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生物技術及其產(chǎn)業(yè)化快速發(fā)展的原因探討
信息技術、生物技術、納米技術被稱為21世紀的革命性領先技術，其產(chǎn)業(yè)化方興未艾。生物技術產(chǎn)業(yè)，尤其是生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)是一項高投入、高利潤的產(chǎn)業(yè)，它的利潤率達到了17.6%，是利潤率為8.1%的信息產(chǎn)業(yè)的兩倍。因此，展望未來，多數(shù)分析家認為，生物技術產(chǎn)業(yè)是繼信息產(chǎn)業(yè)之后迅速崛起的又一個高新技術產(chǎn)業(yè)，在21世紀初將與信息技術產(chǎn)業(yè)并駕齊驅，并最終成為主導全球經(jīng)濟的核心產(chǎn)業(yè)。生物技術和產(chǎn)業(yè)如此巨大的發(fā)展前景，有著其必然的原因：一、生物技術對于人類的生存和發(fā)展有著極為重要的意義
1.可持續(xù)發(fā)展的要求
20世紀的一百年，人類憑借著科學和技術的巨大發(fā)展與進步，發(fā)明和創(chuàng)造了機械化和自動化的生產(chǎn)和交通設備與工具、電子與系統(tǒng)集成化的通訊設施與器具、家用電器、電腦以及化學合成物質，極大改變了自身的生活、生產(chǎn)和經(jīng)濟方式，邁進現(xiàn)代化的階段。歡欣之余，人類也不能忘記在發(fā)展中付出的慘重代價：在準備大踏步向現(xiàn)代化邁進的20世紀中葉，人類社會卻面臨著全球性生態(tài)環(huán)境日益惡化、人口與健康受到嚴重威脅、糧食生產(chǎn)滯后、能源耗竭和資源短缺的五大危機。這些問題顯然是發(fā)展中帶來的，它們直接向人類的生存與發(fā)展提出了嚴峻的挑戰(zhàn)。
毋庸置疑，一項技術的進步對社會和經(jīng)濟發(fā)展起著巨大的促進作用。然而，工業(yè)革命發(fā)展進程表明，人類一味強調技術的先進性和對經(jīng)濟的推動作用，而忽視技術對人類自身和生態(tài)環(huán)境的安全性時，人類最終要飽嘗在技術發(fā)明初期未曾預料的苦果。曾幾何時，滴滴涕一問世便被譽為人類技術史的里程碑，聲稱它可以殺死害蟲卻對人畜無“害”，可以拯救成千上萬人的生命。1946年，該產(chǎn)品在美國上市引起巨大轟動，以至引來化學公司投巨資開拓殺蟲劑市場。僅在1947～1949年間，滴滴涕的投入就達38億美元，旦利潤逐年直線上升，到1951年利潤額猛增1.1億元。它的發(fā)明人保羅·米勒被人們稱為救世主，獲1948年度諾貝爾獎。然而時隔6年后，滴滴涕就被發(fā)現(xiàn)具有激素效應，嚴重影響動物（包括人類）的性分化和生殖，并且通過母體傳遞后代，導致許多的野生動物數(shù)量急劇下降。到1970年，美國率先下令禁止使用滴滴涕。
20世紀70年代末期，人類開始意識到，技術的安全性對于人類自身生存與繁衍及生態(tài)環(huán)境的重要意義，絲毫不亞于技術的先進性對社會和經(jīng)濟發(fā)展的價值。因此，由聯(lián)合國提出、各國政府共同倡導的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，意味著今后的科學和技術發(fā)展具有雙重使命：既促進生產(chǎn)力進步和為人類謀福利，又保護人類及其生存和繁衍的環(huán)境。
