生物科技概論

　　潮流趨勢，另人著迷，無所不包，Susan R. Barnum的生物技術第二版：帶給您真確地瞭解生物技術在改變我們生活和環境的威力。Barnum平衡且完整地涵括新的發展、方法和應用包含主要的道德爭論和導致生技革命標竿實驗的歷史回顧。這本容易理解且深入地受到國際讚揚的書，展現出在此領域中面面俱到的視野。

　　方法被完整地涵括，特別包含針對技術方面。應用的章節探索諸如基因治療，醫藥，農藝，海洋生物和辯論學等提供讀者在開創性生物技術研究的分枝中實用的知識。

　　完整地更新最新的發現，在第二版中包括：

　　「免疫的基本原理」─ 一個全新的第四章涵括這個主題

　　「基因體學」─ 一個差不多全新的第九章，如今併入基因體，蛋白質體，生物資訊等新領域擴充地專注於分子生物學 ─ 三個容易理解的章節涵括基本的概念和方法

　　「爭議話題？」─ 在每個章節中有新的與正文相關的花邊新聞，提出道德的暗示

　　「生技革命」─ 新的教材展現特殊研究者令人興奮的發展當前涵蓋所有生物技術的爭議包括人類基因體，複製動物，基因治療，植物生物反應器，RNA干擾，微陣列技術，生物技術規範和其他更多的領域

