《生物技术与诺贝尔奖》教材精心挑选重大前沿生物技术门类与诺贝尔奖研究成果，按照生命科学的逻辑规律，根据DNA、RNA、蛋白质、生物大分子、小分子代谢物、药物化合物等不同层次之间的递进关系进行内容组织，并将重组蛋白、mRNA疫苗、新冠病毒核酸检测、癌症的基因治疗、X射线衍射技术、人工智能、定制医疗、DNA存储技术等众多碎片化的前沿科技知识点关联整合成系统的生命科学知识网络。本教材大量引用大师级经典学术成果，涵盖近百位诺贝尔奖得主的重要科学贡献，包括医学与生理学奖、化学奖、物理学奖等；同时融合了贴近生活、改善民生的科技革新事例，以及历年诺奖得主真实有趣的人生故事。书中还以知识框对相关拓展知识进行扼要介绍，通过问一问启发读者进一步思考；也配套了诺奖小故事；还以二维码形式链接Rays平台生物小动画及问一问答案等数字资源。本书是生物、医学等专业的通识课和选修课教材，也可作为生物科普读物供一般科技工作者阅读参考。
通识教育意义重大，对于培养具备正确价值理念、完整知识体系、终身学习能力、健全人格素质人才的重要作用不容忽视。现代生物技术的全球市场体系已经非常成熟，生物经济呈现大规模不断攀升的趋势，在世界各国发展前景极为广阔。为培养具有国际行业胜任力的复合型人才，助力未来工程科学家培养实践，北京理工大学化学与化工学院生物化工研究所的教学创新团队精心设计并长期讲授通识课程生物技术与诺贝尔奖，广泛围绕包括化学工程与工艺、制药工程、生物技术、生物医学工程、信息与计算科学、材料化学、新能源、自动化、智能制造工程、计算机科学与技术、应用物理学、国际经济与贸易、公共事业管理、经济学、视觉传达设计等多个本科专业核心课的改革教材体系化建设而配套开展。每年本校选修该课的学生有百余名，另有通过五校共享课程的高校学生受惠。课程开设七年来受到热烈欢迎，评教分数均为优秀。出版这样一本贯通式人才培养的通识教材，是高等院校复合型育人教学改革体系亟需的一环。本书面向所有专业的高校师生和素质教育工作者，也面向渴望深入了解生物技术的中学生、中学教师和科普工作者，以及关心生物科技发展的政府部门决策者和热衷生物技术领域的投资者。
我们这个富于国际化教育背景的教师团队精心编纂这本具有科学性和科普性的通识教材，极大地体现了本校多元融合一体化本科大类人才培养体系的办学特色。众所周知，作为当今世界最重要的科学奖励系统，诺贝尔奖获奖成果代表了人类科学研究的最大成就和最高水平。编者的切入点即把握生物技术与诺贝尔奖之间的紧密联系，精心挑选重大前沿生物技术门类与诺贝尔奖研究成果，按照生命科学的逻辑规律，根据DNA、RNA、蛋白质、生物大分子、小分子代谢物、药物化合物等不同层次之间的递进关系进行梳理，并将重组蛋白、mRNA疫苗、新冠病毒核酸检测、癌症的基因治疗、X射线衍射技术、人工智能、定制医疗、DNA存储技术等众多碎片化的前沿科技知识点关联起来，整合成为系统的生命科学知识网络。本书精心设计的逻辑架构系统归纳了生物技术的发展规律，使读者收获经典科学知识的内化和科学思维能力的提升。
编者通过敲开科学硬壳，让读者秒懂高科技，同时将科学家趣闻故事与科学技术知识融为一体来展示。本书内容丰富有趣，结构层次分明，系统性强，前沿性强；既有逻辑清晰的科学原理解析，又有针对具体生物技术的实际应用；大量引用大师级经典学术贡献，涵盖近百位诺贝尔奖得主的重要科学贡献，包括生理学或医学奖、化学奖、物理学奖等；同时融合了贴近生活、改善民生的科技革新事例，以及历年诺奖得主真实有趣的人生故事。旨在为读者搭建一个通过认识诺贝尔奖而领略重大科学原理的桥梁，展示支撑全球万亿美元级别生物经济的技术核心，反映现代多学科交叉融合的全景风貌；有助于广大读者开阔视野，收获顶尖的科学思维方式，获得深化思考训练，提高洞察力和鉴别力，并激发更广阔的想象力。
