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1 生物技术世纪及生物技术从业人员2

1.1 生物技术的概念和意义2

1.1.1 生物技术简史3

1.1.2 生物技术：跨学科的科学6

1.1.3 现代生物技术产品6

1.1.4 伦理道德和生物技术10

1.2 生物技术的类型10

1.2.1 微生物生物技术10

1.2.2 植物生物技术10

1.2.3 动物生物技术11

1.2.4 法医学生物技术12

1.2.5 生物修复13

1.2.6 水产生物技术14

1.2.7 医学生物技术14

1.2.8 生物技术的监管15

1.2.9 生物技术的“宏图”15

1.3 21世纪生物学的挑战16

1.3.1 生物技术世纪的前景16

1.3.2 未来的前景：我们将会得益于人类基因组计划17

1.4 生物技术的从业人员20

1.4.1 生物技术行业21

1.4.2 生物技术公司的组织架构22

1.4.3 生物技术行业的工作23

1.4.4 生物技术行业的薪金状况27

1.4.5 生物技术行业的招聘趋势28

习题及活动29

参考文献及扩展阅读30

2 基因和基因组简介32

2.1 回顾细胞结构32

2.1.1 原核细胞32

2.1.2 真核细胞33

2.2 生命的分子35

2.2.1 DNA作为遗传物质的证据36

2.2.2 DNA的结构37

2.2.3 基因是什么39

2.3 染色体的结构、DNA的复制和基因组39

2.3.1 染色体的结构40

2.3.2 DNA的复制42

2.3.3 基因组的概念45

2.4 RNA和蛋白质的合成46

2.4.1 遗传密码的复制：转录47

2.4.2 遗传密码的翻译：蛋白质合成49

2.4.3 基因表达的调控基础54

2.5 突变的起因和后果59

2.5.1 突变的类型60

2.5.2 突变可以遗传或者后天获得62

2.5.3 突变是基因组多样性及人类遗传疾病的基础62

习题及活动65

参考文献及扩展阅读65

3 重组DNA技术和基因组学68

3.1 DNA重组技术和DNA克隆的简介68

3.1.1 限制性内切酶和质粒DNA载体69

3.1.2 细菌细胞的转化和重组细菌的抗生素抗性筛选73

3.1.3 人类基因克隆的简介76

3.2 优质载体的决定因素77

3.2.1 DNA克隆载体的实用特征77

3.2.2 载体的类型78

3.3 识别和克隆目的基因81

3.3.1 构建DNA文库：建立克隆基因集合库81

3.3.2 聚合酶链式反应84

3.4 克隆基因的用途——重组DNA技术的应用88

3.4.1 凝胶电泳及应用限制性内切酶绘制基因结构88

3.4.2 DNA测序92

3.4.3 染色体定位和基因拷贝数96

3.4.4 研究基因表达98

3.4.5 Northem印迹分析98

3.5 基因组学和生物信息学：生物技术中新的热门领域103

3.5.1 生物信息学：分子生物技术与计算机技术的融合104

3.5.2 生物信息学实例105

3.5.3 基因组克隆的宏伟史诗：人类基因组计划107

3.5.4 人类基因组给予我们的启发108

3.5.5 人类基因组计划引发的“组学”革命110

3.5.6 比较基因组学110

3.5.7 石器时代的基因组学112

习题及活动114

参考文献及扩展阅读116

4 蛋白质产品118

4.1 蛋白质生物技术产品的简介118

4.2 蛋白质类生物技术产品119

4.2.1 生物技术药物的制造120

4.2.2 医疗应用121

4.2.3 食品加工122

4.2.4 纺织品和皮革制品122

4.2.5 清洁剂123

4.2.6 纸张制造和回收123

4.2.7 黏合剂：天然胶水123

4.2.8 生物修复：利用蛋白质治理污染124

4.3 蛋白质的结构124

4.3.1 结构排列125

4.3.2 蛋白质折叠126

4.3.3 糖基化127

4.3.4 蛋白质工程127

4.4 蛋白质制品128

4.5 蛋白质纯化方法133

4.5.1 纯化前的提取准备133

4.5.2 稳定溶液中的蛋白质133

4.5.3 分离提取物中的成分134

4.6 蛋白质的鉴定139

4.7 蛋白质的保藏141

4.8 蛋白质纯化的放大技术141

4.9 蛋白质纯化后的分析方法142

4.9.1 蛋白质测序142

4.9.2 X射线晶体分析法143

4.10 蛋白质组学143

习题及活动145

参考文献及扩展阅读145

5 微生物技术148

5.1 微生物的结构148

5.2 微生物工具151

5.2.1 微生物酶151

