生物技術(shù)入門(mén)

前言

　　當(dāng)看到科學(xué)出版社孫紅梅編輯送來(lái)的德文版Biotechnologie fur Einsteiger（生物技術(shù)入門(mén)）一書(shū)時(shí)，我深深地被這本書(shū)所吸引。作者萊因哈德·倫內(nèi)貝格（Reinhard Renneberg）明晰而生動(dòng)的寫(xiě)作風(fēng)格、生物技術(shù)發(fā)展歷史各個(gè)時(shí)期代表性事件和人物的介紹、插圖作者達(dá)嘉·蘇斯比爾（Darja StifSbier）繪制的大量精美的彩圖，都使該書(shū)與眾不同。深入閱讀各個(gè)章節(jié)后，我確信這本書(shū)稱(chēng)得上生物專(zhuān)業(yè)的精品圖書(shū)，它能讓科研工作者、學(xué)生以及對(duì)生物技術(shù)感興趣的非專(zhuān)業(yè)人士真正了解什么是生物技術(shù)，了解生物技術(shù)在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用與發(fā)展。由于原著十章內(nèi)容包含的信息量極大，每章都可以獨(dú)立成書(shū)，所以在出版社的建議下，我們翻譯的這本書(shū)就有了兩種形式，已經(jīng)出版的《生物技術(shù)入門(mén)系列》（共十冊(cè)），每?jī)?cè)即為原著的一章，和現(xiàn)在這本包括全部十章及中文索引的《生物技術(shù)入門(mén)》（中文版）?！　?1世紀(jì)是生命科學(xué)的世紀(jì)。世界權(quán)威刊物如《自然》（Nature）、《科學(xué)》（Science）在近20年里每期所發(fā)表的文章中，有相當(dāng)大一部分與生命科學(xué)相關(guān)。從20世紀(jì)90年代開(kāi)始，《科學(xué)》雜志每年評(píng)選的“全球十大科技進(jìn)展”有一半以上的成就與生命科學(xué)研究相關(guān)。生命科學(xué)領(lǐng)域的進(jìn)展日新月異，其他學(xué)科如物理學(xué)、化學(xué)、信息科學(xué)等紛紛尋找與生命科學(xué)的結(jié)合點(diǎn)，從而產(chǎn)生了不少交叉學(xué)科，即所謂的“Bio+X”。其中，生物技術(shù)已成為新技術(shù)革命的三大核心之一，也是發(fā)展最快的應(yīng)用學(xué)科之一。而不斷涌現(xiàn)出的新技術(shù)也無(wú)不展示著其在改善醫(yī)療衛(wèi)生、工農(nóng)業(yè)、環(huán)境、能源和食品等各個(gè)領(lǐng)域的重要地位。隨著人類(lèi)基因組計(jì)劃、水稻基因組計(jì)劃的完成，邁入新世紀(jì)的生命科學(xué)和生物技術(shù)盡管仍存在倫理和社會(huì)方面的憂慮，但其巨大進(jìn)步將在提高人類(lèi)健康水平、延長(zhǎng)壽命、開(kāi)發(fā)新能源、環(huán)境保護(hù)等方面繼續(xù)做出舉足輕重的貢獻(xiàn)。

內(nèi)容概要

萊因哈德·倫內(nèi)貝格教授用幽默、通俗的文字和大量史實(shí)般的圖片，為我們介紹了生物技術(shù)的發(fā)展歷程、原理與應(yīng)用，涉及了生物技術(shù)與生命科學(xué)的核心內(nèi)容與多個(gè)分支領(lǐng)域，包括微生物學(xué)、生物化學(xué)、遺傳學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、分子生物學(xué)、生態(tài)學(xué)、基因工程等。與普通教科書(shū)不同的是，作者結(jié)合歷史、經(jīng)濟(jì)、政治、軍事、文學(xué)、藝術(shù)等人類(lèi)文明的各個(gè)方面，介紹了生物技術(shù)發(fā)展史上的名人軼事，并對(duì)很多問(wèn)題進(jìn)行了頗為深入的討論。我們從中既可以感受科學(xué)家的熱忱與信念，領(lǐng)略理性與感性的完美交融，也會(huì)獲得良多啟示。    本書(shū)是《生物技術(shù)入門(mén)系列》(全十冊(cè))的合集，可供生命科學(xué)相關(guān)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生、教師或科研人員作為入門(mén)教材和參考書(shū)，也可成為面向科技管理者以及任何一位對(duì)生物技術(shù)感興趣的非專(zhuān)業(yè)人士的科普讀物。

