生物工程导论绪论省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

生物工程导论吴坚平浙江大学生物工程研究所玉泉校区 教十-6201E-mail:Tel:[phone]（623098）87952363（O）第1页绪绪 论论生物工程概念生物产业特色与现实状况生物工程主要研究领域本课程内容第2页生物工程概念生命科学生物化学细胞生物学分子生物学微生物学工程学科化学工程学机械工程学控制学化学数学、物理生物工程工业、农业、健康、资源、环境服务于利用工程学方法，将生命科学和技术研究结果应用于生产实践或到达其它社会目标第3页生物产业特色与现实状况生物产业特色知识、技术密集型资本密集型周期长高风险、高收益永续发展环境友好绿色产业，可连续发展关乎人类乃至生物界生死存亡第4页生物产业特色与现实状况生物产业现实状况生物产业产品与产值世界部分国家生物技术产业比较世界主要生物技术企业介绍我国生物产业发展现实状况第5页生物产业产品与产值传统生物技术产品主要指有机酸、氨基酸、维生素、酶制剂、抗生素及类似药品等传统发酵工业产品当代生物技术产品主要指重组医药产品因为重组技术普遍使用，二者界限正变得越来越含糊当前我国生物产业总产值近5000亿元第6页10大生物技术上市企业大生物技术上市企业名次上市企业名称总营业额（亿美元）1Amgen 143（174）2Genentech 14.2（154）3 Serono(瑞士)10.54Bigen 7.945 Genzyme 7.726Chiron 7.627Immunex 5.418 edimmune 3.839CSL(澳大利亚)2.7410Nabi 2.33第7页4大生物技术药品大生物技术药品促红细胞生成素促红细胞生成素促红细胞生成素促红细胞生成素粒细胞集落刺激因子粒细胞集落刺激因子胰岛素胰岛素生物技术行业吸引力是多方面。生物技术企业处于创新研究与开发生物技术行业吸引力是多方面。生物技术企业处于创新研究与开发前缘，今年生物技术企业有前缘，今年生物技术企业有11家研究与开发费用超出家研究与开发费用超出1亿美元。其亿美元。其中中Amgen居世界生物技术企业首位，到达居世界生物技术企业首位，到达8.22亿美元亿美元(比比1998年增年增加加24%)。第8页世界部分国家生物技术产业比较美国美国自自70年代以基因重组技术和单克隆抗体技术为标志当代生物技术年代以基因重组技术和单克隆抗体技术为标志当代生物技术诞生以来，美国作为科技和经济大国在当代生物技术各领域均诞生以来，美国作为科技和经济大国在当代生物技术各领域均占据了领先地占据了领先地位位，各种生物技术产品被广泛应用于医疗、工业、农业、海洋和国防等领域。，各种生物技术产品被广泛应用于医疗、工业、农业、海洋和国防等领域。欧洲欧洲在当代生物技术发展早期，作为传统工业强国欧洲国家动作迟缓，在当代生物技术发展早期，作为传统工业强国欧洲国家动作迟缓，造成今日在这一领域造成今日在这一领域稍显落后于美国稍显落后于美国，但现在他们正在奋起直追，许多大型，但现在他们正在奋起直追，许多大型化学工业企业，如化学工业企业，如BASF、Hoechst等都正在向生物技术领域发展。等都正在向生物技术领域发展。中国中国因为资金实力和先进设备普及率因为资金实力和先进设备普及率尚难与西方列强争雄尚难与西方列强争雄，现实状况，现实状况不容乐观，但不容乐观，但与其它发展中国家相比尚处于领先地位与其它发展中国家相比尚处于领先地位。第9页美国生物技术发展情况 除传统生物技术产品外，美国除传统生物技术产品外，美国FDA已经同意了已经同意了117种种以以上新型生物技术药品和疫苗。上新型生物技术药品和疫苗。据预计，生物技术业现有据预计，生物技术业现有800个产品在临床试验阶段，其中个产品在临床试验阶段，其中350个在开发后期阶段。约有个在开发后期阶段。约有30个生物技术产品在等候美国个生物技术产品在等候美国FDA上市同意。上市同意。这些药品或这些药品或疫苗针对疫苗针对200各种各种疾病而开发，包含各种癌症、早老性痴呆疾病而开发，包含各种癌症、早老性痴呆症、心脏病、糖尿病和艾滋病等。