0836生物工程一級(jí)學(xué)科簡(jiǎn)介一級(jí)學(xué)科(中文)名稱:生物工程(英文)名稱:BiotechnologyandBioengineering一、學(xué)科概況生物工程(BiotechnologyandBioengineering)是一個(gè)新興學(xué)科,它以人類生物產(chǎn)品需求為導(dǎo)向,融合生物學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)和工程學(xué)的理論和方法,系統(tǒng)性地設(shè)計(jì)、優(yōu)化和改造生物體系與功能,著重解決生命科學(xué)研究成果產(chǎn)業(yè)化所面臨的技術(shù)與工程問題,推動(dòng)生物產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的學(xué)科。其任務(wù)是將生命科學(xué)的研究發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)化為實(shí)際產(chǎn)品或過程和系統(tǒng),以滿足社會(huì)的需要。生物工程因其獨(dú)特的研究對(duì)象而有別于其相關(guān)學(xué)科,其特點(diǎn):一是借助于工程學(xué)技術(shù),以生命科學(xué)研究成果為對(duì)象、以實(shí)現(xiàn)成果轉(zhuǎn)化和應(yīng)用為基本任務(wù),從而使該學(xué)科具有明顯工程產(chǎn)業(yè)特征;二是通過基于生物學(xué)原理的創(chuàng)造和設(shè)計(jì),緊密結(jié)合工程學(xué)的技術(shù)手段,大規(guī)模的生產(chǎn)出各種對(duì)人類有益的生物產(chǎn)品或達(dá)到某種目的,具有應(yīng)用技能與理論設(shè)計(jì)、創(chuàng)造融合互生的學(xué)科特質(zhì);三是該學(xué)科在當(dāng)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展中廣泛融合生命科學(xué)、化學(xué)以及物理學(xué)理論和工程技術(shù)問題,是基礎(chǔ)科學(xué)與工程技術(shù)交叉最具特征的學(xué)科之一。生物工程產(chǎn)業(yè)隨著上世紀(jì)40年代起抗生素、氨基酸、有機(jī)酸、酶制劑等的工業(yè)化生產(chǎn)而逐步形成,早期以發(fā)酵產(chǎn)業(yè)為主。自20世紀(jì)70年代基因重組技術(shù)和單克隆抗體技術(shù)為代表的現(xiàn)代生物技術(shù)的形成,為解決隨之產(chǎn)生的工程與技術(shù)問題,生物工程進(jìn)入了一個(gè)新的階段,逐漸形成了微生物工程、細(xì)胞工程、酶工程、基因工程等研究理論與方法,生物工程于是成為了一個(gè)獨(dú)立的學(xué)科,并隨著生命科學(xué)的發(fā)展而迅速發(fā)展。生物工程正在成為發(fā)展最快、應(yīng)用最廣、潛力最大、競(jìng)爭(zhēng)最為激烈的領(lǐng)域之一,也是最有希望孕育關(guān)鍵性突破的學(xué)科之一,而生物工程產(chǎn)業(yè)作為一個(gè)正在崛起的主導(dǎo)性產(chǎn)業(yè),已成為產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的戰(zhàn)略重點(diǎn)和新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn),將成為我國(guó)趕超世界發(fā)達(dá)國(guó)家生產(chǎn)力水平,實(shí)現(xiàn)后發(fā)優(yōu)勢(shì)和跨越式發(fā)展最有前途、最有希望的領(lǐng)域。目前,生物工程學(xué)科定位清晰、學(xué)科內(nèi)涵與人才培養(yǎng)目標(biāo)明確,已經(jīng)形成了一套特色鮮明、相對(duì)完善的科學(xué)理論和工程實(shí)踐體系。二、學(xué)科內(nèi)涵(一)研究對(duì)象生物學(xué)及其相關(guān)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)直接關(guān)系到人類所面臨的糧食、醫(yī)藥、人口、能源和環(huán)境等重大問題的解決。生物工程學(xué)科的核心是研究和開發(fā)基于生物學(xué)理論基礎(chǔ)上的系統(tǒng)工程技術(shù)問題。