生物工程的应用：药品和药物化学
遗传工程与蛋白质生产有关。用遗传工程生产的蛋白质，有些可直接应用于医药和药物化学，有些可用于药物和药品重要化合物的生产。
在药品和药物化学遗传工程方面，由于生物技术的应用，比传统的工艺技术得到了极大的改进，这些进步包括：
（1）有能够大规模、广泛生产的各种生物物质，因而有足够的数量供临床测试之用。
（2）大大地提高了从组织中提取生物物质的经济效益。
（3）提高了现有药品制造的经济效益。
（4）增加了治疗学、诊断学和采用预防药剂来大规模治疗包括癌症、炎症、免疫性病害，寄生性感染的效果。
许多在治疗学上非常重要的化合物已能大量生产（表1）。这些化合物中有许多在早些时候却是花了很大的成本从生物组织中提取的，而现在应用遗传工程只需低微的成本即可生产这些化合物，因此能商品化生产。采用传统方法生产的某些蛋白质，需要高度净化，每磅成本为400美元。用遗传修补生物方法生产这些物质能降低生产成本，因而每磅成本不到100美元。
此外，从人体组织提取物质制备治疗药品有传播病毒的危险，如艾滋病毒。而采用遗传工程的生物制备法生产这些药品，会克服传播病毒的缺点。如用因子Ⅷ来治疗血友病会冒很大的风险，有可能感染艾滋病，因为因子Ⅷ是人体血清中提取的，而有些人可能已感染艾滋病毒。但是用遗传工程生产的因子Ⅷ会使血友病患者免遭这种传染病风险。
人体生长激素已用来治疗侏儒症，但直到目前，人体生长激素一直都是从死人脑垂体中提取制遗的，用这种方法得到的生长激素数量很少，在治疗上应用价格极其昂贵。当生产生长激素的基因获得后，就可用遗传工程方法生产蛋白质，这使得应用于临床成为可能。使用人体制品有可能带来艾滋病和其它潜在的无意识感染，这就进一步激发了人们采用遗传工程方法来生产生长激素的热情。
采用遗传工程法制造的人体生长激素用来治疗侏儒症其费用要比以前传统方法低得多，因此连一些生长正常儿童的父母也果断地决定为其孩子使用生长激素，目的是为了能使孩子长成7 ~ 8英尺高即真正的高个儿，以便成为出色的篮球运动员，这方面还有其它例子。
通过生物工程的遗传工程提供了生产兽用和人用治疗剂的机制。事实上用这种方法已在生产生和猪的生长激素，并且发现它们能促进动物生长，增加奶牛的产奶量。
除表1所列的几种能通过生物工程生产的蛋白质外，其它几种应用生物工程生产的非常重要产品是人和动物身上应用的重组疫苗（用DNA重组技术），人们正在用遗传工程技术开发治疗病毒性疾病的新疫苗，如乙型肝炎疫苗，这种疫苗接种时不用杀死原病毒，因为它接种后能够利用细菌或酵酶细胞来产生特殊抗体。另外抗细菌感染的疫苗也可以通过遗传工程技术来生产，如，霍乱、肺结核、疟疾和奶牛乳腺炎疫苗等等。
疫苗由某些特殊的纯抗体所组成，制造疫苗的遗传信息导入到合适的细菌或酵母细胞中，然后这些微生物将（按照免疫法程序）制造出免疫计划所需的抗原性物质、有些疫苗已进入市场。由于高密度饲养的牧场和家禽养殖场容易使动物感病，对防病来说，疫苗是极其重要的。据美国年报、牛和牛犊的年损失量接近600万头，鸡的损失量达到4300万羽，因此，能够减少这些损失的疫苗对养殖业来说具有十分重大的意义、
除遗传工程在蛋白质疫苗的制造和生产中应用外，它还将在非蛋白质的生产中得到广泛应用。例如，在抗菌素生产领域，在生物合成反应中，产品的合成范围是由限速酶的反应所决定的。这些合成反应的限速本质取决于有酶的数量或酶对产品或其它抑制作用的敏感程度。基因技术的应用使得生物合成方法大大增加了限速酶的数量，从而生产能力提高。在今后的10年内，这些工艺革新将变得非常普遍。如抗菌素、维生素、氨基酸、类固醇激素和芳香族化合物等产品的生产由于遗传工程的应用得益匪浅。