症、心脏病、糖尿病和艾滋病等。美国已经有美国已经有1400家家生物技术企业，这还不包含众多涉足生物技术企业，这还不包含众多涉足生物技术传统制药企业。在生物技术产业就业人数达生物技术传统制药企业。在生物技术产业就业人数达17.4万万人人，超出了玩具和体育用具产业就业人数总和。生物技术产，超出了玩具和体育用具产业就业人数总和。生物技术产业还为服务于它行业创造了近业还为服务于它行业创造了近30万个万个就业机会。就业机会。第10页美国生物技术发展情况 这些成就取得与美国在生物技术研究和开发方面很多优势密不可分。其中最主要是资金优势和智力优势。第11页美国生物技术发展情况资金优势（1）美国国家卫生研究院财政年度取得政府拨款达321亿美元；同时，还将接收美国复兴法案提供104亿美元研发资金。（能源部研发资金总额为112亿美元）（2）美国各州也制订了各自生物技术产业发展计划，全美50个州中有41个州已实施了最少一项生物技术产业发展计划；（3）美国生物技术企业中有300多家公开上市，其市场资本总额在到达3308亿美元。第12页美国生物技术发展情况智力资源智力资源美国拥有世界领先波士顿、旧金山、圣迭戈、华盛顿和北卡罗来纳五大生物技术产业区。这五大生物产业区都毗邻实力雄厚大学和研究机构。如：波士顿：哈佛大学和MIT；旧金山湾区：加州大学旧金山分校、伯克利分校和斯坦福大学等；圣迭戈：加州大学圣迭戈分校是全美大学中取得美国国家科研经费最多高校之一华盛顿：NIH、FDA、霍华德休斯医学院研究试验室、马里兰大学研究中心和约翰斯霍普金斯大学等；北卡罗来纳：杜克大学、北卡罗来纳州立大学罗利分校、北卡罗来纳大学查珀尔希尔分校。第13页欧洲生物技术发展情况 当前德国暂居于欧洲生物科技企业数量榜当前德国暂居于欧洲生物科技企业数量榜首，并是生物科技企业增加最快国度，其后首，并是生物科技企业增加最快国度，其后是英国、法国、瑞典、瑞士、芬兰、荷兰、是英国、法国、瑞典、瑞士、芬兰、荷兰、比利时等。比利时等。第14页欧洲各国生物技术企业数量比较第15页欧洲与美国生物技术企业产值比较第16页世界主要生物技术企业介绍生物技术企业典范生物技术企业典范Amgen Inc.（安进企业，美国）（安进企业，美国）Genentech Inc.（基因技术企业，美国）（基因技术企业，美国）Novo Nordisk（诺和诺德企业，丹麦）（诺和诺德企业，丹麦）第17页Amgen Inc.Amgen（安进企业）是由一群科学家和风险投资商（安进企业）是由一群科学家和风险投资商于于1980年创建，年创建，1981年企业开始运作。因为一直没年企业开始运作。因为一直没有产品上市，企业先后于有产品上市，企业先后于1983，1986，1987年经过年经过公开发行股票筹集资金以维持企业生存。公开发行股票筹集资金以维持企业生存。全球最大生物技术企业全球最大生物技术企业Amgen是应用分子遗传学是应用分子遗传学(Applied Molecular Genetics)缩写缩写第18页1989年年6月安进企业第一个产品重组人红细胞生成素月安进企业第一个产品重组人红细胞生成素(erythropoietin，简称，简称EPO)取得美国取得美国FDA同意，用于同意，用于治疗慢性肾功效衰竭引发贫血和治疗慢性肾功效衰竭引发贫血和HIV感染治疗贫血。感染治疗贫血。1991年年2月企业第二个产品重组粒细胞集落刺激因子月企业第二个产品重组粒细胞集落刺激因子(filgrastim，G-CSF)取得美国取得美国FDA同意，其适应证为同意，其适应证为肿瘤化疗引发嗜中性白细胞降低症。肿瘤化疗引发嗜中性白细胞降低症。安进企业这两个全球商业化最为成功生物技术药品安进企业这两个全球商业化最为成功生物技术药品EPO(商品名商品名EPOGEN)和和G-CSF(商品名商品名NEUPOGEN)，不但造福了无数血液透析患者和癌症化疗患者，也为，不但造福了无数血液透析患者和癌症化疗患者，也为企业带来了巨额利润，企业也据此快速发展壮大。企业带来了巨额利润，企业也据此快速发展壮大。Amgen Inc.第19页Amgen Inc.1992年安进企业首次跻身财富500强，当年企业产品销售首次突破10亿美元。