRNA的转录，RNA聚合酶III用于rRNA和tRNA的转录。RNA聚合酶II通过与七种转录因子（TFIIA、TFIIB、TFIID、TFIIE、TFIIH和TFIIJ）结合来启动转录过程。合成后，前体RNA转录本经过加工形成mRNA，包括通过剪接去除内含子、加尾和加帽。蛋白质合成始于核糖体和起始tRNA复合物与mRNA起始密码子（AUG）的结合，并涉及11种因子。氨基酸通过肽键的形成而依次添加，从而实现肽链的延伸。随后，多肽可以折叠或与其他生物分子结合，并可能经历糖基化或磷酸化等翻译后修饰，以发挥其生物学功能。 生物技术工具被用于基因改造，以获得或丧失蛋白质的功能。通过移除、添加或修改生物体基因组或染色体中的基因来改变蛋白质信息的技术被称为基因工程或重组DNA技术（图1.5）。DNA重组使得人类基因组测序成为可能，并为新兴的生物信息学、纳米医学和个体化治疗领域奠定了基础。牛、山羊、绵羊、老鼠、玉米、马铃薯和烟草等多细胞生物已被基因工程改造，以生产对人类有益的物质。基因工程彻底改变了医学，使得大规模生产安全、纯净、更有效的人体自然产生的生物化学物质成为可能[ 20-22 ]。 重组DNA技术的过程如下：首先从人细胞核中分离出目的基因，并将其克隆到质粒载体中。然后，利用DNA连接酶将该基因连接到质粒上。最后，将该载体转化到细菌宿主中。经过适当的筛选后，当细菌繁殖时，可以扩增该基因；或者可以对该基因进行测序；或者可以表达该基因以产生蛋白质。 技术进步带来了诸多成果，包括：(1) 大量生物制药和疫苗的问世；(2) 新的、更具针对性的诊断方法；(3) 提高农作物产量并引入优良性状；(4) 有效治理污染物以实现可持续环境实践；(5) 通过DNA指纹图谱和分析技术为法医专家提供帮助；(6) 用于生产工业重要产品的发酵技术。这些成果不胜枚举，极大地促进了全球生物技术产业的经济发展[ 16 ]。生物技术产业及其产品受到美国食品药品监督管理局 (FDA)、环境保护署 (EPA) 和美国农业部 (USDA) 等多个政府机构的监管。医学生物技术 生物技术领域应用广泛，涉及重组药物、组织工程产品、干细胞和基因治疗等再生医学以及其他众多旨在改善人类生活的生物技术产品的生产（图1.6）。生物技术工具能够以工业规模生产纯化的生物治疗剂，其中包括新型药物和以往只能少量获得的药物。古代中国、印度和波斯就使用过粗制疫苗。例如，在东方，用含有天花病毒的痂皮进行接种的做法已持续数个世纪。1798年，英国乡村医生爱德华·詹纳证明，用感染牛痘病毒的疮脓进行接种可以预防天花，而且风险要低得多。这标志着疫苗接种的开端。人类从疫苗接种计划的实施中获益匪浅。 自早期重组DNA技术（RDT）实验以来，生物技术取得了巨大的进步，蓬勃发展且利润丰厚的生物技术产业也由此诞生。RDT引发了医学领域的多次革命。安全有效的药物、加速的药物研发、更完善的诊断方法以及快速检测活动性或潜伏性感染的方法、新型安全疫苗的研发，以及全新的治疗药物和其他医疗应用，都为其增添了辉煌的成就。这项技术彻底改变了人们对囊性纤维化和癌症等多种疾病的认识。作为重要领域之一的药物生物技术，利用动物或肿瘤细胞、白细胞或细胞（原核生物、哺乳动物细胞）的杂交体，生产出比传统生物制药更安全、更有效、更经济的版本。新生物制药或药物的上市需要经过筛选和开发。小鼠曾被广泛用作筛选实验动物。然而，随着动物保护意识的增强，动物细胞培养为药物筛选和疗效测试提供了准确且经济的细胞来源。药物生物技术的最大潜力在于基因疗法和干细胞疗法。许多遗传性疾病的根本缺陷原因现已被定位和阐明。基因疗法是将功能基因插入细胞，以取代缺陷基因，从而预防、控制或治愈疾病。它还包括添加前药或细胞因子基因，以消除或抑制肿瘤生长，用于癌症治疗。 但许多科学家认为，目前的进展仅仅是个开始。他们相信，在不久的将来，“靶向疗法”的改进将显著提高药物的安全性和有效性。预测技术的发展可能会开启疾病预防的新时代，尤其是在一些快速发展的经济体中。然而，风险不容忽视，因为新的发展和发现也带来了新的问题，尤其是在基因治疗、干细胞研究的伦理以及基因组信息的滥用等领域。 许多临床使用的生物治疗药物都属于生物技术制药。胰岛素是最早的重组药物之一。加拿大生理学家弗雷德里克·班廷和查尔斯·贝斯特于1921年发现并分离了胰岛素。当时，许多被诊断患有糖尿病的患者在几年内死亡。20世纪60年代中期，多个研究团队报告了胰岛素的合成。 首个“生物工程”药物——重组人胰岛素——于1982年获得美国食品药品监督管理局（FDA）批准。在此之前，胰岛素只能从供应有限的牛或猪胰腺组织中提取。通过将人类胰岛素基因导入细菌，科学家们实现了胰岛素的大规模生产，从而挽救了无数生命。在不久的将来，糖尿病患者或许能够吸入胰岛素，从而无需注射。吸入式胰岛素产品如Exubera®曾获得美国FDA批准；然而，该产品已被撤回，其他产品，如Technosphere®胰岛素（Afrezza®），目前正在研究中。这些产品或许能够缓解餐前胰岛素的需求。Afrezza是一种餐前胰岛素粉末，装在吸入式药筒中，供患者口服吸入。 技术圈技术：该技术允许通过肺部途径给药，而以往这些药物必须通过注射给药。这些制剂具有广泛的理化特性，并由多种药物制成，包括蛋白质或小分子，其性质可以是疏水性或亲水性，也可以是阴离子或阳离子。该技术不仅适用于肺部给药，还可用于其他给药途径，包括局部肺部给药。 首个重组疫苗于1986年获批，其生产方法是将乙型肝炎病毒的基因片段克隆到酵母中（默克公司的Recombivax HB）。该片段经酵母的遗传机制翻译成一种抗原蛋白。这种抗原蛋白存在于病毒表面，能够刺激免疫反应。这样就避免了从乙型肝炎感染者的血清中提取抗原的麻烦。 1997年，美国食品药品监督管理局（FDA）批准的生物技术药物数量超过了此前几年的总和。FDA已批准多种重组药物用于治疗人类疾病，包括艾滋病、贫血、癌症（卡波西肉瘤、白血病、结直肠癌、肾癌和卵巢癌）、某些循环系统疾病、某些遗传性疾病（囊性纤维化、家族性高胆固醇血症、戈谢病、血友病A、重症联合免疫缺陷病和特纳综合征）、糖尿病足溃疡、白喉、生殖器疣、乙型肝炎、丙型肝炎、人类生长激素缺乏症和多发性硬化症。目前，已有超过100种重组药物和疫苗问世。由于分子诊断测试和重组疫苗具有高效、安全、成本相对较低等优点，它们对于对抗发展中国家长期存在的疾病，如利什曼病（一种引起发烧和病变的热带感染）和疟疾，可能具有特别重要的意义。 干细胞研究前景广阔，具有治疗神经退行性疾病、脊髓损伤以及其他与器官或组织丧失相关的疾病的巨大潜力。 DNA分析是另一种强大的技术，它通过对两个或多个个体进行限制性片段长度多态性（RFLP）分析，并利用微卫星重复序列（MSRS）探针进行检测，来比较DNA图谱[ 14 ]。