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第一章 啤酒，面包，奶酪——生物工艺与美食1

1．1酒文化伊始2

1．2酵母：发酵背后的秘密2

1．3时至今日，啤酒酿造的原材料依然是酵母、水、麦芽和啤酒花5

1．4万物生长靠太阳11

1．5酒精发酵：酵母生存的应急措施11

1．6蒸馏：一种有效的酒精提纯法13

1．7细菌与食品贮藏15

1．8咖啡、可可、香精、烟草：发酵使它们更美味17

1．9霉菌与细菌：乳酪生产中的联盟军20

1．10酱油与清酒26

1．11究竟何谓发酵？26

参考文献与推荐读物27

相关网络链接27

小测验27

第二章 酶——在生活与工业中广为使用的超级分子催化剂29

2．1酶是具有高度特异性的高效生物催化剂30

2．2溶菌酶：在微小分子水平上最早被了解其结构和功能的酶类30

2．3辅助因子在复合酶类中的作用35

2．4酶类的来源：动物、植物以及微生物36

2．5胞外水解酶将生物高分子聚合物降解为小分子38

2．6用于酿酒、烘焙以及退浆的淀粉酶38

2．7用于增加蔬果汁产量的果胶酶40

2．8生物清洁剂：应用最广泛的水解酶40

2．9软化肉类与皮革的蛋白酶41

2．10固定：酶类的重复使用42

2．11葡萄糖异构酶与果糖糖浆：提高糖的甜度44

2．12固态酶在人类与动物食品生产中的应用45

2．13酶膜反应器：辅助因子再生性的应用49

2．14固定细胞50

参考文献与推荐读物55

相关网络链接55

小测验55

第三章 基因工程的奇迹57

3．1 DNA：携带遗传信息的双螺旋结构58

3．2 DNA聚合酶催化DNA双链的复制58

3．3 DNA之外的遗传信息储存载体：RNA病毒中的单链RNA59

3．4破译遗传密码59

3．5人类基因组：一套23卷的大百科全书60

3．6通过合成RNA破译DNA密码61

3．7结构基因附近的DNA位点控制基因表达65

3．8核糖体：细胞中由大分子RNA和蛋白质构建的蛋白生产工厂66

3．9重组：把基因重新“洗牌”71

3．10质粒：遗传材料的理想载体73

3．11分子级别的剪刀和胶水：限制性核酸内切酶和DNA连接酶73

3．12基因技术的第一次尝试：呱呱落地的细菌74

3．13如何获得基因77

3．14从细菌中得到人类胰岛素78

3．15人体内的胰岛素合成80

3．16小鼠胰岛素原：基因工程的开端81

3．17 DNA杂交：怎样使用DNA探针找到细菌82

3．18轻微的转变：生长激素抑制素——第一种由细菌生产的人类蛋白质83

3．19蛋白酶是如何将猪胰岛素转变为人类胰岛素的83

3．20 Eureka ！第一种遗传工程胰岛素的诞生84

3．21 Asilomar会议：现代基因技术的风险85

3．22从单一大肠杆菌菌株中获得人类胰岛素86

3．23使用面包酵母生产胰岛素原产品87

3．24通过蛋白质工程获取人造胰岛素突变蛋白88

3．25使用转基因哺乳动物细胞生产改造后的复合蛋白质90

参考文献与推荐读物93

相关网络链接93

小测验93

第四章 白色生物技术——作为合成工厂的细胞95

4．1概述96

4．2战术性适应97

4．3战略性适应：酶的需求量99

4．4一种具有变构效应的分子：谷氨酰胺合成酶101

4．5分解代谢物的抑制和聚合酶的诱导104

4．6用霉菌代替柠檬104

4．7赖氨酸的大规模生产：突变体怎样克服天冬氨酸激酶的反馈抑制105

4．8 L-谷氨酸：调味品中富含的左旋氨基酸107

4．9化学合成与微生物生产108

4．10L-抗坏血酸（维生素C）109

4．11阿斯巴甜：一种很甜的二肽酯化物114

4．12固定化细胞生产氨基酸和有机酸117

4．13突变：定向微生物工程的一种手段117

4．14点青霉：亚历山大弗莱明发现的神奇真菌119

4．15筛选：生物化学家寻找霉菌122

4．16微生物的食谱是什么？122

4．17现代生物工厂124

4．18热、冷和干燥会导致微生物死亡125

4．19下游生产过程126

4．20链霉素和头孢菌素：新一代抗生素126

4．21微生物抗性问题的解决131

4．22环孢霉素：用于转基因植物的微生物产物131

4．23甾醇类激素：可的松和避孕药135