書(shū)籍目錄

中文版序言原版前言第一章  啤酒，面包，奶酪——生物工藝與美食  1.1  酒文化伊始  1.2  酵母：發(fā)酵背后的秘密  1.3  日寸至今日，啤酒釀造的原材料依然是酵母、水、麥芽和啤酒花  1.4  萬(wàn)物生長(zhǎng)靠太陽(yáng)  1.5  酒精發(fā)酵：酵母生存的應(yīng)急措施  1.6  蒸餾：一種有效的酒精提純法  1.7  細(xì)菌與食品貯藏  1.8  咖啡、可可、香精、煙草：發(fā)酵使它們更美味  1.9  霉菌與細(xì)菌：乳酪生產(chǎn)中的聯(lián)盟軍  1.10  醬油與清酒  1.11  究竟伺謂發(fā)酵？  參考文獻(xiàn)與推薦讀物  相關(guān)網(wǎng)絡(luò)鏈接  小測(cè)驗(yàn)第二章  酶——在生活與工業(yè)中廣為使用的超級(jí)分子催化劑  2.1  酶是具有高度特異性的高效生物催化劑  2.2  溶菌酶：在微小分子水平上最早被了解其結(jié)構(gòu)和功能的酶類(lèi)  2.3  輔助因子在復(fù)合酶類(lèi)中的作用  2.4  酶類(lèi)的來(lái)源：動(dòng)物、植物以及微生物  2.5  胞外水解酶將生物高分子聚合物降解為小分子  2.6  用于釀酒、烘焙以及退漿的淀粉酶  2.7  用于增加蔬果汁產(chǎn)量的果膠酶  2.8  生物清潔劑：應(yīng)用最廣泛的水解酶  2.9  軟化肉類(lèi)與皮革的蛋白酶  2.10  固定：酶類(lèi)的重復(fù)使用  2.11  葡萄糖異構(gòu)酶與果糖糖漿：提高糖的甜度  2.12  固態(tài)酶在人類(lèi)與動(dòng)物食品生產(chǎn)中的應(yīng)用  2.13  酶膜反應(yīng)器：輔助因子再生性的應(yīng)用  2.14  固定細(xì)胞  參考文獻(xiàn)與推薦讀物  相關(guān)網(wǎng)絡(luò)鏈接  小測(cè)驗(yàn)第三章  基因工程的奇跡  3.1  DNA：攜帶遺傳信息的雙螺旋結(jié)構(gòu)  3.2  DNA聚合酶催化DNA雙鏈的復(fù)制  3.3  DNA之外的遺傳信息儲(chǔ)存載體：RNA病毒中的單鏈RNA  3.4  破譯遺傳密碼  3.5  人類(lèi)基因組：一套23卷的大百科全書(shū)  3.6  通過(guò)合成RNA破譯DNA密碼  3.7  結(jié)構(gòu)基因附近的DNA位點(diǎn)控制基因表達(dá)  3.8  核糖體：細(xì)胞中由大分子RNA和蛋白質(zhì)構(gòu)建的蛋白生產(chǎn)工廠  3.9  重組：把基因重新“洗牌”  3.10  質(zhì)粒：遺傳材料的理想載體  3.11  分子級(jí)別的剪刀和膠水：限制性核酸內(nèi)切酶和DNA連接酶  3.12  基因技術(shù)的第次嘗試：呱呱落地的細(xì)菌  3.13  如何獲得基因  3.14  從細(xì)菌中得到人類(lèi)胰島素  3.15  人體內(nèi)的胰島素合成  3.16  小鼠胰島素原：基因工程的開(kāi)端  3.17  DNA雜交：怎樣使用DNA探針找到細(xì)菌  3.18  輕微的轉(zhuǎn)變：生長(zhǎng)激素抑制素——第一種由細(xì)菌生產(chǎn)的人類(lèi)蛋白質(zhì)  3.19  蛋白酶是如何將豬胰島素轉(zhuǎn)變?yōu)槿祟?lèi)胰島素的  3.20  Eureka！第一種遺傳工程胰島素的誕生  3.21  Aslomar會(huì)議：現(xiàn)代基因技術(shù)的風(fēng)險(xiǎn)  3.22  從單大腸桿菌菌株中獲得人類(lèi)胰島素  3.23  使用面包酵母生產(chǎn)胰島素原產(chǎn)品  3.24  通過(guò)蛋白質(zhì)工程獲取人造胰島素突變蛋白  3.25  使用轉(zhuǎn)基因哺乳動(dòng)物細(xì)胞生產(chǎn)改造后的復(fù)合蛋白質(zhì)  參考文獻(xiàn)與推薦讀物  相關(guān)網(wǎng)絡(luò)鏈接  小測(cè)驗(yàn)第四章  白色生物技術(shù)——作為合成工廠的細(xì)胞  4.1  概述  4.2  戰(zhàn)術(shù)性適應(yīng)  4.3  戰(zhàn)略性適應(yīng)：酶的需求量  4.4  一種具有變構(gòu)效應(yīng)的分子：谷氨酰胺合成酶  4.5  分解代謝物的抑制和聚合酶的誘導(dǎo)  4.6  