趙東旭， 謝海燕， 李 勤

(北京理工大學(xué) 生命學(xué)院, 北京 100081)

生物技術(shù)與生物工程辨析
——兼論生物工程與生物醫(yī)學(xué)工程的區(qū)別

趙東旭， 謝海燕， 李 勤

(北京理工大學(xué) 生命學(xué)院, 北京 100081)

生物技術(shù)和生物工程是兩個(gè)容易混淆的生物學(xué)名詞，厘清兩個(gè)名詞對(duì)于生命科學(xué)與工程的教學(xué)工作和學(xué)科建設(shè)均有裨益。首先分析了兩個(gè)名詞的不同表述內(nèi)容；其次從學(xué)科層面和專業(yè)建設(shè)角度對(duì)兩個(gè)名詞進(jìn)行分析，解讀了它們的內(nèi)涵及關(guān)系，在此基礎(chǔ)上分析了生命科學(xué)、分子生物學(xué)、合成生物學(xué)與生物技術(shù)的關(guān)系；最后探討了生物工程與生物醫(yī)學(xué)工程兩個(gè)專業(yè)的內(nèi)涵關(guān)聯(lián)性。

生物技術(shù)；生物工程；生物醫(yī)學(xué)工程；培養(yǎng)目標(biāo)；DNA重組技術(shù)

20世紀(jì)后期，生命科學(xué)的迅速發(fā)展不僅在理論研究上取得了巨大進(jìn)展，而且在應(yīng)用方面也展現(xiàn)出巨大潛力，如基于細(xì)胞融合的雜交瘤技術(shù)和育種技術(shù)，基于DNA重組技術(shù)的現(xiàn)代生物技術(shù)藥物如疫苗、抗體的生產(chǎn)，以及傳統(tǒng)的生物化工產(chǎn)品如抗生素、檸檬酸、維生素c等產(chǎn)量與新品種的提升或改進(jìn)。同時(shí)，一些新的生物學(xué)名詞或概念也隨之產(chǎn)生，如分子生物學(xué)、生命科學(xué)、生物工程、生物技術(shù)、生物工藝/生物工藝學(xué)、生物醫(yī)學(xué)工程，以及近幾年流行的底盤生物或底盤生物技術(shù)、合成生物學(xué)等，相對(duì)應(yīng)的本科專業(yè)也隨之產(chǎn)生，由此促成了目前的生物科學(xué)類3大本科專業(yè)即生物科學(xué)、生物技術(shù)和生物工程專業(yè)共存的現(xiàn)狀。對(duì)這些相似的概念或?qū)I(yè)，絕大多數(shù)的非專業(yè)人士感到費(fèi)解甚至誤解，即便是從事本領(lǐng)域的專業(yè)人員，如果不是花時(shí)間和精力去琢磨也難以說(shuō)清它們的區(qū)別。而且，在上述提及的3個(gè)本科專業(yè)的辦學(xué)過(guò)程中，或多或少地存在著對(duì)這3個(gè)專業(yè)內(nèi)涵和外延認(rèn)識(shí)不夠明確的地方，某些院校甚至對(duì)3個(gè)所建專業(yè)均使用相近或相同的培養(yǎng)方案。因此也有必要厘清生物類3大專業(yè)的內(nèi)涵和外延[1]。

本文試圖從生物科學(xué)、生物技術(shù)和生物工程概念，以及與三者之間的遞進(jìn)關(guān)系、學(xué)科或?qū)W術(shù)層面、工程學(xué)層面或具體產(chǎn)品的生產(chǎn)層面、專業(yè)建設(shè)層面對(duì)生物技術(shù)與生物工程進(jìn)行剖析，同時(shí)也對(duì)二者與其他生物學(xué)名詞的關(guān)系進(jìn)行梳理；在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步對(duì)生物工程與生物醫(yī)學(xué)工程兩個(gè)專業(yè)的內(nèi)涵關(guān)聯(lián)性進(jìn)行了探討，供大家參考并指正。

1 生物技術(shù)與生物工程的概念與發(fā)展概述

1.1 發(fā)展歷史概述

數(shù)千年來(lái)，人類在農(nóng)業(yè)、食品生產(chǎn)和藥物研制方面均應(yīng)用了基于生命現(xiàn)象和/或原理建立起的方法/技術(shù)，現(xiàn)在統(tǒng)稱為生物技術(shù)。由此可見，生物技術(shù)包括了一個(gè)很寬泛的領(lǐng)域，如早期根據(jù)人類的目的來(lái)改造生命體，動(dòng)物馴化、作物栽培、通過(guò)使用人工選擇和雜交技術(shù)的育種措施等，以及包括傳統(tǒng)的酒、醋、奶制品等在內(nèi)的釀造技術(shù)，這是第1代或稱為傳統(tǒng)的生物技術(shù)。第2代生物技術(shù)或稱為現(xiàn)代生物技術(shù)則是基于基因/DNA重組方法、細(xì)胞融合與培養(yǎng)方法等用于產(chǎn)生特殊成分、性狀或提供特定服務(wù)的技術(shù)。

盡管該詞早在1919年由匈牙利工程師鑄造在錢幣上，實(shí)際上在1990年前后才被國(guó)內(nèi)的生物學(xué)界逐步熟悉，并在一些高校內(nèi)先后建立了生物技術(shù)專業(yè)，隨后又相繼出現(xiàn)了生物工程專業(yè)。目前，生物技術(shù)已進(jìn)一步擴(kuò)展到包括基于新的，和多種科學(xué)(基因組學(xué)、蛋白組學(xué))相結(jié)合的多種方法或技術(shù)，應(yīng)用免疫學(xué)原理開發(fā)以及新型藥物的研制、遞送和診斷在內(nèi)的一系列方法或技術(shù)。

