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 生物技术领域十个方面的发展趋势

       现代生物技术是推动经济发展、社会进步的一项关键技术,不论是发达国家或是发展中国家都把现代生物技术的发展纳入本国科技重点领域以加快发展步伐。21世纪全球面临的问题很多,其中某些问题甚为突出,而其解决将有赖生物技术发挥特定作用,关键在于全世界的生命科学工作者肩负重任,加强联系,密切合作,交流技艺和经验,继续为解决当前或将来可能发生的重大问题而努力奋斗。集成十大问题引起关注。
一、世界人口问题 有人预计,到2025年世界人口将达到84亿左右。世界银行发表(1994—1995年)世界人口报告,预测全球人口数从1995年大约57亿增加到2030年的85亿,增长幅度将近50%,到2050年世界人口将翻一番。这种人口增长的总趋势必定引发人们思考,至少有三个方面:(1)随着社会进步、生活改善、科技发展,人的寿命必定得到延长,人口数量不可避免地要增长;老龄化及老年病也必定相应增多,这是一个总趋势;(2)由于人口增长、寿命延长,而食物、营养素、医药的需求和满足必将成为另一个总趋势,到下个世纪中期食品生产要增加2倍;(3)正因为如此,控制人口、节制生育、提高人口质量必将列为全球的共同战略决策。为此,计划生育策略、新型避孕药物的研发仍是控制人口、节制生育的重要措施。现代生物技术在这三方面 的应用大有可为。当前,一方面提高人们对计划生育深远意义的认识,把它变为一种自觉行动;另一方面,加强有效而安全避孕药物的研发,如 食用性木瓜酶(来自番木瓜)制剂及其它植物有效成分用来研制新型避药物以及“工程避孕疫苗”的发展,有可能为控制人口危机做出新贡献。

  二、疾病问题 随着人口增长,老龄化是一大趋势,到2000年我国老年人口将达113亿,占总人口的10%,开始进入人口结构老年型国家。老年常见 病、慢性病、多发病会多起来,也会更加突出,一些重病症或疑难病突发或发展,或不知其因,或知其因而无特效药,或因其它某种因素不能及时救治,凡此种种,至少给医学工作者提出了重要课题。人类一切疾病及机能紊乱都与已识别的人基因组有关,与人类所处的环境以及它的病史与其环境因素相互作用有关联。因此,基因组、生存环境、病史以及遗传因素在揭示病因占有重要地位。生态环境的微生物因素,特别是那些潜伏的致病原或尚不清楚的致病因素以及它们的危害性和作用机制,都直接或间接地威胁人类生命安全。据WHO公布材料,近20年来,全世界至少发现29种新的传染病在迅速蔓延,特别是那些多重抗药性致病原危害最大,有扩大趋向,那些潜伏的病毒,或“类病毒”因子是21世纪威胁人类健康最危险的“敌人”。面对这种状况和趋向,可以坚信,随着科技进步,那些疑难病的奥秘必将得到揭示。人类基因组计划实施,在原核生物(流感嗜血杆菌)中DNA碱基双链全部序列破译;绘制人类基因图谱进入最后阶段,比原计划提前2年,预计1996年底绘制工作完成,这将会给人类某些重大疾病的控制及治疗起着重要作用。

