当生物邂逅电影圈

2016-05-28 16:47张铖
求学·理科版 2016年5期
关键词:生物医学基因生物

张铖

艺术往往来源于生活,而又高于生活。19世纪的人们在看凡尔纳的《海底两万里》时,也许都不敢想象,多年后会有真的“鹦鹉螺”号在海底遨游。电影在带给我们视觉享受的同时,也会为我们展示许多属于未来的高科技,那些高科技给我们带来震撼之余,你是否希望自己将来能成为故事里的主角呢?

生命的魔术师:生物技术

放映厅

在电影《侏罗纪世界》中,“侏罗纪世界”主题公园为了吸引更多的游客,研发出了一种混合基因恐龙——暴虐霸王龙。有一天,一群暴虐霸王龙挣脱了人类的控制,公园的游客及工作人员面临灭顶之灾……

暴虐霸王龙的破坏力以及智慧让我们不寒而栗:如果有一天,世界上真的有这种生物了,人类还能生存吗?不过,你不必担心,这毕竟只是电影中的片段。从理论上来说,人类是无法培育出像电影中的暴虐霸王龙那样的生物的,因为我们不可能通过简单地把不同物种的基因拼接起来而创造出同时具有多种物种特点的新物种的。在生物体内,基因是有选择性表达的,而且基因与基因之间也是会相互影响的。基因离体之后,只有在合适的条件下,才能使细胞发育成某个器官或个体。比如,当年科学家就是利用克隆技术,将一只成年羊的体细胞核移植到去核卵细胞中,才使其基因成功表达,从而使细胞发育成完整个体,也就是大家熟知的克隆羊多利。

剧情介绍

在高中,有一本生物选修课本叫《生物技术实践》,其中涉及一些简单的生物技术操作方法。而在大学里,生物技术专业的学生需要学习很多的自然科学知识:入学先打基础,学习英语、数学、物理、化学等基础学科的知识,接着就要开始学习各种专业知识,如细胞生物学、植物学、动物学、基因工程等。此外,掌握熟练的计算机技术也是该专业的学子必不可少的技能。现在是“大数据”时代,很多生命科学的新发现是来自研究人员对大量生物数据的分析。

除了理论方面的学习,动手能力的训练也是必不可少的。我们从大一就开始接触各种实验,比如化学实验、生物化学实验、细胞生物学实验等。在实验室一待就是好几个小时是常有的事。记得有一次在分子生物学实验中,我们要自己构建基因重组质粒。这个实验需要先从某种生物的基因组中获取目的基因,然后用酶把环状质粒切开,再把目的基因和切开的质粒连起来,最后把连好的重组质粒转入某个细胞中,观察其是否会表达。通过自己的反复实验,重组质粒成功表达,那种成就感真的让你瞬间就忘记了辛苦。除了在实验室里探索微观世界,去大自然中探索宏观世界也是必不可少的。生物技术专业的学生一般都会有野外实习的机会,大多是去学校的实习基地或是自然保护区认识各种植物、动物,然后自己动手制作标本。

如今,我们经常能听到与生物技术相关的新闻,比如埃博拉病毒入侵人体细胞机制的破解、寨卡病毒全基因组序列测定的完成等,这些科学研究都是建立在生物化学、细胞生物学、分子生物学等学科基础上的。这些都与我们的生活密切相关,所以生物技术离我们并不遥远。现在,科研机构、高校以及医药企业生物技术方面的高端人才还是比较紧缺的,但由于其属于研究性专业,要想从事相关工作,你可能还需要继续深造。同时,因为生物技术的资金投入过大,国家的经费有限,国家只是重点发展某几个院校,因此国内各高校的生物技术专业水平差距极大,大家选择院校时须谨慎。

理论与应用的牵线人:生物工程

放映厅

在电影《移动迷宫2》中,闪焰症病毒在人类之间蔓延,而人类却无计可施。有一天,托马斯与伙伴纽特、米诺等人突然被詹森追捕。他们被追捕的原因很简单,因为他们的血清被检测出含有闪焰症病毒的抗体,若能将这些抗体提炼出来,就可以使其他对病毒没有免疫的人获得免疫能力。

在现实生活中,人被动物咬伤后接种狂犬疫苗和抗狂犬病血清是预防感染狂犬病的主要方法。最初的狂犬疫苗就是从那些体内含有抗体的动物中获得的,那时,获得疫苗就意味着要杀害动物。如今,我们不会再看到这种情况了,因为这类药物大多可以通过生物工程领域的微生物发酵等方法快速获得。