1.2 生物技術(shù)(Biotechnology)概念的幾種描述

到目前為止，對(duì)生物技術(shù)一詞有多種相似的描述。下面對(duì)其中的典型描述進(jìn)行摘錄并分析。

《英漢生物學(xué)大詞典》的描述為：生物技術(shù)，習(xí)慣上將其與生物工程等同。其實(shí)，生物技術(shù)涉及的面比生物工程的窄。任何利用生物學(xué)的原理開發(fā)而成的技術(shù)都是生物技術(shù)[2]，例如生物傳感器、蛋白質(zhì)芯片技術(shù)、基因芯片技術(shù)等。

美國(guó)生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)組織對(duì)生物技術(shù)的定義：生物技術(shù)是指“利用細(xì)胞和分子過(guò)程來(lái)解決問題或制造產(chǎn)品的技術(shù)”。

教育部高等學(xué)校生物科學(xué)與工程教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)(簡(jiǎn)稱為教指委)對(duì)生物技術(shù)的界定是：生物技術(shù)是以現(xiàn)代生命科學(xué)理論為基礎(chǔ)，應(yīng)用生命科學(xué)研究成果，結(jié)合化學(xué)、物理學(xué)、數(shù)學(xué)和信息學(xué)等學(xué)科的科學(xué)原理，采用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)手段，按照應(yīng)用要求預(yù)先設(shè)計(jì)改造和利用生物體(微生物、動(dòng)植物)的技術(shù)[3]。

從上述描述可以將生物技術(shù)簡(jiǎn)述為：利用生物學(xué)原理開發(fā)的，借助生物體或細(xì)胞甚至生物大分子，用于滿足生產(chǎn)某種人類需要的產(chǎn)品或滿足某種需求的技術(shù)(不是指某種產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程或滿足某種需求的過(guò)程)。更簡(jiǎn)潔點(diǎn)說(shuō)就是在實(shí)驗(yàn)室或其他特殊場(chǎng)合內(nèi)研發(fā)的由生物體參與的，可以付諸實(shí)踐的一種實(shí)驗(yàn)方法或?qū)嶒?yàn)技術(shù)即為生物技術(shù)。同生物學(xué)一樣，生物技術(shù)也是一門綜合性強(qiáng)的交叉學(xué)科，屬理學(xué)范疇。

生物技術(shù)因由生物學(xué)原理的實(shí)際應(yīng)用(既有社會(huì)發(fā)展對(duì)本學(xué)科的期望，亦有本學(xué)科自身發(fā)展的趨勢(shì)所為)而生，依據(jù)其應(yīng)用領(lǐng)域的不同一般劃分為：醫(yī)藥生物技術(shù)、農(nóng)業(yè)生物技術(shù)、工業(yè)生物技術(shù)、海洋生物技術(shù)、空間生物技術(shù)等。

1.3 生物工程 (Bioengineering / Biological engineering) 概念的幾種描述

同對(duì)生物技術(shù)概念的描述一樣，生物工程的概念也有幾種相似的描述。

《英漢生物學(xué)大詞典》對(duì)生物工程概念的界定是：應(yīng)用生命科學(xué)的研究成果，按人類意志設(shè)計(jì)，對(duì)生物或生物的成分進(jìn)行改造和利用(的過(guò)程)。包括遺傳工程(基因工程)、細(xì)胞工程、發(fā)酵工程、酶工程和蛋白質(zhì)工程、生物分離過(guò)程等幾個(gè)方面[2]。

“教指委”對(duì)生物工程的定義為：生物工程是利用生物體系，應(yīng)用生物學(xué)、化學(xué)和工程技術(shù)相結(jié)合的方法，按照人類的需要改造和設(shè)計(jì)生物的結(jié)構(gòu)與功能，從而經(jīng)濟(jì)、有效、大規(guī)模地制造人類所需各種產(chǎn)品的實(shí)踐過(guò)程[4]。

從上述描述可以看出，生物工程基于生物技術(shù)的研究成果，或者說(shuō)生物工程是包含多種生物技術(shù)以及其他多門學(xué)科(如化學(xué)、化工、生物學(xué)、機(jī)械工程、電子電氣、自動(dòng)化技術(shù)、材料科學(xué))在內(nèi)的具體實(shí)施過(guò)程。目前，生物工程廣泛應(yīng)用于化工、醫(yī)藥、食品、農(nóng)業(yè)、能源、資源和環(huán)境等領(lǐng)域[4]。

同生物技術(shù)一樣，生物工程也是一門綜合性強(qiáng)的交叉學(xué)科，但屬工學(xué)范疇。

2 生物技術(shù)與生物工程辨析

2.1 概念表述萬(wàn)象的狀態(tài)或?qū)⒗^續(xù)存在

前已述及，對(duì)生物技術(shù)與生物工程兩個(gè)概念的描述很易混淆，或者說(shuō)難以甄別。筆者分析，這既有理解角度或深度不同的問題，也有翻譯方面的原因，同時(shí)還有對(duì)一些概念的習(xí)慣性稱謂或沿襲性稱謂方面的原因。上面的介紹或許令人感到“朦朧”，下面的幾個(gè)例子或許能暴露出更多的費(fèi)解之處。

劉彬等[5]將日本生物工程學(xué)會(huì)編( 2005 )的Handbook of Biotechnology譯為“生物工程”。該文介紹了包括育種技術(shù)(誘變技術(shù)、細(xì)胞融合、基因操作等)、各種儀器分析及測(cè)量技術(shù)、發(fā)酵生產(chǎn)代謝控制(基礎(chǔ)理論、操作過(guò)程)、分離純化、釀造、食品、藥品、化工產(chǎn)品相關(guān)的生產(chǎn)過(guò)程及生產(chǎn)管理技術(shù)，即既有生物技術(shù)方面的內(nèi)容，也有生物工程方面的內(nèi)容。