三、人的寿命问题 人的寿命延长是社会进步的具体体现,就总体而言,它与科技进步、经济发达、生产力水平提高以及生存生活质量与生态环境改善均有密切关系,在发达国家里,更多人的寿命将达到85岁左右,过着较健康而充实的生活,像目前 日本人的平均寿命:女性为82198岁,男性为76157岁,均持续居世界第一。其长寿的因素,除社会诸多因素之外,内在的遗传因素起重要作用,或许也存在“长寿基因。”这种长寿基因(age-1),它具有修饰受伤和衰老细胞的能力,试验证明,带有此基因的蠕虫比没有此基因的平均寿命延长65%,寄希望于人体内真能找到此类似基因的存在,可望今后10年内取得突破,如果真是如此的话,那么有可能使人的平均寿命延长40年。应该说,人的寿命受多种因素制约,因人而异,颇为复杂。衰老与长寿是对立的,疾病缠身有促衰老;重金属物质是促衰老的重要物质之一;还有其它等等。为防止衰老、延长寿命,有四方面研究取得进展。(1)脱氢表雄酮甾酮(DHEA)激素逐渐减少与衰老有密切关系;(2)某些细胞因子(如IL-3)下降与衰老有密切关系;(3)常服用维生素类如维生素E、A、B及微量元素如硒等有益于延缓衰老;(4)肠道内微生态因子如双歧杆菌、乳酸菌等占优势,有益于健康长寿,因此,一些专家认为,很好研究老年微生态学是解开健康长寿之谜的一把钥匙,21世纪对这类健康长寿的“活体生态因子”的研发是必然趋势。应该看到人的寿命之延续达到高寿者乃是诸多天然遗传因素、人工因素和社会因素综合作用的结果,对那些活到100多岁的长寿者,其长寿之秘决还需深入研究。

四、营养保健问题 在下个世纪,众多的真正富有营养保健性的、口味好的产品走向市场,以更安全地满足广大消费者的需求,这是总趋向。除了“天然的”的以外,人工合成的和遗传工程技术制造的食物将会有所发展,那些转基因动物、转基因植物是一类新型资源,从中开发一些具有疗效的保健产品是有潜力的,而某些有益微生物或经改性的“工程微生物”均可通过发酵途径大量生产各类营养保健产品,在日本发现一种双歧杆菌变种,能合成肽聚糖,成为一种新的免疫活性剂,具有抑制癌细胞和提高免疫性的功能。在我国获得旅行太空的双歧杆菌优于普通双歧杆菌,更有其开发价值。因此,在下个世纪研制各类不同的微生态制剂和某些特定功能食品定会有所发展。某些微型藻包括螺旋藻、小球藻及聚球藻(Synechococcus)研制成保健食品如藻类面包等在市场上会有很大竞争力,有良好的发展势头。  
五、农业持续发展问题 农业与人类生存密切相关。农业是提供食物的基本保证,在任何一个国家里它占有基础地位,可是,世界上供长期开发的农业资源在减少,这是一个现实问题,现在或将来依靠科技进步才是农业持续发展的基本保证,尤其是农业生物技术占有重要地位,农业上的病虫害、作物品质改良以及土壤肥沃性都同农业生物技术密切相关,有助于农业的增产增收和持续发展。这不仅为解决人类主食问题,而且为人类食物更加丰富多样起重要作用。在某些国家里素食者将盛行起来,这就靠农业以其“食”的质量及水平满足更高的需求。这就靠生物技术根据需求建构高质量不同类型的转基因食用植物。一方面使粮食作物增产展示着巨大潜力;另一方面提供大量丰富多彩更具有营养保健、药疗功能的蔬菜水果等,使农贸市场更加兴旺。因此,农业持续发展正是盛行“素食者”更大的满足。 在农业持续发展的基础上恢复性农业(restorativeagriculture)及农业工厂化也将有所发展。所谓恢复性农业即按“处方”进行耕作,农民将设计作物,并利用更先进的技术使气候条件、土壤处理和植物种类都达到最佳状态。农业工厂化即指粮经作物及其种苗、人工种子以及农产品加工等都像工厂那样常年有计划地进行生产,其产品像工业产品那样具有质量稳定、供应稳定和价格稳定的三大特点;不占耕地面积或少占耕地就能实现一年四季连续生产各种食品,或其它产品。完全按照人的需求高水平地控制环境因素实行规模生产;完全是在人工控制下进行人工育种、培植、收获加工以及实行机器操作,均可实行自动化,或用一定场地或反应器进行作物、禽畜和水产品以及其它特定产品的生产。这样,使多种形态农业得到相应发展,使产品更加丰富多样,世界居民的生存发展得到基本保证。农业发展模式应适应各国国情而得到相应地发展,现代生物技术为农业持续发展必将发挥愈来愈重要作用。

