生物科学“+”化学工程学——生物工程

生物体就像一座化工厂，它吸取原料，利用自身的加工能力，将那些原料转变成各种各样的产物，满足有机体生存和活动需要。所谓生物工程，是一门利用生物科学和化学工程学的原理来加工生物材料或用生物及其制备物来加工原料，以提供所需商品和进行社会服务的综合科学技术。它包括发酵工程、酶工程、基因工程（又称遗传工程）和细胞工程四大学科。当前，在生物工程学研究方面已取得了重要进展和突破。随着人口的增长，解决21世纪人类的食物已成为重大问题。生物工程应用于农业的研究已取得了可喜的进展。
     例如，使生物中特定的部分在短期内增殖的技术已臻成熟，目前应用这种技术得到的高丽参、紫草、烟草等近30种植物的可用部分的含量已高于亲本植物。人类早就将微生物用于食品制造业，而以青霉素的发展为契机，发酵工业已成长为近代产业。随着生物工程学的发展，利用遗传基因修补技术和细胞融合技术改良微生物技能已成为可能，为微生物的利用提供更广泛的领域。微生物分为真菌、酵母和细菌三类。真菌可用于柠檬酸等有机酸以及青霉素等抗生物质的生产。酵母可用于酒精饮料的制造。细菌种类很多，可用于醋酸、葡萄糖酸、乳酸及链霉素等抗生物质的生产。
     最近利用基因修补术将大肠杆菌和枯草菌等微生物导入遗传基因，从而制造出了抑制癌的物质和生理活性物质。在能源方面，利用微生物将甘蔗渣及木屑等制造成供工业和汽车使用的甲醇；利用甲烷菌和制氧菌从工业废液和污泥中提取甲烷和氢气等气体燃料的研究也已取得进展。石油化工产品过去多用化学合成，往往要高温、高压，产生“三废”又会污染环境。自生物工程发展以来，有许多反应已被生物合成法代替。例如，国外用酶法生产环氧乙烯和环氧丙烯，其费用只为化学合成法的一半。我国人工合成胰岛素的成功，是生物化学研究的一大成就，但这种合成法不适合工业生产。现在我国生产的胰岛素是由猪胰脏中抽提的，100 克胰岛素须用猪胰1600磅。如果采用基因重组技术，将胰岛素基因转入大肠杆菌中，每 1000升基因菌培养液同样可得到100克胰岛素。
     美国已用此法大规模生产，并已用于临床。含有约1ppm的钴、镍、银、铀等贵重金属的废水，可用微生物来回收。例如，用酵母可富集含10～100ppm铀的废水，蓄集量达菌体总量的 20％，这是用化学法或其他方法难以做到的。生物具有很多杰出的机能，比如神经可以传递信息，大脑可以进行认识，记忆和判断。依据和模仿这些机能的生物计算机，可望有新的信息传递系统，能量转换系统，以及新型传感器等。这种把生物工程学和电子学融合的新技术叫做生物电子学。生物工程作为一门应用科学，它的形成与发展依赖于化学工程学、计算机科学、材料科学和发酵工程学等的发展，同时又促进了其它相关科学的进步。为此，化学工作者正密切关注着生物工程技术的进展，并让生物工程技术中的一些先进的理论和技术，更好地为化学服务，以开拓化学发展的新途径。