其改进方法——DNA图谱分析（即对两个或多个个体的STS标记DNA图谱进行匹配的过程；参见第18章），利用多位点PCR分析嫌疑人和受害者的DNA，非常有效，可用于刑事调查、亲子鉴定以及许多其他法律问题。该分析在刑事调查中非常有用，它涉及对犯罪现场毛发、体液或皮肤样本中的DNA进行评估，并将其与从嫌疑人身上获得的DNA进行比较。 提高诊断和治疗能力 2003年人类基因组测序的完成，为科学家们提供了极其丰富的“零件清单”，使他们能够更好地理解疾病发生的原因和机制。它也极大地增强了基因表达谱分析的能力。基因表达谱分析是一种在称为微阵列的玻璃载玻片上同时监测数千个基因表达的方法。这项技术可以预测癌症的侵袭性。 1975年单克隆抗体的问世引发了一场医学革命。人体正常情况下会产生多种抗体——免疫系统蛋白——它们保护我们的身体，清除微生物和其他外来入侵者。通过将产生抗体的细胞与骨髓瘤细胞融合，科学家们得以生成一种抗体，这种抗体如同“魔弹”一般，能够与炎症细胞表面的特定靶点结合，这些靶点包括被称为抗原决定簇（表位）的独特标记。当用放射性同位素或其他造影剂标记后，单克隆抗体可以帮助检测癌细胞的位置，从而提高手术和放射治疗的精准度，并在48小时内显示肿瘤是否对化疗有反应。 聚合酶链式反应（PCR）是一种扩增微小DNA片段的方法，最早于20世纪80年代中期被发现，它对于开发能够快速检测人类免疫缺陷病毒（HIV）暴露情况的血液检测方法至关重要。目前，许多罕见的单基因疾病，例如血友病、杜氏肌营养不良症、镰状细胞贫血症、地中海贫血症等，都可以进行基因检测。 蛋白质组学是另一个快速发展的领域，它主要研究蛋白质的分析和鉴定。该分析方法首先对样品进行二维凝胶电泳，然后对每种蛋白质进行质谱分析。这项技术有助于检测生物样品中与疾病相关的蛋白质。这些蛋白质甚至可以在症状出现之前就指示疾病的早期迹象。C反应蛋白就是这样一种标志物，它是血管壁炎症变化的指标，预示着动脉粥样硬化的发生。 纳米医学是一个快速发展的领域。科学家们正在开发各种直径仅为百万分之一英寸的纳米颗粒和纳米器件，以改善癌症检测、增强免疫反应、修复受损组织并抑制动脉粥样硬化。美国食品药品监督管理局（FDA）已批准一种紫杉醇白蛋白稳定的纳米颗粒制剂（Abraxane®，注射用混悬液，由Abraxis BioScience公司生产）用于治疗转移性胰腺腺癌。在美国，纳米颗粒正被用于探索在心脏病患者中，以期在血管成形术后保持心脏动脉畅通。 治疗性蛋白质是指当患者体内天然蛋白质水平因疾病而降低或缺失时，可以替代这些蛋白质的物质。利用先进的机器人和计算机技术进行的高通量筛选，使科学家能够在一天内测试数万种小分子，以评估它们与“靶点”（例如大脑中神经递质的受体）结合或调节其活性的能力。其目标是在提高治疗性蛋白质或潜在药物发现速度和准确性的同时，降低成本并提高上市药物的安全性。 许多用于检测的分子也具有治疗潜力，例如单克隆抗体。单克隆抗体已被批准用于治疗多种疾病，如癌症、多发性硬化症和类风湿性关节炎。目前，它们正在患者身上进行试验，作为治疗哮喘、克罗恩病和肌营养不良症的潜在疗法。由于这些抗体可以有效地靶向特定的细胞表面标志物，因此它们被用于将致命剂量的毒性药物递送至癌细胞，同时避免对附近正常组织造成附带损伤。 农业生物技术 人类在作物增产方面取得了巨大进步；然而，作物的最终产量仍然低于其全部遗传潜力。造成作物产量下降的原因有很多，例如环境胁迫（如降雨、寒冷、霜冻等天气条件）、病虫害以及其他诸多因素，这些都会降低最终预期产量，从而影响作物生产力。目前正在努力培育不受季节限制或在霜冻或干旱条件下都能生长的作物，以最大限度地利用土地，这最终将影响作物生产力[ 24 ]。农业生物技术旨在引入可持续的农业实践，以实现最佳产量潜力并最大限度地减少对环境的不利影响（图1.7）。例如，防治病虫害曾是一项重大挑战。因此，人们将来自细菌的Bt基因（一种抗虫基因）导入棉花、玉米和大豆等作物中，该基因能够帮助作物抵抗病原体的入侵，这种工具被称为Bt基因技术。这种管理方法有助于减少作物上使用潜在危险的杀虫剂。农药的少量或最低限度使用不仅有利于作物生长，而且大大减少了农药对环境的污染负荷[ 24 ]。图 1.7。 在新标签页中打开 农业生物技术的各种应用 通过基因工程增强对传染性病原体的抵抗力 转基因作物 以下cry基因编码的蛋白质控制着针对它们的害虫： Cry I Ac 和 Cry II Ab 可防治棉铃虫。 Cry I Ab 可防治玉米螟。 Cry III Ab 可防治科罗拉多马铃薯甲虫。 Cry III Bb 可防治玉米根虫。 该基因来自土壤细菌。 该基因产生一种名为Cry蛋白的晶体蛋白。目前已鉴定出100多种不同的Bt毒素变体，它们对鳞翅目昆虫的靶标特异性各不相同。例如，CryIa靶向蝴蝶，CRYIII靶向甲虫。 这些 Cry 蛋白对烟草芽虫、粘虫和甲虫等昆虫的幼虫有毒。 Cry蛋白以无活性的前毒素形式存在。 这些物质被昆虫摄入后，在肠道的碱性pH环境下溶解，转化为活性毒素。 毒素被激活后，会与中肠上皮细胞表面结合，形成孔隙，导致细胞肿胀和溶解，最终导致昆虫（幼虫）死亡。 编码这种蛋白质的基因（cry基因）从细菌中分离出来，并被导入到棉花、番茄、玉米、水稻和大豆等多种农作物中。 预防线虫感染 线虫会感染烟草植株，降低其产量。 利用介导转化将寄生虫的特定基因（以 cDNA 的形式）导入植物。 基因的引入方式使得既能产生正义/编码 RNA，又能产生反义 RNA（与正义/编码 RNA 互补）。 由于这两个 RNA 是互补的，它们形成双链 RNA（ds RNA）。 它通过一种称为 RNA 干扰的过程，中和线虫的特定 RNA。 因此，寄生虫无法在转基因宿主中繁殖，转基因植物也因此免受害虫侵害。 这些抗性作物减少了农药的使用量。在没有病原体侵袭和使用杀虫剂的情况下，产量依然很高。这也有助于减少环境中这些有毒化学物质的含量。 国际热带农业生物技术实验室（ILTAB）正利用转化技术及其应用，培育无病毒病害的水稻、木薯和番茄。1995年，ILTAB首次报道了将抗性基因从野生型水稻转移到易感栽培水稻品种。转移的基因表达并赋予水稻对稻瘟病菌（Xanthomonas oryzae）的抗性。该抗性基因已被转移到易感水稻品种中，目前全球种植面积超过2400万公顷[ 6 ]。 重组DNA技术通过省略劳动密集且耗时的传统育种过程，缩短了从特定基因鉴定到将其应用于作物改良的时间[ 3 ]。例如，可以在一代之内改变植物中已知的基因，以提高产量、增强对恶劣环境条件的耐受性或提高抗虫性，并将改良后的基因遗传给后代。植物细胞和组织培养技术是该技术的应用之一，它能够大规模地培育和繁殖无病毒植物，不受季节限制（微繁殖），还可以培育单倍体或进行胚胎拯救。