用霉菌代替檸檬  4.7  賴(lài)氨酸的大規(guī)模生產(chǎn)：突變體怎樣克服天冬氨酸激酶的反饋抑制  4.8  L-谷氨酸：調(diào)味品中富含的左旋氨基酸  4.9  化學(xué)合成與微生物生產(chǎn)  4.10  L-抗壞皿酸(維生素C)  4.11  阿斯巴甜：一種很甜的二肽酯化物  4.12  固定化細(xì)胞生產(chǎn)氨基酸和有機(jī)酸  4.13  突變：定向微生物工程的一種手段  4.14  點(diǎn)青霉：亞歷山大-弗萊明發(fā)現(xiàn)的神奇真菌  4.15  篩選：生物化學(xué)家尋找霉菌  4.16  微生物的食譜是什么？  4.17  現(xiàn)代生物工廠  4.18  熱、冷和干燥會(huì)導(dǎo)致微生物死亡  4.19  下游生產(chǎn)過(guò)程  4.20  鏈霉素和頭孢菌素：新一代抗生素  4.21  微生物抗性問(wèn)題的解決  4.22  環(huán)孢霉素：用于轉(zhuǎn)基因植物的微生物產(chǎn)物  4.23  甾醇類(lèi)激素：可的松和避孕藥  參考文獻(xiàn)與推薦讀物  相關(guān)網(wǎng)絡(luò)鏈接  小測(cè)驗(yàn)第五章  病毒、抗體和疫苗  5.1  病毒：借來(lái)的生命  5.2  病毒怎樣攻擊細(xì)胞  5.3  機(jī)體怎樣防止自身被感染：通過(guò)抗體進(jìn)行體液免疫應(yīng)答  5.4  細(xì)胞免疫應(yīng)答：殺傷T細(xì)胞  5.5  第一個(gè)疫苗：對(duì)抗天花的牛痘  5.6  現(xiàn)代疫苗  5.7  活疫苗  5.8  單克隆抗體  5.9  催化性抗體  5.10  重組抗體  5.11  重組抗體文庫(kù)  5.12  噬菌體展示：新一輪的革命  5.13  高親和力生長(zhǎng)激素的噬菌體展示  5.14  癌癥患者的新希望：重組抗體利妥昔  參考文獻(xiàn)與推薦讀物  相關(guān)網(wǎng)絡(luò)鏈接  小測(cè)驗(yàn)第六章  環(huán)境生物技術(shù)——從“單行道”到自然循環(huán)  6.1  清潔水：一種生物產(chǎn)品  6.2  有氧的水純化：污水處理田，滴濾器和活性污泥  6.3  沼氣  6.4  沼氣能挽救森林！  6.5  工業(yè)國(guó)家把沼氣當(dāng)做液體肥料  6.6  生長(zhǎng)在田里的燃料作物  6.7  查克拉巴提的“吃油鬼”  6.8  源于木材的糖和酒精  6.9  生物質(zhì)中的基本化學(xué)物質(zhì)  6.10  沉默的礦藏  6.11  重獲新生的枯油井  6.12  生物塑料：從死胡同到旋轉(zhuǎn)木馬  參考文獻(xiàn)與推薦讀物  相關(guān)網(wǎng)絡(luò)鏈接  小測(cè)驗(yàn)第七章  綠色生物技術(shù)  7.1  可食用的微生物  7.2  藻類(lèi)和藍(lán)綠藻  7.3  單細(xì)胞蛋白質(zhì)：廉價(jià)蛋白質(zhì)資源的希望  7.4  作為一種植物蛋白質(zhì)，真菌鴛白受到消費(fèi)者的青睞  7.5  門(mén)檻上的“綠色”生物技術(shù)  7.6  試管領(lǐng)域：植物的體外培養(yǎng)  7.7  分生組織培養(yǎng)  7.8  單倍體培養(yǎng)：花藥和子房  7.9  愈傷組織和懸浮培養(yǎng)  7.10  在生物反應(yīng)器中的植物細(xì)胞產(chǎn)生有活性的物質(zhì)  7.11  繼紫草素之后的植物活性物質(zhì)會(huì)是什么？  7.12  根癌農(nóng)桿菌：害蟲(chóng)也能當(dāng)基因工程師  7.13  基因槍轉(zhuǎn)化法：從槍里射出的DNA  7.14  轉(zhuǎn)基因植物：除草劑抗性  7.15  生物殺蟲(chóng)劑  7.16  藍(lán)色康乃馨和“硬”番茄  7.17  轉(zhuǎn)基因食品的危險(xiǎn)？  7.18  轉(zhuǎn)基因食品應(yīng)該被標(biāo)記出來(lái)嗎？  7.19  基因藥師  7.20  轉(zhuǎn)基因植物：一場(chǎng)激烈的討論  7.21  冰天雪地中的熱帶棕櫚樹(shù)？  