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六、资源再利用问题 凡生产后排放的废弃物有“废物”之称,其实真正的废物是没有的。为了保持一个良好的生存环境,不论发达国家,或发展中国家,废弃物资源化是必须的,也是能够做到的。按回收、再循环和再生产方式再利用,这是可行的,如果得以实现,必将得到极大的好处:(1)使一切废弃有机物资源化、无害化、减量化;(2)从这一运转过程中获得有价值产品如新能源等;(3)这不仅促进了生产的发展,而且更有效地保护生态环境,防止有害污染物对大气、水域(淡水区、盐湖或海洋)、土地(特别是耕作区)的侵袭,既可保护这三大领域,又为人类创造了生存发展的良好环境。为此,一切废弃物无论以何种方式出现均应有效促使其进入物质大循环,从而得到回收再利用,这是社会经济发展的一项富有战略意义的措施。凡是将其填埋者是造成可再生资源的浪费,不可取;凡将其焚烧之,必将造成有害的二次污染,危害极大。为此,必须充分发挥生物技术特别是微生物技术的优势,有计划、有针对性地对不同类型废弃物进行更有效地治 理,通过实践证明,既可治理污染,保护环境,又将其纳入“生物治理废物产业”,从而获得可观的经济效益和环境效益,进入21世纪,此项“环保产业”的兴起必将成为世界潮流。  

七、大气污染问题 大气污染是诱发疾病的重要因素之一,有害气态物质是当今世界极重要污染源。一是CO2,认为它是主要温室效益气体之一;二是SO2,它是酸雨形成的祸害之一。此外,还有其 它有害有毒气体的污染。尽管它们也可以成为索取有价值产品的原料源,但它们排放到大气中达到过高浓度时也必然带来种种危害。美国每年有5万人死于空气污染。在欧洲,SO2每年夺走6000—13000人的生命,使20万名呼吸道疾病患者病情恶化。此外,NO2污染,今后几年将使6000万欧洲人肺功能减退;臭氧污染将使100万儿童患感冒或眼睛发炎。全世界每天有800人因呼吸受污染空气而早亡。因此,凡有害有毒气体散布于大气环境中不仅有害生态环境、破坏生态平衡;而且给人类带来灾难,严重地危及人类生命安全,应引起全社会的关注。为了使大气CO2、SO2等无害化,以及甲烷的防治和其它有害气体的治理,都有可能借助生物技术、微生物技术运作,使其转化,变有害为无害,并获得有益产品,从而也保护大气环境相对洁净,既可取得更好的社会效益,又使人类在无害、无毒环境中健康发展。

 八、世界公害 公害也包括水土流失和土地沙漠等问题;环境公害涉及面非常广泛,这是全球性的重大问题,它不仅仅涉及那些危险废物处理、城乡“三废”治理以及有害化学物质(如多环芳香烃、苯类、三氯乙烯及某些重金属镉、铅等)散布诸多方面的治理,而且还有一大类“活体公害”更加引起注意,除了人们熟悉的蚊子、苍蝇等是传播疾病的重要媒介之外,蟑螂(带40多种致病细菌,30多种寄生虫卵和包囊,经肠道传播病毒、黄曲霉等)也是城市主要害虫之一,还有家尘螭(地毯正是它的孳生地)传播致病原的载体。防治它们的危害也是城市居民一项长期的经常性的任务。但为什么难以把它们彻底消灭?其生命之网的复杂性尚需深入研究。水患、干旱灾害常有发生,尽管有其局部性,但造成生命财产的损失是巨大的。防止水土流失和土地沙化以及调节气候的变化乃是农林科研工作者及生命科学工作者一项长期的艰巨任务。为防制那些无生命的或有生命的公害以及治沙治水,调节气候等等,可充分发挥生物技术的作用,如绿化大地,植树造林、种草种花、保护绿地;对那些无生命的有害物和有生命的害虫,都需要有效运用生物技术或微生物技术进行整治补救。之所以这样做,既保护生态环境,同时也保护人类自己。   