参考文献与推荐读物137

相关网络链接137

小测验137

第五章 病毒、抗体和疫苗139

5．1病毒：借来的生命140

5．2病毒怎样攻击细胞140

5．3机体怎样防止自身被感染：通过抗体进行体液免疫应答143

5．4细胞免疫应答：杀伤T细胞147

5．5第一个疫苗：对抗天花的牛痘152

5．6现代疫苗153

5．7活疫苗157

5．8单克隆抗体157

5．9催化性抗体159

5．10重组抗体159

5．11重组抗体文库163

5．12噬菌体展示：新一轮的革命164

5．13高亲和力生长激素的噬菌体展示165

5．14癌症患者的新希望：重组抗体利妥昔165

参考文献与推荐读物167

相关网络链接167

小测验167

第六章 环境生物技术——从“单行道”到自然循环169

6．1清洁水：一种生物产品170

6．2有氧的水纯化：污水处理田，滴滤器和活性污泥172

6．3沼气173

6．4沼气能挽救森林！176

6．5工业国家把沼气当做液体肥料177

6．6生长在田里的燃料作物178

6．7查克拉巴提的“吃油鬼”179

6．8源于木材的糖和酒精180

6．9生物质中的基本化学物质185

6．10沉默的矿藏190

6．11重获新生的枯油井190

6．12生物塑料：从死胡同到旋转木马191

参考文献与推荐读物195

相关网络链接195

小测验195

第七章 绿色生物技术197

7．1可食用的微生物198

7．2藻类和蓝绿藻198

7．3单细胞蛋白质：廉价蛋白质资源的希望200

7．4作为一种植物蛋白质，真菌蛋白受到消费者的青睐201

7．5门槛上的“绿色”生物技术204

7．6试管领域：植物的体外培养204

7．7分生组织培养205

7．8单倍体培养：花药和子房209

7．9愈伤组织和悬浮培养211

7．10在生物反应器中的植物细胞产生有活性的物质211

7．11继紫草素之后的植物活性物质会是什么？212

7．12根癌农杆菌：害虫也能当基因工程师213

7．13基因枪转化法：从枪里射出的DNA216

7．14转基因植物：除草剂抗性216

7．15生物杀虫剂217

7．16蓝色康乃馨和“硬”番茄221

7．17转基因食品的危险？222

7．18转基因食品应该被标记出来吗？223

7．19基因药师223

7．20转基因植物：一场激烈的讨论226

7．21冰天雪地中的热带棕榈树？226

7．22雪枪中的细菌保卫滑雪度假231

参考文献与推荐读物233

相关网络链接233

小测验233

第八章 胚胎、无性繁殖系和转基因动物235

8．1人工授精236

8．2胚胎移植和体外受精236

8．3胚胎移植用于保护濒危动物237

8．4齐美拉式动物至少拥有四个遗传学上的亲代238

8．5转基因动物：从巨型小鼠到巨型奶牛239

8．6牛和猪的生长素240

8．7基因药物：奶制品和鸡蛋中宝贵的人类蛋白241

8．8转基因鱼：从荧光鱼到巨型鳟鱼242

8．9基因敲除小鼠246

8．10异种移植246

8．11克隆：双胞胎的批量生产247

8．12青蛙和蝾螈的克隆247

8．13多莉：动物克隆中的突破251

8．14克隆过程中遇到的困难254

8．15克隆猫255

8．16与人类相关的克隆、IVF和PID257

8．17通过胚胎以窥全部260

参考文献与推荐读物261

相关网络链接261

小测验261

第九章 心肌梗塞、癌症和干细胞——生物技术拯救生命263

9．1心肌梗塞和抗凝血剂264

9．2心肌梗塞形成后的纤维蛋白溶解：利用酶使血栓溶解264

9．3中风患者：从吸血酶中获得的帮助265

9．4遗传工程因子Ⅷ：血友病的安全助手267

9．5肾病患者和运动时的EPO268

9．6抗击病毒和癌症的干扰素268

9．7白细胞介素270

9．8肿瘤：非正常的细胞无限制生长270

9．9新的癌症治疗方法274

9．10紫杉醇抗癌药275

9．11人类生长激素278

9．12表皮生长激素：消除皱纹，治愈糖尿病性脚痛278

9．13干细胞，青春之泉279

9．14基因治疗285

9．15变废为宝：RNA干扰285

参考文献与推荐读物291

相关网络链接291

小测验291