7.22  雪槍中的細(xì)菌保衛(wèi)滑雪度假  參考文獻(xiàn)與推薦讀物  相關(guān)網(wǎng)絡(luò)鏈接  小測(cè)驗(yàn)第八章  胚胎、無(wú)性繁殖系和轉(zhuǎn)基因動(dòng)物  8.1  人工授精  8.2  胚胎移植和體外受精  8.3  胚胎移植用于保護(hù)瀕危動(dòng)物  8.4  齊美拉式動(dòng)物至少擁有四個(gè)遺傳學(xué)上的親代  8.5  轉(zhuǎn)基因動(dòng)物：從巨型小鼠到巨型奶牛  8.6  牛和豬的生長(zhǎng)素  8.7  基因藥物：奶制品和雞蛋中寶貴的人類(lèi)蛋白  8.8  轉(zhuǎn)基因魚(yú)：從熒光魚(yú)到巨型鱒魚(yú)  8.9  基因敲除小鼠  8.10  異種移植  8.11  克?。弘p胞胎的批量生產(chǎn)  8.12  青蛙和蠑螈的克隆  8.13  多莉：動(dòng)物克隆中的突破  8.14  克隆過(guò)程中遇到的困難  8.15  克隆貓  8 16 與人類(lèi)相關(guān)的克隆、IVF和PID  8.17 通過(guò)胚胎以窺全部  參考文獻(xiàn)與推薦讀物  相關(guān)網(wǎng)絡(luò)鏈接  小測(cè)驗(yàn)第九章  心肌梗塞、癥和干細(xì)胞——生物技術(shù)拯救生命  9.1  心肌梗塞和抗凝血?jiǎng)? 9.2  心肌梗塞形成后的纖維蛋白溶解：利用酶使助栓溶解  9.3  中風(fēng)患者：從吸皿酶中獲得的幫助  9.4  遺傳工程因子Ⅷ：血友病的安全助手  9.5  腎病患者和運(yùn)動(dòng)時(shí)的EPO  9.6  抗擊病毒和癌癥的干擾素  9.7  白細(xì)胞介素  9.8  腫瘤：非正常的細(xì)胞無(wú)限制生長(zhǎng)  9.9  新的癌癥治療方法  9.10  紫杉醇抗癌藥  9.11  人類(lèi)生長(zhǎng)激素  g.12  表皮生長(zhǎng)激素：消除皺紋，治愈糖尿病性腳痛  9.13  干細(xì)胞，青春之泉  9.14  基因治療  9.15  變廢為寶：RNA干擾  參考文獻(xiàn)與推薦讀物  相關(guān)網(wǎng)絡(luò)鏈接  小測(cè)驗(yàn)第十章  分析生物技術(shù)和人類(lèi)基因組  10.1  造福于數(shù)百萬(wàn)糖尿病患者的酶檢測(cè)試驗(yàn)  10.2  生物傳感器  10.3  微生物傳感器：酵母在五分鐘內(nèi)就可檢測(cè)出水質(zhì)的污染  10.4  免疫妊娠試驗(yàn)  10.5  AIDS診斷  10.6  心肌梗塞診斷  10.7  醫(yī)護(hù)點(diǎn)(POC)診斷  10.8  如何分析DNA——凝膠電泳通過(guò)DNA片段大小對(duì)其進(jìn)行分離  10.9  生與死：遺傳指紋圖譜在親子鑒定和犯罪調(diào)查中的作用  10.10  DNA標(biāo)準(zhǔn)物：短串聯(lián)重復(fù)序列(STRs)和單核苷酸多態(tài)性(sNPs)  10.11  聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)：DNA呈百萬(wàn)級(jí)的擴(kuò)增  10.12  恐龍和猛犸可以獲得新生？  10.13  基因的測(cè)序  10.14  Southern雜交  10.15  DNA自動(dòng)測(cè)序  10.16  熒光原位雜交：鑒定基因在染色體上的定位及拷貝數(shù)  10.17  生物技術(shù)領(lǐng)域的最大成就：人類(lèi)基因組計(jì)劃  10.18  基因組遺傳圖譜  10.19  基因組物理圖譜的繪制  10.20  基因組測(cè)序方法的競(jìng)爭(zhēng)：片段重疊群法和鳥(niǎo)槍法7  10.21  人類(lèi)基因組計(jì)劃：我們要去向何方？  10.22  如何解讀基因組序列？  10.23  藥物基因組學(xué)  10.24  DNA芯片  10.25  基因表達(dá)譜：鑒定致病原因  10.26  蛋白質(zhì)組學(xué)  10.27  基質(zhì)輔助激光解吸電離-飛行時(shí)間質(zhì)譜(MALDI-TOF)：氣相蛋白離子  10.28  適體和蛋白質(zhì)芯片  10.29  有可能對(duì)人類(lèi)基因組進(jìn)行完全控制嗎？  10.30  生物技術(shù)將何去何從？  參考文獻(xiàn)與推薦讀物  相關(guān)網(wǎng)絡(luò)鏈接  小測(cè)驗(yàn)圖片版權(quán)索引