编者经过三年深耕和十轮修订，创新性地出版了这本具有独特科学视角、完整知识体系及深入实现课程教学效果的科普性教材，是以学生为中心教学实践的产物；可配套高等院校工程教育融合课程体系的通识教育建设。书籍富有严谨的学术特征与新颖的时代特征，深入浅出地介绍了以生物技术为中心辐射到医药健康、能源化工、工程设计、智能制造、国际经济与政策等各领域的诺奖成果，旨在激发广大学子对科学技术发现的兴趣和热情，提升大众读者的判断力和认知度，以世界最负盛名的诺贝尔奖激励读者争当未来创新型科技人才，在科学探索的道路上实践创新，普遍提升中华民族的科学素养和科技水平。
衷心感谢我的恩师中国科学院院士朱玉贤教授和我们生物转化与合成生物系统（iBTSynBios）团队负责人清华大学/北京理工大学李春教授欣然为本书作序！植物生理学家、武汉大学高等研究院院长、北京大学教授朱玉贤院士以他奋发勇毅的科学家精神激励我在编纂本书的过程中不畏困难、坚持不懈。李春教授作为清华大学长聘教授、工业生物催化重点实验室主任、清华大学合成与系统生物学中心副主任对于本书的架构和建设起到了至关重要的作用。
非常感谢生物技术与诺贝尔奖课程全体教师团队多年来的相互扶持、共同努力！特别感谢北京理工大学化学与化工学院的优秀青年学子们（张钟妮、赵容慧、杨睆洲、赵天任、郑儒雅、汪阿力·巴合提、黄丹妮、李佳林、荆坤、吕沛宣、王帅、李敬知、王四喜、刘锐辰、付嘉琦、曹佳敏、权容翠、曾睿腾、杨智钦、岳华梁、开钰琪等同学）查阅文献、搜集素材、绘制图表、制作动画，为本书增色添彩！最后，恳请广大读者积极反馈、批评指正，以便本书在未来的再版修订中不断进步！
李珺
2024年冬月于北京
李珺，北京理工大学副教授、博士生导师。作为副主编出版的教材《合成生物学》荣获中国石油和化学工业优秀出版物奖（教材奖一等奖）。日常负责面向所有本科生的合成生物学俱乐部，举办俱乐部的宣讲与招新，鼓励本科生团队积极参加iGem国际遗传机器大赛互联网 挑战杯等创新创业大赛；负责主持国际合作联合实验室北理工-女王大学中英合成生物学联合实验室（BIT-QUB iSynBio Lab）的建设，探索生物化工国际化培养合作平台。在科研??，主要通过合成生物学的工程化思想对微生物细胞的基因组进行重编程的工作，建立新方法，获得新菌株，有效提高产物产量同时降低生产成本。主持国家自然科学基金面上项目2项，主持国家重点研发计划 合成生物学 专项、 绿色生物制造 专项各1项，主持企业合作项目1项。发表SCI/EI论文20篇。国家授权专利1项。
第1章 概论 1
1.1 诺贝尔奖概述 2
1.1.1 诺贝尔其人与诺贝尔奖 2
1.1.2 诺贝尔奖的评选和颁发 3
1.1.3 诺贝尔奖探索生命奥秘 5
1.2 生物技术的进步 6
1.2.1 中心法则的逐步确立 6
1.2.2 诺贝尔奖与生命科学发展 8
1.2.3 诺贝尔奖与生物技术进步 10
1.3 生物经济与全球政策 15
1.3.1 华人科学家与其他重要奖项 15
1.3.2 中国生物经济与政策规划 16
1.3.3 国际生物经济与政策规划 17
第2章 DNA生物信息的载体 21
2.1 生物信息的起源 22
2.1.1 DNA的发现 22
2.1.2 DNA的自我复制 23
2.1.3 基因的存在形式 23
2.1.4 DNA的螺旋结构 23
2.2 DNA测序技术 24