此外，该技术还为杂交两个经过基因改造的品种或两个不亲和的品种（原生质体培养）提供了可能，从而获得最佳栽培品种。 借助科技，有望研发出新型、改良且安全的农产品，这将有助于维护无污染的环境。生物技术具有生产以下产品的潜力： 高作物产量[ 4 ] 农作物经过基因改造，具有理想的营养成分和更好的口感（例如，番茄和其他食用作物中维生素 C、维生素 E 和/或 β-胡萝卜素含量增加，可以预防某些常见慢性疾病的风险；而大米中铁含量增加，可以预防贫血）。 抗虫抗病植物 基因改造避免了非选择性改变 延长水果和蔬菜的保质期 生物技术的潜力有助于提高农业、食品和饲料产量，保护环境，减少污染，维持农业生产方式的可持续性，并改善人类和动物健康。一些农作物，例如玉米，以及海洋生物，可以作为生物燃料生产的潜在替代品。该过程的副产品可以进一步加工，生产各种产品的其他化学原料。据估计，在下个世纪上半叶，世界对化学品和燃料的需求可以通过此类可再生资源得到满足[ 5 ]。 食品生物技术 食品生物技术是一个新兴领域，它能够提高食品产量，改善食品的营养成分和口感。由于减少了农药和杀虫剂的使用，食品更加安全有益。该技术旨在生产风味更佳、富含维生素和矿物质、烹饪后脂肪吸收量更低的食品。食品生物技术还可以去除食品中的过敏原和有毒成分，从而提高食品的利用率[ 6 , 7 ]。 环境生物技术 环境生物技术主要致力于维护环境，使其免受污染，水体洁净，大气中不含有毒气体。因此，它涉及废物处理、环境变化监测和污染预防。生物修复是环境生物技术的主要应用，它利用高等生物（植物：植物修复）或某些微生物物种对有害物质进行净化或转化。酶生物反应器也在开发中，它可以预处理一些工业和食品废弃物成分，使其通过污水系统而非固体废物处理机制排出。利用废弃物生产生物燃料（沼气）可以解决燃料危机。可以通过基因工程改造微生物，使其产生将植物材料转化为可生物降解塑料所需原料的酶。在某些情况下，这些治理污染的微生物的副产品本身也很有用。例如，可以从一种能够降解硫磺液（造纸废料）的细菌中获得甲烷。这种甲烷可以用作燃料或用于其他工业过程。抗虫害作物减少了杀虫剂和农药的使用量及其对环境的污染。抗虫害作物降低了农民和地下水接触化学残留物的风险，同时为农民提供了整个生长季的虫害控制。 工业生物技术 工业生物技术是指利用生物技术工具（生物加工）进行生物技术衍生产品（燃料、塑料、酶、化学品及其他多种化合物）的工业化生产。其目标是开发新型工业制造工艺和产品，使其经济高效，性能优于现有工艺，且对环境的影响最小。在工业生物技术中，(1) 研究利用微生物生产发酵产品（如奶酪）等物质产品；(2) 建立生物炼制厂，将油脂、糖类和生物质转化为生物燃料、生物塑料和生物聚合物；(3) 利用生物质生产高附加值化学品。现代技术的应用可以提高纺织、造纸、纸浆和化学品制造等工业过程的效率，并降低其对环境的影响。例如，开发和使用生物催化剂（如酶）来合成化学品，以及开发抗生素和改善口感的酒类并将其应用于食品工业，都为可持续生产提供了安全有效的加工方法。纺织工业中的生物技术工具被用于织物和服装的后整理。生物技术还能生产蜘蛛丝和生物技术衍生棉，这种棉花更保暖、更结实，并且具有更好的染色性和保持性、更强的吸水性以及抗皱和抗缩水性。 生物燃料可以来源于光合生物，这些生物能够捕获太阳能，并将其转化为碳水化合物和油脂等其他产物，然后储存起来。不同的植物都可以用来生产燃料： 生物乙醇可以从糖类（如甘蔗或甜菜）或淀粉类（如玉米）中提取。这些原料经发酵后可制成乙醇，乙醇是一种常用的液体燃料，常用于交通运输。 生物柴油可以从油棕、大豆或藻类等植物的天然油脂中提取。它们可以直接在柴油发动机或炉子中燃烧，也可以与石油混合，生产生物柴油等燃料。 木材及其副产品可以转化为液态生物燃料，例如甲醇或乙醇，或者转化为木煤气。木材也可以像爱尔兰木一样作为固体燃料燃烧。 在这些生物反应中，生物能源和生物燃料生产过程中会产生许多具有重要经济价值的可再生化学品，例如乙酰丙酸、衣康酸和山梨醇。这些化学品具有巨大的经济潜力，其有效利用取决于政府和私营部门在研发方面的合作。 酶的生产 酶具有重要的商业和工业意义。它们广泛应用于食品工业、皮革工业、制药、化工、洗涤剂和科研等领域。在洗涤剂领域，丹麦诺和锐工业公司曾使用碱性蛋白酶枯草杆菌蛋白酶（来自枯草芽孢杆菌）。酶的生产是一项重要的工业应用，全球市场规模约为50亿美元。酶可以从动物、植物或微生物中获得。由于微生物易于培养，培养基要求简单，且易于规模化生产，因此从微生物中生产酶是首选方法。重要的工业应用酶包括食品工业、人类应用和科研领域。一些动物酶也很重要，例如纤溶酶原激活剂，它们作用于无活性的纤溶酶原，将其激活为纤溶酶，从而破坏血栓的纤维蛋白网络。一些纤溶酶原激活剂包括尿激酶和组织型纤溶酶原激活剂（t-PA）。尿激酶（来源于尿液）难以大量获取；因此，t-PA是从培养基中培养的细胞中提取的。链激酶（一种细菌酶）也是一种纤溶酶原激活剂，但它不具有特异性且具有免疫原性。 人们也在尝试利用酶工程技术，通过修饰特定的氨基酸残基来改善酶的性能。凝乳酶（也称凝乳酶）就是其中一种，它能使牛奶凝固，用于奶酪生产。 这些酶可以通过培养细胞来生产，即在合适的培养条件下，用适当的底物培养细胞。经过最佳培养时间后，可通过细胞破碎（酶解/冻融/渗透冲击）获得酶，随后进行制备步骤（离心、过滤）、纯化和分析。最后，产品进行包装并投放市场。 这些酶生产完成后，可以固定在多种材料（琼脂、纤维素、多孔玻璃或多孔氧化铝）上，以便后续重复使用。一些重要的工业酶包括α-淀粉酶（用于淀粉水解）、葡糖淀粉酶（用于糊精水解）、β-半乳糖苷酶（用于乳糖水解）、氨酰酶（用于酰化L-氨基酸的水解）、葡萄糖氧化酶（用于葡萄糖氧化）和荧光素酶（用于生物发光）。一些重要的医学酶包括用于溶解血栓的尿激酶和t-PA，以及用于去除肿瘤生长必需的L-天冬酰胺的L-天冬酰胺酶，后者可用于白血病化疗。 探索利用藻类生产生物燃料 当前人口的能源需求不断增长，而化石燃料正迅速枯竭。因此，世界各地都在探索太阳能、风能、水能和生物质能等可再生能源。微藻是一种潜在的原料，它们是生长迅速的光合生物，生长需要二氧化碳、一些营养物质和水。微藻能够产生大量的脂质和碳水化合物，这些物质可以加工成各种生物燃料和具有重要商业价值的副产品。利用藻类生物质生产生物燃料具有以下优势：(1) 藻类可以全年生长，因此其产量高于其他油料作物；(2) 藻类对高浓度二氧化碳具有很高的耐受性；(3) 用水量少；(4) 藻类生长潜力高，无需使用除草剂或杀虫剂（废水可用于藻类培养）；(5) 藻类能够适应恶劣的大气条件；(6) 藻类不需要占用农田，因此不会影响传统作物的产量。