李金林等所著的“現(xiàn)代生物工程”的內(nèi)容是：生物產(chǎn)業(yè)及現(xiàn)代生物工程的發(fā)展特點(diǎn)及趨勢(shì)、生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)、生物能源與環(huán)境生物治理、生物材料與生物基化學(xué)品、生物農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)。其中，在“現(xiàn)代生物工程發(fā)展的特點(diǎn)及趨勢(shì)”一節(jié)內(nèi)容中提到，“中國(guó)生物技術(shù)研究開發(fā)已經(jīng)取得了一批重大科技成果……”、“中國(guó)生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)規(guī)模有多個(gè)世界第一”，如抗生素、疫苗和維生素產(chǎn)量、醋、醬油、味精、檸檬酸等[6]，說(shuō)明并未嚴(yán)格區(qū)分生物工程與生物技術(shù)。

李爽等在所翻譯的《白色生物技術(shù)(White Biotechnology)》一書中指出，白色生物技術(shù)是“工業(yè)生物技術(shù)”的另一名稱。內(nèi)容包括：發(fā)酵原料、篩選系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)單元、生物煉制、工業(yè)酶、促成科技(即發(fā)酵和下游處理)等[7]，從內(nèi)容看，偏向于生物工程方面的內(nèi)容。

《英漢微生物學(xué)與分子生物學(xué)辭典》(第3版)的中譯本將“Biotechnology”翻譯成“生物工程學(xué)”、“生物技術(shù)”、“生物工藝學(xué)”，其定義是：廣義上，利用生物資源——通常為微生物和/或它們的產(chǎn)物和組分的各種形式技術(shù)的總稱。然而，本術(shù)語(yǔ)通常指依賴于分子生物學(xué)/基因工程等現(xiàn)代技術(shù)以構(gòu)建用于工業(yè)、醫(yī)藥或其他目的的新生物體和/或產(chǎn)物的那些技術(shù)[8]。

在鄂永昌等翻譯的《生物學(xué)詞典》中，將Biochemical engineering、Biotechnology、Bioengineering全部翻譯為生物工程學(xué)，其定義偏向于與人醫(yī)學(xué)相關(guān)的工程學(xué)研究[9]。譚景瑩編著的《英漢生物化學(xué)與分子生物學(xué)詞典》(第2版)的表述與上述相似[10]。在羅超權(quán)等編譯的《英漢生物化學(xué)與分子醫(yī)學(xué)辭典》中，將“Bioengineering”翻譯成“生物醫(yī)學(xué)工程”，其意指制造和應(yīng)用人工替代因疾病或外傷而致功能不正常的器官或人體的其他器官部位的科學(xué)。將“Biotechnology”翻譯成“生物工藝學(xué)”、“生物技術(shù)學(xué)”，其意指：生物、生物系統(tǒng)或生物學(xué)過(guò)程在生產(chǎn)或服務(wù)性行業(yè)中的應(yīng)用?，F(xiàn)在其含義已經(jīng)擴(kuò)展到包括應(yīng)用生物體、組織、細(xì)胞、細(xì)胞器或純化的酶轉(zhuǎn)化生物物質(zhì)或其他原料產(chǎn)生價(jià)值較高產(chǎn)品的任何過(guò)程，也可包括設(shè)計(jì)和利用反應(yīng)器、發(fā)酵罐、下游加工過(guò)程、分析儀器和生產(chǎn)過(guò)程有關(guān)的控制裝置，有時(shí)還包括基因工程和生物醫(yī)學(xué)工程[11]。在諸葛健等編著的《現(xiàn)代英漢生物工程詞典》中，將“Bioengineering”翻譯成“生物工程學(xué)”，內(nèi)涵偏向于與人醫(yī)學(xué)相關(guān)的工程學(xué)研究；該詞典也將“Biotechnology”翻譯成“生物工藝學(xué)”，其含義甚至延伸至與生物制造過(guò)程相關(guān)的反應(yīng)器的設(shè)計(jì)、過(guò)程監(jiān)控分析與控制儀器[12]。

賀小賢主編的《生物工藝原理》(第3版)開篇第一句話是：“生物技術(shù)，又稱生物工藝，biotechnology……”，其后又提到“生物技術(shù)有時(shí)也稱為生物工程(bioengineering)……”，從該書內(nèi)容看，工程性強(qiáng)[13]。

從上述介紹可知，無(wú)論從翻譯的角度，還是從二者內(nèi)涵理解的角度，不同的學(xué)者的理解有較大區(qū)別，互用或混用的現(xiàn)象明顯。筆者認(rèn)為，若從純翻譯的角度看，“technology”有工藝學(xué)、技術(shù)等含義，將“Biotechnology”翻譯成“生物工藝學(xué)”是比較貼切的，而在1983年出版的“英漢生物學(xué)詞匯”中就是此類譯法，像Biology(生物學(xué))、Cytology(細(xì)胞學(xué))、Phytology(植物學(xué))、Physiology(生理學(xué))等的翻譯均未引起歧義[14]。但就上述幾本書的內(nèi)容或名詞的本意看，把“Biotechnology”翻譯成“生物技術(shù)”也算是恰如其分。

需要說(shuō)明的是，對(duì)于非專業(yè)人士，可以不對(duì)二者進(jìn)行區(qū)分，只需清楚兩者都屬于生命科學(xué)的基本原理應(yīng)用于具體的過(guò)程即可。對(duì)于專業(yè)人士，按上節(jié)的建議以及如下的分析會(huì)更清楚些。

2.2 從學(xué)科角度區(qū)分

前已述及，對(duì)生物技術(shù)與生物工程兩個(gè)概念的表述形式多樣，下面將從學(xué)科的角度進(jìn)行區(qū)分。

從學(xué)科角度看，生物學(xué)即是一個(gè)學(xué)科，其中有多個(gè)方向，同生物化學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)一樣，生物技術(shù)也是其中的一個(gè)重要方向，它服務(wù)于理論研究，更偏向于應(yīng)用。生命科學(xué)的研究取得了一系列的成果(包括理論及技術(shù))，這些成果要通過(guò)具體的生產(chǎn)過(guò)程(常常是化工過(guò)程或操作)才能服務(wù)于人類，也就是說(shuō)生命科學(xué)的成果要與工程融合，因此出現(xiàn)了交叉學(xué)科——生物工程，同時(shí)又暗合了傳統(tǒng)的釀造行業(yè)(工程)，為方便理解，將生物技術(shù)“具體化”的一系列操作過(guò)程均賦予工程化的稱謂。