進入20世紀80年代以來，生物技術和產(chǎn)業(yè)日益顯示出強大、高效、經(jīng)濟與生態(tài)和諧的特點，體現(xiàn)和代表著可持續(xù)發(fā)展方向。生物技術及其產(chǎn)業(yè)化發(fā)展正在悄然地影響并改變著傳統(tǒng)的工業(yè)、農(nóng)業(yè)和經(jīng)濟的性質、結構、模式和價值取向，其范圍和程度令人耳目一新。難怪，美國生物技術工業(yè)組織把生物技術產(chǎn)業(yè)定義為：利用細胞和生物分子進行藥品、農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)開發(fā)和環(huán)境治理的產(chǎn)業(yè)。該產(chǎn)業(yè)技術由醫(yī)藥生物技術、農(nóng)業(yè)生物技術和環(huán)境生物技術共同組成。醫(yī)藥生物技術重點攻克癌癥、艾滋病、老年癡呆癥、帕金森病、心臟病、糖尿病等危害人類的頑疾；農(nóng)業(yè)生物技術著眼于提高農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量和質量；環(huán)境生物技術重點用于清除工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生活帶來的廢棄物和有毒物質。生物垃圾是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中所生產(chǎn)的廢棄物，是制造許多有重要經(jīng)濟價值的產(chǎn)品的原材料。通過生物降解、凈化和再生技術的三"R"模式，即對垃圾和廢物采用消除、再循環(huán)和再生(remove、recycle、regeneration)，清除石油副產(chǎn)品污染物及其他有毒物質，進行資源利再利用意義重大。
2.認識、開發(fā)和利用生命系統(tǒng)的要求
在20世紀人類文明發(fā)展中，幾項劃時代科學與技術成果扮演著重要角色。汽車、飛機和航天器因為改變了人類活動的時間和空間尺度，擴展了人們的視野和活動范圍，因而主宰20世紀經(jīng)濟的半壁江山。電子計算機、通訊和互聯(lián)網(wǎng)技術發(fā)展成就改變人們的交流方式，縮短人們與外圍世界交流的時空距離，而引領20世紀經(jīng)濟的新潮流。然而，這些技術只是提供人類認識外部世界的手段和條件，還不足以導致認識生命內部包括人類自身奧秘。
從19世紀達爾文進化論誕生起，一直到1953年DNA雙螺旋結構理論問世，生命科學進入分子生物學時代整整積累了一百年，它給整個生物學界帶來了一場科學和技術革命。隨之，在1973年，DNA重組技術和“基因克隆”策略建立，以及一系列行之有效的分離、鑒定、克隆基因的方法誕生。運用DNA重組技術，人們可以用生物反應器（包括植物、動物）來生產(chǎn)人類所需要的基因產(chǎn)物——藥用蛋白。從此，生物技術和產(chǎn)業(yè)發(fā)展一發(fā)不可收拾。
以DNA重組技術為特征的基因工程學的發(fā)展，很大程度上得益于分子生物學、遺傳學和生物化學等領域的發(fā)展，同時也離不開其他現(xiàn)代科學技術的成就和影響，比如信息學、計算機科學等�；蚬こ虒W逐步成熟和發(fā)展對生命科學的所有領域都產(chǎn)生了革命性的深遠影響，包括動物行為學、細胞生物學、遺傳學、生理學、神經(jīng)生物學、發(fā)育生物學、生態(tài)學和生物進化論等，從而使得生命科學日新月異，進展迅猛，成為20世紀以來發(fā)展最快的學科之一�？梢灶A見，在21世紀，生物技術產(chǎn)業(yè)必將對人類的生活產(chǎn)生更為深遠的影響。
二、生物技術具備技術革命的能力條件
1.生命科學和生物技術領銜世界科技界最高研究水平
