高银相 张根宇 魏大为 林志刚 ： 酵素技术发展阶段综述

酵素是以动物、植物、菌类等为原料，经微生物发酵制得的含有特定生物活性成分（如多糖类、寡糖类、氨基酸、维生素、有机酸及酶类。图片1：酵素概述中国的酵素产业发展历史可以追溯到传统发酵工艺，但现代意义上的工业化酵素生产起步相对较晚，大致经历了以下几个阶段：一、第一阶段：古代传统发酵阶段中国早在古代就有利用微生物发酵的技术。1.中国酵素的历史源远流长，其起源与发展贯穿了数千年的发酵技术演进‌远古至先秦时期（起源与技术雏形）。酵素起源于中国，我们的祖先远在4000多年前就知道利用酵母菌的淀粉酶来酿酒，我国是世界上第一个使用酶的国家。现代酵素产品兴起于日本，后传至中国台湾和大陆。(1) ‌夏禹时代（约4000年前）‌：中国已掌握酿酒技术，利用微生物发酵谷物制作酒类饮品，这是发酵技术的早期实践。(2) ‌商周时期（3000年前）‌：在商周时期，中国人已经学会了利用麦曲将淀粉转化成麦芽糖，这一技术为后来的酵素发展奠定了基础‌。这种技术不仅展示了当时人们对发酵和酶作用的初步认识，也为后来的食品加工和医药应用提供了重要基础‌。(3) ‌春秋战国（2500年前）‌：春秋战国时期的中国人已经开始巧妙地运用酒曲来治疗肠胃疾病。同时探索水果发酵技术，为贵族制作延寿饮品，发酵与医疗开始结合。(4)商周时期的酿酒技术（曲霉、酵母）。酒类发酵是酒精饮料生产的核心环节，依赖微生物（主要为酵母菌）在特定条件下将糖类转化

高银相 张根宇 姚飞 林志刚 ： 基因工程科研进展及成果综述

一、概述基因工程（Genetic Engineering）是利用现代生物技术对生物体的遗传物质（DNA、RNA等）进行定向改造的一门科学。近年来，基因工程在基础研究、医疗、农业、工业及环境治理等领域取得了显著进展。基因工程被称为基因拼接技术或 DNA 重组技术，是以分子遗传学为理论基石，借助分子生物学和微生物学的现代技术手段，将不同来源的基因按预先设计的蓝图，在体外构建杂种 DNA 分子，然后导入活细胞，以改变生物原有的遗传特性、获得新品种、生产新产品的遗传技术。基因编辑是基因工程中的关键核心概念之一，它是指对生物体基因组特定目标基因进行修饰的一种基因工程技术。通过精确地删除、插入或替换基因组中的特定 DNA 片段，科学家能够实现对基因功能的调控，纠正遗传缺陷，甚至创造新的遗传特征。重组 DNA 技术则是基因工程的核心操作技术，它通过将外源 DNA 片段与载体 DNA 分子连接，构建成重组 DNA 分子，然后将其导入宿主细胞中进行复制和表达。这一过程如同搭建积木，将不同的遗传元件组合在一起，创造出具有新功能的遗传物质。例如，将人类胰岛素基因与大肠杆菌的质粒载体连接，构建重组 DNA 分子，再导入大肠杆菌细胞中，大肠杆菌就能表达出人类胰岛素，用于治疗糖尿病。图片1：基因工程概述二、基础研究进展1.CRISPR-Cas9 基因编辑技术的优化（1）CRISPR-Cas9 仍然是基因编辑的

赵保路 ： 抗癌神器——纳米机器人

大家在电视上经常看见挥舞着机械手臂的工业机器人，最近也见到了能够赛跑和进行拳击比赛的人形机器人。但是，很多人并不了解人类能够设计制造的最新的机器人——纳米机器人，不知道纳米机器人还可以用来治疗癌症。最近，在中国科学院老科协生物物理所分会举办的科学沙龙上，国家纳米科学中心副主任聂广军研究员带来了“融合技术赋能抗肿瘤药物创新”的主题报告，使我们领略了抗癌神器——纳米机器人的风采。经过长期探索和大量尝试，聂广军团队研发了多种医学纳米机器人，能够精确靶向和杀伤癌细胞，全面调控肿瘤微环境。团队发表了系列高质量研究论文，获得了多个发明专利，并开展了临床试验研究，获得北京市、中国生物材料学会和中国药学会等多项奖励。相关成果展现出巨大的应用潜力，有望为广大癌症患者带来福音！一、什么是纳米机器人1、纳米和纳米技术纳米是一个尺度概念，一纳米等于十亿分之一米（10⁻10米），比单个细菌的长度还要小几十倍。纳米材料是尺寸在1到100纳米范围内的材料。纳米科学与技术（简称纳米技术）是纳米材料的性质和应用的技术，也带动了很多相关新兴学科的发展。纳米材料具有传统材料所不具备的、新奇的物理和化学特性，例如：原本导电的铜材料小到某一纳米界限就不再导电，而原本绝缘的二氧化硅晶体在某一纳米界限时却开始导电了。纳米技术涉及现代科技的广泛研究领域，是众多学科的底层技术。可以说，纳米尺度是物质世界和生命世界功能实现的关键尺度