图1.8示意性地表示了利用藻类生产各种生物燃料的过程。图 1.8。 在新标签页中打开 利用微藻生产不同生物燃料的方法。微藻利用阳光、二氧化碳、水和一些营养物质。 藻类可作为生物燃料生产的潜在来源；然而，生物质产量较低。其生产存在一定的局限性，因为培养成本高，需要高能耗[ 1 ]。 海洋或水生生物技术 海洋或水生生物技术，也称为“蓝色生物技术”，致力于探索和利用世界海洋资源。多年来，水生或海洋生物一直吸引着人们的目光，也是许多人的生计来源。由于地球表面大部分被水覆盖，因此近75-80%的生物种类生活在海洋和水生系统中。海洋生物技术研究海洋生物结构和生理的多样性。它们各具特色，在陆地上找不到对应的物种。人们已经探索和利用这些生物进行各种应用，例如寻找癌症新疗法或开发其他海洋资源，因此该领域正逐渐获得发展动力和经济机遇[ 19 ]。据估计，其全球经济效益非常可观。该领域的目标是： 满足日益增长的粮食供应需求 鉴定和分离可能对人类健康有益的重要化合物。 改造海洋动物的现有性状以改善它们 保护海洋生态系统，并了解海洋中发生的地球化学过程。 本文探讨了其中一些主要应用： 水产养殖：水产养殖是指为了商业目的而在人工养殖条件下饲养水生生物。这些动物包括贝类、鱼类等等。海水养殖是指养殖海洋动物。它们的主要用途包括食品、食品配料、药品和燃料，这些产品需求量很大，许多行业都涉足水产养殖业，例如小龙虾养殖（路易斯安那州）、鲶鱼养殖（阿拉巴马州和密西西比三角洲）以及鳟鱼养殖（爱达荷州和西弗吉尼亚州）。 生物技术发现和产品。 药用应用：对于骨质疏松症，具有 20 倍高生物活性的鲑鱼降钙素（降钙素是一种促进钙吸收和骨骼钙化的甲状腺激素）有注射剂和鼻喷雾剂两种剂型。 羟基磷灰石（HA）：提取自珊瑚礁，是骨骼和软骨基质的重要组成部分。Interpore International公司生产的羟基磷灰石植入物可用于填充骨折部位的缺损。 足丝：是从贻贝（ Mytilus edulis ）中提取的富含蛋白质的超强粘附性弹性纤维。虽然提取成本较高，但足丝在外科缝合线、人工肌腱和韧带移植等领域具有广泛的应用前景。 从海洋生物中已经发现了许多具有抗炎、镇痛、抗癌作用的化合物，这些化合物对人类健康具有巨大的潜力。 河豚毒素（TTX）是日本河豚（Fugu rubripes）产生的一种剧毒毒素（毒性是氰化物的10000倍）。目前，人们正利用TTX研究其对钠离子通道的影响，这有助于开发具有麻醉和镇痛作用的药物。其他产品 转基因鲑鱼品种，即含有生长激素基因的鲑鱼，其生长速度加快。 蓝蟹蜕皮抑制剂（MIH）会导致软壳蟹的出现。 一种新型抗冻蛋白（AFP）已被鉴定。AFP 已从生活在加拿大东部沿海的北方鳕鱼（一种底栖鱼类）和生活在南极极寒地区的硬骨鱼中分离出来。此外，AFP 还从胡瓜鱼（ Osmerus mordax）、鲱鱼（ Clupea harengus）、美洲鲽（ Pleuronectes americanus）等多种鱼类中分离出来。由于其具有抗冻特性（可将最低冰点降低 2-3°C），该基因具有培育耐寒植物（例如番茄）的潜力。 绿色荧光蛋白：一种广受欢迎的绿色荧光蛋白（GFP）是从维多利亚多管发光水母（Aequorea victoria）中提取的。它能发出荧光，因此可以在黑暗中发光。许多海洋微生物都具有生物发光能力。GFP被广泛用作基因克隆、表达和转基因实验中的报告基因。2004年，德克萨斯州约克镇工业公司（Yorktown Industries）培育出一种名为GloFish的转基因斑马鱼。这种斑马鱼携带了从海葵中提取的红色荧光蛋白基因，是市场上首个转基因宠物。 用于 PCR 反应的来自水生栖热菌的 Taq 聚合酶，是从温泉古菌中获得的。 从弧菌中提取的胶原酶（蛋白酶）用于组织工程和培养。 转基因动物和植物 20世纪80年代初，将人类DNA插入小鼠和其他动物体内成为可能。这些动植物的每个细胞都含有外源基因，被称为转基因生物，而插入的基因则被称为转基因。在这些转基因动物中表达人类基因可用于研究，例如作为糖尿病、动脉粥样硬化和阿尔茨海默病等疾病的模型。它们还可以大量生产具有潜在治疗价值的人类蛋白质。转基因植物也为生产各种生物制药提供了许多经济、安全且实用的解决方案。人们已经通过基因工程改造植物，使其能够生产多种血液制品（如人血清白蛋白、细胞因子）、人类生长激素、重组抗体和亚单位疫苗。 利用转基因植物生产重组药物可能为生物技术开辟新的途径。由于植物种植成本低廉且所需条件简单，因此它们可能具有巨大的治疗潜力。人们已经通过基因工程改造植物，使其能够生产更多营养物质或延长保质期。目前已培育出一些转基因植物，例如含有抗虫基因的转基因棉花、大豆和玉米。如今，数十亿英亩的土地被用于种植转基因棉花、玉米和大豆，因为它们产量更高且具有抗虫害能力。然而，由于社会、伦理和生物安全问题，这些作物在许多地方既受到欢迎也遭到拒绝，并且在世界许多地区引发了健康和环境方面的担忧[ 8 ]。 应对抗生素耐药性 抗生素是由某些微生物（细菌和真菌）产生的广泛使用的治疗分子之一，可用于多种临床情况，以清除细菌、改善症状和预防感染。除了临床应用外，抗生素还有许多其他用途。它们可用于治疗肿瘤、肉类、牛羊等牲畜的疾病，以及基础生物技术研究。然而，抗生素的有效性令人担忧，因为细菌持续接触某些抗生素可能会由于突变的积累而产生耐药性。如今，耐药菌的数量不断增加，其中一些已经发展出多重耐药性。因此，结核病和麻风病等疾病的治疗变得非常困难。生物技术正在解决日益严峻的抗生素耐药性问题。借助生物信息学——能够分析数十亿比特基因组序列数据的强大计算机程序——科学家们正在破解细菌的遗传密码，并发现易受高通量筛选化合物攻击的“弱点”。这项工作最终促成了 2000 年 Zyvox（利奈唑胺）的获批，这是一种历经 35 年才得以上市的抗生素。 裂解性噬菌体病毒能够感染并杀死细菌，这可能是对抗耐药性的另一种方法。噬菌体疗法最初于20世纪20年代用于治疗感染，但随着抗生素的出现，其应用逐渐被人们所忽视。然而，前苏联加盟共和国格鲁吉亚的研究人员报告称，一种浸渍了噬菌体和抗生素环丙沙星的可生物降解聚合物成功治愈了耐药菌感染的伤口。 案例研究 格鲁吉亚利亚村的三名伐木工在接触锶-90后出现全身性反应，其中两人发展为严重的局部放射损伤，随后感染了金黄色葡萄球菌。入院后，患者接受了包括抗生素和外用药膏在内的多种药物治疗；然而，伤口愈合效果不佳，金黄色葡萄球菌感染也未能根除。入院约一个月后，开始使用PhagoBioDerm（一种由浸渍了环丙沙星和噬菌体的可生物降解聚合物组成的伤口愈合制剂）进行治疗。脓性分泌物在2-7天内停止。