生物技術發(fā)展至今，充分體現(xiàn)出生命科學領導21世紀科學前進方向的特點和趨勢。(1)20世紀90年代科學史，幾乎就是生命科學和生物技術編年史，幾項重大的具有全球性的科學計劃和成果均是在該領域誕生的，如“人類基因組計劃”、“腦科學的十年”、“干細胞研究”，克隆羊和人類基因組草圖繪制等。(2)政府投入生命科學和生物技術研究與開發(fā)經(jīng)費巨大。以美國為例，從1992年至2000年8年間，政府機構的科技研究與開發(fā)的經(jīng)費，主要用于生命科學和生物技術，僅國立衛(wèi)生研究院(NIH)就達200億美元，累計增長了111%，遠遠超過美國自然基金委員會(NSF)的68%、美國航空航天局(NASA)的21%、美國國防部(DOD)的11%和美國能源部(DOE)的-1%。(3)當今世界科學研究與開發(fā)的投入與產(chǎn)出比率最高并成正比的學科領域當屬生命科學和生物技術。以反映當今世界科技水平的SCI刊物論文數(shù)量為例，美國排在第一位，日本排在第二位，英國、法國、德國、意大利、加拿大、荷蘭依次占據(jù)三到八位名次。(4)生物技術研究與開發(fā)充分體現(xiàn)經(jīng)濟實力和科技研究水平同步的特點。從國家經(jīng)濟實力、科技水平，科學計劃啟動的時序、經(jīng)費的投入、論文產(chǎn)出來看，美國的生物技術研究與開發(fā)當仁不讓處在第一位，歐盟國家緊隨其后，日本居第三。(5)生物技術研究與開發(fā)吸引和匯聚了全世界最多的生命科學家群體。仍以美國為例，持續(xù)8年的經(jīng)濟景氣使其每年能夠吸引全世界的科學家精英及大批的博士生、博士后人員來到政府和私人研究機構的實驗室中從事生物技術的研究與開發(fā)工作。因此，美國生物技術研究與開發(fā)的成果當然是世界性的科學智慧大腦匯聚的結晶。
2.生物技術的特點和作用
現(xiàn)代生物技術的核心是建立在“基因克隆”策略和DNA重組技術為基礎上的、一系列行之有效的分離
、鑒定、克隆基因的方法體系。它包括基因工程、蛋白質工程、轉基因技術、組織工程、動物克隆技術以及生物信息工程等內容。這些技術能夠廣泛地應用于醫(yī)藥開發(fā)與利用、動植物品種改良和培育、糧食和食品生產(chǎn)與加工、農(nóng)藥生產(chǎn)和環(huán)境保護等領域，體現(xiàn)較高的經(jīng)濟效益和生態(tài)效益。
(1)產(chǎn)品的目的性、有效性和功能更強大。基因工程可將原核生物細胞和真核細胞都作為生物工廠或反應器來生產(chǎn)人類所需要的胰島素、干擾素、生長激素、病毒抗原、抗體等大量的外源蛋白，成為最具開發(fā)潛力和應用前景的產(chǎn)業(yè)——生物制藥業(yè)。轉基因技術可以有效地研究高等動物的基因表達和發(fā)育、建立人類疾病的動物模型；開發(fā)出動物乳腺生物反應器生產(chǎn)保健和醫(yī)療蛋白，稱為畜牧動物生物反應器技術，相對于細胞培養(yǎng)技術，其產(chǎn)量可提高100～200倍，成本降低到1萬分之一還少。高等動物克隆技術對保護地球上的生物多樣性具有重大意義。克隆動物技術與轉基因技術相結合可以生產(chǎn)移植器官（治療克�。⑴嘤齼�(yōu)良畜禽品種、生產(chǎn)人類所急需的蛋白質藥物和提供臨床實驗替代動物。
(2)產(chǎn)品的生產(chǎn)過程簡化�；蚬こ炭珊喕S多有用化合物和大分子的生產(chǎn)過程，并廣泛和充分利用植物及動物作為天然生物反應器以生產(chǎn)人類所需的基因產(chǎn)物。蛋白質工程技術可以自如地改造基因和大規(guī)模生產(chǎn)所需的蛋白。
(3)產(chǎn)品的開發(fā)和檢測過程簡化�；蚬こ炭珊喕滤幍拈_發(fā)和檢測系統(tǒng)，提高效率和準確度。
(4)產(chǎn)品的生產(chǎn)過程和廢棄物無污染。生物技術產(chǎn)品的生產(chǎn)過程接近天然，廢棄物是次生代謝產(chǎn)物，可以自動降解，不會在自然界殘留。
3.生物技術的發(fā)展趨勢
