《生物科技与生活》PPT课件.ppt

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1、1 1生物科技與生活大仁科技大學生物科技系大仁科技大學生物科技系 何婉清何婉清2 2前言前言一、生物技術（biotechnology）是結合了遺傳學、微生物學、醫藥、化學、物理、數學、電子等，所形成的一種整合性的科學與技術。二、生物技術的應用範圍極為廣泛，與我們的生活息息相關，如疾病治療、藥物開發、工業生產、食品改良、環保、能源等。3 3三、二十一世紀毫無疑問的是生物技術的時代，中華民國也於民國七十三年將生物科技列為國家科技發展的重點之一。四、本課程將探討生物技術的發展以及對人類的貢獻和衝擊。4 4表一、生物技術發展史 1953James Watson和和Francis Crick 發現發現D

2、NA結構為雙螺旋體並發表在結構為雙螺旋體並發表在Nature雜誌雜誌上。上。James Watson1928-Francis Crick 1916-20045 51971 Herbert Boyer和和Stanley Cohen發明發明基因重組技術（基因重組技術（Recombinant DNA）1975 Georges Kohler發明細胞融合瘤技術發明細胞融合瘤技術（Hybridomas）1977 第一個利用微生物產生的蛋白質第一個利用微生物產生的蛋白質1985 Kary Mullis在在Cetus Corp.發明基因發明基因藥物藥物 Somastatin（生長激素抑制劑）（生長激素抑制劑）

3、誕生放大儀器誕生放大儀器聚合酶連鎖反應器聚合酶連鎖反應器（PCR）6 61987 人類基因圖譜計劃（人類基因圖譜計劃（Human Genome Project）基金成立）基金成立1996 複製羊桃麗誕生複製羊桃麗誕生2000 人類基因輿圖初稿公佈人類基因輿圖初稿公佈2001 HGP和和Celera分別在分別在Science和和Nature公佈基因輿圖完稿公佈基因輿圖完稿2003 人類基因定序完成人類基因定序完成2006 人類第一對染色體基因定序完成人類第一對染色體基因定序完成7 7肉毒桿菌肉毒桿菌(Clostridium botulinum)肉毒桿菌素肉毒桿菌的型態8 89 9(二)新聞案例的

4、討論複製豬酷比複製豬酷比(2002)、複製牛如意家族、複製牛如意家族(2004)複製羊之死複製羊之死(2003)稻米基因定序完成稻米基因定序完成(2005)人類第一對染色體完成基因定序人類第一對染色體完成基因定序(2006)胚胎篩檢胚胎篩檢 訂做救人寶寶治病兒訂做救人寶寶治病兒(2006)1010案例一、人類第一對染色體完成基因定序 2006.5.2006.5.【法新社法新社 劉學源劉學源】（法新社巴黎十七日電）（法新社巴黎十七日電）科學家今天宣布，已完成人科學家今天宣布，已完成人類第一對染色體類第一對染色體（Chromosome 1Chromosome 1）的基因定）的基因定序，耗時十六年的

5、人類基序，耗時十六年的人類基因組計畫大功告成，旨在因組計畫大功告成，旨在解讀生命之書的人類基解讀生命之書的人類基因圖譜解碼，終於完成最後因圖譜解碼，終於完成最後一章的解析。一章的解析。1111案例二、複製羊之死案例二、複製羊之死活了六歲桃莉羊 安樂死 2003年2月14日1212案例三、台灣複製牛家族2004.5.242004.5.24【中央社中央社】中央社記者紀錦玲傳真中央社記者紀錦玲傳真 如意二、三、四、五如意二、三、四、五號，他們都來自同一號，他們都來自同一媽媽的耳朵細胞複製媽媽的耳朵細胞複製，皮毛花色都很相似皮毛花色都很相似。(農委會畜產試驗農委會畜產試驗所提供所提供)1313案例四、

6、胚胎篩檢案例四、胚胎篩檢 訂做健康寶寶訂做健康寶寶 【東森電子報東森電子報】台大醫院基因醫學部主台大醫院基因醫學部主治醫師蘇怡寧表示，台治醫師蘇怡寧表示，台大發展的胚胎著床前基大發展的胚胎著床前基因篩檢技術，可以替這因篩檢技術，可以替這對父母篩檢出健康而且對父母篩檢出健康而且組織配對吻合的胚胎，組織配對吻合的胚胎，在去除突變基因後，將在去除突變基因後，將胚胎植入母體內，可獲胚胎植入母體內，可獲得健康的新生兒。得健康的新生兒。1414案例五、水母基因轉植案例五、水母基因轉植 台大培育螢光豬台大培育螢光豬 2006.1.122006.1.12【TVBSTVBS】台大動物科學技術學系台大動物科學技術