临床症状的改善与病原体的快速（7天）清除有关，导致感染的金黄色葡萄球菌菌株对多种抗生素（包括环丙沙星）耐药，但对PhagoBioDerm制剂中所含的噬菌体敏感[ 11 ]。 技术面临的挑战 基因疗法 一些生物技术改善健康的手段比其他手段更具挑战性。基因转移就是一个例子，它用正常功能的基因替换缺陷基因。在大多数情况下，正常基因是通过经过基因改造的病毒递送到靶组织的，这种病毒经过基因改造后变得无害。1990年，美国国立卫生研究院（NIH）对患有严重联合免疫缺陷（SCID）的阿桑蒂·德席尔瓦（Ashanti DeSilva）进行了首次体外基因转移实验，该实验帮助增强了她的免疫反应，并成功纠正了一种酶的缺乏。然而，她需要每隔几个月接受一次治疗。9年后，基因治疗试验遭遇了重大挫折：18岁的杰西·格尔辛格（Jesse Gelsinger）患有鸟氨酸转氨甲酰酶（OTC）缺乏症，由于基因治疗后出现强烈的炎症反应而死亡。基因治疗试验中既有成功的经验，也有失败的教训，这促使临床试验制定了更严格的安全要求。 设计师宝宝 “定制婴儿”这个时髦词汇是媒体创造出来的。社会上许多人偏爱拥有更优良性状、智力和智慧的胚胎。他们希望通过基因编辑技术来选择胚胎。这项技术尚处于起步阶段，但有可能给社会带来诸多变化，因此需要制定相应的指导方针。 转基因食品 转基因作物因其抗虫基因而被种植在数十亿英亩的土地上。这些作物因其高产和抗虫性而广受欢迎。然而，一些害虫逐渐对部分转基因作物产生了抗药性，构成了抗性害虫的威胁。其他一些技术，例如“叛徒”和“终结者”技术，则对作物生物多样性构成严重威胁，并可能给作物带来负面性状（由于公众的强烈反对，这些技术最终未能推广应用）。 药物基因组学 科学家们并不认为他们能找到每种疾病的单一致病基因。因此，他们正在研究基因之间的关系，并探索人群中是否存在基因密码的变异，即单核苷酸多态性（SNP）。这些变异可能增加罹患特定疾病的风险，或决定个体对特定药物的反应。这种将风险和疗效与基因变异关联起来的强大能力，正在推动“个体化医疗”的发展。其目标是通过制定与患者特定基因特征相匹配的治疗方案，实现疾病预防、早期诊断和更有效的治疗。 组织工程 组织工程是新兴领域之一，具有巨大的潜力，可为多种疾病提供替代组织和器官。虽然已经取得了许多成就，但仍有许多目标需要实现。 伦理问题 对前沿研究的追求“使我们更接近最终目标，即通过现代医学所能提供的最佳护理来消除残疾和疾病”。了解心脏病和癌症的遗传学将有助于开发筛查工具和干预措施，从而帮助防止这些毁灭性疾病蔓延到世界上发展最快的经济体。 生物技术本身是一种中立的工具；然而，它的能力却引发了一些令人不安的伦理问题。准父母是否应该被允许“改造”胚胎的生理特征？科学是否应该干预人类生殖细胞系，或者这样做是否会从根本上、不可逆转地改变人类的本质？ 更直接地说，如果条件允许，研究人员难道不应该运用生物技术来消除种族和族裔群体之间的健康差异吗？虽然基因变异是导致健康结果差异的众多因素之一（其他因素包括环境、社会经济地位、医疗保健服务获取、压力和行为），但随着科学家能够从不同人群的DNA数据库中挖掘数据，他们应该能够分析这些因素以及其他因素所起的作用。 生物技术与完善的医疗保健基础设施相结合，可以解决复杂的健康问题。但必须克服获取新型筛查测试、疫苗和药物的途径，以及文化、经济和政治方面的障碍。研究必须纳入更多弱势群体，这就需要消除他们长期以来对医学科学的种种疑虑。 生物技术已成为一股重要的力量，它极大地改善了人们的生活质量，并给人类带来了不可估量的益处。然而，由于一些意想不到的后果，技术也可能造成危害。每项技术都需接受伦理评估，并需要采取不同的伦理方法。显然，鉴于技术可能对世界产生重大影响，变革势在必行；因此，我们应该遵循正义的原则。预测后果存在不确定性，因为这项强大的技术有可能操纵人类自身。伦理考量更为重要，因为人类的未来可能会因此而改变，这需要我们认真关注和深思熟虑。因此，我们需要智慧来阐明我们对环境、动物、自然以及我们自身，为子孙后代所应承担的责任。我们需要区分技术本身的重要性，而不仅仅是技术能够做什么。对于一个至关重要的问题，即“这项技术是否能够实现”，研究必须回答“为什么要实现它？”以及“谁会从中受益？” 与安全相关的问题 随着新型转基因作物进入市场，其食用安全性和风险性问题成为人们关注的重要问题之一[ 2 ]。尽管与传统作物相比，转基因作物的安全性和使用效果已有较多报道，但人们对这些产品的未知担忧使其在许多地方仍不被接受[ 20 ]。 随着抗虫害品种（如转基因玉米和棉花）的培育和应用，昆虫和害虫的产生也存在风险，因为这些抗性昆虫种群可能会出现抗药性。另一个重要因素是，这些抗性作物可能会危害鸟类和蝴蝶等其他物种。 异花授粉可能会导致杂草产生抗除草剂的现象，从而难以控制，进而导致更多杂草的出现。 基因转移可能会跨越物种自然界限，影响生物多样性。 判断这些产品的使用，取决于对这些产品安全风险的清晰了解，以及对它们对环境、其他作物和其他动物物种的影响的判断。 技术的未来 凭借对科学的理解，我们应该明白，基因转移一直在动物和植物系统中发生；因此，生物技术衍生产品的风险与传统作物类似[ 12 ]。 如果生物技术产品有益且安全，就会被许多人接受。人们愿意购买不含杀虫剂和农药的农作物。如今，人们也开始接受不使用化肥或农药种植的、营养价值高的农作物。 产品标签也是一个伦理问题，因为有些人认为，将任何产品贴上生物技术标签可能会被消费者视为警告信号；然而，另一些人则认为应该贴标签，因为消费者完全有权知道自己正在消费什么[ 9 ]。如果消费者能够权衡利弊后接受生物技术食品，并且价格合适、营养价值更高、口感更好、食用安全，那么这些产品或许可以被接受[ 10 ]。 生物技术正处于公众恐惧和接受度的十字路口[ 15 ]。令人惊讶的是，治疗性产品均已被接受，并在生物制药行业占据重要地位，但粮食作物在全球范围内仍面临接受度方面的问题。世界粮食供应的未来取决于科学家、政府和食品行业能否有效地与消费者沟通，阐明该技术的益处和安全性[ 13 , 16 ]。目前正在开展多项重大举措，旨在加强监管流程，并通过开展教育项目更有效地与消费者沟通[ 18 , 23 ]。 本章总结 生物技术的优势如此广泛，以至于它几乎渗透到所有行业。它的应用领域十分广泛，例如制药、诊断、纺织、水产养殖、林业、化工、家居用品、环境治理、食品加工和法医鉴定等等。 生物技术使这些行业能够生产出新的或更好的产品，而且通常速度更快、效率更高、灵活性更强。 随着重组DNA技术的应用，人们生产出了更安全有效的药物。这些重组产品不会像从其他活细胞或死细胞来源获得的重组产品那样，引发不必要的免疫反应。许多此类疗法已获准用于人体，还有许多正处于研发阶段。 免疫学和基于DNA的技术，例如PCR（聚合酶链式反应），被用于疾病的早期诊断。