蛋白质工程和设计
在遗传工程的应用以前，用于提高活性反应特性的活性蛋白质的生物修补，都是靠化学手段来实现的，但是应用范围极小。
随着新的生物工程技术的发展，蛋白质的这种选择范围内特定修补已成为可能。例如，增强某些酶的催化能力。这种修补作用能改变底物的专一性、包括一个较大的底物范围，改变PH值最适程度或者某个特殊作用酶的稳定作用。而且还能改变特定酶活性和稳定的最适温度范围。这些作用在工业上具有理想的用途。
这些修补作用通过生物技术上“某些戏剧性技术”的应用得到成功，为了获得某种特殊的酶，从温泉中生长的细菌中分离出有用的基因，这些细菌的蛋白质是热稳定的，因此它们可在高温条件下利用。含有控制蛋白质合成遗传基因的DNA再导入到其它寄主细胞中，再使蛋白质大量合成。
在DNA复制的研究方面，表明了是DNA聚合酶的作用。在另一水平的研究上，蛋白质提供了氨基酸排列顺序的信息，从而决定了蛋白质分子结构的特性是热稳定的。这种遗传信息通过遗传工程在蛋白质的设计中得到应用。蛋白质合成中氨基酸排列顺序以及和蛋白质作用相关的3维结构的研究在今后的20年中具有极其深远的意义。这些研究成果将为人们提供特殊设计的蛋白质在一系列生物转换及药品和药物化学领域中起特殊的作用。
营 养
基于遗传工程的发展，生物技术定会对食品和饲料工业作出显著的贡献。人为设计的新型植物或微生物的特殊种类能生产富含氨基酸的优质蛋白质，这对于克服蛋白质的营养不良是一个极大的进步。类似于维生素生产的现代生物技术，同样适用于高蛋白营养的生产。因为反刍动物，（如：牛、羊和山羊等含有瘤胃细菌）能利用非氮化合物来生产各种氨基酸，而人、乌和猪则没有瘤胃微生物，必须消耗多种氨基酸以供生长需要。从营养来说，玉米、燕麦和小麦缺乏蛋氨酸和赖氨酸，因此需要补充大豆或鱼粉或氨基酸。
在农业生产上，单细胞蛋白质是饲料工业生产的重要物质来源，单细胞蛋白首先应用于生产高蛋白质的干燥微生物产品。这些微生物可以是细菌、真菌和具有光合作用能力的原始藻类。其成分决定于所用微生物的种类、培养方式和加工方法。但粗蛋白含量均可高达60%。但如前面所述、作为非反刍动物所用的蛋白质，不同氨基酸组成成分将影响其使用效率。
从另一方面来看，由于微生物细胞生长极为迅速，单细胞蛋白生产将是世界食品生产中的一个重要因素。在理想的条件下，微生物再生一代仅需30分钟，故蛋白质量每半小时即可增加一倍，因而便可获得非凡的生产速度。相对而言、草和有些植物增重一倍却需要1 ~ 6个星期。
植物和动物的基因转移
生物工程除了能解决上面所提到的有关营养方面的问题外，还应用于植物科学领域中。豆科植物与聚居于其根瘤中的固氮菌有着共生关系，通过这种关系可以直接利用空气中的氮来供其生长，这对于减少化学肥料的需求量具有较重要的商品经济意义。其它植物固氮作用的潜力取决于导入根瘤细菌基因的遗传密码。另一种方法是扩、大根瘤菌固氮基因的适应范围从而增加作物产量而不是依靠人工肥料。在植物学上需要考虑的另一种改进方法是提高光合效率，通过遗传工程来增加光合作用限速酶的数量是可行的。
同样遗传工程提供了培育耐盐植物新品系的可能性，以解决土壤因灌溉沉积而引起的含盐量增加问题。这方面的进步是因对耐盐细菌的适应机制进行研究时取得的。