在利用生物材料及技術(shù)生產(chǎn)有用產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程即生物工程的過(guò)程中，實(shí)際上用具體的基于目標(biāo)產(chǎn)品的操作更合適些，如“檸檬酸生產(chǎn)或檸檬酸發(fā)酵”、“乙肝疫苗生產(chǎn)”、“XXX單克隆抗體的生產(chǎn)”等，如果稱作“生物工程”反而顯得“大”和“空”。

實(shí)際上，其他的與生物工程相關(guān)的幾個(gè)概念如基因工程、細(xì)胞工程、酶工程、蛋白質(zhì)工程等便沿襲了“工程(一般指一個(gè)/種系統(tǒng)性較強(qiáng)的工作，這是一種通俗化的稱謂，與實(shí)際生產(chǎn)中常說(shuō)的“XXX”工程不同)”的稱謂，其實(shí)這種稱謂不是很專業(yè)，多數(shù)情況下只是一種習(xí)慣性稱謂而已。下面將以細(xì)胞工程、基因工程為例進(jìn)行分析。

細(xì)胞工程：應(yīng)用細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)的方法，在細(xì)胞水平上進(jìn)行遺傳操作，是一個(gè)涉及改變細(xì)胞遺傳物質(zhì)的技術(shù)領(lǐng)域。主要包括細(xì)胞和組織培養(yǎng)、細(xì)胞融合和雜交瘤技術(shù)等[15]，如克隆山羊“多莉”的誕生過(guò)程、用花藥或花粉單細(xì)胞培養(yǎng)出植物如煙草、水稻等，以及植物(如馬鈴薯、香蕉、甘蔗等)脫毒技術(shù)。很顯然，這些技術(shù)主要是在實(shí)驗(yàn)室或其他特殊場(chǎng)合層面進(jìn)行的，歸屬于典型的生物技術(shù)范疇?；诩?xì)胞融合技術(shù)的應(yīng)用(即工程)應(yīng)該是，體外培養(yǎng)和繁殖大量細(xì)胞以制造有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的生物產(chǎn)品或細(xì)胞本身的過(guò)程。

基因工程又稱遺傳操作、基因操作、DNA重組技術(shù)，從中可以看出，基因工程的概念是一種通俗的術(shù)語(yǔ)[15-16]，專業(yè)稱謂應(yīng)該是“DNA重組技術(shù)”。用類似于工程設(shè)計(jì)的方法，按人們的需要，將不同生物的遺傳物質(zhì)(gene)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室操作(基因分離、剪切、拼接、鑒定等)，然后將其轉(zhuǎn)入適當(dāng)?shù)乃拗骷?xì)胞中大量復(fù)制和表達(dá)，以使宿主細(xì)胞獲得新的遺傳特性。

與DNA重組技術(shù)密切相關(guān)的兩個(gè)概念是“現(xiàn)代生物技術(shù)制藥”和最近幾年風(fēng)起云涌的“合成生物學(xué)”?！昂铣缮飳W(xué)”在以后的內(nèi)容中會(huì)專門分析?，F(xiàn)代生物技術(shù)制藥是指利用DNA重組技術(shù)，分離或合成編碼具有藥用功能的蛋白質(zhì)或多肽的基因，與相應(yīng)的調(diào)控元件及載體連接后，轉(zhuǎn)入適當(dāng)?shù)乃拗骷?xì)胞或生物體內(nèi)，在其中復(fù)制、表達(dá)或擴(kuò)增病毒、蛋白質(zhì)、多肽或核酸，以及進(jìn)一步對(duì)此類物質(zhì)分離、純化等加工工藝，很顯然這也是一個(gè)典型的“工程”概念。其中，前半部分分離或合成編碼目的基因、連接調(diào)控元件及載體、轉(zhuǎn)入宿主細(xì)胞或生物體內(nèi)，篩選出可高水平正確復(fù)制、表達(dá)及擴(kuò)增產(chǎn)物的細(xì)胞或轉(zhuǎn)基因生物的過(guò)程稱為上游技術(shù)，在實(shí)驗(yàn)室完成；后半部分即重組基因在生物體內(nèi)的復(fù)制、表達(dá)，或擴(kuò)增目標(biāo)病毒、蛋白質(zhì)、多肽等的提取和純化等制造工藝稱為下游技術(shù)，在車間完成。

實(shí)際上，在“生物技術(shù)”概念“落地”過(guò)程中，同時(shí)也產(chǎn)生了其他的名詞，如“生物化工”、“生化工程”、“生物工藝/生物工藝學(xué)”。筆者認(rèn)為，生物科學(xué)在應(yīng)用過(guò)程中要與化學(xué)工程等學(xué)科相交叉，衍生出三組概念即“生物工程”、“生化工程或生物化學(xué)工程(或生物化工)”及“生物工藝或生物工藝學(xué)”，三組概念之間有些細(xì)微差別。生化工程由生化反應(yīng)工程和生化分離工程構(gòu)成，較早時(shí)期一般認(rèn)為生物工程(發(fā)酵工程、酶工程、細(xì)胞工程、基因工程、蛋白質(zhì)工程等)中的發(fā)酵工程、酶工程、細(xì)胞工程就相當(dāng)于生化反應(yīng)工程；從目前的學(xué)科發(fā)展趨勢(shì)看，生化分離工程也可以作為生物工程的一部分。因此，概念的發(fā)展趨勢(shì)是從“生物化工”及“生物工藝”作為生物工程的早期稱謂到本質(zhì)界定上有顯著區(qū)別，再到目前的三者近乎完全一樣。

值得關(guān)注的是，隨著基于細(xì)胞工程、酶工程等技術(shù)在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用，就像發(fā)酵工程(微生物工程)一樣，二者也由稱謂上的“工程”逐漸變成內(nèi)涵上的“工程”了。