生物技術：舊與新 1
什麼是生物技術？ 2
古代生物技術 3
家畜飼養與農業的歷史 3
古代的植物種原 4
醱酵食品與飲料的歷史 10
傳統的生物技術 15
近代生物技術的基礎 20
早期的顯微鏡與觀察 20
細胞學說的發展 21
生化與遺傳學在闡明細胞功能上所扮演的角色 22
基因的本質 25
分子生物學發展的早期 29
首次的重組DNA實驗 30
首次的DNA選殖實驗 35 2 由DNA到蛋白質 39
生命基本的單位：細胞 40
原核生物與真核生物 40
大分子 42
分子生物學中心法則 56
DNA複製 56
複製過程 60
基因：遺傳訊息的基本單位 64
遺傳密碼 64
轉錄 65
啟動子與RNA聚合 69
RNA修飾 71
轉譯 73
基因表現調控 78
原核基因表現 79
真核基因表現 81 3 重組DNA技術 87
DNA的剪切與接合 89
DNA限制片段的分離與觀察 93
DNA選殖 94
選殖載體 96
細菌載體 96
其他生物體適用之載體 107
細胞轉形 111
基因庫的建構與篩選 113
基因體基因庫 114
cDNA基因庫 115
篩選基因庫 117
表現基因庫 119
報導基因 120
南方墨點雜合法 121
北方墨點雜合法 126
聚合連鎖反應法 126
DNA定序 129
蛋白質分析法 133
蛋白質凝膠電泳 135
蛋白質工程 136
蛋白質定序 138
DNA微陣列分析技術 140
重組DNA技術的應用 145 4 免疫學基本原理 149
先天性免疫或非專一性免疫 150
抗微生物的物質 152
吞噬細胞 154
非吞噬細胞 158
自然殺手細胞 158
發炎反應與發燒 159
後天性免疫或適應性免疫 161
淋巴細胞 166
主要組織相容複合體 173
抗體 174
綜觀細胞媒介與抗體媒介的免疫反應 179
疫苗 181
免疫系統失調症 184
過敏反應 184
單株抗體 189
免疫學工具 192
西方墨點法 192
螢光抗體技術 193
酵素聯結免疫吸附分析法 194 5 微生物生物技術 197
微生物的商業化生產 198
工業用醱酵槽 198
單細胞蛋白質 201
食品生物科技 202
微生物產品 204
代謝物 204
酵素 206
抗生素 207
燃料 209
生物聚合體 209
生物轉化 214
固定化細胞的應用 215
微生物與農業 216
冰核細菌 216
微生物殺蟲劑 218
生物復育 224
漏油 226
廢水處理 226
化學物分解 228
重金屬 230
石油及礦物回收 231
石油回收 232
金屬提煉 232
生物復育的未來 234
微生物與未來 234 6 植物生物技術 235
植物組織培養與應用 236
植物組織培養 236
微體繁殖 238
組織培養的其它應用 245
基因工程改造植物 248
植物基因轉殖與農桿菌 249
表現外源基因時所面臨的挑戰 250
植物基因工程的應用 252
作物改良 252
基因工程作物的六大特性 253
基因工程食品 261
營養強化植物──黃金米：一個國際性的成就 264
分子農業 267
一個光明的未來 269 7 動物生物技術 271
動物之基因植入法 273
顯微注射法 274
胚胎幹細胞的基因植入法 277
逆轉錄病毒與基因植入 282
基因轉殖動物及其應用 283
小鼠 283
牛 284
豬、綿羊和山羊 286
禽類 288
動物的健康 289
口蹄疫 291
狂牛症 292
球蟲症 292
錐蟲病 293
泰勒原蟲病 293
動物繁殖 294
人工授精 294
複製動物 294
保育生物學 299
胚的植入 302
基因轉殖動物之規章 303
遺傳工程動物的專利權 304 8 海洋生物技術 307
水產養殖 309
腹足類、二枚貝、和甲殼類的生產 311
海洋動物的健康 314
藻類的產品 315
以藻類產製燃料 325
藻類細胞培養 327
醫藥應用 328
海洋天然物和它們的醫學潛力 329
抗癌和抗病毒的化合物 330
抗菌劑 332
海洋毒素 333
海洋環境的探索 334
保育 335
陸地上的農業 336
基因轉殖的魚類 337 9 人類基因體學與展望 343
遺傳圖譜、細胞學圖譜、和實體圖譜 344
人類基因體計畫 355
人類基因體計劃的目標 356
官方和私人公司完成人類基因體序列的第一草案 360
比較基因體學 363
人類基因體計畫與疾病 363
其它基因體計劃 368
老鼠與其它動物 371
無脊椎動物 371
植物 372
微生物 372
功能基因體學 374
蛋白質體與蛋白質體學 375
其它──OMES體學 375
生物資訊學 377
資料庫 378
生物資訊學的工具 378 10 醫學生物技術 381
基因療法 382
遺傳疾病 383
基因標靶篩選 383
基因傳遞方法 384
病毒載體 385
非病毒性傳遞方法 387
基因療法實例 387
臨床試驗 392
基因療法的議題 394
最近基因療法上的成就 394
基因療法的新門徑 395
編接體媒介之RNA反式編接 396
可形成三股螺旋之寡核啟酸鏈療法 396
反義治療 398
核糖療法 399
病毒療法 400
幹細胞 402
治療性複製與胚胎幹細胞 406
疫苗 408
組織工程 408
異種移植 412
藥物遞送 413
生物感測器 413 11 法醫學與DNA圖譜技術及應用 417
衛星DNA 419
重複序列DNA 419
微衛星體 422
迷你衛星體 423
巨衛星體 423
族群遺傳學與對偶基因 424
多重基因座迷你衛星體之變數縱排重複序列 424
單一基因座微衛星體之變數縱排重複序列 426
限制片段長度多形性 431
DNA圖譜分析法 432
DNA圖譜技術之考量重點 432
DNA 436
DNA限制分解 436
凝膠電泳 437
探針選擇 438
聚合連鎖反應 438
數位化DNA分型 440
族群分析 441
法庭上科學證據的認定及許可 441
弗萊準則 442
道伯爾特準則 443
DNA資料庫 445
其他的DNA圖譜分析法及其應用 446
逢機增幅多形性DNA 446
增幅片段長度多型性技術 449
單股構象多形性 451
單一核啟酸多形性 452
粒線體DNA及Y染色體 453
法醫考古學 455 12 生物科技之規範、專利與社會 459
生物技術之規範 460
DNA革命：前瞻性及爭議性 461
亞斯洛瑪研討會 462
美國國家衛生研究院規範的草案 464
美國國家衛生研究院規範的修訂 466
美國生技產業的權責管理機關 467
美國農業部 467
環境保護署 468
食品和藥物管理局 468
生物技術規範組織架構之整合 469
協調架構的問題 472
基因工程有機物的釋出 474
抗凍菌 475
第一個基因工程食物 477
釋放或上市的認證 478
風險評估 479
風險有多少？ 480
專利及生物技術 481
專利申請程序 482
專利生物有機體的歷史 483
那麼未來又如何？ 486
英漢索引 487

　　生物技術──利用活生物體或它們的產物來改善我們的生活和環境──是一門廣泛且愈趨複雜的學科，其中包含許多專門的領域。我們對活生物體的瞭解藉由提供給基礎科學研究的分子生物學和重組DNA的方法無限地擴大。我們已經能夠分離，分析，並擴大基因且改變活生物體的遺傳構造。選殖生物體幾乎已經變成平常的工作，而幹細胞的研究似乎帶給大家希望。事實上，生物技術的確正在進行農業和醫藥的革命。 　　

