生物技術及其制品在當今日常生活中的應用

呂日輝

（哈藥集團生物疫苗有限公司，哈爾濱 150069）

人類的歷史隨著時間的流轉而不斷前進，曾經的茹毛飲血、食不果腹早已經不復存在；特別是改革開放以來，我國人民的生活水平顯著提高，人們開始追求生活的品質，“吃飽穿暖”發展成“吃得好吃得健康、穿得美穿得舒適”，“營養、健康、無污染”備受關注。而能為人類解決這些問題的最優方法是生物技術及其制品。

1 生物制品的含義及發展歷史

1.1 生物制品的含義

生物技術是當今科技發展最富魅力的高新技術，而生物制品就是利用生物技術中的發酵工程、蛋白質工程、細胞工程、基因工程等技術，通過再造生物體或加工生物原料等手段，生產出的滿足人類需求的產品[1]。

當前，生物制品在許多領域有著非常廣泛的應用，它從醫學、食品、農業、養殖業以及環境保護等方面，對人類的生活、經濟產生影響，并對人類健康、環境保護、資源可持續利用及再生等問題的解決提供優質方案。

1.2 生物制品的發展歷史

世界上公認的最早的生物制品是1796 年由英國人愛德華·詹納（Edward Jenner）研制的用于預防天花的牛痘苗。而在我國，成書于清乾隆七年的官編醫書《御纂醫宗金鑒》記載：“古有種痘一法，起自江右，達于京畿。究其所源，云自（宋）真宗時峨眉山有神人出，為丞相王旦之子種痘而愈，遂傳于世。”但我國古代對于此類記述，多有摻雜神怪之語的傳統，而非嚴謹的學術文章，故而顯得可信度不高。

西方此前在生物制品研究這條路上闊步前進：19世紀開始搭建基礎理論，而后路易斯·巴斯德（Louis Pasteur）提出了傳染病細菌學說，并利用物理、化學或生物學的方法來減弱微生物毒力，從而獲得減毒疫苗，為免疫學開創了更加廣闊的前景；進入20 世紀，隨著免疫學和微生物學的發展，滅活疫苗的研究成為了熱點，受到了極大重視，大批滅活疫苗相繼問世（傷寒、鼠疫和霍亂除外，此三種滅活疫苗均誕生于19世紀）；而到了20世紀后期，隨著組織培養工作、免疫化學以及免疫生物學相繼開展，更多的疫苗、提純疫苗以及基因工程疫苗研制成功并且應用于人類。

自從人類使用疫苗預防和控制傳染病以來，已經有效控制住大多數烈性傳染病的傳播和蔓延。世界衛生組織于1979年10月26日在肯尼亞首都內羅畢鄭重宣告，天花病已經在世界范圍被消滅了。

經過二百余年的發展，生物制品學逐步形成一個獨立的學科體系，并且仍在不斷充實和完善，生物制品行業也正在成為現代高新技術和生物技術發展的熱門方向和重點領域。隨著時代的進步，基因工程和酶工程的發展和突破必將為生物制品的研制和發展提供平臺和機遇。

2 生物工程及其制品的應用

2.1 醫學領域

2.1.1 預防用生物制品

預防用生物制品是指用于預防傳染病或其他疾病的細菌性疫苗、病毒性疫苗、類毒素等生物制品，如卡介苗、狂犬病疫苗、白喉類毒素等。這類生物制品由滅活或減毒微生物、微生物代謝產物或衍生物制成，在保留病原體刺激動物體免疫系統特性同時，卻不具有致病性，接種后可由免疫系統產生特異性抗體、免疫因子和活性物質等保護性物質，從而起到抵抗致病菌、預防感染性疾病的作用。目前公認的最方便、最經濟、最有效的預防和控制傳染病的醫學手段就是接種疫苗，其對于保障人類的生命安全和身體健康具有重要意義[2]。