PCR和核酸扩增检测（NAAT）结合微阵列技术可用于多种疾病的诊断，并能检测基因突变。 这项技术在干细胞研究和基因治疗方面具有应用前景，并且在法医学领域也有应用价值。 这项技术有助于培育实用有益的植物，克服了传统植物育种的局限性。植物组织培养、转基因和分子标记辅助选择等技术被广泛用于选育高产品种和赋予植物优良性状。 它还有助于通过生物修复和其他处理方式来维护环境。其应用领域包括： 食品工业。单细胞蛋白、螺旋藻、酶和固态发酵的生产。 提高和改善农业生产 治疗性药物的生产 疫苗和单克隆抗体的生产 用于疫苗生产的病毒培养 选择题 转基因作物能够耐受哪些非生物胁迫？ 昆虫 害虫 干旱 上述所有的 黄金大米是一种营养价值很高的作物，其营养价值体现在以下方面： 维生素A 维生素B 维生素C 维生素D和钙 编码 Cry 蛋白的 Bt 毒素基因是： bccryI dbcryII cryIAc cryIdb 首个上市的重组产品是： 生长激素 组织型纤溶酶原激活剂 因子 VIII 胰岛素 生物技术涉及： 基因改造生物体 治疗药物的生产 提高诊断水平 上述所有的 绿色革命是： 作物产量增加 改良作物品种 减少化肥和农药用量 所有这些 杀虫蛋白 Cry 不能杀死芽孢杆菌，因为： 它对此有抵抗力。 毒素被包裹在囊泡中。 毒素以非活性形式存在。 以上都不是。 DNA缺陷可通过以下方式修复： 基因治疗 替代蛋白疗法 干细胞疗法 所有这些 使用抗虫作物将是： 生产力将会提高。 化学试剂的使用量将会减少。 环境和作物将不含杀虫剂。 上述所有的。 生物修复在以下方面可能有所帮助： 解毒废物 掩埋废物 焚烧废料 以上都不是 下列哪些说法是正确的？ （1）在我们身体的所有细胞中，所有基因都处于活跃状态。 （2）在我们身体的不同细胞中，不同的基因处于活跃状态。 （3）基因表达在空间和时间上受到调控。 1、2、3 全部正确。 1和2都正确。 1和3是正确的。 2和3是正确的。 在一项经典实验中，爱德华·詹纳博士证明了： 接种单克隆抗体能够预防天花。 接种牛痘脓液可以预防天花。 减毒疫苗能够预防天花。 以上皆非。答案 1. (c)；2. (a)；3. (c)；4. (d)；5. (d)；6. (d)；7. (c)；8. (a)；9. (d)；10. (a)；11. (d)；12. (b) 复习题 Q1. 什么是 Cry 蛋白？它们的重要性是什么？ Q2. 请列举生物技术在农业中的一些应用。 Q3. 您对将生物技术食品标注为rDNA技术衍生产品有何看法？ Q4. 生物技术在环境保护方面有哪些应用？ Q5. 什么是医学生物技术？ Q6. 生物技术产业面临哪些挑战？ Q7. 您对转基因作物有什么看法？ 参考 1.Behera 等人 (2015) 藻类作为第三代生物燃料的应用前景。Front Bioeng Biotechnol 2: doi:10.3389/fbioe.2014.00090 [ DOI ] [ PMC 免费文章] [ PubMed ]2.Bruhn CM. 消费者关注点和教育策略：聚焦生物技术。食品科技。1992;46:80–102。 [谷歌学术]3.农业科学与技术委员会：“生物技术在作物中的应用：益处与风险”，议题文件，第12号，1999年12月4.美国农业部生物技术经济研究服务处对生物技术的定义5.Erickson B, Nelson JE, Winters P. 可再生化学品工业生物技术机遇展望. 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SAN DIEGO, May 13, 2026 (GLOBE NEWSWIRE) -- ARS Pharmaceuticals, Inc. (Nasdaq: SPRY), a biopharmaceutical company dedicated to empowering patients and their caregivers to better protect against severe allergic reactions that can lead to anaphylaxis, today announced the appointment of Donn Casale as President, effective June 1, 2026. Richard Lowenthal will continue to lead ARS Pharma as Chief Executive Officer. Mr. Casale is a 25-year biopharmaceutical commercial leader with extensive experience scaling innovative products in large consumer-driven healthcare markets, including categories where patients seek therapies that help reduce the risk of future serious medical events. As President, Mr. Casale will oversee global commercial operations and growth infrastructure as ARS Pharma prepares for its next phase of expansion, including advancement into chronic spontaneous urticaria (CSU). He will partner closely with the executive leadership team to help drive the company’s next phase of commercial and organizational growth. “We are very pleased to welcome Donn to the ARS team, where he will play a key role in leading our commercial strategy for neffy ® (epinephrine nasal spray) and accelerating adoption and sales growth,” said Richard Lowenthal, Co-founder and CEO of ARS Pharma. “Donn has built and