蛋白质工程

可以说，生命活动必需的蛋白质由DNA设计。由于氨基酸序列中的顺序是由DNA决定的，所以DNA基本序列的部分改变，会引起氨基酸序列的改变，结果会造成改变后的蛋白质结构，从而形成新的功能。实际上，我们知道，通过改变BNA的基本结构，酶的1个氨基酸的改变就会导致产生该种酶的新的性质，或增强其活性。这种技术称之为“基因诱变”，由于DNA化学合成法与DNA基本序列测定法的进步，该技术已成为可能。

此外，如果一个较高序列结构上的信息很丰富，且能在电脑屏上显示出来，便可以更显著地改变该结构或其功能。目前采用X光绕射和NMR测定较高序列结构，但要分析水中蛋白结构，尚未找到可行的方法。

目前所知的蛋白晶体结构总共只有几百种。如果蛋白技术发展到能够分析水中较高序列的结构，我们就能从已知的初级结构推出较高级的结构。进而，我们就能根据结构推出功能，设计蛋白或建造具有新功能的特殊的基本结构。

染色体，胚胎工程

虽然原核生物细胞和较低级的真核生物细胞的基因操作技术已有进步，但较高级的真核生物细胞基因技术最近才开始使用。举例来说，植物基因操作技术尚处于初级阶段，因为真正可行的宿主媒介系统尚未形成。然而，可望在不久的将来通过基因操作技术，创造出高产的抗病抗冻能力很强的作物新品种。通过基因操作技术，还能培育出抗盐碱抗旱能力更强、能固氮以及光合功能更佳的新品种，借助细胞融合或基因重组技术培育新品种将成为现实。这些技术的进步还能使我们培育出能在自身系统中积累碳水化合物植物那样的有用的新品种。

然而，未来对动物细胞的基因进行的任何研究都必须同时探索较高序列的结构与其功能之间的关系。真核细胞的基因组发现于细胞核中；并且有一个极高的序列结构。这是一个DNA的复合体与组蛋白。

要研究一个染色体，就必须准备一张该染色体的图谱，这就要求具有可靠的染色体提取、生成与切割技术。在日本，由国家科学技术协会资助，正在大力开发和研究染色体工程，寻找着进一步发展染色体分离、生成与切割技术的新途径。

近年来，全世界的研究已经把注意力集中到决定人的DNA的全部序列上。为了探究人类的全部DNA序列，痛要广泛的国际合作，科学界的呼吁已经产生了效果，但是，要完成这一任务，需要几十年的工夫，因为分析每一个发现不可避免地会导致对遗传现象的进一步探索。染色体技术的发展将会打开治愈遗传疾病、培育良种家畜的大门。

称之为胚胎工程的发生与分化的研究也正在取得进步。目前已能对哺乳动物的胚胎进行巧妙操作。一个典型的例子是对一整个胚胎进行操作创造出一种嵌合体动物的技术已经成熟。将来可以用这样的技术培育新畜种与鱼类。最有意义的是核操作术，它能够移植或提取核。有了这种技术，就可移植或提取早期胚胎的核，创造出无性系有机体。

胚胎工程的另一个重要的研究课题是通过DNA操作术创造出转移基因动物的技术。利用这种技术，科学家们正在试图创造出类似病人的动物。在医学中，这些动物对研究疗法与疗效具有十分重要的意义。

对动物个体的研究也在大踏步前进，自动调节或能够保持常态的机制的秘密必将揭开#生物节律与老化机制可期望探索出结果。将来，它将成为阻止有机体老化的有力工具。

生物电子学

有机体的功能引起了电子学界的极大兴趣。人们知道，有机体具有多种卓越的功能，如大脑与神经传递系统的信息加工、生物膜的能转换、信息的存储与传递以及物质的传送等。通过模仿这些功能，有可能制造出生物_、新信息传递/继传装置、生物传感器和物质输送系统等。生物电子学是举世瞩目的另一个焦点，因为它的研究方向是如何把生物的这些高级功能运用于电子学领域。

在生物电子学的众多方面中，由于生物传感器的实用价值，它们引起了全世界的极大注意。生物传感器是测定化学物质的工具。它的一部分由像电极或半导体元件那样的转换装置组成，另一部分则由像酶那样的生物催化剂或微生物组成。这些生物材料具有鉴别化学物质的功能。各种各样的生物传感器已经研制成功，并已应用字临床诊治、食品分析和环境监测。基于各种不同原理的其它类型的生物传感器正在研制之中。将来，还能研制出测定气味的集成式微型生物传感器。

最近，由于现有的微型制造技术在实际上已经显示出局限性，与传统技术完全背离的分子电子装置的设想正在获得愈来愈多的研究人员的承认，它将成为实现超微型装置的突破性技术。这一观念是基于在分子水平上制造出电子装置而产生的。

如果分子电子装置能在21世纪变为现实，它们不仅对电子工业而且对整个制造工业产生深远的影响。

利用蛋白的功能设计装置的观念80年代初产生于美国，这就是人们普遍所说的生物芯片，如果这些生物芯片能够离度集成，就可能制造出能模仿人脑功能的有实用价值的电脑。由于生物芯片采用蛋白质，蛋白质的出色的自我聚合或自我组织能力可用来建造这些芯片，蛋白质聚合后，它们就组织自己开始发挥作用，因而，我们相信，有可能利用这种性质制造出特别高度集成的元件。

有了蛋白，三维微处理过程就会自然完成，从而形成高度灵活与集中的元件组合；由于分子的自我结合产生于100埃大小水平上，就有可能处理特别小的组合元件。

当然，不可能用天然蛋白制造电子元件，因为它们不够稳定，在实际装置中难以利用，目前正在研究利用蛋白质的各种元件：开关装置、记忆储存器、能转换器、信息加工与转换装置、分子敏感器等等，将来可望将这些元件高度集成，把它们制成生物芯片或生物计算机。

另外，科学家正在仔细研究神经系统的信息处理功能，将其视为构建生物电脑的模式。一旦研究有了成果，仿照神经系统的神经电脑就会问世，实际上，关于生物电子学的研究才刚刚起步，目前的情况只能说是在“黑暗中摸索”。

借助有效地利用生物的卓越的功能还有希望基于自动平衡创制出自我调节工程仪器或生物马达及制动器，它们都要依靠生物的能转换功能。另外，生物技术还可能应用于生物机械学领域，包括制造人造感觉器官与研制人造脑，我相信，生物技术还会在环境和能源领域发挥巨大作用。

[Science and Technology In Japan，1988年第7卷第25期]