最后，就植物学而言、应用遗传工程的最成功的实例是：关于假单胞菌能防止冰晶体在植物体内形成，因而能保护作物免遭冻害。现正在用这些微生物和植物进行田间试验，以期得到认可。
关于动物基因的转移问题，现在较多注意的是在不使用类固醇添加剂的条件下，亦能提高动物的生长速度的可能性。自从80年代初开始，转移基因的老鼠实验以来（基因转移的老鼠会长得比其同类大一倍），许多；作已集中到某些种类生长激素，如牛、羊和猪的生长刺激作用上来了。这些研究使得生长激素基因在重要饲养动物上的结合和表达方面获得成功。当这些动物生长被大大加快时，也有许多不利因素表现出来，如导致体重过度增加，生殖能力发生变化和某些生命器官的退化（如肾脏退化），其中许多问题看来与持续不断的生长和释放生长激素有关联。而与非转移基因的动物某个生长周期的脉动作用无关。
在另一方面，生产也受益不少，如通过牛的乳腺来生产药用重要化合物，因而有许多化合物可以从牛奶中分离得到。牛基因转移技术的发展将会实质性地产生不少重大进步，譬如，正确加工处理方法和通过动物而不利用细菌式酵母来进行真核细胞蛋白的糖基化作用。以及控制各种酶或生物反应器参数的需要，这对生产昂贵的药物来说，有较大的优点。在适宜的条件下，这些基因转移的植物或动物（基因型和表现型已改变）能把这些特性传给下一代，因此其特性是可以遗传的。
再说，基因转移的植物和动物，人们最终研究目标是培育抗病后代。这些抗病的植物和动物品种有希望抗御一系列病毒，病原性微生物和寄生物。为基本实现这些目标，必须继续进行广泛的基础和应用研究。
诊断：免疫测定技术的应用
应用免疫法技术，具有特殊免疫作用的抗体生产导致了高度专一化的诊断试剂，所生产的抗体可以是复合抗体或单克隆抗体。单克隆抗体是在70年代初期，对免疫方法的基础研究中发展起来的。单克隆抗体比复合无性系抗体有许多优点。单克隆可使用immovtal细胞通过组织培养而生产，这些抗体对它们的抗原有高度的专一性。这与多元抗体不同，复合抗体是不同抗体的混合物，多元抗体在动物体内产生，因而当这些动物死后，抗体的来源也就断绝了。
抗体在免疫测定法上得到使用，因具有高度的专一性，所以常应用于一系列化合物的精确分析。免疫测定法的高度精确性使得化验员能测定出微量的化合物，即使少到亿分之一克也能被检测出来。从这种高度专一性和精密性的分析手段来说，存在于食品和饲料中的药物、类固醇生长促进剂以及其它有害的化合物的微量残留均能被检测出来。
除了诊断外，单克隆抗体也将应用于治疗。通过药物与指定抗体的结合能产生所需要的药物。这项技术在细胞毒素药物（蓖麻蛋白）方面已被利用，细胞毒素药物（蓖麻蛋白）被结合到单克隆抗体中，因此有目的地生产抗原细胞。单克隆抗体也可应用于被动免疫和免疫抑制治疗法。抗体在免疫抑制治疗法上应用需用单克隆抗体去中和自动免疫病害和器官移植中产生的其他多种抗体。
总之，新兴的生物技术在药品、药物化学，植物学，基因转移的动植物、营养和诊断学等方面的影响已非常明显了，而且它的意义还会在未来的年代中显得更加重大。在各个领域，生物技术能有今天这样的巨大作用包含了许多不同部门的富有成效的协同作用，如生物化学家、分子生物学家、微生物学家、化学家、化学工程师、细胞生物学家，免疫生物学家、营养学家、药理学家、兽医学和医学等等综合作用，在生物工程方面的这些协同作用将会使其更迅速发展，全新的人为设计的产品和新物种为制造业和服务业提供充分的原料。
[译自Biotechnology in the Feed Industry一书]