赵保路 ： 喝茶有助于预防癌症吗？

喝茶已经有几千年的历史，喝茶有益健康已经被证实为健康的生活方式，有益于多种疾病的预防。那么喝茶有助于预防癌症吗？流行病学调查发现，喝茶可以降低罹患癌症的风险。近年来，绿茶和红茶对健康的影响的研究取得了重要进展。科学研究表明，茶叶中的茶多酚对皮肤癌、肺癌、胃肠道癌等各类癌症都具有明显的抗癌作用。氧化应激和抗氧化剂在肿瘤生物学中的作用一直是科学家、医学界和公众关注的问题，特别是喝茶对肿瘤的预防和治疗作用引起很多人的关注，因为喝茶的人群数量巨大。大量实验提供了关于茶叶成分茶多酚作为抗氧化剂在癌症预防中的作用及其机理。一、 茶叶中的天然抗氧化剂研究发现绿茶和红茶有益健康主要成分是茶多酚。绿茶没有发酵，主要成分是四种绿茶多酚单体，EC、EGC、ECG和EGCG。红茶和普洱茶主要是绿茶多酚单体在发酵过程产生的聚合物茶黄素（图1）[1]图1、绿茶和红茶中的主要抗氧化剂成分绿茶多酚单体和茶黄素二、喝茶降低癌症风险的流行病学结果流行病学研究发现，喝茶可以降低罹患癌症的风险，包括肺癌、口腔癌、乳腺癌和结肠癌等。对于每天喝绿茶超过10杯的患者，可以延缓癌症发病时间。与每天饮用3杯以下的患者相比，每天饮用10杯以上绿茶在女性中的发病时间晚8.7年左右，在男性中的发病时间晚3.0年左右[2]。而且志愿者每天服用15杯绿茶（2.25克绿茶提取物、337.5毫克EGCG和135毫克咖啡因）6个月，没有任何严重的

赵保路 ： 杞人忧“地”

《杞人忧天》是中国战国时期道家经典著作《列子》中记载的一则寓言。这则寓言通过杞人担忧天地崩坠的故事，嘲笑了那种整天怀着毫无必要的担心和无穷无尽的忧愁，既自扰又扰人的庸人，告诉人们不要毫无根据地忧虑和担心。近期在国科大老科协成功举办学术沙龙中，李忠海教授作了题为“地球人类宜居环境的形成和演化规律”的主旨报告。报告首先介绍了地球在太阳系行星中特有的宜居性，指出地球内部的构造格架演化和挥发性物质循环对地表宜居环境起到的重要控制作用。早期地球以岩浆洋为特征，地球随后经历了自下而上的冷却过程以及热管构造等散热模式并逐渐冷凝。现今地球以板块构造为特征，描述了板块从新生到消亡的全过程。提出了地球渐变、突变和周期过程等多种假说。联想地球上突然出现生物灭绝、大洪水、大地震、大气增氧事件、冰期-间冰期的循环等等，这些地球上具有突发性和不可预测性，以及频度较高，并产生严重次生灾害，对社会也会产生很大影响[1]。这让我觉得杞人不仅要“忧天”，而且杞人很可能还要“忧地”了。一、地球几次地球渐变、突变和周期过程对生物的影响地球多次渐变、突变和周期过程对生物产生了巨大的影响，下面仅就几次典型的事件加以说明。1、地球上生命的出现化石记载地球上最早在大约35亿年前出现生命。但是地球上的生命是如何出现的仍是科学界未解决的谜题之一。当时天空出现电光闪闪，电离辐射，使地表空气中的碳、氢、氧等元素通过自由基反应，合成了一些