2.3 從所對(duì)應(yīng)的專業(yè)角度理解“生物技術(shù)”與“生物工程”二者的關(guān)系

生物科學(xué)重在研究生命本質(zhì)與規(guī)律，生物科學(xué)專業(yè)為生物技術(shù)提供理論基礎(chǔ)，生物技術(shù)重在生物學(xué)基礎(chǔ)應(yīng)用與技術(shù)研究和開發(fā)。因此，在生命科學(xué)與技術(shù)體系中，生物技術(shù)是一門承上啟下的學(xué)科或?qū)I(yè)，上接生物科學(xué)、下連生物工程，它拓展和延伸生物科學(xué)，成為基礎(chǔ)理論成果轉(zhuǎn)化為具有應(yīng)用價(jià)值的技術(shù)和產(chǎn)品的樞紐和橋梁[1,3, 17]。

在此首先簡(jiǎn)提一下生物科學(xué)專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)，生物科學(xué)旨在探索生命本質(zhì)與規(guī)律，要求學(xué)生掌握生物學(xué)的基礎(chǔ)理論、基本知識(shí)和基本操作技能，并運(yùn)用“三基”從事生物科學(xué)的基礎(chǔ)理論及相關(guān)領(lǐng)域的科研、教學(xué)及管理等方面的基礎(chǔ)科學(xué)研究與教學(xué)工作[1]。

生物技術(shù)專業(yè)在專業(yè)素質(zhì)方面的培養(yǎng)目標(biāo)是“掌握生命科學(xué)技術(shù)的基礎(chǔ)理論、基本知識(shí)、基本技能，能在教學(xué)、科研、生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)及其相關(guān)領(lǐng)域從事科學(xué)研究、技術(shù)開發(fā)、人才培養(yǎng)及管理等方面工作的復(fù)合型人才”[3,17]。

生物工程專業(yè)涉及內(nèi)容既有生物工程設(shè)備，生產(chǎn)工藝，工廠設(shè)計(jì)，自動(dòng)化控制等宏觀工程(技術(shù))內(nèi)容，也涵蓋基因、酶、細(xì)胞、代謝途徑與代謝調(diào)控等分子水平微觀工程內(nèi)容。在專業(yè)素質(zhì)方面的培養(yǎng)目標(biāo)是“具備生物學(xué)與工程學(xué)基本知識(shí)，掌握生物產(chǎn)品大規(guī)模制造的科學(xué)原理，熟悉生物加工過(guò)程流程與工程設(shè)計(jì)等基礎(chǔ)理論和技能，能在生物工程領(lǐng)域從事設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理和新技術(shù)研究、新產(chǎn)品開發(fā)的工程技術(shù)人才”[4, 18]。

生物技術(shù)作為生物工程技術(shù)基礎(chǔ)的觀點(diǎn)在國(guó)內(nèi)諸多教材中都得以體現(xiàn)，如何忠效等編著的《生物技術(shù)概論(第2版)》、宋思揚(yáng)等編著的《生物技術(shù)概論》中均作為重點(diǎn)章節(jié)介紹了基因工程、細(xì)胞工程、發(fā)酵工程、酶工程及蛋白質(zhì)工程等概念[19-20]。

綜上，可以將生物科學(xué)、生物技術(shù)、生物工程專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)分別歸結(jié)為從事生命科學(xué)的基本理論和相關(guān)的技術(shù)研究，從事如何根據(jù)上述理論和技術(shù)開發(fā)出可用于生產(chǎn)某種產(chǎn)品或服務(wù)于某個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的技術(shù)的研究，從事依賴于包括所建立的生物技術(shù)在內(nèi)的多種技術(shù)的具體生產(chǎn)過(guò)程或工藝優(yōu)化方面研究的專門技術(shù)人才。

2.4 實(shí)現(xiàn)“生物技術(shù)”專業(yè)與“生物工程”專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的困境猶存

盡管“教指委”對(duì)生物科學(xué)、生物技術(shù)與生物工程3個(gè)專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)、課程體系等都有一個(gè)明確的界定，由于各高校對(duì)3個(gè)專業(yè)內(nèi)涵的理解不同，學(xué)校背景的多元化(如來(lái)自于工科、理工科、理科、師范院校、?？圃盒５?，以及學(xué)科背景多元化(包括最傳統(tǒng)的生物學(xué)背景，也包括相關(guān)學(xué)科如醫(yī)學(xué)、農(nóng)學(xué)、林學(xué)、輕工、食品、水產(chǎn)、畜牧等)等原因，一定程度上影響各高校培養(yǎng)計(jì)劃的設(shè)置以及學(xué)生專業(yè)素質(zhì)的培養(yǎng)等，陳朝銀等[21]對(duì)此進(jìn)行了較為詳細(xì)的分析。

從生物科學(xué)、生物技術(shù)與生物工程3個(gè)專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課來(lái)看，生物技術(shù)專業(yè)與生物科學(xué)專業(yè)差別很小，前者僅增加了1門工程基礎(chǔ)課。比較而言，生物工程與生物技術(shù)的基礎(chǔ)課差別比較明顯。

在專業(yè)課方面，生物技術(shù)專業(yè)與生物科學(xué)專業(yè)之間的區(qū)別比較明顯，前者增加了技術(shù)基礎(chǔ)課(如基因工程、發(fā)酵工程、酶工程、細(xì)胞工程)；生物工程專業(yè)與生物技術(shù)專業(yè)的專業(yè)課有差別但不明顯，后者缺乏典型的工科專業(yè)課如氨基酸生產(chǎn)工藝學(xué)、有機(jī)酸生產(chǎn)工藝學(xué)等傳統(tǒng)工藝學(xué)，以及現(xiàn)代生物產(chǎn)品制造工藝學(xué)如疫苗制備工藝、抗體生產(chǎn)工藝、現(xiàn)代生物技術(shù)藥物生產(chǎn)工藝等。