本學(xué)科的主要特征是利用細(xì)胞或酶特有的代謝和轉(zhuǎn)化特性進(jìn)行物質(zhì)的加工與轉(zhuǎn)化,運(yùn)用現(xiàn)代生物技術(shù)對(duì)生物體與生物分子進(jìn)行改造,建立優(yōu)化的生物過程與工藝實(shí)現(xiàn)先進(jìn)生物制造。細(xì)胞培養(yǎng)與代謝工程、生物催化與轉(zhuǎn)化工程、合成生物技術(shù)與系統(tǒng)生物工程、生物藥物與材料工程、生物資源與環(huán)境工程等高新生物工程技術(shù)已成為推動(dòng)世界新技術(shù)革命的重要力量。隨著基因藥物、基因治療、轉(zhuǎn)基因作物、生物材料、生物能源等一大批高科技含量的產(chǎn)品在市場(chǎng)顯露出強(qiáng)大生命力,生物工程產(chǎn)生了巨大的社會(huì)效益和商業(yè)價(jià)值。生物工程的服務(wù)對(duì)象遍及醫(yī)藥、食品、化工、石油、輕工、材料、環(huán)保等各個(gè)領(lǐng)域。由此,從學(xué)科定義、技術(shù)手段、學(xué)科任務(wù)和服務(wù)對(duì)象等多個(gè)方面,生物工程學(xué)科均具有明確的學(xué)科內(nèi)涵。(二)理論生物工程作為新興的生物學(xué)和工程學(xué)的交叉學(xué)科,在生物學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)和工程學(xué)的基礎(chǔ)上,其理論體系發(fā)展迅速,除了基因工程、發(fā)酵工程、酶工程、細(xì)胞工程、生物化學(xué)工程等理論與方法,新產(chǎn)生了代謝工程、生物催化與轉(zhuǎn)化工程等技術(shù)體系,還形成了合成生物學(xué)、系統(tǒng)生物學(xué)、納米生物技術(shù)等理論方法,并在不斷完善和不斷發(fā)展。生物工程強(qiáng)調(diào)各學(xué)科的相互融合交叉,并具有自身獨(dú)特內(nèi)涵的理論技術(shù),如環(huán)境生物工程、農(nóng)業(yè)生物工程、醫(yī)藥生物工程等,這些都是生物工程理論的重要組成部分。(三)知識(shí)基礎(chǔ)支撐生物工程學(xué)科體系的知識(shí)基礎(chǔ)是生物學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)和工程學(xué),主要包括生物化學(xué)、分子生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、微生物學(xué)、遺傳學(xué)、有機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、化學(xué)工程技術(shù)、生物信息學(xué)、計(jì)算生物學(xué)等分支學(xué)科知識(shí)。在此基礎(chǔ)上形成了生物工程學(xué)科的專業(yè)知識(shí),如基因工程、微生物工程、酶工程、細(xì)胞工程、代謝工程、生物化學(xué)工程、系統(tǒng)生物學(xué)、生物分離技術(shù)、納米生物技術(shù)等。因生物工程和應(yīng)用領(lǐng)域相互融合交叉的加強(qiáng),材料工程、環(huán)境工程、制藥工程、食品工程等知識(shí)對(duì)生物工程學(xué)科發(fā)展也非常重要。(四)研究方法本學(xué)科旨在利用工程學(xué)技術(shù)和現(xiàn)代生物技術(shù),以細(xì)胞培養(yǎng)與代謝工程、生物催化與轉(zhuǎn)化工程、合成生物技術(shù)與系統(tǒng)生物工程、生物藥物與材料工程、生物資源與環(huán)境工程為主要學(xué)科方向,實(shí)現(xiàn)生物工程產(chǎn)品創(chuàng)制及生物過程工藝優(yōu)化放大。通過基于生物學(xué)原理的創(chuàng)造和設(shè)計(jì),對(duì)生命有機(jī)體按照預(yù)先設(shè)計(jì)的藍(lán)圖,在分子、細(xì)胞、組織和個(gè)體等不同層次上進(jìn)行新的構(gòu)思,結(jié)合工程學(xué)科的技術(shù),在多學(xué)科有機(jī)整合的基礎(chǔ)上,運(yùn)用系統(tǒng)工程理論和方法,實(shí)現(xiàn)生物產(chǎn)品的大規(guī)模生產(chǎn)或達(dá)到環(huán)境生物治理等特定目的。三、學(xué)科范圍生物工程一級(jí)學(xué)科擬設(shè)立5個(gè)研究方向:細(xì)胞培養(yǎng)與代謝工程、生物催化與轉(zhuǎn)化工程、合成生物技術(shù)與系統(tǒng)生物工程、生物藥物與材料工程、生物資源與環(huán)境工程。