赵保路 ： 自由基致癌吗？

常常听一些人（甚至包括一些医生）说自由基致癌。其实这是对自由基的不全面理解。自由基确实有致癌的一面，但更重要的是自由基有生物功能的一面!自由基是细胞的分化生长、免疫反应、一氧化氮自由基内皮细胞松弛因子（荣获1998年诺贝尔生物与医学奖)，神经传导的逆信使、在学习和记忆中发挥重要作用等；但自由基也有致癌的一面[1-4]。本文对自由基的生物功能的一面不做详细介绍，重点讨论自由基致癌的一面。癌症的发病机理和引起癌症的因素非常复杂，不仅有物质因素，甚至还有精神因素。关于自由基和癌症的关系研究很多，报道也很多。癌的发生和发展分致癌的启动，促癌及癌的形成和发展三个阶段，每个阶段都有自由基的产生和参与。另外在癌的治疗过程也有自由基参与。因此可以说自由基与的癌关系极为密切。下面这张图是常见的可能致癌的自由基[5-6]。1.  辐照致癌和自由基 辐射可以致癌已经被很多事实证明。早在1902年就发现从事放射性工作者手容易得皮肤癌，受离子辐射容易得白血。日本广岛爆炸原子弹5 年之内白血病发病率特别高。从事放射性元素矿物开采工人由于吸入放射性尘埃肺癌发病率很高。紫外光照可以引起皮肤癌，主要出现在暴露部分，如手、头、脖子和胳膊上。紫外光辐照动物皮肤导致DNA损伤，可以产生皮肤癌。辐照皮肤中的水生成高反应活性的羟基自由基，水合电子等一系列自由基。 这些自由基可以进攻细胞成分，特别是 DNA

高银相 魏大为 林志刚 张根宇 ： 基因工程技术发展综述

一、概述基因工程（又称DNA重组技术）是以分子遗传学为基础，通过人工手段对生物遗传物质进行定向改造的技术。其核心在于利用限制性内切酶（“分子手术刀”）精准切割DNA、DNA连接酶（“分子缝合针”）连接片段，并借助质粒或病毒载体将外源基因导入宿主细胞，实现跨物种遗传重组。基因工程技术的发展历程可分为基础理论奠基、工具革新及应用拓展，其核心突破推动生物医学、农业及工业领域革命性变革。图片1:基因工程概述二、技术发展‌（一）技术发展1.0：‌理论基础‌：1.1944年艾弗里证实DNA是遗传物质1944年，美国科学家奥斯瓦尔德·艾弗里（Oswald Avery）及其团队通过‌肺炎双球菌转化实验‌，首次直接证明了‌DNA是遗传物质‌。（1）‌实验设计与结果‌① 从致病性光滑型（S型）肺炎链球菌中分离纯化出 ‌DNA、蛋白质、多糖等组分‌，分别加入非致病性粗糙型（R型）细菌培养物中。‌仅加入S型DNA的组别‌中，R型细菌转化为能致病的S型细菌；而加入蛋白质、多糖或其他成分的组别未发生转化。② 使用‌DNA酶处理S型DNA后‌，转化能力消失，进一步确认DNA的关键作用。（2）核心结论‌① ‌DNA是遗传物质‌：实验证实S型细菌的DNA携带遗传信息，并能在R型细菌中稳定遗传。② ‌否定蛋白质的遗传作用‌：首次直接证明蛋白质不是遗传物质（区别于后续噬菌体实验）.图片2:DNA合成酵母2.1953年沃

