任太行
河南农业大学生命科学学院 河南郑州 450046
摘要：为了梳理生物工程学的发展历程，探究学科本源，方便对本学科感兴趣的人士了解本学科历史，本文分为五个部分：传统生物工程发展概述、现代生物工程学的基础学科的发展及其与生物工程学的关系、现代生物工程学的萌芽、现代生物工程学的成型、当代生物工程学的发展。在本文观点认为，生物工程学的发展与人类发展有极其密切的关系，故本文中常出现“生产力”、“文明”等词汇。
关键词：生物工程学；历史；发展；生产力
1前言
当代社会有“三大支柱”—信息技术、新材料技术、生物工程。前一种的发展历程已人尽皆知，而后二种的却鲜有耳闻，尤其是生物工程。在生物工程学大步发展的当代，该学科的发展历史的普及显得尤为必要，可当今少有一本专门著作来讨论专门议题。许多著作把生物工程学学史作为生物学史的一部分来编，篇幅相当有限。百度百科与维基百科对相关词条也只进行了简单的介绍。很显然，这并不符合生物工程学在当代科学中的地位。因此，有必要专门撰写一篇文章来对该学科的发展进行回顾。
2传统生物工程发展概述
人类在很早以前就有利用微生物生产生物产品的先例。在我国，最晚于夏代就已有一定规模的酿造产业。乳酪、酸奶、腌菜、酱料、加工皮革等则在更早的时间就被人类制造和使用。直至今日，原始生物工程工艺仍然存活于人类社会中。
然而，原始生物工程存在弊端，即无法对所得菌种进行纯化以及作坊式生产。这些在近代以前并非大问题，但当人类步入工业时代，开始进行工厂化生产后，问题便暴露了出来。十九世纪前叶，德国不同啤酒厂生产的啤酒风味差异颇大。这种差异尽管扩大了消费者的选择空间，但显然并不利于生产的标准化[1]。
在这个时期，法国葡萄酒产业面临一个巨大的问题—酿出的葡萄酒经常变酸。这使得该行业受到毁灭性的打击。人们在很长时间内找不出原因。经过L.Pasteur等人的研究，人们才意识到葡萄酒变酸是发酵用的菌种不纯及简陋的生产设备导致的。
由此，人们求教于化学与化学工程，对发酵工艺进行了规范。人们引入了菌种纯培养技术来获取纯化菌种，引入了机械设备替代手工劳动。把作坊式的，简陋的，原始的发酵生产成功推向工业化道路上来。原始生物工程走向近代生物工程。
3现代生物工程学的萌芽
1928年，Alexander Fleming，由于他的粗心-他把葡萄链球菌的培养皿暴露在空气中—发现了青霉素.这种由青霉菌产生的具有抗生作用的发酵产物一开始并未受到人们的重视[2]。但十几年后，当战争给整个医疗系统提出感染处理的问题时，人们便开始注意到这个在以前可有可无的东西。青霉素无法直接利用，且天然状态下产量低。因此，人们花了相当长的时间才建立一套有规模的生产体系，但，这种花费是值得的。一种现代发酵工业最主要的生产方式-通气搅拌发酵技-正是人们发展青霉素生产工艺的结果。此外，青霉素工业还促生一系列更先进的生产装置：
大规模液体发酵罐-搅拌装置（搅拌桨、轴封）-通气装置（空气过滤、分散器）-灭菌装置（管路、阀门、罐内）-无菌状态（接种、采样、隔离）-控制装置（温度、pH、溶氧、消泡）-流加装置（碱、葡萄糖、前体）。
与此同时，随着遗传学的发展，一些人便开始利用这些遗传理论对现有物种进行一定程度的改造。1956年，日本科学家首先利用诱变育种的方法对野生菌种进行人工诱变，选育出可大量生产氨基酸的营养缺陷株，在对营养条件进行控制的情况下发酵生产，取得了可喜的效果。
这就是“代谢控制发酵技术”的开端[3]。不久之后，这项技术也应用到包括青霉素发酵工业在内的其他发酵工业当中，大幅度提高了整个发酵工业的生产力。
4现代生物工程学的成型
