又称
生物工艺学或生物技术。应用生物学和工程学的原理,对生物材料、生物所特有的功能,定向地组建成具有特定性状的生物新品种的综合性的科学技术。生物工程学是70年代初,在分子生物学、细胞生物学等的基础上发展起来的,包括基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程等,他们互相联系,其中以基因工程为基础。
生物工程学亦称生物技术或生物工艺学。尚无一致公认的定义和内容范围。一般认为,作为一门应用科学,生物工程学是
应用生物科学和工程学的原理,通过加工生物和生物加工来为人类社会服务的
综合性科学技术体系。
在狭义上,指将工程知识应用于
生物学领域内,利用生物体的机能生产物质,以提供商品为人类服务的一项技术。生物工程学是70年代初,在分子生物学、
细胞生物学等的基础上发展起来的,包括基因工程、细胞工程、
酶工程和发酵工程四个技术体系(或再包括
生化工程、
蛋白质工程,称六大技术体系)。上述技术体系相互依赖、相辅相成,以基因工程为主导,形成了
DNA重组技术、
细胞融合技术、
细胞大量培养技术、
生物反应器技术,酶及
蛋白质的人工修饰改造和人工合成技术,非
基因操作型的生物体直接利用技术等领域。
在广义上,凡以生物为对象的一般工程学,包括介于生物学、医学与工程学之间的医学工程学,
人造器官、
假肢等
生物医学工程学,人类工程学,
仿生学以及这些学科中对生物体进行的
结构和
功能的工程学
分析,均属生物工程学的范畴。生物工程学是70年代初在分子生物学、分子遗传学和细胞生物学基础上发展起来的一门新学科。在解决全人类所面临的
能源危机、粮食紧缺、
环境污染和
疑难病症的诊断治疗中已发挥重大
作用。人们将其与能源科学、
信息科学与材料科学并称为第四次产业革命的“四大技术”。有关研究
医学上通过生物工程可以生产出大量廉价的防治人类疾病的药物,如入胰岛素、干扰素、生长激素、乙型肝炎疫苗等。生物工程在食品、轻工中的应用面也很广。1983年美国用生物工程生产的用于制作饮料的
高果糖浆的年产量达600万吨,从而使蔗糖的消耗量减少一半。采用
生物工程技术,使育种工作发生了很大变化,如把抗病
基因转移到烟草中去,已培育出防止害虫的烟草新品种;把低等生物根瘤菌的
固氮基因转移到高等作物的细胞中,使之能自己制造氮肥,也取得了一定成果,以及
转基因动物开发乳腺生物反应器、禽类
输卵管生物反应器等。世界各国对生物工程十分重视,我国也把生物工程列为重点发展的科研项目之一。生物工程学的研究将对人类的生产方式和生活方式产生巨大的影响。
21世纪
系统生物科学与工程的发展,2003年美国
贝克莱大学J.Keasling成立了世界上第一家合成生物学系 -系统生物学基础的
遗传工程,采用酵母细胞表达天然植物药箐篙素分子,实现工程微生物代谢工程制药,并开展植物光合作用代谢路径的研发。同时许多计算机、微电子技术、纳米化学、医学工程科学家与工程师转入生物工程的研发,采用计算机软件辅助设计技术、人工合成全基因乃至基因组技术,将细胞作为计算机来进行重新设计,因而进入了合成生物技术时代。中国
曾邦哲(
曾杰)在中科院《转基因动物通讯》1994年6月发表“论
系统生物工程范畴”的文章,宣称21世纪是系统生物科学与系统生物工程的时代,将计算机科学与生命科学从理论到技术的整合,将基因工程与细胞仿生工程结合,并于2002年提出
细胞计算机模型(cell automatics, the bio-computer, genbrain biosystem network 2002)。
系统生物技术整合了生物纳米技术、生物计算技术,开始走向生物工程人工设计
生命系统的生物医学应用,并将带来细胞制药厂和
细胞生物分子计算机的产业化,2007年英国皇家工程院士R.I.Kitney称“系统生物学与合成生物学偶合,将产生第3次
工业革命”,欧美科技机构有称基因工程、
转基因动物与
分子生物技术时代已经转向了合成生物学、
系统生物工程时代,2008年开始,国际国内的系统生物工程(systems bioengineering, systems biological engineering)研究机构纷纷建立了起来。