led commercial organizations that successfully scaled innovative products in large, patient-driven markets similar to our own. His expertise in retail channel execution and payor access strategy will help further expand patient access and accelerate adoption of neffy , while also preparing ARS Pharma for its next phase of growth, including expansion into CSU. We look forward to the strategic perspective and leadership he will bring as we continue expanding access to lifesaving treatments for patients at risk of severe Type I allergic reactions.” Mr. Casale most recently served as Chief Commercial Officer at Dynavax Technologies, where he built the U.S. commercial infrastructure and helped scale the hepatitis B vaccine HEPLISAV-B® from launch to more than $300 million in annualized revenue and over 50 percent U.S. market share. He engineered a transformative commercial strategy and innovative retail pharmacy model that helped position HEPLISAV-B for significant commercial growth prior to Sanofi’s $2.2 billion acquisition of Dynavax. Prior to Dynavax, Mr. Casale held marketing and commercial operations leadership roles at Depomed (now Assertio Therapeutics) and spent 14 years at Merck in progressive leadership roles across the U.S. vaccines business, spanning sales leadership and commercial strategy. Mr. Casale holds a B.A. in Political Science from California Polytechnic State University, San Luis Obispo. “As the first and only needle-free, easy-to-carry epinephrine nasal spray approved in the U.S., neffy has fundamentally changed what is possible in the treatment of severe allergic reactions,” said Mr. Casale. “I believe we have a profound responsibility to increase awareness of the critical need for epinephrine and to serve as a tireless advocate for patients and caregivers. neffy represents a compelling opportunity to redefine preparedness and access in severe allergic reactions, and I look forward to helping drive ARS Pharma’s next phase of growth.” About ARS Pharmaceuticals, Inc. ARS Pharma is a biopharmaceutical company dedicated to empowering at-risk patients and their caregivers to better protect patients against allergic reactions that could lead to anaphylaxis. The Company is commercializing neffy ® (trade name EUR neffy ® in the EU and UK and 优敏速 ® in China), an epinephrine nasal spray indicated in the U.S. for emergency treatment of Type I allergic reactions, including anaphylaxis, in adult patients and pediatric patients who weigh 33 lbs. or greater, and in the EU for emergency treatment of allergic reactions (anaphylaxis) due to insect stings or bites, foods, medicinal products, and other allergens as well as idiopathic or exercise induced anaphylaxis in adults and children who weigh 15 kg or greater. For more information, visit . Forward-Looking Statements Statements in