财富500强排名，安进企业排在455位。在全球医药50强中排在21位。安进企业现拥有近7000名员工，企业分部遍布全球。年销售额到达174亿美元。第20页Amgen Inc.上市产品上市产品第21页Amgen Inc.成功经验成功经验1强有力专利保护强有力专利保护 对企业开发产品及时申请专利，使企业产品独占市对企业开发产品及时申请专利，使企业产品独占市场。安进企业最初产品品种不多，上市品种总共只有三场。安进企业最初产品品种不多，上市品种总共只有三个个(EPO、G-CSF和和INF-1)。其成功全赖企业两个拳头。其成功全赖企业两个拳头产品产品Epogen和和Neupogen卓越市场销售。相比之下，卓越市场销售。相比之下，Infergen市场表现平平，并不出众。因为前两个产品企市场表现平平，并不出众。因为前两个产品企业拥有专利独占权，并处于市场垄断地位，而干扰素在业拥有专利独占权，并处于市场垄断地位，而干扰素在市场上同类产品数量繁多。市场上同类产品数量繁多。第22页Amgen Inc.成功经验成功经验2强大研发力度 为了保持在生物技术方面领先水平，Amgen企业不停增加R&D投入，加大新产品、新技术研发力度。同时对现有产品进行完善，作深入深入开发。企业研发费用为8.45亿美元，占当年销售收入26.4，企业已在全球范围建立起发展机构，配合全球临床计划。在R&D方面投资促使Amgen企业形成大量很有市场前景新高效治疗药品产品链。预计年企业将有3种新药上市，其后两年内也将会有数个新药投放市场。第23页1976年，年，Kleiner Perkins企业风险投资家企业风险投资家Swanson鼓鼓动重组动重组DNA技术创造人之一技术创造人之一Boyer，合作成立企业共，合作成立企业共同探索重组同探索重组DNA商业化，并给企业取名为商业化，并给企业取名为Genentech，即为基因工程技术缩写。，即为基因工程技术缩写。风险投资在生物技术领域成功典范风险投资在生物技术领域成功典范Genentech Inc.第24页 1976年年4月，月，Swanson从从Kleiner Perkins企业得到了企业得到了10万美元万美元风险投资，条件是风险投资，条件是Kleiner Perkins企业拥有企业拥有25产权。伴随企业产权。伴随企业经营进展，经营进展，9个月后，个月后，Kleiner Perkins企业又进行了一轮风险投企业又进行了一轮风险投资。这一轮投资额为资。这一轮投资额为85万美元，条件是再占有企业万美元，条件是再占有企业25产权。产权。1977年，基因技术企业成功地使人工合成生长激素释放抑制因子年，基因技术企业成功地使人工合成生长激素释放抑制因子(14肽肽)基因在大肠杆菌中表示，这是人类第一次采取基因工程方基因在大肠杆菌中表示，这是人类第一次采取基因工程方法生产出有药用价值产品。风险投资家们也从中看出希望，进行法生产出有药用价值产品。风险投资家们也从中看出希望，进行第三轮投资，但这次第三轮投资，但这次95万美元投资仅换回了万美元投资仅换回了8.6产权。在短短产权。在短短16个月时间里，基因技术企业价值便由个月时间里，基因技术企业价值便由40万美元增加为万美元增加为1100万美万美元。元。Genentech Inc.第25页 当前基因技术企业已拥有4200多名职员。企业再一次被财富杂志评为“100家美国最正确工作企业”，且由1999年52位上升到32位。在全球医药50强中排在37位。年销售额到达154亿美元。Genentech Inc.第26页Genentech Inc.美国股票增值最快十家企业 企业名增幅所属行业基因科技(Genentech)182%生物科技雅虎(Yahoo)175%互联网网信通讯(Nextel)143%通讯华冠电子(EMC)110%计算机英特尔(Intel)106%计算机德州仪器(Texas Instruments)96%通讯eBay91%互联网思科(Cisco)85%计算机卡特彼勒(Caterpillar)82%工程设备制造福力特波士顿(Fleet Boston)80%商业银行第27页基因技术企业研究领域主要集中在肿瘤、心血管系统疾病和内基因技术企业研究领域主要集中在肿瘤、心血管系统疾病和内分泌疾病。