我國《疫苗流通和預防接種管理條例》將疫苗分為第一類疫苗和第二類疫苗。第一類疫苗也叫計劃內疫苗，由政府免費提供并且強制接種，品種主要有：皮內注射用卡介苗、脊髓灰質炎減毒活疫苗、吸附白喉破傷風聯合疫苗、出血熱疫苗、皮上劃痕人用炭疽活疫苗、鉤端螺旋體疫苗等；第二類疫苗也叫計劃外疫苗，由公民自愿接種并且自費購買，品種主要有：狂犬病疫苗、流感裂解疫苗、水痘疫苗、輪狀病毒活疫苗等。

近年來，隨著生活水平不斷提高，我國的寵物數量激增，據公安部、衛生部、農業部和國家食品藥品監督管理局于2009 年9 月聯合發布的《中國狂犬病防治現狀》統計，我國城市地區的犬、貓等養殖密度已達到約5 只·100 人-1，而農村地區，犬、貓密度則高達15～20 只·100 人-1。但是，人們對飼養寵物疫病免疫的認識普遍不足，免疫率不足20%，且缺乏相應的制度規范，只能依靠受傷害后接種狂犬病疫苗等手段進行補救性防護，對居民身體健康造成嚴重危害。根據我國人用狂犬病疫苗的使用量推算，我國每年被動物傷害者逾4 000 萬。目前，我國每年的狂犬病發病數位列全球第二，僅次于印度；通過對發病者調查發現，其中被各種犬類傷害占88%，被貓傷害占4.7%，被狐貍、狼等食肉野生動物傷害占4%，被牛、羊、馬等食草家畜傷害占3.3%，對寵物疫病進行防疫的任重道遠，人用、寵物用生物制品的前景值得期待[3]。另一方面，由于我國居民肉類食品結構的特點是以畜（豬、牛、羊）禽（雞、鴨、鵝）肉產品為主，規模化養殖已是發展的必然趨勢，隨著養殖密度的提高，各種疾病、傳染病也逐漸增多，對生物制品（尤其是疫苗）的需求勢必增加。

2.1.2 治療用生物制品

治療用生物制品是指采用不同表達系統的工程細胞（如細菌、酵母、昆蟲、植物和哺乳動物細胞）所制備的蛋白質、多肽及其衍生物，包括細胞因子、纖維蛋白溶解酶原激活因子、重組血漿因子、生長因子、融合蛋白、酶、受體、激素和單克隆抗體等；也包括從人或動物組織提取的單組分的內源性蛋白；以及基因治療產品、變態反應原制品、由人或動物的組織或者體液提取或通過發酵制備的具有生物活性的多組份制品、微生態制品等生物制品[4]。

治療用生物制品主要包括細胞因子類藥物（如干擾素系列、白細胞介素系列、粒細胞集落刺激因子、促紅細胞生成素等）、激素類藥物（如胰島素等）、抗體類藥物（如單克隆抗體、抗體偶聯藥物、雙特異性抗體、Fc 融合蛋白、抗體片段、多克隆抗體等）、酶類藥物（由于大多數酶類藥物根據《藥品注冊管理辦法》的注冊分類管理辦法注冊為化學藥物，因此不做介紹）及血液制品（如人血白蛋白、人免疫球蛋白、人凝血因子Ⅷ、人凝血酶原復合物和人纖維蛋白原等）。

按照作用機理可將治療用生物制品分為特異的（如抗毒素和γ-球蛋白）和非特異的（如干擾素和人白蛋白等）兩大類。其中抗毒素及γ-球蛋白既是臨床上常規的治療用藥品，也能起到預防的作用。相當多數治療用生物制品都是血液制劑，而現今我國生產和正在研制的血液制劑已有近60種。

近年來，隨著遺傳性疾病、心腦血管疾病、腫瘤、某些神經系統疾病及感染性疾病呈多發趨勢，因此在臨床上多選用從細胞水平甚至基因水平上治療的手段，即細胞治療、基因治療。

細胞治療是將正常或生物工程改造過的人體細胞移植或輸入患者體內，新輸入的細胞可以替代受損細胞或者具有更強的免疫殺傷功能，從而達到治療疾病的目的。細胞治療主要包括干細胞治療和免疫細胞治療兩大類，其在治療腫瘤、血液疾病、心腦血管疾病、糖尿病、阿爾茨海默癥等方面顯示出越來越高的應用價值[5]。