this press release that are not purely historical in nature are “forward-looking statements” within the meaning of the Private Securities Litigation Reform Act of 1995. These statements include, but are not limited to: the skillset and experience of ARS Pharma’s new president and expectations with respect to his future contributions to ARS Pharma and ARS Pharma’s ability to expand or grow its business; and other statements that are not historical fact. Because such statements are subject to risks and uncertainties, actual results may differ materially from those expressed or implied by such forward-looking statements. Words such as “anticipate,” “believe,” “can,” “could,” “expect,” “if,” “may,” “on track to/for,” “potential,” “plan,” “will,” “would,” and similar expressions are intended to identify forward-looking statements. These forward-looking statements are based upon ARS Pharmaceuticals’ current expectations and involve assumptions that may never materialize or may prove to be incorrect. Actual results and the timing of events could differ materially from those anticipated in such forward-looking statements as a result of various risks and uncertainties, which include, without limitation: potential safety and other complications from neffy ; the ability to obtain and maintain regulatory approval for neffy in its currently approved indications; the scope, progress and expansion of developing and commercializing neffy ; the scope, progress and expansion of developing our intranasal epinephrine technology; clinical trial results; the potential for governments and payors to delay, limit or deny coverage for neffy ; the size and growth of the market for neffy and the rate and degree of market acceptance thereof vis-à-vis intramuscular injectable products; ARS Pharma’s ability to protect its intellectual property position; and the impact of government laws, regulations and policies. Additional risks and uncertainties that could cause actual outcomes and results to differ materially from those contemplated by the forward-looking statements are included under the caption “Risk Factors” in ARS Pharma’s Annual Report on Form 10-K for the year ended December 31, 2025, filed with the SEC on March 9, 2026. This document can also be accessed on ARS Pharma’s website at by clicking on the link “Financials & Filings” under the “Investors & Media” tab. The forward-looking statements included in this press release are made only as of the date hereof. ARS Pharma assumes no obligation and does not intend to update these forward-looking statements, except as required by law. For more information, visit , and follow us on LinkedIn and X . ARS Investor Contacts: Justin Chakma ARS Pharmaceuticals justinc@ars-pharma.com ARS Media Contact: Christy Curran Sam Brown Inc. 615.414.8668 christycurran@sambrown.com