生物技術(shù)專業(yè)與生物工程專業(yè)實(shí)踐環(huán)節(jié)中的畢業(yè)設(shè)計(jì)一項(xiàng)在很多學(xué)校均是以畢業(yè)論文的形式替代，這顯著影響了畢業(yè)生的專業(yè)素質(zhì)，掩蓋了兩個(gè)專業(yè)的重要區(qū)別。

2.5 小結(jié)

基于上述分析，作者認(rèn)為可以用如下表述來(lái)理解生物技術(shù)與生物工程兩個(gè)概念的本質(zhì)區(qū)別和關(guān)系：1)兩者都是綜合性術(shù)語(yǔ)。生物技術(shù)代表基于生命科學(xué)的基本原理建立的可以用于生產(chǎn)、研發(fā)或研究的一系列技術(shù)，如免疫沉淀、DNA重組技術(shù)、細(xì)胞融合、遺傳育種、生物芯片設(shè)計(jì)、生物傳感器的設(shè)計(jì)等，一般局限在實(shí)驗(yàn)室層面。生物工程一詞既有習(xí)慣性稱謂的因素，代表一類系統(tǒng)性工作，也有與實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程接軌的因素。生物工程是包含多種生物技術(shù)以及其他多門學(xué)科在內(nèi)、用以完成某種產(chǎn)品研制、生產(chǎn)或服務(wù)的具體實(shí)施過(guò)程。該概念因未能顯示目標(biāo)屬性而顯得比較“模糊”。如細(xì)胞工程至少會(huì)包括有一定遺傳差異的兩種細(xì)胞的培養(yǎng)、細(xì)胞融合、融合細(xì)胞的規(guī)模培養(yǎng)，以及進(jìn)一步所表達(dá)的某類生物活性成分的提取、活性分析等操作，同時(shí)還包括在此過(guò)程中的質(zhì)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)等軟、硬件配置等。2)二者之間關(guān)系密切。生物技術(shù)是生物工程進(jìn)行過(guò)程的核心技術(shù)或支撐技術(shù)之一，如上述提到的細(xì)胞工程，如果僅僅是獲得少量的融合細(xì)胞用于普通科研或研發(fā)，則歸屬于生物技術(shù)(其中至少包括常規(guī)的細(xì)胞培養(yǎng)、細(xì)胞融合、篩選、鑒定等技術(shù))，如果是規(guī)模培養(yǎng)及后續(xù)操作則歸屬于生物工程的范疇。從基本知識(shí)或理論的介紹上看，生物工程內(nèi)容包括生物技術(shù)在內(nèi)的多種技術(shù)，只有真正的接觸具體的生產(chǎn)過(guò)程才能真正地體現(xiàn)“工程”的概念。簡(jiǎn)言之，生物技術(shù)的“物化”或具體化過(guò)程即是生物工程。3)從專業(yè)和人才培養(yǎng)的角度看，如前所述，由于本專業(yè)的諸多核心基礎(chǔ)課和專業(yè)課是一樣的，教師隊(duì)伍以理論研究擅長(zhǎng)，而且學(xué)生在企業(yè)參觀、實(shí)習(xí)的時(shí)間很少，使得兩個(gè)專業(yè)之間的區(qū)別不明顯，生物工程專業(yè)的建設(shè)更像生物技術(shù)。以后在進(jìn)行生物工程的專業(yè)建設(shè)時(shí)，在如何縮減基礎(chǔ)課和理論課的比重，增加并強(qiáng)化工程類課程的內(nèi)容和理念，提供更多的實(shí)踐機(jī)會(huì)和時(shí)間等方面有許多值得思考的內(nèi)容。

3 分子生物學(xué)對(duì)生物科學(xué)及生物工程的影響

3.1 分子生物學(xué)是對(duì)生物學(xué)的深層次發(fā)展

進(jìn)入21世紀(jì)后，分子生物學(xué)無(wú)論在研究?jī)?nèi)容上還是其社會(huì)影響及稱謂上都取得了巨大進(jìn)展，如在稱謂上出現(xiàn)了一些新的課程或書籍如現(xiàn)代分子生物學(xué)、分子育種、分子細(xì)胞生物學(xué)、分子生態(tài)或分子生態(tài)學(xué)、(醫(yī)學(xué))分子遺傳學(xué)、分子免疫學(xué)、分子醫(yī)學(xué)等，同時(shí)也造成一種錯(cuò)覺，覺得從事分子生物學(xué)研究很高級(jí)、很神秘，從事普通的動(dòng)物學(xué)、植物學(xué)、微生物學(xué)等研究很低級(jí)，實(shí)際上這是一種誤解。下面根據(jù)分子生物學(xué)的定義進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。

分子生物學(xué)是一門在分子水平上研究生命本質(zhì)(自我繁殖、代謝、適應(yīng)與突變)的新興邊緣學(xué)科。狹義上講，分子生物學(xué)就是分子遺傳學(xué)，包括基因的概念、結(jié)構(gòu)、復(fù)制過(guò)程及機(jī)制、重組及突變機(jī)制；廣義上講，分子生物學(xué)包括分子遺傳學(xué)、結(jié)構(gòu)生物學(xué)、生物技術(shù)理論及應(yīng)用。借助于物理和化學(xué)原理的現(xiàn)代分析手段和技術(shù)(如電子隧道掃描顯微鏡、原子力顯微鏡、質(zhì)譜儀等)已經(jīng)可以對(duì)單分子的結(jié)構(gòu)進(jìn)行解析，而結(jié)構(gòu)的解析正是我們理解生命本質(zhì)的關(guān)鍵，動(dòng)物、植物、微生物的代謝過(guò)程除卻一些特殊性外，生命存在的共性機(jī)制是一樣的，因此對(duì)動(dòng)物、植物、微生物生命現(xiàn)象的研究最終都?xì)w結(jié)到生物分子層面，因此分子生物學(xué)已成為現(xiàn)代生命科學(xué)的 “共同語(yǔ)言”，區(qū)別在于研究對(duì)象的宏觀結(jié)構(gòu)不同。分子生物學(xué)與其他學(xué)科進(jìn)行深入的橫向聯(lián)系和交叉融合，直接促使：1)分子、細(xì)胞、整體水平的研究得到和諧統(tǒng)一；2)表型和基因型的關(guān)系得到了更為接近真實(shí)情況的解釋。也就是說(shuō)，分子生物學(xué)的提出和發(fā)展使得傳統(tǒng)生物學(xué)不僅在名稱上進(jìn)行了一次華麗轉(zhuǎn)身——生命科學(xué)，同時(shí)在本質(zhì)上發(fā)生了突變，對(duì)生命本質(zhì)的認(rèn)識(shí)更加客觀、準(zhǔn)確。