(一)細(xì)胞培養(yǎng)與代謝工程(Cellculture&metabolicengineering)本研究方向旨在利用動(dòng)植物細(xì)胞與微生物的機(jī)能,或用重組DNA技術(shù)有目的地改造代謝途徑,通過培養(yǎng)和發(fā)酵技術(shù)為人類生產(chǎn)有用的產(chǎn)品。本學(xué)科是生物工程的核心與支柱。本學(xué)科的研究方向包括細(xì)胞選育與遺傳改造、細(xì)胞培養(yǎng)、代謝途徑的重構(gòu)、代謝流分析、培養(yǎng)過程的調(diào)控與優(yōu)化、新型生物反應(yīng)器的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)工藝的放大、目標(biāo)產(chǎn)品的分離提純等,提升傳統(tǒng)發(fā)酵工程技術(shù)。細(xì)胞培養(yǎng)與代謝工程廣泛應(yīng)用于化學(xué)工業(yè)、醫(yī)藥、食品、能源、環(huán)境保護(hù)和農(nóng)牧業(yè)等眾多領(lǐng)域,為人類提供生物化學(xué)品、藥品、食品、能源化學(xué)品等,解決醫(yī)藥、環(huán)境資源、能源和農(nóng)業(yè)發(fā)展等實(shí)際問題。(二)生物催化與轉(zhuǎn)化工程(Biocatalysis&biotransformationengineering)本研究方向以生物催化和轉(zhuǎn)化為核心技術(shù),利用酶或細(xì)胞作為催化劑制造各種生物產(chǎn)品,或者實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)產(chǎn)品的生物綠色制造,滿足人類的基本物質(zhì)需求,減少化學(xué)產(chǎn)品制造的環(huán)境負(fù)荷。本學(xué)科研究涉及到生物分子的模擬分析與描述、基于基因工程和分子進(jìn)化的生物分子設(shè)計(jì)和改造、工藝過程流程分析等現(xiàn)代生物工程技術(shù)方法。本學(xué)科的主要研究方向包括生物催化劑(酶)工程、生物催化與轉(zhuǎn)化過程工程、生物催化應(yīng)用技術(shù)。主要研究?jī)?nèi)容為從頭設(shè)計(jì)生物催化反應(yīng)路線,并篩選全新的酶(或細(xì)胞)催化劑;水相或非水相系統(tǒng)中的反應(yīng)介質(zhì)影響、生物催化反應(yīng)選擇性的定向調(diào)控、氧化還原反應(yīng)中的輔酶再生、以及生物催化反應(yīng)與產(chǎn)物分離的耦合等;天然產(chǎn)物的生物轉(zhuǎn)化、手性化合物的不對(duì)稱合成和拆分以及環(huán)境有害污染物的生物利用;生物反應(yīng)器與設(shè)計(jì)、生物催化和轉(zhuǎn)化工藝及其優(yōu)化放大等。(三)合成生物技術(shù)與系統(tǒng)生物工程(Syntheticbiotechnology&systemsbioengineering)本研究方向是在功能基因組學(xué)、計(jì)算生物學(xué)和系統(tǒng)生物學(xué)等基礎(chǔ)上,將工程化理念應(yīng)用在生物學(xué)中,通過生物系統(tǒng)的理性工程化設(shè)計(jì),定向創(chuàng)造新型生物產(chǎn)品和實(shí)現(xiàn)生物過程的整體優(yōu)化的工程學(xué)科。本學(xué)科是生物工程的重要發(fā)展方向和支撐體系之一。合成生物技術(shù)與系統(tǒng)生物工程是將生物學(xué)原理與工程化理念相結(jié)合,依托功能基因組學(xué),利用宿主系統(tǒng)、分子生物學(xué)技術(shù)和計(jì)算生物學(xué)模擬,系統(tǒng)挖掘和標(biāo)準(zhǔn)化生物工程相關(guān)元件,在整體上定向設(shè)計(jì)、優(yōu)化新型生物產(chǎn)品和現(xiàn)有生物體系的科學(xué)與技術(shù)。本學(xué)科研究方向包括比較功能基因組、代謝組學(xué)、蛋白組學(xué)、代謝網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)與模擬、生物元件挖掘與鑒定、宿主生物構(gòu)建、途徑與系統(tǒng)設(shè)計(jì)、高效組裝與過程整體優(yōu)化等。合成生物技術(shù)與系統(tǒng)生物工程是生物工程新生長(zhǎng)點(diǎn),將廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