第十章 分析生物技术和人类基因组293

10．1造福于数百万糖尿病患者的酶检测试验294

10．2生物传感器294

10．3微生物传感器：酵母在五分钟内就可检测出水质的污染296

10．4免疫妊娠试验297

10．5 AIDS诊断298

10．6心肌梗塞诊断298

10．7医护点（POC）诊断299

10．8如何分析DNA——凝胶电泳通过DNA片段大小对其进行分离300

10．9生与死：遗传指纹图谱在亲子鉴定和犯罪调查中的作用300

10．10 DNA标准物：短串联重复序列（STRs）和单核苷酸多态性（SNPs）302

10．11聚合酶链式反应：DNA呈百万级的扩增303

10．12恐龙和猛犸可以获得新生？304

10．13基因的测序305

10．14 Southern杂交308

10．15 DNA自动测序308

10．16荧光原位杂交：鉴定基因在染色体上的定位及拷贝数309

10．17生物技术领域的最大成就：人类基因组计划312

10．18基因组遗传图谱313

10．19基因组物理图谱的绘制315

10．20基因组测序方法的竞争：片段重叠群法和鸟枪法？316

10．21人类基因组计划：我们要去向何方？317

10．22如何解读基因组序列？321

10．23药物基因组学321

10．24 DNA芯片325

10．25基因表达谱：鉴定致病原因325

10．26蛋白质组学326

10．27基质辅助激光解吸电离-飞行时间质谱（MALDI-TOF）：气相蛋白离子327

10．28适体和蛋白质芯片327

10．29有可能对人类基因组进行完全控制吗？331

10．30生物技术将何去何从？331

参考文献与推荐读物333

相关网络链接333

小测验333

图片版权335

索引338

第一章 啤酒，面包，奶酪——生物工艺与美食1

知识框1．1生物技术的历史：列文虎克3

知识框1．2现代啤酒酿造技术4

知识框1．3葡萄酒与烈性酒9

知识框1．4葡萄糖的氧化分解10

知识框1．5由酸乳衍生的乳制品14

知识框1．6清酒、酱油及其他产自亚洲的发酵食品15

知识框1．7面包中的经典：旧金山酸酵头面包18

知识框1．8生物技术的历史：动植物养殖及食物贮藏的历史意义21

知识框1．9解密葡萄酒历史24

知识框1．10生物技术的历史：巴斯德、李比希、特劳贝，究竟什么是发酵？25

第二章 酶——在生活与工业中广为使用的超级分子催化剂29

知识框2．1葡萄糖氧化酶：高度特异地识别并改变糖类的结构31

知识框2．2生物技术的历史：酶的发现32

知识框2．3酶的命名与分类34

知识框2．4生物技术的历史：弗莱明的感冒与酶学研究37

知识框2．5酶是如何工作的？39

知识框2．6怎样制造清洁剂中的酶42

知识框2．7专家视角：肌醇六磷酸酶，磷的掌控43

知识框2．8固态酶5

知识框2．9专家视角：蛋白质工程——酶的定制46

知识框2．10果糖糖浆48

知识框2．11生物技术的历史：Christian Wandrey，酶膜反应器及它的设计师们52

第三章 基因工程的奇迹57

知识框3．1生物技术的历史：DNA62

知识框3．2生物技术的历史：沃森和DNA结构的发现67

知识框3．3有用的基因传递者76

知识框3．4胰岛素和糖尿病86

知识框3．5试管基因：DNA合成器87

知识框3．6 DNA的魔法92

第四章 白色生物技术——作为合成工厂的细胞95

知识框4．1生物技术的历史：黑曲霉——意大利垄断生产的终结者100

知识框4．2生物技术的历史：Boyd Woodruff和第二种重要的抗生素102

知识框4．3专家视角：不用再从毛发中大批量提取半胱氨酸106

知识框4．4生物技术的历史：木下祝郎和日本生物产业的兴起110

知识框4．5生物技术的历史：维生素C和Reichstein的果蝇116

知识框4．6为什么紫外线能杀死微生物118

知识框4．7筛选、突变和选择——高效生产抗生素的前提119

知识框4．8生物技术的历史：亚历山大·弗莱明，青霉素和抗生素产业的兴起120

知识框4．9青霉素的作用机制：酶抑制剂——分子水平上的破坏之王123

知识框4．10生物技术的历史：贮藏技术——加热、冰冻和真空124

知识框4．11生物技术法生产的抗生素——起作用的位点和方式127