結(jié)合致力于將生命科學(xué)的成果轉(zhuǎn)化為服務(wù)于人類的生物技術(shù)的概念，分子生物學(xué)從原理和具體的操作細(xì)節(jié)上使生物技術(shù)更為清晰和準(zhǔn)確，如對(duì)某一個(gè)酶結(jié)構(gòu)及其基因的解析，不但知道了酶的結(jié)構(gòu)、酶活性中心的構(gòu)成、酶活性中心或核心結(jié)構(gòu)所對(duì)應(yīng)基因上的特定DNA片段等信息，更重要的是，可以將此片段拷貝出來(lái)或進(jìn)行更為理想的改造并移植到特定的載體和宿主細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行表達(dá)，賦予宿主細(xì)胞新的生命特性。由此可知，分子生物學(xué)是更準(zhǔn)確、更實(shí)用的生物技術(shù)產(chǎn)生的重要原理或基礎(chǔ)。

社會(huì)對(duì)生命科學(xué)研究成果服務(wù)于人類的渴求以及分子生物學(xué)研究的進(jìn)展催生了分子生物學(xué)的新概念即合成生物學(xué)的誕生。通俗地講，合成生物學(xué)就是一個(gè)拼接藝術(shù)(技術(shù))，或者說(shuō)是一個(gè)利用DNA重組技術(shù)的極端例子。研究人員在對(duì)整個(gè)基因組完整或基本完整解析的基礎(chǔ)上，從功能上對(duì)模塊化的多基因集合進(jìn)行計(jì)算和重組以合成一個(gè)全新的人工基因組，甚至可以使一個(gè)內(nèi)部被掏空的單細(xì)胞細(xì)菌“起死回生”。這是完全由人造基因指令控制的細(xì)胞，它是人造生命研究歷程中的關(guān)鍵一步。定制的合成基因組將來(lái)可用于一些特定的產(chǎn)品生產(chǎn)或領(lǐng)域，如生物燃料、醫(yī)藥制品或化學(xué)制品的生產(chǎn)過(guò)程，用于緩解能源危機(jī)、保護(hù)人類健康、綠色制造和環(huán)境保護(hù)等，它是目前日益發(fā)展的生物制造研發(fā)和應(yīng)用中的前沿領(lǐng)域。從上可以看出，合成生物學(xué)是在實(shí)驗(yàn)室層面對(duì)生命進(jìn)行“重構(gòu)”，是生物技術(shù)研究中的“白富美”，至于構(gòu)建好的“白富美”能否在具體的生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)揮預(yù)定的效果，這取決于生物工程具體的實(shí)施環(huán)節(jié)。

3.2 生物工程與生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)(Biomedical Engineering)內(nèi)涵的關(guān)聯(lián)性

與生物技術(shù)和生物工程兩個(gè)易糾結(jié)的概念不同，與其說(shuō)生物工程與生物醫(yī)學(xué)工程也是一對(duì)界限不甚清晰的概念，倒不如說(shuō)是一對(duì)交叉性頗多的概念。與生物工程起源于生物科學(xué)和生物技術(shù)的出身不同，生物醫(yī)學(xué)工程最早出自于電子或信息學(xué)科，而且服務(wù)對(duì)象也多局限于人類。下面簡(jiǎn)述二者的區(qū)別。

國(guó)內(nèi)教材多參考美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究所(National Institute of Health, NIH)于2000年對(duì)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的定義并進(jìn)行一定的細(xì)化，生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)是一門綜合運(yùn)用工程科學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)的原理，研究生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、行為科學(xué)與人類健康的邊緣性、交叉性學(xué)科。該學(xué)科提出了從分子水平到器官水平的知識(shí)，開發(fā)創(chuàng)新性的生物學(xué)制品、材料、加工方法、植入物、器械和信息學(xué)方法，用于疾病預(yù)防、診斷和治療，病人康復(fù)，改善衛(wèi)生狀況等目的[22-24]。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)在國(guó)內(nèi)學(xué)術(shù)界被熟知的時(shí)間與生物工程相近，其前期發(fā)展速度和社會(huì)影響力則落后于生物工程，但近10年來(lái)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的社會(huì)影響力已呈現(xiàn)強(qiáng)于生物工程的狀態(tài)。

目前，將生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)分為3個(gè)層次：1)整體層次，把人(或者是人與環(huán)境)看成一個(gè)整體。2)系統(tǒng)、器官、組織層次，這是目前國(guó)際上學(xué)科主流，也是我國(guó)生物醫(yī)學(xué)工程研究的主體，又分為3方面的內(nèi)容：①人體器官、組織的某些功能補(bǔ)償技術(shù)或代用裝置及人工生物醫(yī)學(xué)材料，如人工腎、人工肺、人工肝、人工胰、人工心瓣、人工血液、人工皮膚、人工器官、人工關(guān)節(jié)、假肢等；②醫(yī)用傳感器和人體參數(shù)測(cè)量技術(shù)，特別是無(wú)創(chuàng)傷診療技術(shù)和裝置；③新興醫(yī)療技術(shù)設(shè)備的系統(tǒng)監(jiān)測(cè)裝置。3)微觀或細(xì)胞層次，甚至也包括分子層次。利用生物超分子體系構(gòu)建的“機(jī)器人”對(duì)于血管的巡航以發(fā)現(xiàn)可疑病灶并及時(shí)清除是一具有極大潛力的探索方向。