章節(jié)摘錄

　　第一章　啤酒，面包，奶酪——生物工藝與美食　　1.1　酒文化伊始　　我們所知道的最早的啤酒，大約是公元前8000～公元前6000年，由地處幼發(fā)拉底河與底格里斯河（現(xiàn)在的伊拉克）之間的美索布達(dá)米亞蘇美爾人釀造的。他們浸泡大麥或二粒小麥（一種古老的、生長(zhǎng)在當(dāng)?shù)氐男←溩魑铮┦蛊浒l(fā)芽，從而釀造出一種營(yíng)養(yǎng)豐富、不易腐壞，并能使人興奮　　的飲料——啤酒。一塊公元前3000年的陶土片上就記錄著小麥去殼的全過(guò)程，現(xiàn)在，這塊被稱(chēng)為“Monument bleu”的陶土片已被當(dāng)作文物收藏在巴黎盧浮宮內(nèi)。將這些發(fā)芽的麥子揉到面中經(jīng)略微焙烤后制成啤酒面包，然后將面包碾碎拌入水中；再將這種混合物通過(guò)柳條篩過(guò)濾，裝入陶土容器里密封好；之后，隨著發(fā)酵作用，就會(huì)產(chǎn)生氣泡。　　發(fā)酵（fermentation）是一種厭氧作用，能將糖汁變成酒，啤酒就是一個(gè)很好的例子?！　∫徊糠职l(fā)芽的麥子會(huì)被放在太陽(yáng)底下晾曬（相當(dāng)于現(xiàn)在的烘干作用），然后再保仔起來(lái)，以便應(yīng)對(duì)新鮮麥子短缺時(shí)的需求。后來(lái)，巴比倫人代替蘇美爾人統(tǒng)治了兩河流域，他們也釀造啤酒，但味道有點(diǎn)酸，這是由于發(fā)酵過(guò)程同時(shí)產(chǎn)生了乳酸發(fā)酵（1actic acid fermentation）。正是因?yàn)樵S多微生物不能在酸性環(huán)境中生長(zhǎng)，乳酸發(fā)酵大大延長(zhǎng)了啤酒的保存時(shí)間。這對(duì)于氣候炎熱的中東地區(qū)來(lái)說(shuō)是十分重要的——只有干凈衛(wèi)生的飲品才會(huì)受到人們的青睞。

編輯推薦

　　“這本書(shū)讓我覺(jué)得自己又回到了學(xué)生時(shí)代……”　　——Frederick Sanger，兩次諾貝爾獎(jiǎng)獲得者　　“你可以將它作為一本介紹性的入門(mén)書(shū)籍，或是一本教科書(shū)、參考書(shū)，抑或是一個(gè)學(xué)生探索得到的經(jīng)驗(yàn)，激發(fā)你去尋求更多的信息……”　　——Reinhara Penneberg，本書(shū)作者，香港科技大學(xué)教授　　“Reinhard的這本書(shū)傳遞著對(duì)科學(xué)的熱情與信念。這些也許可以改變我們的世界?！薄　　猅om Itapoport，美國(guó)國(guó)家科學(xué)院與藝術(shù)科學(xué)院院士，哈佛藥學(xué)院教授　　“這本書(shū)極富感染力，一旦你打開(kāi)了它。就會(huì)越來(lái)越想讀下去……”　　——Jim Larrick．美國(guó)生物技術(shù)企業(yè)家．Absatus公司的創(chuàng)建者

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