　　我從1986年起就在大學教授生物技術學科並且長期察覺學生需要一本提供合理地廣泛介紹生物技術的書。這也就是驅使我寫這本書第一版的動力。然而，現代生物技術的演進讓準備教材的筆者浮現出許多特殊的挑戰：這個領域太廣泛，多變，以及進步非常神速。它的廣泛性代表著有許多領域必須被定位；它的「多變性」代表著沒有兩位在相關學科授課的老師會在相同深度的教材中涵蓋相同的主題；而它的神速進步代表著一本書只有當它在被寫時是真實的。最後的這個挑戰能藉由排定時間修訂和提供更新下載的網站來定位。而前述兩個挑戰可藉由從許多生物技術領域插入資訊以提供讀者重要觀念及方法的基本資訊並瞭解這個領域如何發展和在地平線上發展出什麼。 　　在第二版中我們做了許多的改變。跟第一版最大的改變是第二章的內容被分別移到第一章和十二章；新增了免疫一章；而第九章的人類基因體計畫重新編輯包含基因體，蛋白質體，和生物資訊。除此之外，每一章最後的閱讀參考資料也重新增列。在書中每一章新增一個「爭議話題」的道德意涵旁註以及一個「生技革命」短文框闡釋新的發展。 　　

　　接著我將針對每個章節做一個簡短的導覽藉以說明修訂及進一步遇到的挑戰。第一章展現發展生物技術深度的歷史回顧及造成生物技術革命的指標性實驗。雖然這本書既不是一個方法目錄也不是一個分子生物學教本，還是有三個章節提供基本觀念和方法的回顧。第二章展現中心教條和基因表現的總覽。第三章展現基本的重組DNA技術方法的回顧。在這一章中廣泛地加入一些新技術，例如包含有DNA微陣列和RNA干擾技術。另外加入一個免疫學基本原理（第四章）的新章節。 　　

　　第五章到第八章各針對一個研究的領域和它們應用現代生物技術方法所得到重要結果以及激發未來潛力的發展：包括微生物體，植物，動物，以及海洋生物等。微生物，植物，以及動物的生物技術章節已被廣泛地修訂和新增。海洋生物技術是一個新興的領域通常很少涵括在教科書中，縱使海洋生物對生物技術有非常大的貢獻。在每一個章節中，新開發的範例以及新的應用均有詳細說明。 　　

　　第九章已被完全地改寫與新增，加入基因體，蛋白質體，和生物資訊等新領域。第十章被廣泛地修訂成涵括醫藥生物技術最近的發展，而第十一章詳述刑事科學和親子鑑定的貢獻，特別是針對DNA鑑定。這一章已被修訂成含有新的技術。最後，第十二章著重在管控及專利爭議。這一章已被廣泛地新增和修訂，提供更多對於專利及道德的爭議，並包含在1970年代DNA革命時的管控爭議的歷史進程。 　　

　　除了涵括的寬度之外，還有其他的特點加強了這本書的可看性： 　　

　　在第九章，基因體，讀者可以連結到全球網際網路上快速地更新最新的資訊。由於網站有時會變更，我建議可以參考書上的網址或利用輸入關鍵字來搜尋網站。 　　

　　一般使用對其他章節的交叉參考文獻提供教師和學生在不同生物技術領域的資訊互通且在其發展的不同時期提供更廣泛的瞭解。 　　

　　提供了許多附件加強了許多章節的內容（例如美國國家衛生研究院指導方針的總覽）。 　　雖然沒有一本書可以在快速發展的領域中完整地取代最原始的研究報告和回顧文章，但它能提供在特殊領域中當做進一步研究的跳板或是提供非生物技術學生當作總覽。因此，在每一章的最後，我列出許多參考書籍和文章──包括一般的回顧和研究報告──提供進一步閱讀。 　　關鍵用詞提供專有名詞定義。 　　

　　書的最後提供縮寫和首字母縮略字的列表，依時間排列的分子生物學和重組DNA技術的歷史發展列表，以及人類基因體計畫依照年代的里程碑紀錄。 　　

　　為了提供研究者和學生使用這本書的額外資源，我們提供了一個網站www.wadsworth.com/biology。這個網站包含有問答集，專有名詞，InfoTrac測驗，網路指引，以及網路連結。 　　

　　誰能使用這本書呢？大學生和研究生都會發現它是非常有價值的。主修科學或非主修科學但具有科學背景的大學生都能利用它當成生物技術學科的教科書，或當成其他學科像是細胞生物學，分子生物學，和遺傳學的補充教材。選擇特定的章節在學科中使用能更符合特定族群的生物體（例如植物細胞生物學或微生物遺傳學）或在一般生物或植物學科中涵括特定的主題。在研究生學科中這本書能提供廣泛地生物技術的總覽，以及背景資訊從每一章所列出額外的原始報告和回顧文章。醫學院學生，工廠或研究單位的研發人員，以及對學習有關刺激性學科的技術作家都會發現這本書這本書是非常有價值的。 　　

