生物工程是指以生命科學(xué)為基礎(chǔ)，利用生物體(或者生物組織、細胞及其組分)的特性和功能，設(shè)計構(gòu)建具有預(yù)期性狀的新物種或新品系，以及與工程原理相結(jié)合進行加工生產(chǎn)，為社會提供商品和服務(wù)的一個綜合性技術(shù)體系。其內(nèi)容包括：基因工程、細胞工程、酶工程、發(fā)酵工程、生物工程和蛋白質(zhì)工程。這些生物技術(shù)將廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)、環(huán)保、工業(yè)及海洋開發(fā)等。生物工程是當今世界的重要高科技領(lǐng)域。
1 醫(yī)學(xué)生物技術(shù)
基因工程作為醫(yī)學(xué)發(fā)展的重要技術(shù)，越來越受到人們的關(guān)注。基因重組技術(shù)研制的核酸或蛋白質(zhì)類藥物，已經(jīng)應(yīng)用于臨床。同時，許多生物工程新藥正準備推向市場，應(yīng)用于臨床，前景十分廣闊。自80年代以來，僅日、美兩國開發(fā)的生物技術(shù)新藥就達224種，其中日本117種，美國107種。而且，大部分藥品是重組DNA藥物或重組蛋白質(zhì)藥物。從市場份額來看，在美國，到2003年將有15％藥品為生物技術(shù)產(chǎn)品。生物技術(shù)藥物分為兩大類：一是用于疾病治療的藥物，另一類是用于疾病的預(yù)防。
生物技術(shù)在傳統(tǒng)藥材生產(chǎn)中也將起到重要作用。用于藥材生產(chǎn)的植物細胞經(jīng)過基因重組、接種、誘導(dǎo)、篩選高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的細胞系，經(jīng)過培養(yǎng)及大規(guī)模生產(chǎn)，提高中藥產(chǎn)量。此外，中草藥含有的有效成分絕大部分是次生代謝產(chǎn)物，它們的合成途徑非常復(fù)雜，往往有幾個或幾十個酶參與。因而，找出形成特定產(chǎn)物的關(guān)鍵酶，就成為利用基因工程技術(shù)生產(chǎn)傳統(tǒng)藥材有效成分的關(guān)鍵步驟之一。利用酶的特異性表達來生產(chǎn)具有高產(chǎn)量、高純度、副作用少的有效成分——單體，是傳統(tǒng)醫(yī)藥發(fā)展的方向。
基因治療技術(shù)的發(fā)展，從開始臨床試驗至今已近10年，其發(fā)展速度可謂日新月異，目前有90％的基因治療臨床試驗在美國進行�；蛑委熢诩膊〉牟》N選擇上，已從經(jīng)典的、孟德爾遺傳方式為主的單基因隱性疾病擴展到復(fù)雜因子決定的疾病，如腫瘤疾病及愛滋病。估計到21世紀初，臨床上能廣泛應(yīng)用生物技術(shù)治療這些復(fù)雜疾病。
2 農(nóng)業(yè)生物技術(shù)
近幾年，國際農(nóng)業(yè)生物技術(shù)發(fā)展之快已引起世界各國政府和科學(xué)家的高度重視。農(nóng)業(yè)生物技術(shù)領(lǐng)域中尤以轉(zhuǎn)基因動、植物研究開發(fā)最為活躍，應(yīng)用轉(zhuǎn)基因技術(shù)將具有特殊經(jīng)濟價值的基因引入動、植物體內(nèi)，對家畜、家禽及農(nóng)作物進行品種改良，從而獲得高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗病蟲害的轉(zhuǎn)基因動、植物新品種。如將決定高產(chǎn)基因及決定優(yōu)質(zhì)的基因轉(zhuǎn)移到農(nóng)作物中，可產(chǎn)生既高產(chǎn)又優(yōu)質(zhì)的新品種。隨著人民生活水平提高，人們的口味及習(xí)慣也發(fā)生了變化，農(nóng)作物的產(chǎn)品也在隨之改良以適應(yīng)人們的需要。
農(nóng)作物病蟲害是造成農(nóng)業(yè)產(chǎn)量下降的主要原因之一。目前防治農(nóng)作物病蟲害的常規(guī)方法是噴施化學(xué)農(nóng)藥，但農(nóng)藥的使用既費錢又污染環(huán)境及農(nóng)產(chǎn)品。因而，利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)把抗病、抗蟲基因?qū)朕r(nóng)作物中，使之可避免或減少病蟲害。到21世紀初，將有更多的優(yōu)良農(nóng)作物新品種推廣應(yīng)用。