巅峰对决·生物技术vs生物工程

生物技术与生物工程虽然都有“生物”二字,但是这两个专业差别很大。生物技术是现代生物学发展及其与相关学科交叉融合的产物,其核心是以DNA重组技术为中心的基因工程。而生物工程则是以生物学的理论和技术为基础,结合化工、机械、电子计算机等现代工程技术,充分运用分子生物学的最新成就,自觉地操纵遗传物质,定向地改造生物,在短期内创造出具有超远缘性状的新物种,再通过合适的生物反应器对这类“工程菌”或“工程细胞株”进行大规模的培养,以生产大量有用代谢产物或发挥它们独特生理功能的一门新兴技术。

生物工程包括五大工程,即遗传工程(基因工程)、细胞工程、微生物工程(发酵工程)、酶工程(生化工程)和生物反应器工程。生物工程的应用领域非常广泛,包括农业、工业、医学、药物学、能源、环保、冶金、化工原料等。

剧情介绍

在大一时,生物工程专业的学生也要学习一些基础理论课程,如生物化学、细胞生物学、微生物学。接着就要开始学习一些工程方面的知识,如化工、生物制药、发酵工程、生物分离工程等课程。此外,实验室也是生物工程专业的学生要经常光顾的地方。

如今,生物制药主要是通过发酵的方法来实现的,在这个过程中,微生物菌种的选择以及最佳的发酵条件都需要经过反复地实验。在二战时期,青霉素是非常珍贵的,其中主要的原因就是不能大规模量产。如今,经过发酵工艺条件的优化,青霉素已经是很常见的药物了。

生物工程专业属于应用型专业,主要培养能在生物工程领域从事生产管理和新产品开发的工程技术人才。我国的生物工程技术研究虽然取得了一些成就,但是与世界发达国家相比,还有一定的差距。生物工程专业的学生毕业后可以在医药、食品、环保、商检等部门从事技术开发及产品性能检测分析等工作。不过,学生本科毕业后直接从事科研工作的可能性不大。如果你有志于从事相关的科研工作,就要培养扎实的钻研探索精神,并进一步深造学习,才有机会成为该领域的高级科研人才。

做个懂医学的工程师:生物医学工程

放映厅

在电影《杀破狼2》中,古天乐饰演的洪文刚从小患重病,需要换心脏来延续生命,而他的血型极为罕见,在无奈之下,他决定对自己的亲生弟弟下手……

我们都知道,心脏是一个人最重要的器官,没有心脏的话,人是无法存活的。电影中的换心手术最终没有完成,但是在现实生活中,3D生物打印机已经能够打印出人体器官了,相信有一天,人类换器官也可以像汽车换零件那样平常,而3D生物打印技术的实现就离不开生物医学工程的发展。

剧情介绍

生物医学工程是一个年轻的交叉学科,它综合了工程学、物理学、生物学和医学等多学科的理论和方法,解决医学中的有关问题。很多人看到这个专业名称时可能会误以为其属于医学专业,其实不然,它属于工科专业。由于其多学科交叉的特点,生物医学工程专业的学生需要学习的课程比较多,而且涉及的面很广。本科期间,学生需要学习脉冲数字电子技术、医用传感器、医用仪器原理、医学影像仪器、检验分析仪器等基本知识。理论之外,动手实践能力也是必不可少的。

生物医学工程对于社会经济的和谐发展有着深远意义,是一个具有巨大发展潜力的“朝阳学科”。目前学生就业的主要去向为研究机构,医院里的影像、设备、临床、信息中心等相关科室,医疗器械相关企业等。由于本科期间所学知识有限,要想在相关领域取得不错的成绩,一般要继续深造。

观影必备之院校推荐

生物技术

北京大学的生物技术专业实力雄厚。学校拥有国家生命科学技术基地,以及膜生物学、蛋白质与植物基因研究国家重点实验室。

华中科技大学是国内最早开设生物技术专业的高校。学校建有启明生物技术实验班。该校的生物技术专业是国家级特色专业。

武汉大学的生物技术专业为国家级特色专业。学校拥有病毒学、杂交水稻国家重点实验室。

生物医学工程

东南大学的生物医学工程为国家重点学科。学校拥有生物电子学国家重点实验室、生物材料与器件江苏省重点实验室。

四川大学拥有国家生物医学材料工程技术研究中心,其华西临床医学院拥有非常强的医学实力。四川大学的3D打印技术处于全球领先水平。

上海交通大学的生物医学工程为国家重点学科。该校通过Med-X研究院与多家附属医院建立了联合研究中心,实现医工(理)学科的交叉碰撞。

生物工程

江南大学的生物工程专业是国家级特色专业,偏重于发酵。

浙江大学的生物工程为国家重点学科。该专业设在化学工程与生物工程学院,偏重于化工。

西北农林科技大学的生物工程专业为国家级特色专业,主要研究方向为微生物,现在开始往生物制药方向发展。学校建有生物工程实训中心。

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