　　這本書如果缺乏許多人的努力是無法完成的。在校閱這本書時，我非常感激我的編輯Nedah Rose，和我的助理編輯Christopher Delgado及Kari Hopperstead，感謝他們的支持、鼓勵、指導和觀察入微。另外也非常感謝Graphic World Publishing Service的Kelly Mabie以及Belinda Krohmer與其他在華盛頓的製作群。最後，我要感謝試讀者花時間來閱讀並在這第二版提供寶貴的意見。若沒有下列有才幹的學者和教授本身這些人深思熟慮的參與，這本書絕不能像今天這般模樣：Ferris州立大學的Olukemi Adewusi；Baylor醫學院的Eric Chang; Mesa社區學院的Denise Clark；佛羅里達中央大學的Henry Daniell; Bradley大學的Samuel Fan；德州大學聖安東尼奧分校的Paul Farnsworth; Housatonic社區學院的Craig W. Fenn; William Paterson大學的Clair Leonard; Middlesex社區學院的Jonathan Morris；南內華達州社區學院的Kurt M. Regner; Wellesley學院的Dennis M. Smith; J. Sargeant Reynolds社區學院的Barbara L. Stewart。

譯者序

　　在人類基因體計畫完成後，生物科技邁入了一個新的紀元，成為本世紀最具發展潛力的科技，先進國家莫不投入大量人力及經費從事教育、研究及產業開發。為因應生物技術突破發展與應用，行政院推動「挑戰2008──國家重點發展計畫」，由經濟部擬定「兩兆雙星產業發展計畫」，明確勾勒出我國核心與新興產業政策方向。其中生物科技產業就是雙星產業之一，是政府規劃的未來明星產業。目前政府積極推動「加強生物技術產業推動方案」，培育生物科技產業人才。本人有幸曾參與執行及審查行政院勞委會職訓局「農業生物技術及相關領域」就業學程，今年亦參與教育部技職司「生物技術系提升生技產業人才培育之教學品質」計畫。在計畫執行之中，心中一直盼望有一本書能夠介紹基礎生物技術，能對學術界及產業界有志共同參與此項明星產業的一本專業書籍。除此之外，近年來參與教育部顧問室「生物技術科技教育改進計畫」時，在許多教育先進的指教下，更加促使本人想進一步推動生物科技人才培育的普及化。 　　

　　當拿到學富出版社總經理于雪祥先生寄來的Susan R. Barnum教授所編著的「Biotechnology an introduction」第二版，讓我覺得這正是一本推動生物科技普及教育的一本好書，值得讓從事生物科技教育的人投入心血將他翻譯成中文版。因此結合了許多熱心從事生技教育志同道合的朋友，首先承蒙前輩中山大學海洋資源學系林全信教授負責第四章、第七章、第八章、第九章，以及中山大學生物科學研究所劉仲康教授負責第五章、第十章。第六章則由好友高雄大學生命科學研究所王恆隆教授、葛孟杰教授通力合作翻譯。第十二章則由產業專家來執筆，包括科景生物科技股份有限公司韓台賢副總經理、台醫生物科技股份有限公司研究員蔣鳳琳博士共同負責。第一章、第二章、第三章及第十一章則由本所專兼任教師包括吳佳鴻教授、台灣默克股份有限公司何景富經理共同精心合作完成。在總校閱部分謝謝廖怡雯小姐、黃雅芳小姐費心聯繫、細心排版，可謂備極辛苦。此中譯本結合了國內對生物技術相關的專家學者通力合作，希望能在台灣出版一本高品質的生物技術中譯本，作為生物科技普及教育的優良輔助教材。 　　

　　本書的編排與內容非常恰當，因此本人曾在規劃教育部醫護類技職教育一貫課程中（擔任生物技術召集人）將本書的目錄當作生物技術教學綱要的主要參考範本，不僅對大一以生技相關科系的學生可作一個基礎專業教材，對於非相關科系之學生亦非常適合作為通識課程教材。在第二版的原著中非常努力地在更新目前生物技術發展的近況，更增加了「爭議話題」與「生技革命」之專欄，提供閱讀者本身的省思及未來的探討，尤其是基因體、蛋白質體和生物資訊之最新發展有更大幅度的介紹，中譯本更盡全力將索引中文化，以方便初學者對照閱讀，我們誠摯相信定是一本非常符合介紹現代生物技術的參考書籍。雖經校正，疏漏難免，尚祈諸先進不吝指正，是所至盼。

輔英科技大學生物技術系暨研究所　
邱華賢　謹識 民國九十四年一月三日