基因治療是將外源基因簡潔、安全和靶向的導入靶細胞或者靶組織中，以糾正或補償因基因缺陷或基因表達異常引起的疾病。針對疾病源頭不同，基因治療目前有導入正常基因、基因編輯及體外修復細胞回輸3 種形式。但作為新興技術，其治療手段尚不成熟，致使其治療結果難以預測。

2.1.3 診斷用生物制品

由于在臨床上，診斷用的生物制品大多都可用于檢測相應的抗原、抗體或機體的免疫狀態，屬于免疫學方法診斷，因此診斷用生物制品也被定義為專門用于免疫診斷的一類生物制品，又稱診斷液。主要分為診斷抗原（包括血清學診斷抗原和變態反應診斷抗原）和診斷抗體（包括診斷血清、單克隆抗體和標記抗體）兩大類[6]。

隨著免疫學技術的發展，診斷用生物制品的種類不斷增多，且其不僅可以用于診斷傳染病，還可用于診斷其他疾病。

在臨床上，根據其診斷類型的不同，一般將診斷用生物制品分為體內試驗診斷制劑類（其最終判斷依據主要為患者是否患過相應疾病或免疫接種成功否）、一般傳染病的診斷制劑類（通常包括各種診斷菌液、診斷病毒液和診斷血清）、診斷腫瘤用制劑、測定免疫水平的診斷制劑（通常用于臨床診斷某些疾病的重要指標、激素用診斷制劑（如妊娠診斷制劑）。隨著醫療水平提高，診斷用生物制品必將會有更大發展空間。

2.2 食品方面

近年來，食品安全問題屢見不鮮，在某種程度上引起人們的飲食恐慌，將生物技術科學合理應用到食品生產等環節中，可有效解決這一問題。

2.2.1 優化食材來源

現今的市面上出現了種類繁多的反季節蔬菜與水果，甚至是一些“太空蔬菜”“太空糧食”，就是利用基因改良、重組等技術調整、改變其原有的基因結構，從而調整其營養成分的比例，同時也提高了產量，進而更好的滿足消費者對于食品營養的需求。例如，在傳統玉米種子的基礎上研發出了蛋白質含量極高的轉基因玉米種子等。

2.2.2 提高食材保鮮度

生物保鮮技術由于其安全無毒的特性，正在逐漸取代現有的化學保鮮技術。如用0.7%～2.0%的殼聚糖溶液對柑橘、草莓、蘋果、獼猴桃、黃瓜、青椒、番茄等果蔬噴淋后，即可在果實表面形成一層薄膜，阻止氧氣的吸收與二氧化碳的排出，從而延緩果實的熟化，達到保鮮目的[7]。另外，針對水果因自身含內源乙烯（催熟劑）而保鮮時間普遍較短的問題，生物專家研發出乙烯酶，修改水果所含的內源乙烯含量，延長水果的保鮮時間，同時提高水果的營養價值與口感。

2.2.3 改進食品加工流程

在澄清蘋果汁、葡萄汁、獼猴桃汁和柑橘汁時加入果膠酶，不僅可以改善澄清效果，還能夠加快過濾速度，從而提高生產效率；將蛋白酶用于面包、糕點的制作中，不僅縮短了和面時間，也增強了面團延展性，產出的成品外觀和口感均有所改善，在肉類加工也可以引入蛋白酶，能起到嫩化肉質、軟化腸衣等作用；大豆產品加工時有個脫腥的環節，加入相應的酶制劑不僅可以改善產品風味，還能消除不利于人體健康的物質[8]。

