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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RNA 59

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DNA 216

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PID 257

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EPO 268

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：DNA 62

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AMI 289

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