(1)基因操作技術創(chuàng)新化、專利化和商業(yè)化。技術和方法的創(chuàng)新層出不窮，日臻完善，一經(jīng)問世通過專利形式和商業(yè)渠道出售技術，在市場上便可以加以應用。
(2)基因工程蛋白藥物和疫苗研究與開發(fā)突飛猛進，將導致21世紀醫(yī)藥工業(yè)全面更新和改造。
(3)轉基因技術以及動物克隆技術將取得重大突破、產(chǎn)業(yè)化前景廣闊。轉基因技術應用將帶動農(nóng)業(yè)結構的全面更新，推動大農(nóng)業(yè)發(fā)展的新飛躍；同時極大地提高生物醫(yī)藥的生產(chǎn)水平，并對其他行業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生積極的影響。
(4)人類基因組計劃的提前完成，并進入“后基因組”時代。人類基因組測序在2000年提前完成，接下來將研究多個基因之間的相互作用關系及如何協(xié)調、調控和表達。
(5)基因治療將取得重大進展。克隆器官和組織工程將使攻克惡性腫瘤、艾滋病等人類重大疾病取得突破性進展。
(6)蛋白質工程是基因工程的發(fā)展，通過分子生物學、結構生物學和計算機技術相互滲透、相互融合，形成一門高度綜合、應用廣泛的邊緣性技術學科。
(7)生物信息學是在生命科學尤其是基因組學與信息技術相結合的基礎上產(chǎn)生的新興分支學科。它將最終導致龐大而松散的生命科學走向統(tǒng)一，而產(chǎn)生全新、概括、前瞻、嚴密的普通生物學。
(8)腦科學研究將取得重大發(fā)現(xiàn)和突破。它使了解動物與人類認識、思維和決策的奧秘產(chǎn)生飛躍，很可能導致把繼承人類文明遺產(chǎn)的活動濃縮在出生前的胚胎發(fā)育過程，而將傳統(tǒng)上須用出生后20多年時間的學習與記憶活動變成一件自由、愉快和前所未有的創(chuàng)造性活動，從而變革社會人才的生產(chǎn)方式。
(9)生物技術走向社會化、安全化、智能化。社會化發(fā)展將解決新的生物技術所帶來的社會倫理問題、雙刃劍效應，是否和平與安全利用、是否共享等問題以及人種與智商的差異問題。
簡而言之，生物技術的未來發(fā)展成就，將全方位和深層次地提升人類生存（衣食住行）、成長（發(fā)育和成熟）、健康（疾病防治和延年益壽）和發(fā)展（生育與繁衍、學習與創(chuàng)造、精神需求和消費）的水平，進而帶動整個科學技術界的騰飛。
三、市場需求提供的發(fā)展機遇
近年來，在生物工程和生物制藥快速發(fā)展的推動下，醫(yī)藥行業(yè)已成為全世界范圍內增長最快的產(chǎn)業(yè)之一。根據(jù)美國《財富》雜志對全球最大的500強企業(yè)1998年銷售收入和利潤增長情況的比較分析，醫(yī)藥和電信行業(yè)不僅增長最快，利潤和收益水平也大大好于其他行業(yè)。從發(fā)展趨勢看，伴隨人們收入水平和生活質量的提高，醫(yī)藥行業(yè)需求的快速增長還將持續(xù)較長時期。據(jù)預測，2002年全球醫(yī)藥市場銷售額將達到4000～4060億美元，2010年將達到6800～7200億美元。目前，全球藥品消費85%以上集中在美國、日本、歐洲等幾個發(fā)達國家和地區(qū)，人口眾多的發(fā)展中國家隨著經(jīng)濟發(fā)展和藥品消費觀念的轉變，購買力正在快速增長。
1.按地區(qū)分的市場銷售現(xiàn)狀
北美仍是藥品銷售業(yè)績最好的地區(qū)。1997年美國銷售處方藥品665億美元，年增長率為10%；加拿大則為41億美元，年增長12%。歐洲地區(qū)銷售居首位的是西班牙，銷售額為49億美元，年增長率10%。英國和荷蘭的銷售額分別為77億和19億美元，增長幅度均7%。
2.按藥品種類劃分的市場銷售現(xiàn)狀