轉(zhuǎn)基因動、植物技術(shù)的應(yīng)用不僅會為人類解決吃飯問題，也會對醫(yī)藥事業(yè)產(chǎn)生影響。利用轉(zhuǎn)基因動、植物作為生物反應(yīng)器是21世紀發(fā)展的趨勢。如將某些藥用蛋白質(zhì)基因轉(zhuǎn)移到奶牛中，其乳汁就含有該蛋白質(zhì)，這不但成本低，而且產(chǎn)量高。用動、植物作為生物反應(yīng)器生產(chǎn)的重要物質(zhì)有：α—栝樓素、血管緊張肽轉(zhuǎn)化酶抑制劑、抗體、細菌和病毒的抗原、腦菲肽、表皮生長因子、促紅細胞生成素、人生長激素、人血清蛋白、干擾素及水蛭素等。將人的基因轉(zhuǎn)移到豬中，豬不僅能生產(chǎn)人體白蛋白，而且其器官可供人類的器官移植。隨著生物技術(shù)的飛速發(fā)展，越來越多的醫(yī)藥物質(zhì)或新藥通過生物反應(yīng)器制造和生產(chǎn)。
3 海洋生物技術(shù)
據(jù)美國國家海洋及大氣局(NOAA)估計，全球海產(chǎn)品的捕撈極限在1.0～1.5億噸之間。近年來，由于全世界的捕撈活動急劇上升，捕撈量已達極限。因此，海洋養(yǎng)殖業(yè)利用生物技術(shù)提高產(chǎn)量已具有重要意義，將決定生產(chǎn)周期短的基因轉(zhuǎn)移到生產(chǎn)周期長的魚、蝦中，得到生產(chǎn)周期短的魚、蝦新品種，這樣，年產(chǎn)量會大大提高。又將魚生長激素基因及抗凍蛋白基因轉(zhuǎn)移到魚中，培育出的新品系不僅生長快，且抗病能力強。生物技術(shù)的應(yīng)用不但促進了海養(yǎng)殖業(yè)，也對保護海洋生物起到積極作用。
海洋生物種類繁多，它們的生活環(huán)境與陸地生物不同，海洋生物都處在高鹽、低溫和高壓環(huán)境中，生存條件十分惡劣，因此，海洋生物有很強的再生能力、防御能力和認識能力，這些獨特的功能與它們體內(nèi)的成分有關(guān)，這些成分具有抗癌、抗病毒、抗衰老作用。如從海鞘中提取的海鞘素β(Didemnimβ)具有抑制白血病細胞生長、治療白血病的作用，從蘭綠藻中分離到的糖脂具有抗HIV－1作用。目前，已發(fā)現(xiàn)的海洋天然產(chǎn)物和生物活性物質(zhì)已有數(shù)千種。隨著對海洋生物進一步研究，更多有用的物質(zhì)將被發(fā)現(xiàn)。至此，利用生物技術(shù)提取及制造這物質(zhì)用于人類，已是21世紀的重要課題。
4 環(huán)境保護生物技術(shù)
環(huán)境污染將破壞人類賴以生存的生態(tài)環(huán)境，對人類的健康及生命構(gòu)成威脅。在高度工業(yè)化的今天，其生產(chǎn)排放的廢棄物及人類生活中的垃圾共同構(gòu)成了主要污染源，這些污染物對大氣、水域、土地的侵襲，破壞了地球的生態(tài)環(huán)境。如何處理這些工業(yè)廢物及生活垃圾，就成了環(huán)保的重要課題，現(xiàn)代科學(xué)發(fā)揮生物技術(shù)特別是微生物技術(shù)的優(yōu)勢，有計劃、有針對性地對不同類型廢棄物進行有效治理，按利用→回收→再生產(chǎn)→再利用，不斷循環(huán)使之資源化，變廢為寶，實踐證明是可行的。用特定微生物分解污染環(huán)境的石油物，用生物技術(shù)手段構(gòu)建含有“自殺基因”的微生物，不僅能分解環(huán)境中的有害物質(zhì)如甲苯、二甲苯等，而且當其完成自己的使命后，“自殺基因”就使微生物自我毀滅，這種有用的微生物不會對人類及環(huán)境再次造成危害。另一方面，人類對能源、資源的利用也要合理化，無污染地利用。這樣，到21世紀，我們生活的環(huán)境將變得更好。
海洋也是人類賴以生存的地方，保護海洋是為了更好地利用海洋資源。隨著沿海地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展，海洋污染日益嚴重。因此，應(yīng)用生物工程手段將能富集重金屬和降解海洋石油的基因工程菌和基因工程藻類構(gòu)建及培養(yǎng)出來，應(yīng)用于海洋保護。另外，海養(yǎng)殖業(yè)中遇到的病蟲害，也需利用生物工程手段預(yù)防、治療，這樣，不但提高海產(chǎn)品產(chǎn)量，也防止病原微生物傳入人體，對人類的健康構(gòu)成威脅。
5 其它方面的生物技術(shù)
生物技術(shù)的應(yīng)用日益深廣，不但對醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)造成影響，也對工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生影響，生物冶金技術(shù)、生物信息工程的出現(xiàn)充分說明了這一點。21世紀，生物工程的發(fā)展，生物技術(shù)的應(yīng)用將滲透到各領(lǐng)域各行各業(yè)。各種動態(tài)表明，世界生物技術(shù)將迎來一個快速發(fā)展的新時代。