7、學系助理教授吳信志（右）助理教授吳信志（右）與研究團隊成功產製與研究團隊成功產製綠色螢光豬綠色螢光豬，利用豬利用豬隻身上綠色螢光蛋白質隻身上綠色螢光蛋白質，可以作為幹細胞分化，可以作為幹細胞分化、增生及修補等再生醫、增生及修補等再生醫學研究結果的標示物。學研究結果的標示物。1515生物技術的定義生物技術的定義生物技術（biotechnology）乃利用生物程序、生物細胞或其代謝物質來製造產品、改進傳統生產程序及提升人類生活素質的科學。1616生物技術的發展過程生物技術的發展過程一、生物技術雖然是現代尖端科技之一，但其發展歷史可追溯到人類釀酒、製造乳酪、醬油、醋等相當久遠的時代。二、1970年代

8、以後，人類發展出基因操作及細胞融合技術後，才結合傳統的醱酵技術，來發展出以遺傳工程為主的生物科技。1717三、DNA限制酶、DNA黏合酶（DNA連接酶）、載體是基因工程不可或缺的三要素。四、聚合酶鏈鎖反應（PCR）、DNA重組技術、細胞離體培養技術、細胞核轉移技術以及DNA微陣列技術（DNA晶片）為生物科技的核心技術。1818生物技術的範疇生物技術的範疇一、醱酵及酵素技術二、基因工程技術三、細胞及組織培養技術四、胚及細胞核移植技術1919生物技術的關鍵技術生物技術的關鍵技術一、DNA重組技術二、細胞融合三、生體反應技術-醱酵、酵素及生物 反應器四、細胞培養技術五、組織培養技術六、胚移植技術及細

9、胞核移植技術七、DNA微陣列技術（DNA晶片）2020生物技術基因重組技術作物栽培品種改良食品加工能源環境保護製藥化學工業作物栽培品種改良食品加工能源製藥食品加工製藥化學工業作物栽培品種改良食品加工製藥作物栽培食品加工能源環境保護製藥化學工業家畜飼養品種改良食品加工病毒鑑定藥物開發疾病診斷胚移植及核移植技術DNA微陣列技術細胞大量培養技術組織培養技術生體反應利用技術細胞融合技術關鍵性技術 主 要 應 用 對 象生物技術基因重組技術作物栽培品種改良食品加工能源環境保護製藥化學工業作物栽培品種改良食品加工能源製藥食品加工製藥化學工業作物栽培品種改良食品加工製藥作物栽培食品加工能源環境保護製藥化學工

10、業家畜飼養品種改良食品加工病毒鑑定藥物開發疾病診斷胚移植及核移植技術DNA微陣列技術細胞大量培養技術組織培養技術生體反應利用技術細胞融合技術關鍵性技術 主 要 應 用 對 象2121遺傳工程遺傳工程（基因工程或（基因工程或DNADNA重組技術）重組技術）遺傳工程技術即所謂的基因重組技術，此技術賦予生物新的重組基因，因此表現新的特性及功能。2222遺傳工程的基礎遺傳工程的基礎一、細胞及遺傳學二、遺傳的基本單位 DNA三、DNA的複製四、基因工程23232424252526262727細胞融合的技術細胞融合的技術以人為的操作，將兩種不同生物細胞的染色體及細胞質互相融合，使成為一個雜種細胞（hybr

11、id cell）的技術，如利用融合瘤細胞（hydridoma）製造單源抗體。28282929生體反應利用技術生體反應利用技術一、酵素技術二、醱酵技術三、生物反應器30303131細胞培養技術細胞培養技術一、微生物細胞培養技術二、植物細胞培養技術三、動物細胞培養技術3232植物培養技術植物培養技術1.莖頂培養2.花藥培養3.體細胞或組織培養4.胚培養3333343435353636胚移植及細胞核移植技術胚移植及細胞核移植技術1.胚移植技術2.細胞核移植技術桃莉羊3737生物技術在醫學上的應用生物技術在醫學上的應用 生物技術已大量應用在醫學及藥學的各個領域上，包括疾病的診斷、基因診斷、基因治療、藥

