生物技術（生物工程）屬於當今國際上重要的高技術領域，被認為是21世紀科學技術的核心力量。隨著現代應用生物技術在各個領域的深入發展，人們越來越多地采用多學科的方法來解決生產實踐中的各種問題。現代各個領域，包括醫藥、農業、畜牧業、食品、化工、林業、環境保護、采礦冶金、材料、能源等領域，采用的現代生物技術手段是相通的。隨著DNA重組技術和雜交瘤細胞工程技術的深入發展，人們越來越有可能采取先進的現代生物技術手段來解決生產、實踐中的問題。現代應用生物技術所采用的先進生物技術手段包括基因工程、蛋白質工程、細胞工程、酶工程、發酵工程等新技術。利用這些先進的現代生物技術手段，人們就可以改造生物體，獲得優良品質的動物、植物或微生物品係，加工生物體的某一部分或生物生長過程所能利用的物質，如澱粉、糖蜜、纖維素等有機物，也包括一些無機化學品甚至某些礦石，為人類生產出所需的產品，包括糧食、醫藥、食品、化工原料、能源、金屬等各種產品，達到疾病的預防、診斷與治療、環境汙染的檢測和治理等目的。這些領域的現代應用生物技術，必然對人類社會的政治、經濟、軍事等方麵產生影響。
1.1現代應用生物技術的內容
現代應用生物技術是在基因工程、蛋白質工程、細胞工程、酶工程、發酵工程等先進的現代生物技術手段基礎上產生和發展起來的。這些先進的現代生物技術手段構成了現代應用生物技術的重要內容。
基因工程，又叫作遺傳工程，是對不同生物的遺傳物質——基因，在體外進行剪切、組合和拚接，使遺傳物質重新組合，然後通過質粒、噬菌體或病毒等載體轉入微生物、植物或動物細胞內，進行無性繁殖，並使所需基因在細胞中表達，產生出人類所需要的產物或組建新的生物類型。這種創造新生物並給予新生物以特殊功能的過程就被稱為基因工程，也被稱作DNA重組技術。
蛋白質工程是指在基因工程的基礎上，結合蛋白質物理化學及生物化學技術、計算機輔助設計等多學科的基礎知識，通過對蛋白質分子結構的合理設計，再通過基因工程的手段生產出人類需要的具有更高生物活性或獨特性質的蛋白質。
細胞工程包括細胞融合、細胞大規模培養以及植物組織培養快速繁殖技術。細胞融合技術是指將兩種不同類型的細胞，通過化學、生物或物理手段使之融合在一起，從而產生出同時具有兩個親本的遺傳特性的新細胞。細胞大規模培養技術是以工業化生產為目的，從大量培養的細胞中獲得藥物或其他有用物質。植物組織培養快速繁殖技術是利用植物細胞的全能性由擴增的細胞分化再生成植株，這樣就有可能用細胞器官和組織的再生苗來代替種子實生苗，無限地擴大繁殖係數。總之，細胞工程就是以細胞為基本單位，在體外條件下進行培養、繁殖，或人為地使細胞某些生物學特性按人們的意願發生改變，從而達到改良生物品種和創造新品種，加速繁育動、植物個體或獲得某種有用的物質的過程。
酶工程是指在一定的生物反應器中，利用酶的催化作用將相應的原料轉化成有用物質的技術，包括酶的生產應用、酶和細胞的固定化以及酶的分子修飾技術。酶是生物體內產生的具有催化作用的蛋白質或RNA，其催化效率是化學催化的千百倍或更高，而且是在常溫、常壓下進行，專一地催化某一反應。
發酵工程是利用微生物生長速度快、生長條件簡單以及代謝過程特殊等特點，在合適條件下，通過現代工程技術手段，由微生物的某種特定功能生產出人類所需的產品，有時也稱作微生物工程，包括菌種選育、菌體生產利用、代謝產物的生產利用以及微生物功能的利用技術。
以上五個方麵的工程技術係統並不是各自獨立的，它們彼此是相互聯係、相輔相成的，其中基因工程技術是核心技術，占主導地位，能帶動其他技術的發展。例如，通過基因工程對細菌或細胞改造後獲得的工程菌或細胞，都必須分別通過發酵工程或細胞工程來生產有用的物質；又如，通過基因工程技術對酶進行改造以增加酶的產量、酶的穩定性以及提高酶的催化效率等。
現代應用生物技術以上述五種生物技術為核心內容，包括它們在各個應用領域中的具體應用。這些領域的廣泛應用帶來了經濟上的巨大效益，各種與現代應用生物技術相關的企業大量湧現，應用生物技術產業被眾多專家視為21世紀的朝陽產業。概括地說，現代應用生物技術產業可分為七個類型，包括疾病治療，診斷試劑，農業、林業與園藝，食品，環境，化學品，設備等的現代應用生物技術產業。疾病治療現代應用生物技術產業經營範圍主要是用於控製人類疾病的醫藥產品，包括抗生素、生物藥品、基因治療等；診斷試劑現代應用生物技術產業主要經營範圍是臨床檢測與診斷試劑，食品、環境與農業檢測試劑；農業、林業與園藝現代應用生物技術產業主要經營範圍是新的農作物或動物、肥料、殺蟲劑等；食品現代應用生物技術產業主要經營範圍是擴大食品、飲料及營養素的來源的產品；環境現代應用生物技術產業主要經營範圍是廢物處理、生物淨化及新能源等；化學品現代應用生物技術產業主要經營範圍是酶、脫氧核糖核酸/核糖核酸（DNA/RNA）及特殊化學品；設備類型的現代應用生物技術產業的主要經營範圍是由現代應用生物技術生產的金屬、生物反應器、計算機芯片及現代應用生物技術所使用的設備等。現代應用生物技術產業隨著知識經濟時代的來臨而不斷發展，成為高新技術領域重要的組成部分，現代應用生物技術及其產業與其他高新技術一樣，具有“六高”的基本特征，即高效益，可帶來高額利潤；高智力，具有創造性和突破性；高投入，前期研究及開發需要大量的資金投入；高競爭，時效性的競爭非常激烈；高風險，由於競爭激烈，必然帶來高風險；高勢能，對國家的政治、經濟、文化和社會發展有很大的影響，具有很強的滲透性、擴散性及很高的態勢和潛在的能量。