2.2.1 桑格测序 25
2.2.2 第二代测序技术 26
2.2.3 第三代测序技术 27
2.3 DNA的修饰和改造 28
2.3.1 DNA扩增技术PCR 28
2.3.2 定点突变技术 31
2.3.3 可移动的遗传元件 32
2.3.4 DNA的修复机制 32
2.3.5 基因的靶向修饰 34
2.3.6 CRISPR基因组编辑技术 35
2.4 DNA的化学与计算机学科应用 37
2.4.1 DNA的合成技术 37
2.4.2 DNA的数字化存储 37
第3章 RNA遗传信息的传递者 43
3.1 RNA家族 44
3.2 RNA病毒的一生转录、逆转录和翻译 46
3.2.1 逆转录病毒与转录 47
3.2.2 自我增殖病毒和翻译 49
3.3 遗传密码RNA奉行的真理 53
3.3.1 密码子的破译 54
3.3.2 密码子的性质 56
第4章 蛋白质生物信息的表达 59
4.1 蛋白质结构 60
4.1.1 一级结构 62
4.1.2 二级结构 62
4.1.3 三级结构 62
4.1.4 四级结构 62
4.2 蛋白质结构和解析 62
4.3 蛋白质结构预测 67
4.3.1 蛋白质结构预测的发展 67
4.3.2 从蛋白质结构预测到创造蛋白质 70
4.4 生物节律 73
4.4.1 生物节律的发现 73
4.4.2 蛋白质与生物节律相关发现和应用 75
4.5 端粒和端粒酶 76
4.5.1 端粒和端粒酶的发现 76
4.5.2 端粒与长寿和衰老 79
4.6 蛋白质与健康 82
4.6.1 人造肉与天然肉 83
4.6.2 疾病的治疗 85
第5章 观察生物大分子的眼睛 90
5.1 生命现象的本质生物大分子的结构与功能 91
5.1.1 蛋白质分子的结构与功能 94
5.1.2 核酸分子的结构与功能 96
5.1.3 天作之合蛋白质与核酸（剪不断，理还乱的关系） 96
5.2 生物大分子分析技术工欲善其事，必先利其器 97
5.2.1 X射线衍射最早看到了生物大分子的光学探测方法 97
5.2.2 质谱、核磁共振谱一级结构与三维结构 103
5.2.3 电子显微镜让生物大分子的模样更清晰可见 107
5.2.4 冷冻电镜技术 109
第6章 生物小分子 115
6.1 生物小分子的重要作用 116
6.1.1 抗疟之旅青蒿素的发现 116
6.1.2 人体为什么需要维生素？ 120
6.2 生物小分子的合成与代谢 128
6.2.1 生命活动的能量从何而来糖酵解途径 128
6.2.2 物质代谢与能量代谢的枢纽三羧酸循环 130
6.3 生物小分子的合成与应用 134
6.3.1 胆固醇是坏分子吗胆固醇的合成与应用 134
6.3.2 脂肪酸是如何获得的？脂肪酸的合成与应用 137
6.3.3 微生物变身大药房天然产物的合成与应用 138
第7章 药物的发现 142
7.1 自然界的瑰宝 143
7.1.1 古时医药的出现 143
7.1.2 微生物与疾病关联的发现 143
7.1.3 青霉素的发现拉开抗生素时代的大幕 147
7.2 走向设计药物 148
7.2.1 砷凡纳明的发明 148
7.2.2 失败了的设计药物齐多夫定 149
7.2.3 一氧化氮与西地那非、硝化甘油 150
7.2.4 气体递质 151
7.3 重大疾病的攻克 151
7.3.1 抗高血压药物设计 151
7.3.2 曾经的绝症癌症 153
7.3.3 阿尔茨海默病是不是绝症？ 155
7.4 未来人工智能理性设计药物？ 156
书单推荐