九、洁净新能源问题 随着经济的发展今后世界需要更多的能源。有人预测,50年后需要更多的能源才能满足。按目前能源消费速度,矿物燃料的消耗必然面临危机;另一方面由于矿物燃料消耗量大,给全球气候稳定性造成威胁。这不仅是个环境问题,而且涉及能源问题,从根本上说,需要大力发展一种无污染,又经济实用的洁净新能源,应该说,这是未来能源建设一大趋势。这种能源有“新一代绿色能源”之称,如氢能、可再生能源等等,应该说,有很大开发潜力。氢能是一种洁净能源,燃烧时没有废气,不产生CO2和污染物,只有极少量水气;另外氢气热量大,易燃,将其制成“氢燃料电池”,有很广泛用途,如火箭发动机就是由氢和氧聚合释放出爆炸能量推进的,这种电池却用一种半透膜把氢和氧隔开,二者仍可继续发生反应,其速度极为缓慢,同时释放电热气(约80℃)和水蒸汽。生产氢能有多条途径,除从水、天然气中索取氢以外,光合微生物制取氢气展现出开发前景,特别是细胞固定化技术的应用,或许能大大提高光合微生物产氢能力。我国研究人员报道一种异养芽孢杆菌ER12菌株,于生物反应器中固定化,每分钟产氢量可达3196mmol󰃗L。至于可再生能源问题:有“液体黄金”之称 的乙醇,尽管是个传统发酵产品,但作为一种洁净生物能源已在国际上颇受重视,大有发展之 势。在美国,乙醇、天然气作为“杂交燃料” (hy2brid2fuel)或可变燃料(alternativefuels)的一个重要部分,如汽油加进乙醇等混合燃料(gasoline),用于汽车燃料。生物制取乙醇除微生物发酵途径之外,新发现的一种类似小球藻的海藻新品种叫Tit21,白天如同植物一样在光照条件下还原CO2制造碳水化合物如淀粉贮存起来,在弱光或厌氧条件下又能将淀粉直接转化为乙醇,当然,它与发酵生产乙醇的方式截然不同。然而,它的重要价值在于,不仅索取乙醇燃料,而且在减轻温室效应气体CO2、维持生态平衡等方面起重要作用。此外,天然气(主要成分甲烷)作为可变燃料用来改造汽油燃料也有可能性;通过沼气发酵可大量生产甲烷,在我国,已建成垃圾产沼气用于发电。这种制取洁净能源方式所显示其优越性必将在发展中国家中兴盛起来。  
 
十、“工程生物”问题 “工程生物”是现代生物技术的产物,也就是说,通过生物技术或遗传工程建构的微生物、植物、动物通称为“工程生物”。尽管在自然界原来并不存在,或者尚不清楚有“天然工程生物”或重组DNA生物的存在,但随着现代生物技术特别是基因工程的发展,这些“工程生物”的诞生或“天然工程生物”的揭示,对于那些有益于人类的“工程生物”,随着实用性增强,进入实用化,将会变得更为普遍。但事物总是一分为二的,一方面这些新型“工程生物”为人类所用,服务于人类的需要;但另一方面,耽心“工程生物”破坏生态环境,会给人类带来危害,特别关注的是,在自然界有可能出现有害的“工程生命形态”,其形成与发展并非人为的,或进入生活环境中也是一类重要的危害因素。因此,不论系人工建构的“工程生物”,或是天然重组的“工程生物”都得有防范的准备,提高警惕。固然有天然“拮抗”微生物的存在,任何优势“拮抗菌”的利用,服务于人类需要往往不一定占上风,有赖于人工建构。在美国,伯明翰大学等研究人员共同研发一种双保验“自杀基因”,将其转移到微生物中获得有效表达,不仅能完全分解环境中的有害物质如甲苯、二甲苯等,而且当其完成了自己的使命后,“自杀基因”就会发出“自杀”信号,即可实现自我毁灭。这样,对人类及环境不会造成危害。21世纪现代生物技术必将得到蓬勃发展,“工程生物”也随之兴盛,利大于弊,但不可忽视弊,特别是新出现的那些抗药性或多重抗药性致菌的发生、重组、流行,则有潜在的危险性,需要做好充分的防治对策。 总之,上述十大问题是人类所关心的重大问题,也正是现代生物技术领域急待研究的课题,世界生命科学工作者需要奋发努力,加深研究,使这些问题逐步得到解决,以保障人类与大自然协调,并能很好地生存与发展。
 
 
 
 
 
 
 
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