5.2.2 细菌转化152

5.2.3 电穿孔法154

5.2.4 克隆及表达技术155

5.3 微生物的各种日常应用157

5.3.1 食物产品158

5.3.2 治疗性蛋白质162

5.3.3 利用微生物对付其他微生物164

5.3.4 重组微生物的野外应用166

5.4 疫苗168

5.4.1 抗体的基础知识169

5.4.2 制备疫苗171

5.4.3 靶向细菌性和病毒性疾病的疫苗173

5.5 微生物基因组176

5.5.1 测定微生物基因组序列的意义176

5.5.2 微生物基因组序列测定方法178

5.5.3 筛选已完成测序的基因组178

5.5.4 魔法师二号：横越大陆测定微生物基因组序列180

5.5.5 病毒基因组学180

5.5.6 装配基因组生产人造病毒181

5.6 微生物诊断181

5.6.1 细菌检测方法181

5.6.2 跟踪检测病原微生物182

5.6.3 追踪接触性传染病的微阵列184

5.7 抗击生物恐怖活动185

5.7.1 作为生物武器的微生物185

5.7.2 生物恐怖活动的目标187

5.7.3 应用生物技术对抗生物武器188

习题及活动191

参考文献及扩展阅读192

6 植物生物技术194

6.1 农业：下一个革命194

6.2 植物转基因的技术方法195

6.2.1 传统选择育种和杂交195

6.2.2 克隆：由单个细胞长成植株196

6.2.3 原生质体融合196

6.2.4 叶片段技术197

6.2.5 基因枪197

6.2.6 叶绿体工程198

6.2.7 反义技术198

6.3 实际应用领域201

6.3.1 植物疫苗201

6.3.2 基因杀虫剂：是一种更安全的选择吗202

6.3.3 安全存储204

6.3.4 抗除草剂204

6.3.5 强化纤维204

6.3.6 加强营养204

6.3.7 未来：从制药到燃料205

6.3.8 代谢工程207

6.4 健康和环境问题208

6.4.1 关于人类健康的问题208

6.4.2 关于环境的问题210

6.4.3 相关法规211

习题及活动212

参考文献及扩展阅读212

7 动物生物技术216

7.1 动物生物技术简介216

7.2 研究中的动物216

7.2.1 动物模型216

7.2.2 动物模型的替代者219

7.2.3 动物研究的法规条例221

7.2.4 兽医临床试验222

7.2.5 预防疟疾的生物工程蚊子222

7.3 克隆223

7.3.1 克隆羊多利：克隆领域的突破223

7.3.2 克隆的局限性225

7.3.3 克隆的前景226

7.4 转基因动物227

7.4.1 转基因技术228

7.4.2 转基因技术改进的农业产品228

7.4.3 作为生物反应器的转基因动物230

7.4.4 基因敲除：转基因的一个特例231

7.5 在动物体内生产人类抗体234

7.5.1 单克隆抗体234

7.5.2 鸡蛋作为抗体生产工厂236

习题及活动237

参考文献及扩展阅读238

8 DNA指纹图谱及法医分析240

8.1 DNA指纹图谱及法医学介绍240

8.2 什么是DNA指纹图谱240

8.3 制备DNA指纹图谱242

8.3.1 样本采集242

8.3.2 用以分析的DNA提取243

8.3.3 限制性片段长度多态性（RFLP）分析243

8.3.4 Southern印迹技术244

8.3.5 PCR和DNA扩增246

8.3.6 斑点杂交（或狭缝印迹）分析246

8.3.7 STR分析247

8.4 DNA的应用247

8.4.1 纳伯勒村谋杀案248

8.4.2 森林山强奸犯248

8.4.3 恐怖主义和自然灾害迫使新技术的开发250

8.5 DNA和证据规则252

8.5.1 DNA指纹图谱与辛普森和戈尔德曼谋杀案253

8.5.2 人为错误和污染的来源253

8.5.3 DNA和陪审团254

8.6 亲缘关系与DNA图谱255

8.6.1 线粒体DNA分析256

8.6.2 Y染色体分析256

8.7 非人类DNA分析258

习题及活动261

参考文献及扩展阅读261

9 生物修复264

9.1 什么是生物修复264

9.2 生物修复基础知识266

9.2.1 哪些地方或物体需要清理266

9.2.2 环境中的化学物质266

9.2.3 清理反应的基础268

9.2.4 作用主体：微生物代谢270

9.2.5 生物修复基因组计划271

9.3 净化场所和方法274

9.3.1 净化土壤274

9.3.2 水的生物修复276

9.3.3 将垃圾转化成能源278

9.4 利用基因工程菌净化环境280