已经有分泌疾病。已经有14种生物技术药品取得同意，企业自己生产种生物技术药品取得同意，企业自己生产并销售其中并销售其中9种产品，其它转让给其它企业生产。种产品，其它转让给其它企业生产。1)抗肿瘤药品抗肿瘤药品：抗抗-HER2单抗单抗 Herceptin用于治疗过分表用于治疗过分表示示HER-2蛋白转移性乳腺癌蛋白转移性乳腺癌；抗抗-CD20抗体抗体 Rituxan用用于治疗复发于治疗复发CD20阳性、阳性、B-细胞非何杰金淋巴瘤细胞非何杰金淋巴瘤。2)心血管系统类药品心血管系统类药品：溶栓药品溶栓药品 ACtiraSe治疗急性心肌治疗急性心肌梗死，急性大量肺栓塞梗死，急性大量肺栓塞。3)内分泌系统类药品内分泌系统类药品：重组人生长激素重组人生长激素 Protropin治疗生治疗生长激素缺乏小孩长激素缺乏小孩、Nutropin治疗治疗与特纳综合征相关身与特纳综合征相关身材矮小材矮小、Nutropin Depot治疗治疗小儿生长激素不足长期小儿生长激素不足长期有效重组生长激素；重组链道酶有效重组生长激素；重组链道酶 Pulmozyme治疗轻度治疗轻度到中度囊性纤维化到中度囊性纤维化。Genentech Inc.第28页1风险投资成功典范 基因技术企业能够说是风险投资家和科学家成功合作典范，已被看成经典案例写入教科书。由一项并未成熟试验技术发展到含有巨大社会效益和经济效益一系列产品上市，这需要风险投资家独具慧眼，要勇于投资；也需要科学家认真务实工作和勇于创新魄力。事后Swanson对外界说，“每个人都说我为时过早。从人体内中提取得一个有开发价值激素可能要花上，要转变为一个商业产品，顺利话恐怕也要。每个人都这么说，除了Herb Boyer”。Genentech Inc.成功经验成功经验第29页2勉励创新，营建以知识为中心企业文化气氛勉励创新，营建以知识为中心企业文化气氛 基因技术企业主动勉励企业员工创造性工作，企业给基因技术企业主动勉励企业员工创造性工作，企业给每位员工很大自由度。企业对研究人员坚持让他们在完每位员工很大自由度。企业对研究人员坚持让他们在完成份内工作外能够花成份内工作外能够花25时间在自己感兴趣项目上。当时间在自己感兴趣项目上。当前基因技术企业前基因技术企业4200多名员工多名员工中中大学生占大学生占80，其中有，其中有硕士和博士学位人占硕士和博士学位人占25。企业拥有。企业拥有300多位科学家和技多位科学家和技术教授，平均每年有术教授，平均每年有250篇论文篇论文发表，几乎每个工作日发发表，几乎每个工作日发表一篇，企业拥有表一篇，企业拥有3600项专利项专利，另有，另有2600项等候审批，项等候审批，这在生物技术企业中是少有。这在生物技术企业中是少有。Genentech Inc.成功经验成功经验第30页Novo Nordisk(诺和诺德诺和诺德)是欧洲最大生物制药企业是欧洲最大生物制药企业之一。主要业务范围是研究和生产生物药品和工业之一。主要业务范围是研究和生产生物药品和工业用酶制剂。在生物药品领域，诺和诺德在胰岛素研用酶制剂。在生物药品领域，诺和诺德在胰岛素研究和生产方面处于世界领先地位；在工业用酶领域，究和生产方面处于世界领先地位；在工业用酶领域，诺和诺德企业已成为世界上最大酶制剂供给商。诺和诺德企业已成为世界上最大酶制剂供给商。总部总部 位于丹麦哥本哈根现今在全球位于丹麦哥本哈根现今在全球70个国家设有分个国家设有分支机构，员工支机构，员工16,000人，销售遍布超出人，销售遍布超出179个国家。个国家。Novo Nordisk第31页11月14日，为了便于管理和发展，企业决定把制药产业和工业酶制剂分离。新成立Novozymes(诺维信)企业主要致力于工业用酶制剂方面发展。而诺和诺德企业则集中在制药行业领域里发展。企业在全球药品销售额为24.79亿美元，在全球医药50强中排在27位。诺和诺德1994年进入中国，建立了诺和诺德(天津)生物技术有限企业。