從上述對(duì)生物醫(yī)學(xué)工程與生物工程的描述看，二者之間都具有為人類提供幫助的共性，也有較明顯的區(qū)別。通過(guò)與材料、電子傳感器、圖像處理系統(tǒng)的結(jié)合，前者可用于了解人體各層次生命過(guò)程(包括病理過(guò)程)的狀態(tài)變化過(guò)程和變化的規(guī)律，并在此基礎(chǔ)上，應(yīng)用多種工程技術(shù)手段，建立起適宜的方法和裝置，以最有效的方法或途徑，人為地控制這種變化趨勢(shì)或規(guī)律以達(dá)到預(yù)定的目標(biāo)，進(jìn)而保障人類健康。其中化學(xué)層面(含生物學(xué))的基礎(chǔ)和理論與電子信息方面的理論和應(yīng)用是本學(xué)科發(fā)展和應(yīng)用的兩大基礎(chǔ)。生物工程在具體促進(jìn)人類進(jìn)步的過(guò)程中，較多的是改善人類飲食品種和質(zhì)量、疾病的預(yù)防與藥物生產(chǎn)、環(huán)境的修復(fù)與改善等方面，其中化學(xué)層面(含生物學(xué))的基礎(chǔ)和理論與化工控制方面的理論和應(yīng)用是本學(xué)科發(fā)展和應(yīng)用的兩大基礎(chǔ)。當(dāng)生物工程與材料科學(xué)結(jié)合，促使“組織工程”概念產(chǎn)生時(shí)，才真正無(wú)縫隙地“貼近人類”、服務(wù)人類。

在國(guó)際上，如上所述，盡管生物醫(yī)學(xué)工程與生物工程兩個(gè)概念的內(nèi)涵有明顯的區(qū)別，但常用兩個(gè)詞即Biomedical engineering、Bioengineering表述生物醫(yī)學(xué)工程這一概念。因此，在國(guó)際交流中，用Biochemical Engineering表述生物工程是比較恰當(dāng)?shù)腫25]。

4 結(jié)束語(yǔ)

在此簡(jiǎn)要回顧一下本文的脈絡(luò)，生命科學(xué)的研究主要定位于解決生命現(xiàn)象存在的機(jī)制(包括調(diào)節(jié)機(jī)制)，借助生命體存在的機(jī)理和分子間相互作用的原理可以開發(fā)出能夠滿足人類需求的生物技術(shù)，在將生物技術(shù)集合具體應(yīng)用過(guò)程中又整合了其他多種技術(shù)和設(shè)備，使生物工程的目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)。合成生物學(xué)將DNA重組技術(shù)的設(shè)計(jì)效果發(fā)揮到極致或者說(shuō)是生命科學(xué)將成功服務(wù)于人類的標(biāo)志性技術(shù)之一，這是一個(gè)純技術(shù)操作層面的問題，底盤生物技術(shù)的發(fā)展已初步驗(yàn)證了合成生物學(xué)在理論上的可行性，為智能化或智能性生物工程的開展奠定了技術(shù)基礎(chǔ)[26-27]。生物工程與生物醫(yī)學(xué)工程雖始出異門，仍有諸多共同之處，只是前者以間接性服務(wù)為主，后者以直接性服務(wù)為主。從人才培養(yǎng)角度看，生物技術(shù)與生物工程專業(yè)雖然界定清晰，在具體落實(shí)過(guò)程中，在培養(yǎng)方案制定、師資配置、實(shí)踐基地選定、實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)及畢業(yè)論文與畢業(yè)設(shè)計(jì)的選題、是否開展等方面仍有提高的空間。

由于不同學(xué)者或不同學(xué)科對(duì)生物技術(shù)、生物工程、生物醫(yī)學(xué)工程的表述易于混淆，相關(guān)部門組織專家對(duì)此類概念進(jìn)行重新勘定實(shí)屬必要，同時(shí)對(duì)相關(guān)翻譯進(jìn)行規(guī)范，以減少不必要的曲解，也便于與國(guó)際同行接軌。

新型高端分析設(shè)備的不斷出現(xiàn)和創(chuàng)新性科學(xué)觀點(diǎn)的提出極大地促進(jìn)生命科學(xué)和相關(guān)生物技術(shù)取得更多的成果，為新型生物工程及產(chǎn)品的實(shí)施和生產(chǎn)提供了更大的可能，其間也會(huì)產(chǎn)生一些新名詞，大多數(shù)的名詞或理念或被長(zhǎng)久性保存下來(lái)并豐富和發(fā)展，其內(nèi)涵或?qū)嵸|(zhì)逐漸沉淀、清晰，如系統(tǒng)生物學(xué)、組學(xué)研究方法或技術(shù)或理念。

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Characterized “biotechnology ” and “bioengineering”——also discussed the difference between the bioengineering and biomedical engineering

ZHAO Dong-xu, XIE Hai-yan, LI Qin

( School of Life Sciences, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China )

Biotechnology and bioengineering were the two easily confused concept of biology, so characterizing the two words was aid to teaching and construction fields. The present paper analyzed the different expression of the two items. It comprehended the two items from two angles of field of science and construction of field, clarified their connotation and relation, and then analyzed the relation of biotechnology with the other items i.e. life science, molecular biology, synthetic biology, and biomedical engineering. Finally, it also discussed the connotation and relations of bioengineering and biomedical engineering.

biotechnology; bioengineering; biomedical engineering; aim of majoring culture; technique of DNA recombination

2016-03-23；

2016-04-25

北京理工大學(xué)第十批教育教學(xué)改革項(xiàng)目(第三批次)(09號(hào))的支持(2015年)

趙東旭，博士，副教授，研究方向?yàn)樯锘钚猿煞值姆蛛x分析，E-mail：zhaodx@bit.edu.cn

G642；Q-4

C

2095-1736(2017)01-0113-06

doi∶10.3969/j.issn.2095-1736.2017.01.113