2.2.4 研發新型食品添加劑

由于從動、植物中萃取食品添加劑，受制于來源有限、工藝復雜、原料用量巨大以及耗時長等原因而成本高昂，但化學合成的食品添加劑雖然成本較低，卻不利于人體健康；因此，生物技術（尤其是發酵工程技術）已成為食品添加劑生產的首選方法。如甜味劑中的木糖醇、甘露糖醇、阿拉伯糖醇、甜味多肽等，酸味劑中的L-蘋果酸、L-琥珀酸等，各種必需氨基酸，增稠劑中的黃原膠、普魯蘭多糖、熱凝性多糖等，風味劑中的多種核苷酸、琥珀酸鈉、香茅醇、雙乙酰等，芳香劑中的脂肪酸酯、異丁醇等，色素中的類胡蘿卜素、紅曲霉色素、蝦青素、番茄紅素等，維生素中的維生素C、維生素B12、核黃素等，生物活性添加劑中的各種保健活菌、活性多肽等，以及一些天然食品防腐劑，包括乳鏈菌肽、殺菌肽、瓜蟾抗菌肽、防御素等[9]。

2.2.5 提高食品安全檢測水平

免疫標記技術是不斷發展和改進的技術，在食品安全檢測中，簡便、靈敏、快速的聯用技術、免疫技術可提供快捷、高效的方法，也為人們的營養健康提供保障，為疾病預防做出貢獻。

2.3 農業領域

將生物技術應用于農業領域，不僅可以實現以盡可能少的成本投入獲得更大數量、更高質量產品的目的，也可以最大化減少農業向自然生態系統擴張的需求。生物技術在農作物中已有廣泛的應用。例如，一些轉基因棉花、玉米、大豆、馬鈴薯等農作物具有抗蟲害、抗除草劑的能力。種植這些作物可以減少殺蟲劑的用量，降低殺蟲劑及其殘留物對食物鏈、水體的污染，從而有利于人類健康和環境保護。將生物技術應用于土壤養分的高效利用，如對氮素的固定、對土壤中有機物和礦物態養分的分解、對作物生長的刺激等，可大幅促進作物對養分的吸收和利用，從而提高作物的產量和品質。

2.4 養殖業領域

在選育種方面，通過各種現代生物技術的綜合運用，結合傳統的育種方法，不僅能加快育種進展，還可以提高選種的準確性，從而使畜禽的經濟性狀和生產性狀進一步提升，經濟用途也更加廣泛。胚胎移植技術在養殖業領域的應用，可以加快畜禽品種改良的速度。

在飼料方面，利用基因工程培育的富含蛋白質的牧草和谷物，已得到廣泛種植；而酶制劑（促進動物生產性能）、甘露寡糖（代替抗生素）、氨基酸微量元素螯合物（提高礦物質吸收）等特定生物制品，已經作為安全且有益的添加劑添加于飼料中，對養殖業具有積極的推動作用。

2.5 環境保護領域

將生物技術應用于環境保護領域，有不受氣候條件限制、能創造出清潔能源以及徹底去除有害污染物三大優勢，一方面可以加強環境保護和治理的程度，另一方面也能減少環境治理的成本。

在水污染防治方面，生物技術中的分解法、生物膜過濾法、污泥處理法等都是最為常用且有效的；但對于廢水的處理，則需利用生物技術中的化學反應和微生物實驗等技術進行。對于固體廢棄物的處理，目前廣泛應用且理想的方法是利用微生物對其進行分解，不僅處理過程無毒無害，還能轉化出有利用價值的資源（如沼氣）。而利用生物技術對廢氣進行處理的方法，現階段比較完善的就是利用生物技術過濾器過濾、生物技術凈氣塔清理以及生物濾池吸附三種。

目前，在生態環境的修復中引入生物技術的做法越來越受到重視，如植物、微生物及真菌等修復技術，雖然現階段還只能對土地進行修復，但未來可期。

生物技術產業與生物制品產業同屬于知識密集型產業，研究周期長、經費高、風險大，但同時回報率也相對較高。其為改善人類健康水平和生活質量提供了更多、更有效的手段，具有巨大的社會需求和市場需求，未來必將對人類產生巨大而深遠的影響。