知识框4．12 生物反应器：独创性的微生物生长空间128

知识框4．13初级代谢物和次级代谢物130

知识框4．14 生物技术的历史：墨西哥，避孕药的创始人和可的松的竞争132

第五章 病毒、抗体和疫苗139

知识框5．1 抗病毒药物142

知识框5．2专家视角：对HIV感染的测试144

知识框5．3抗体147

知识框5．4生物技术的历史：贾德·戴蒙，致命微生物148

知识框5．5生物技术的历史：疫苗预防注射151

知识框5．6怎样获得抗体154

知识框5．7生物技术的历史单克隆抗体156

知识框5．8专家视角：Frances S．Ligler，抗体检测致死物质160

第六章 环境生物技术——从“单行道”到自然循环169

知识框6．1生物技术的历史：柏林的废水处理与污水灌溉农场171

知识框6．2专家视角：雨林、挥发性抗生素和植物内生菌在工业微生物学领域的应用174

知识框6．3五日生化需氧量：废水中生物可降解物质的计量单位178

知识框6．4专家视角：查克拉巴提，关于生命的专利？181

知识框6．5专家视角：诺贝尔奖获得者Alan MacDiarmid的农业能源学说186

知识框6．6生物技术的历史：一种细菌如何建立了一个国家188

知识框6．7专家视角：从生物质转化到可持续的生物产品——燃料用途的、大批量的、精细的和特殊的化学产品192

第七章 绿色生物技术197

知识框7．1光合作用199

知识框7．2生物技术的历史：单细胞蛋白质202

知识框7．3专家视角：海洋生物技术206

知识框7．4生物技术的历史：马铃薯-番茄和生物唇膏210

知识框7．5专家视角：Ingo Potrykus，“金米”以及GMO的善意与公众的怀疑214

知识框7．6昆虫战：对抗害虫的可选方法216

知识框7．7专家视角：Susan Greenfield， 21世纪改变我们生活的技术——食品和衰老218

知识框7．8专家视角：植物表达系统，一个“成熟”的技术平台224

知识框7．9生物技术的历史：抗冻菌，以及将它们释放到环境中的故事227

知识框7．10专家视角：一个成功的传奇—美国的农作物生物技术228

第八章 胚胎、无性繁殖系和转基因动物235

知识框8．1巨型小鼠243

知识框8．2生物技术的历史：第一个转基因宠物，GloFish？244

知识框8．3专家视角：德国的动物克隆248

知识框8．4生物技术的历史：“克隆史”250

知识框8．5生物技术的历史：克隆羊多莉252

知识框8．6专家视角：“社会基因”——RNA干扰和蜜蜂的寿命256

知识框8．7 人类胚胎的体外受精258

知识框8．8生物技术的历史胚胎、海克尔和达尔文259

第九章 心肌梗塞、癌症和干细胞——生物技术拯救生命263

知识框9．1 专家视角“红色”生物技术的前景266

知识框9．2什么是干扰素？269

知识框9．3紫杉树、紫杉醇的合成和真菌272

知识框9．4 Glivec？：第一种量身定做的抗癌药物276

知识框9．5专家视角：詹姆斯·拉里克对“魔法药丸”的探寻结束了吗？抗体与小分子化学药品之间的竞赛280

知识框9．6细菌也会衰老284

知识框9．7专家视角：胎儿的基因治疗286

知识框9．8专家视角：分析生物技术预测心脏病风险并且诊断AMI289

第十章 分析生物技术和人类基因组293

知识框10．1生物技术的历史：Alec Jeffreys， DNA图谱与Colin Pitchfork案例302

知识框10．2 RFLP和亲子鉴定306

知识框10．3 DNA地理变迁图1：基因地理计划在我的DNA走出非洲的“旅程”中发现了什么？310

知识框10．4生物技术的历史：加州公路上一个奇妙的夜晚！312

知识框10．5 PCR：进行DNA复制的卓越方法313

知识框10．6生物技术的历史：人类基因组计划314

知识框10．7 DNA地理变迁图2：女性线粒体DNA的变迁旅程318

知识框10．8生物技术的历史：Craig Venter对现有测序速度失去耐心以及序列标签的正式应用322

知识框10．9 DNA芯片323

知识框10．10专家视角：Alan Guttmacher关于基因组时代到来的看法324

知识框10．11专家视角：David Goodsell关于纳米生物技术的看法328