12、物及疫苗的製造、組織工程及試管嬰兒等，已為醫療事業帶來革命性的發展。3838一、藥物的製造二、疫苗的製造三、單株抗體（monoclonal antibody）四、基因治療五、親子鑑定六、組織工程和器官移殖七、試管嬰兒3939一、藥物的製造一、藥物的製造 遺傳工程能將各種生物（包括人類）的基因轉殖到可大量繁殖的細胞，如細菌、酵母菌、動物及植物細胞，以製造藥物。其中細菌是最為普遍應用的生物工廠，可以大量生產藥物。4040已經在使用的遺傳工程藥物已經在使用的遺傳工程藥物 藥物名稱藥物名稱藥物名稱藥物名稱治療病症治療病症治療病症治療病症胰島素胰島素 糖尿病糖尿病 生長激素生長激素 腦垂體分泌不良、侏儒

13、症腦垂體分泌不良、侏儒症 血纖維蛋白溶酶血纖維蛋白溶酶 心臟病、血管阻塞心臟病、血管阻塞 干擾素干擾素 癌症癌症 紅血球生成素（刺激紅血球形成的激素）紅血球生成素（刺激紅血球形成的激素）貧血症貧血症 白血球介素白血球介素2 2（協助（協助T T淋巴球形成）淋巴球形成）癌症癌症 腫瘤壞死因子腫瘤壞死因子 癌症癌症 人類凝血第八因子人類凝血第八因子 血友病血友病 4141二、疫苗的製造二、疫苗的製造例如例如B B型肝炎表面抗原病苗的開發型肝炎表面抗原病苗的開發（一）將B型肝炎表面抗原的基因轉殖到酵母菌以生產B肝表面抗原病苗。（二）以B型肝炎病毒表面抗原的基因轉殖至香蕉以生產表面抗原。4242三、單

14、株抗體三、單株抗體 由單一B淋巴球與骨髓瘤細胞融合而成的融合瘤細胞，所產生的單一抗體稱為單株抗體，可用於治療或檢驗特定蛋白質。4343四、基因治療四、基因治療 治療遺傳疾病時，可以設法以健康的基因替換缺陷的基因，或者改變受精卵的基因組成，以達到治病的目的。4444五、五、DNADNA鑑定鑑定 DNA鑑定亦稱為DNA指紋，已廣泛應用在親子及刑事醫學的鑑定。4545DNADNA指紋指紋4646六、組織工程和器官移殖六、組織工程和器官移殖 器官移殖的問題主要是器官來源缺乏及排斥的問題。利用組織工程培養器官是解決器官移殖的方法之一。4747七、試管嬰兒七、試管嬰兒 將精卵在體外受精，培養成為初期胚胎，

15、再殖入子宮中發育成嬰兒的技術。4848生物技術在工業上的應用生物技術在工業上的應用一、食品工業：以微生物生產人工甜味劑（代糖，如阿斯巴甜）、果寡糖、甲殼素等。二、化妝品工業：如含紫草紅色素的口紅，以取代人工色素。三、能源工業：生質能源如以發酵的方法生產酒精、甲烷。4949四、清潔工業：清潔劑中含蛋白酶、澱粉酶和脂肪酶等酵素，藉以清除油汙。五、皮革工業：利用蛋白酶、脂肪酶除去除毛髮、油脂。六、生產化學原料：如胺基酸、乙醇、丙酮、乳酸、醋酸、澱粉等。5050植物生物技術在農業上的應用植物生物技術在農業上的應用1.抗殺草劑基因轉殖作物2.利用生物技術增加作物之固氮能力3.抗蟲基因轉殖作物4.抗寒作用

16、5.抗逆境作物51516.改進作物品質（1 1）高蛋白質含量）高蛋白質含量（2 2）增加植物組織中人體必需氨基酸的含量）增加植物組織中人體必需氨基酸的含量 （3 3）增加飼料作物之營養價值）增加飼料作物之營養價值（4 4）增加飼料的消化性能）增加飼料的消化性能（5 5）藥用植物之發展）藥用植物之發展7.植物成熟期調整及增加收獲後之耐貯藏性等5252傳統育種與基因工程改造植物之差別傳統育種與基因工程改造植物之差別 1.耗時2.有遺傳學上的限制3.育種結果不可有效控制1.省時2.可從任何生物取得選殖基因3.可精確的殖入所需要的遺傳基因傳統育種 基因工程改造植物5353動物生物技術對動物及其畜產物生