9.4.1 石油吞噬细菌280

9.4.2 大肠杆菌工程菌清理重金属282

9.4.3 生物传感器282

9.4.4 转基因植物和植物修复283

9.5 环境灾难：生物修复的案例研究284

9.5.1 美国南卡罗来纳州哈纳汉喷气燃料泄漏284

9.5.2 埃克森瓦尔迪兹号石油泄漏284

9.5.3 科威特油田285

9.6 生物修复的未来战略和挑战286

9.6.1 回收贵重金属286

9.6.2 放射性废物的生物修复288

习题及活动289

参考文献及扩展阅读290

10 水产生物技术292

10.1 水产生物技术简介292

10.2 水产养殖：通过生物技术来增加世界粮食供应293

10.2.1 水产养殖的经济价值293

10.2.2 渔业养殖的方法296

10.2.3 水产养殖品种的改良299

10.2.4 提高海产品的质量和安全性300

10.2.5 水产养殖的障碍和限制301

10.2.6 水产养殖业的未来305

10.3 水产生物的分子遗传学305

10.3.1 新基因的发现和克隆306

10.3.2 鱼类和贝类的基因操作311

10.4 水产生物技术的医疗应用315

10.4.1 来自海洋的药物和医疗方法316

10.4.2 监测健康与人类疾病319

10.5 非医疗产品320

10.5.1 产品集锦320

10.5.2 生物量和生物加工321

10.6 水产生物技术的环境应用322

10.6.1 防污剂322

10.6.2 生物感受器323

10.6.3 环境修复324

习题及活动326

参考文献及扩展阅读327

11 医学生物技术330

11.1 分子生物学的力量：检测和诊断人体疾病状况330

11.1.1 人类疾病模型331

11.1.2 用于检测疾病的生物标志物333

11.1.3 检测遗传疾病333

11.2 医疗产品和生物技术的应用339

11.2.1 寻找新药340

11.2.2 人造血液344

11.2.3 疫苗和治疗性抗体345

11.3 基因疗法347

11.3.1 基因治疗的作用原理347

11.3.2 治疗遗传性疾病：基因治疗的目标351

11.3.3 基因治疗面临的挑战354

11.4 再生医学的潜力355

11.4.1 细胞和组织移植356

11.4.2 组织工程359

11.4.3 干细胞技术362

11.4.4 克隆369

11.4.5 美国胚胎干细胞和治疗性克隆的条例法规374

11.5 人类基因组之谜375

习题及活动381

参考文献及扩展阅读381

12 生物技术的监管384

12.1 监管框架384

12.2 美国农业部386

12.2.1 美国动植物卫生检验局386

12.2.2 许可审批流程386

12.2.3 调查流程387

12.2.4 公告程序387

12.3 美国环境保护局388

12.3.1 试验使用许可证388

12.3.2 首个试验使用许可证388

12.3.3 解除监管和商业化389

12.4 美国食品和药品监督管理局389

12.4.1 食品和食品添加剂390

12.4.2 药品审批流程390

12.4.3 实验室操作规范（GLP）、药品临床试验管理规范（GCP）和药品生产管理规范（GMP）391

12.4.4 药品的临床试验阶段391

12.4.5 对公众安全的快速药品审批392

12.5 立法和监管393

12.5.1 标注生物技术产品395

12.5.2 流感病毒疫苗弗韦灵的失败396

12.6 专利简介398

12.6.1 生物技术产业中专利的价值399

12.6.2 DNA序列专利申请399

12.7 全球市场的生物技术产品402

习题及活动404

参考文献及扩展阅读404

13 伦理道德和生物技术406

13.1 伦理道德的含义406

13.1.1 制定伦理性决定的方法406

13.1.2 道德运动的热身408

13.2 生物技术和自然409

13.2.1 细胞及其产品409

13.2.2 转基因农作物410

13.2.3 动物饲养或动物改造414

13.2.4 人性的问题415

13.2.5 生长成人类意味着什么417

13.2.6 多余的胚胎用于研究与创造胚胎来做研究419

13.2.7 克隆421

13.2.8 患者权利与生物材料422

13.2.9 变化中的条例法规423

13.2.10 基因即代表你自身424

13.2.11 更多还是更少的人类基因424

13.3 经济、科学的作用和交流426

习题及活动429

参考文献及扩展阅读429

附录1 习题及活动的参考答案431

附录2 氨基酸的结构式436

附录3 词汇表437