1972年美斯坦福大学P.Berg博士研究小组使用该酶酶切SV40猿猴病毒DNA和λ噬菌体DNA，然后用DNA连接酶(该酶与限制性核酸内切酶作用相反）将两片段连接起来，获得了包括SV40与λ噬菌体的重组DNA分子[4]。1973年S.Cohen等将两种分别编码卡那霉素与四环素的抗性基因相连接，并用重组后的DNA分子对大肠杆菌进行转化，获得了即抗卡那霉素又抗四环素的双重抗性的转化子菌落，这是第一次成功的基因工程实验。它宣告了现代生物工程学的成型[5]。这个实验说明了人们可以利用基因工程技术把大肠杆菌之类的菌种进行定向改造，使之具备其他生物所固有的特殊生物代谢途径和功能，如化能合成作用等。人类终于获得了创造更多生产力的方法。
意料之外而又在意料之中的是，当时人们对这个新产物的第一反应是恐慌。包括基因工程奠基者Cohen本人在内的科学工作者都担心，可能产生由两种不同生物遗传物质重组的危险物种，致使人类走向衰亡。于是1975年美国国家卫生研究院在加尼福尼亚州的Asilomar会议中心举办一次国际研讨会，旨在探讨重组DNA的潜在危险性。在该会议上，人们分歧颇大。但也在该会议上，人们达成了三项共识。第一，新发展的基因工程为解决一些重要问题提供了条件。第二，重组DNA生物体的外泄可能出现不同程度的潜在危险，因此必须采取措施进行防范。第三，现进行的实验无论条件再严格，潜在危险性依然很大。因此会议主张正式制定一份统一管理的重组DNA研究实验准则，并要求尽快发展出安全受体与载体。
以上改造工作加速了现代生物工程学的发展。终于，在众多安全可靠的相关技术以及潜在的商业价值加持下，现代生物工程迅速发展，并在很短的时间内投入商业化应用。1978年美Genetech公司开发出利用工程菌生产人胰岛素的先进工艺，吹响了现代生物工程产业化的号角[6]。而后，基因工程药物大批问世，另有正处研发中的药物400余种。在其他生产部门，现代生物工程也在展示其强大力量。发酵产业经典的诱变育种程序逐渐被基因工程方法替代。在国外，由于工程菌的使用，乳酸、苹果酸的产量在逐年增加。另一方面，现代生物工程也为解决“三废”问题提供了方案。
5当代生物工程学的发展
现代生物工程学依赖基因工程的发展，基因工程又依赖对基因的进一步研究。1991年，国际人类基因组计划开始启动，至2000年6月人类基因组工作框架图正式发布。该计划历经十年时间，耗资30亿美元，完成125000个人类基因的全部测序工作。该计划利用基因工程手段来揭示人类全部遗传结构，有助于认识正常生命体结构，解释生命现象本质。
而在此一年以前，NIH的French Andeson博士开始第一次真正意义上的基因治疗实验并获的初步成功。他们用直接注射ADA基因的方法治疗了一位SCID患者。
6结论
（1）任何事物发展都是从单一到多元，从简单趋向复杂的过程。生物工程学由原本的发酵生产经验到发酵原理研究直至对整体工艺的研究最后到定向改造生物来为人类服务正体现这一特点。生物工程学取得今日的成就并不是从天上掉下来的。
（2）随着社会与生物工程学的发展，一个趋势会越发明显：人类将会比以往任一时段更加依赖于生物工程学。21世纪将是生物工程世纪。
参考文献
[1]郑振宇,王秀丽.基因工程[M].武汉:华中科技大学出版社,2014.
[2]邱立友.固态发酵工程原理及应用[M].北京:中国轻工业出版社,2008.
[3]李玉英.发酵工程[M].北京:中国农业大学出版社,2009.
[4]吴志纯.生物工程的现状、趋势及发展对策[J].中国科学院院刊.1986,(1):20-40.
[5]李金林.现代生物工程[M].南京:东南大学出版社,2008.
[6]姚汝华.微生物工程工艺原理[M].广州:华南理工大学出版社,1996.