高银相 张根宇 魏大为 林志刚 ： 酵素技术发展综述

一、酵素概述酵素是以动物、植物或菌类为原料，经微生物发酵制成的含特定生物活性成分的产品，包含酶、有机酸、维生素、蛋白质及多肽、氨基酸类等多糖类及益生菌等复合物质。在酵素制作中，糖是不可缺少的成分，它的存在使发酵的最终产物成为酵素，而不是酒或者醋。糖为酵母菌、醋酸菌等有益菌提供了大量充足的养料，促使其大量繁殖，充分发酵，产生更多的生物活性成分和有机小分子。图片1：酵素概念二、技术演进与核心突破‌1.传统工艺现代化‌中国古代已掌握发酵技术（如酒曲、饴糖制作），清代宫廷复合水果发酵工艺达鼎盛，现代酵素技术融合微生物学与基因工程，通过菌种筛选（如药用真菌、工程菌）定向提升活性成分（如黄芪甲苷）。2.生产工艺升级‌无土栽培+酵素应用‌：改善土壤活力并提升果实品质，实现“番茄+黄桃+蔬菜”轮作的高效循环模式。3.复合发酵技术‌：多菌种协同发酵（酵母菌、乳酸菌等）分解大分子物质，生成SOD酶、氨基酸等活性成分，增强抗氧化与消化功能。4.1960年，固定化酶技术诞生（将酶固定在载体上重复利用）。固定化酶技术通过将游离酶与载体结合，显著提升了酵素（酶）的实际应用效能。固定化酶技术的诞生极大地推动了工业应用，特别是在食品、纺织和制药等领域‌。5.工业应用(1) 洗涤剂酶：洗涤剂中的酵素即生物酶，通过催化分解污渍中的大分子有机物为可溶于水的小分子，从而实现高效去污，减少化学表面活性剂和磷酸盐用量，生物降

高银相 魏大为 林志刚 张根宇 ： 微生物酶技术原理综述

一、概述微生物酶是指由微生物活细胞产生的蛋白质，这些蛋白质在生物体系中起着催化生物体系中特定反应的、由微生物活细胞产生的蛋白质。作为催化剂的微生物酶，它可以加速三种反应：水解反应、氧化反应和合成反应。微生物酶是促进生物化学反应的高效物质。酶参与机体的各种生化反应,没有酶就没有生命。酶广泛存在于所有生物体内,细菌、真菌等微生物是各种酶制剂的主要来源。细菌产生的酶大部分在细胞内，称为胞内酶，如氧化还原酶；有些酶则被分泌到细胞外，称为胞外酶，如一些水解酶‌。微生物酶不仅在细胞内催化各种生化反应，还在细胞外参与物质代谢和能量转换等重要生命活动‌。微生物酶的研究和应用在生物技术和医学领域具有重要意义。通过对微生物酶的研究和利用，可以改善人类的生活，推动生命科学的发展。例如，基因编辑、干细胞技术和靶向药物等关键技术的实现都离不开酶的作用‌。此外，微生物酶的活性可以通过化学修饰或非共价结合配体进行调节，这种调节可以在数秒至数分钟内完成，具有高效和精确的特点。图片1：微生物酶概念二、分类1.氧化还原酶类（Oxidoreductase）促进底物进行氧化还原反应的酶类，是一类催化氧化还原反应的酶，可分为氧化酶和还原酶两类。（1）氧化酶氧化酶能够催化底物分子中的双键或其它官能团发生氧化反应，促进电子传递链中的质子泵激活，从而加速氢离子的跨膜运动，提高细胞内ATP合成速率。这个过程不仅加速了细胞呼吸，提供

高银相 魏大为 林志刚 张根宇 ： 基因工程技术原理综述

一、基因工程概述基因工程（又称‌基因拼接技术‌或‌DNA重组技术‌）是指按照人类意愿，在‌生物体外‌对遗传物质进行设计、改造，并通过特定技术导入受体细胞，从而‌定向改变生物遗传特性‌的技术。基因工程是以分子遗传学为理论基础，以分子生物学和微生物学的现代方法为手段，将不同来源的基因按预先设计的蓝图，在体外构建杂种DNA分子，然后导入活细胞，以改变生物原有的遗传特性、获得新品种、生产新产品的遗传技术。基因工程技术为基因的结构和功能的研究提供了有力的手段。基因工程是生物工程的一个重要分支，它和细胞工程、酶工程、蛋白质工程和微生物工程共同组成了生物工程。它是用人为的方法将所需要的某一供体生物的遗传物质——DNA大分子提取出来，在离体条件下用适当的工具酶进行切割后，把它与作为载体的DNA分子连接起来，然后与载体一起导入某一更易生长、繁殖的受体细胞中，以让外源物质在其中“安家落户”，进行正常的复制和表达，从而获得新物种的一种崭新技术。图片1：基因工程概念二、基因工程的本质1.‌物质操作层面‌本质是对‌DNA分子的定向改造‌，通过人工剪切、拼接、重组不同来源的DNA片段，实现对生物遗传特性的精确调控。2.‌遗传学原理层面‌核心是‌基因重组‌，即在分子水平将外源目的基因与载体结合，跨物种转移并表达，形成新的遗传组合。此过程不创造新基因，而是重组自然界已有基因资源。3.‌技术特征层面‌属于‌人工干预