(1)神經(jīng)系統(tǒng)用藥。1997年以神經(jīng)系統(tǒng)用藥銷售額增長最大，增幅達12%，銷售額達到235億美元。美國和英國這類藥品的銷售額均增長16%，西班牙的增幅達到20%，但日本市場不僅不升反而下降，降幅為2%，銷售額為26億美元。
(2)降膽固醇藥。1997年降膽固醇藥在心臟病發(fā)病率高的地區(qū)銷售頗佳。其中美國為124億美元，年增長13%；英國為149億美元，上升11%；日本和德國分別為76億美元和37億美元，與1996年基本持平。
(3)免疫病和皮膚病治療藥。世界用于免疫系統(tǒng)疾病的治療藥物以年增長8%的速度增長，1996年為286億美元，2000年將為420億美元。自身免疫疾病的治療藥物年平均增長率為10%，從1991年的2.31億美元增加到1996年的17億美元。艾滋病的治療藥物在該類市場中占有重要的地位。1997年皮膚病治療藥物的世界市場銷售額為110億美元。其中粉刺治療藥物的市場銷售額增長最為顯著，占世界該類市場銷售額17%，而類固醇類的皮膚病治療藥物的市場將呈下降趨勢，從1990年市場占有率的14%下降到1997年9%。
(4)抗癲癇病藥。世界抗癲癇病藥銷售增長迅速。據(jù)有關資料，目前全世界有5000多萬癲癇病患者，發(fā)病率年齡差異較大，兒童最高，15～65歲居中，老年再次升高。近百年來，人們已經(jīng)開發(fā)了數(shù)十個用于治療不同類型癲癇病的藥物。20世紀末有20多個抗癲癇藥物先后上市。1999年該類藥物的銷售額達到28.5億美元，而新藥的銷售份額增加了20%之多。
3.按銷售份額分的市場銷售現(xiàn)狀
1999年和2000年，全世界十大暢銷藥均為專利處方藥。排名前5位的藥物就占總銷售額的一半以上，其中奧美拉唑41.9億美元、氯雷他定33.1億美元、氟西汀30億美元、辛伐他汀28.1億美元、克拉紅霉素25.3億美元。
表1 2000年十大暢銷專利處方藥（億美元）
排名 通用名 專利持有人 功能 銷售額
1 奧美拉唑 阿斯特拉 抗?jié)儭 ?1.9
2 氯雷他定 先靈－保雅 抗過敏 33.1
3 氟西汀 禮來
治抑郁 30
4 辛伐他汀 默克 降血脂 28.1
5 克拉紅霉素 雅塔 治呼吸道感染 25.3
6 馬來酸 默克 降血壓 23.0
7 普伐他汀 施貴寶 降血脂 18.4
8 法莫替丁 默克 抗?jié)儭 ?5.1
9 環(huán)丙沙星 拜耳 抗感染 14.2
10 洛伐他汀 默克 降血脂 10.1
4.中國醫(yī)藥市場的需求
中國醫(yī)藥消費的增長十分迅速，據(jù)預測，到2005年，中國藥品的需求量將達到2180億元，比2000年凈增長940億元。促使藥品消費持續(xù)增長的因素主要有人口增長、人口老齡化和居民人均收入提高等因素。預計2005年中國人口將增長到13.88億，屆時藥品消費將提高80億元。老齡人口將以每年3%的速度遞增，2005年，中國老齡人口將達到4億多，占全國人口總數(shù)的27%。按照目前老齡人口人均用藥每年385元水平計算，2005年我國藥品消費將提高616億元。隨著城鄉(xiāng)生活水平提高，保健與長壽的消費要求，將使2005年的藥品消費提高200億之多。
由于技術本身的內在沖動和生命科學本身所能承擔的重任以及人類健康對醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)的巨大需求，生命科學和以生物工程技術為核心的生物制藥獲得了前所未有的大發(fā)展，而且，我們完全可以斷言，人類在21世紀必將迎來一個前所未有的以生命科學的大發(fā)展為主要標志的新技術革命時代。
�。凼崭迦掌冢�2002-07-28
【參考文獻】
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