17、產的影響動物生物技術對動物及其畜產物生產的影響1.1.增加牛乳、肉、蛋及飼料作物的產量增加牛乳、肉、蛋及飼料作物的產量2.2.禽、畜牧的預防及治療禽、畜牧的預防及治療3.3.改進畜產品的品質改進畜產品的品質 （1 1）如利用遺傳工程生產低膽固醇的蛋）如利用遺傳工程生產低膽固醇的蛋 （2 2）利用遺傳工程減少豬肉的脂肪含量等）利用遺傳工程減少豬肉的脂肪含量等54544.4.利用遺傳工程生產特殊蛋白質利用遺傳工程生產特殊蛋白質 （1 1）利用動物轉殖基因技術在牛乳中生產胰島）利用動物轉殖基因技術在牛乳中生產胰島素或荷爾蒙素或荷爾蒙 （2 2）利用羊奶生產人類之凝血因子）利用羊奶生產人類之凝血因子5

18、.5.利用動物胚胎技術加速純系動物之繁殖效率利用動物胚胎技術加速純系動物之繁殖效率6.6.利用生技產品來增加禽畜之生產效能利用生技產品來增加禽畜之生產效能55555656（三）醱酵的目的（三）醱酵的目的1.食品保存2.增加食物之營養價值3.改進食物之風味 4.生產微生物細胞、酵素、代謝產物等5757（四）醱酵的種類（四）醱酵的種類1.傳統的醱酵2.生物反應器5858各種生物的反應器各種生物的反應器5959（五）微生物生物技術在農業生產上的應用（五）微生物生物技術在農業生產上的應用1.生物防治微生物之生產2.固氮菌之生產3.反芻動物有益腸內菌的生產4.動物荷爾蒙或胰島素之生產5.乳酸菌的生產60

19、60（六）微生物生物技術在食品工業上的應用（六）微生物生物技術在食品工業上的應用1.改進醱酵食品的品質2.發展新的加工食品3.改進食品的安全4.食品安全檢驗技術的應用6161（七）微生物生物技術在環境保護上的應用（七）微生物生物技術在環境保護上的應用1.生物分解作用2.有毒物質之分解6262其他其他：與生物技術相關的行業與生物技術相關的行業1.與農業相關的行業 酵素、食品添加、飼料、動植物育 種、農藥、疫苗、植物荷爾蒙、肥 料、病害診斷等。2.其他相關行業 品質管制、動植物檢疫、製造業、生產業、資訊系統業、市場行銷、行政管理。6363生物技術的生態、法律與倫理問題生物技術的生態、法律與倫理問題

20、 生物科技為人類的生活帶來各種方便，也為解決問題帶來美麗的遠景，但其對環境、生態、社會所造成的影響及風險均應仔細評估。有關生物科技在社會、法律、生態、倫理等方面所可能產生的問題均需未雨綢繆，仔細評估。6464生物科技的潛在危險生物科技的潛在危險一、操作過程的潛在危險一、操作過程的潛在危險 在微生物遺傳工程的操作過程中，可能會製造在微生物遺傳工程的操作過程中，可能會製造出危險的有害生物、廢棄物，或者發生微生物出危險的有害生物、廢棄物，或者發生微生物逸出事件。逸出事件。二、遺傳工程產物的潛在危險二、遺傳工程產物的潛在危險 1.1.產物的危險性、副作用及後遺症產物的危險性、副作用及後遺症。2.2.基

21、因轉殖食品的食用安全評估。基因轉殖食品的食用安全評估。6565以社會觀點看生物技術以社會觀點看生物技術一、商業壟斷二、工作權的保障6666以倫理與法律觀點看生物技術以倫理與法律觀點看生物技術一、衝擊倫理關係二、個人隱私權三、醫療保險的歧視四、基因缺陷者的生存權6767生物技術的生態風險生物技術的生態風險一、轉殖生物可能發生超出人類預期的突變 二、轉殖生物可能產生基因的擴散三、轉殖生物可能產生超級植物6868人是否有干預生物演化的權利？人是否有干預生物演化的權利？6969人對生物技術應有的態度人對生物技術應有的態度u生物技術是以服務人類為原則u必須尊重人權及個人的隱私u誡慎小心，未雨綢繆 u應與自然界的生物共存共榮，不應過度干預自然法則