1.2世界應用生物技術的發展現狀
當前，應用生物技術在全球範圍內方興未艾。生物技術和生命科學基礎研究不斷取得重大突破，為應用生物技術的創新奠定了堅實的理論基礎。應用生物技術將形成巨大的產業，這種產業的雛形在世界範圍內已逐漸形成。世界各國都逐漸將發展生物技術放到重要地位，特別是發展中國家，由於在傳統工業技術領域與發達國家已形成較大差距，而今天，應用生物技術發展時期為發展中國家帶來了新的機遇和挑戰。目前，發達國家憑借著技術、資金、人才等優勢，在生物技術研究領域總體上仍處於領先地位。美國將生物與醫藥產業作為新的經濟增長點，政府的生物技術研究開發年費用高達380多億美元，僅次於軍事科學。英國、德國已通過立法，強化生命科學基礎研究和生物技術企業的發展。日本提出了生物產業立國的發展思路。新加坡製定了5年躋身生物技術頂尖行列，把新加坡建成生命科學中心的目標。一些發展中國家也不甘落後，加緊研究對策、製定措施應對激烈的國際競爭。
自DNA重組技術於1972年誕生以來，作為現代應用生物技術核心的基因工程技術得到了飛速的發展。1982年美國Lilly公司首先將重組胰島素投放市場，標誌著世界第一個基因工程藥物的誕生。迄今為止，已有多種基因工程藥物上市，近千種處於研發狀態，形成了一個巨大的高新技術產業，將產生不可估量的社會效益和經濟效益。生產基因工程藥物的基本方法是：將目的基因用DNA重組的方法連接在載體上，然後將載體導入靶細胞（微生物、哺乳動物細胞或人體組織靶細胞），使目的基因在靶細胞中得到表達，最後將表達的目的蛋白質提純及做成製劑，從而成為蛋白類藥或疫苗。若目的基因直接在人體組織靶細胞內表達，就成為基因治療，但目前尚沒有基於基因治療技術的藥物被正式批準。
從各項指數，包括專利數量、創新能力、產業化程度及投資規模來看，美國的生物技術實力居世界領先水平。據統計，美國的生物技術公司已有約2000家（包括1300多家生物藥物相關公司），其中有300多家已經上市，吸引了大量的投資。1997年美國應用生物技術產業研發總投入76億美元，銷售總收入174億美元，其中基因工程藥物超過60億美元。歐洲共有約1000家生物技術公司，其中以英、德、法為主，1997年研發總投入18億美元，總收入29.8億美元。在這樣的形勢下，基因工程藥物每年平均有3～4個新藥或疫苗問世，開發成功的約50個藥品已廣泛應用於治療癌症、肝炎、發育不良、糖尿病、囊狀纖維變性和一些遺傳病上，在很多領域特別是疑難病症上，取得了傳統化學藥物難以達到的效果。這是因為基因工程藥物的研究與開發很多是以對疾病的分子水平上的認識為基礎的，常常會產生令人驚訝的高療效。基因工程製藥行業的飛速發展是以對分子生物學等基礎學科的突破，以及基因工程、細胞工程、發酵工程、酶工程和蛋白質工程等現代生物技術學科的高速進展為後盾的。開發活性蛋白創新藥的成功率在臨床前階段為15%，一期臨床為27%，二期臨床為40%，三期臨床為80%，注冊登記為90%，總體成功率大大高於化學藥物。同時，蛋白類藥物適應證的不斷延伸也是蛋白類藥物創新的一大特點。例如，集落刺激因子G-CSF（rhG-CSF），1991年上市時批的適應證是化療並發中性粒細胞減少；到1995年止，又增加了骨髓移植、嚴重慢性中性粒細胞減少及外周血幹細胞移植等適應證。因此，基因工程藥物開發包括新品種和新適應證兩個方麵。
據統計，到1998年，有近400個生物技術藥物處於不同的研究開發階段，其中治療腫瘤及相關疾病藥物151種、傳染病藥物36種、艾滋病及相關疾病藥物29種、心髒疾病藥物28種、神經係統疾病藥物26種、呼吸係統疾病藥物20種、自身免疫性疾病藥物19種、皮膚疾病藥物14種、移植藥物14種、糖尿病及相關疾病藥物9種、血液疾病藥物8種、生長發育障礙藥物4種、不育症藥物4種、眼部疾病藥物3種，其他疾病藥物22種。將正在開發的生物藥按分子類別歸類，數目較多的是單克隆抗體、疫苗、基因治療、白介素、幹擾素、生長因子、重組可溶性受體、反義藥物和人生長激素等。廣義地講，這些新藥都屬於基因工程藥物，因為基因工程製藥過程集中了現代生物學、醫學和藥學最先進的技術設備方法。