Novo Nordisk第32页1)糖尿病治疗领域糖尿病治疗领域：速效胰岛素；短效胰岛素；中效胰岛：速效胰岛素；短效胰岛素；中效胰岛素；混合胰岛素素；混合胰岛素(短效胰岛素和中效胰岛素按一定百分比短效胰岛素和中效胰岛素按一定百分比混合混合)；长期有效胰岛素等。；长期有效胰岛素等。2)凝血障碍领域凝血障碍领域：重组凝血因子：重组凝血因子VIIa(NovoSeven)用于用于治疗血友病治疗血友病A和和B患者出血。患者出血。3)生长激素生长激素：Norditropin SimpleXx用于治疗生长激用于治疗生长激素缺乏儿童；生长激素缺乏成年人和特纳综合征等。素缺乏儿童；生长激素缺乏成年人和特纳综合征等。4)激素替换疗法激素替换疗法：当前全球最大激素替换疗法：当前全球最大激素替换疗法(HRT)产品生产品生产厂家之一产厂家之一上市主要产品上市主要产品Novo Nordisk第33页 Novo Nordisk企业有雄厚科研基础。企业研究企业有雄厚科研基础。企业研究发展发展经费超出总营业额发展发展经费超出总营业额16%，科研人员占员工，科研人员占员工总数总数22%。除丹麦之外，除丹麦之外，Novo Nordisk企业还在美国，瑞企业还在美国，瑞士，日本和马来西亚均建立了研究中心。士，日本和马来西亚均建立了研究中心。Novo Nordisk科研人员在工作中与全世界学术研究中心进科研人员在工作中与全世界学术研究中心进行了普遍接触，建立了广泛国际合作项目。行了普遍接触，建立了广泛国际合作项目。重视科学研究重视科学研究Novo Nordisk 成功经验成功经验第34页 Novo Nordisk企业1月25日在北京亦庄经济技术开发区建立了世界级研发中心，诺和诺德企业中国研发中心同时也是跨国制药企业中第一家在中国设置致力于生物技术研究研发中心。该中心瞄准世界高水平，利用生物技术和分子生物学领域国际前沿研究方法，进行着与国际先进水平同时研究。Novo Nordisk 中国中国第35页 我国生物技术在第三世界处领先地位。与发达国家比较，在人才贮备和技术水平上差距也不大，有些详细研究领域（如水稻基因组研究和育种等）研究还处于国际领先水平，但因为资金和设备方面显著落后，自主知识产权工业产品开发严重滞后，研究工作主要由高校和政府研究所负担，企业科研实力远落后于发达国家。1999年医药生物技术企业约为320家，到达500多家，不过有国家相关部门药品生产批文不过40多家。我国生物产业发展现实状况第36页我国生物制药产业发展我国生物制药年产值增加图（单位：亿元人民币）我国生物制药年产值增加图（单位：亿元人民币）第37页国内外重组药品实现商业化时间比较国内外重组药品实现商业化时间比较845年年我国我国跟踪国外先进技术跟踪国外先进技术速度在加紧，但自主知识产速度在加紧，但自主知识产权产品，尤其是完全创新产品开发严重滞后。权产品，尤其是完全创新产品开发严重滞后。第38页美国中国 生物技术现实状况对比第39页我国生物技术产业优势市场优势市场优势庞大人口和日益增加消费能力为生物技术产品提供了巨大市场人才优势人才优势基础研究和应用研究能力与发达国家差距比传统产业和IT产业略小世界上从事生物技术研究学者中华人占多数第40页深圳创世纪企业转基因棉花转基因抗虫棉培育流程转基因抗虫棉培育流程我国基因工程产品介绍第41页深圳创世纪企业转基因棉花常规棉与抗虫棉抗虫效果比较常规棉与抗虫棉抗虫效果比较第42页深圳创世纪企业转基因棉花第43页深圳科兴生物科兴生物中国最大基因工程药品产业化基地国家863计划结果产业化基地主导产品：干扰素1b（赛若金）其它产品重组人白细胞介素II即将上市基因工程产品 第44页科兴赛若金干扰素1b是我国迄今为止唯一拥有独立知识是我国迄今为止唯一拥有独立知识产权基因工程药品，由中国预防医学科学院产权基因工程药品，由中国预防医学科学院病毒所于病毒所于1989年研制成功年研制成功科兴赛若金占国内干扰素市场半壁江山第45页华北制药国内最大制药企业主要生产抗生素及类似药品近年来开始涉足基因工程药品 第46页生物工程主要研究领域酶工程细胞工程基因工程发酵工程（微生物工程）生物分离工程第47页本课程主要内容基因工程酶工程细胞工程发酵工程环境生物工程第48页再再见！见！第49页