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《现代生物工程技术与应用》 内容简介 本书旨在全面、深入地介绍现代生物工程领域的前沿理论、关键技术及其在各个行业的实际应用。内容覆盖分子生物学、基因工程、细胞工程、发酵工程、蛋白质工程以及生物信息学等多个核心分支，力求构建一个系统而又与时俱进的知识体系，以满足高等院校生命科学、生物技术、制药工程等专业本科生及研究生对专业知识的深度掌握需求。 第一部分：生物工程基础理论与技术平台 第一章：分子生物学核心进展 本章首先回顾了DNA复制、转录和翻译的经典机制，随后重点阐述了近年来在基因组学、转录组学和蛋白质组学研究中取得的重大突破。详细介绍了新一代测序技术（NGS）的原理、数据分析流程及其在生命科学基础研究中的应用，特别是单细胞测序技术如何揭示细胞异质性。同时，深入探讨了非编码RNA（如miRNA, lncRNA）的功能调控网络及其在疾病发生发展中的潜在作用。 第二章：基因工程的深化与革新 本章系统梳理了基因克隆与表达载体的构建策略。着重分析了目前最受关注的基因编辑技术——CRISPR/Cas9系统的作用机制、优势与局限性。我们不仅详细解析了碱基编辑器（Base Editor）和先导编辑器（Prime Editor）的工作原理，还讨论了如何通过AAV、慢病毒等载体实现体内外基因递送的效率优化和脱靶风险控制。此外，还探讨了基因合成技术的发展及其在人工合成生物学中的初步应用。 第三章：细胞工程的生物反应器与规模化 细胞工程是生物制药产业的基石。本章聚焦于哺乳动物细胞、微生物细胞和植物细胞培养的关键技术。详细比较了静态培养、灌流培养和波浪式反应器（Wave Reactor）的优缺点。对生物反应器（Bioreactor）的设计原则、过程控制（如溶解氧、pH、营养物质的动态监测与调控）进行了深入论述，并引入了PAT（过程分析技术）在细胞培养优化中的应用案例，强调了从实验室规模到工业化生产的放大（Scale-up）挑战与解决方案。 第二部分：核心生物工程技术及其应用 第四章：重组蛋白表达与纯化策略 重组蛋白的正确表达和高效纯化是保障生物制品质量的关键。本章系统介绍了在大肠杆菌、酵母、昆虫和哺乳动物细胞系统中表达目标蛋白的常用策略，包括对密码子偏好性、蛋白折叠辅助因子的利用等。纯化部分，重点讲解了亲和层析（Affinity Chromatography）、离子交换层析（IEC）和疏水作用层析（HIC）的理论基础与操作优化。此外，详细讨论了分析性表征技术，如SEC、HILIC、CD光谱，用于评估蛋白的聚集状态和结构完整性。 第五章：发酵工程与代谢调控 发酵工程是生产抗生素、氨基酸、生物农药等大宗生物制品的关键。本章深入剖析了微生物生长动力学模型，并结合现代生物技术对菌种性能进行改造的思路。内容涵盖了分批发酵、补料分批发酵和连续发酵的控制策略。重点介绍了代谢工程在优化产物收率和降低副产物生成方面的应用，并结合案例分析了工业级发酵罐的搅拌、通气效率对微生物生理状态的影响。 第六章：生物制药前沿：抗体与疫苗工程 本章紧密围绕生物技术药物（Biologics）的发展。详细阐述了单克隆抗体（mAb）的结构、分类（如IgG亚型、双特异性抗体）及其作用机制。在工艺开发方面，重点介绍了抗体的人源化设计、糖基化谱的控制对药代动力学的影响。疫苗工程部分，涵盖了灭活疫苗、减毒活疫苗的传统制备，并深入分析了mRNA疫苗和病毒载体疫苗的技术原理、制备流程及其在应对新发传染病中的优势。 第三部分：交叉学科与未来展望 第七章：生物信息学在生物工程中的集成 现代生物工程研究高度依赖数据。本章介绍了生物信息学的基础工具和数据库资源（如NCBI, PDB）。重点讲解了基因组比对、序列分析、结构预测（如AlphaFold的应用）在蛋白质工程和菌种改造中的指导作用。此外，探讨了系统生物学如何通过整合多组学数据，构建生物网络的计算模型，从而指导生物反应器的优化设计。 第八章：生物制造与产业化挑战 本章关注生物工程技术的产业转化路径。讨论了绿色制造、连续化生产的趋势，以及对质量体系（如cGMP）的遵循要求。结合实例，分析了生物传感器、生物燃料生产、生物基材料等新兴领域的工程化瓶颈。最后，展望了合成生物学在设计和构建全新生物系统，实现“按需制造”方面的巨大潜力，并讨论了生物安全与伦理监管的必要性。 本书结构清晰，理论与实践并重，配有大量真实的研究案例和技术流程图，旨在培养学生运用现代生物工程原理解决复杂工程问题的能力，为未来的科研或产业工作打下坚实的基础。
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