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marktiger至尊木蟲 (職業(yè)作家)
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合成化學(xué)與合成生物學(xué)博弈中前行 已有5人參與
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合成化學(xué)與合成生物學(xué)博弈中前行 2013-04-28 來源：中國科學(xué)報 http://www.menet.com.cn/Articles ... 2454245_93590.shtml 核心提示：天使和魔鬼僅有一線之隔，如果運用得當，無論是比較成熟的合成化學(xué)還是尚不成熟的合成生物學(xué)，都會為人類的發(fā)展作出貢獻；而如果運用不當、利欲熏心，兩者都會帶來巨大的環(huán)境問題甚至引起恐怖的后果。 天使和魔鬼僅有一線之隔，如果運用得當，無論是比較成熟的合成化學(xué)還是尚不成熟的合成生物學(xué)，都會為人類的發(fā)展作出貢獻；而如果運用不當、利欲熏心，兩者都會帶來巨大的環(huán)境問題甚至引起恐怖的后果。 2012年世界著名雜志Nature發(fā)表了一篇有關(guān)合成生物學(xué)和合成化學(xué)的觀點文章。美國合成生物學(xué)領(lǐng)軍人物（也是一個爭議人物）Jay D. Keasling與有機合成化學(xué)超新星Phil S. Baran進行了辯論，雙方各抒己見，可謂“王婆賣瓜，自賣自夸”。而當前就立刻作出孰優(yōu)孰劣的判斷，或許為時過早。 化學(xué)合成與化工產(chǎn)業(yè)為人類帶來的巨大進步，有目共睹�；瘜W(xué)合成工藝絕不可能被任何一種新的工藝完全替代。目前，合成生物學(xué)的優(yōu)勢逐漸顯現(xiàn)，但是缺點也比比皆是，甚至屢屢被人懷疑很多相關(guān)研究有騙錢的嫌疑（如Keasling一人就因青蒿素的生物合成研究獲得4260萬美元的經(jīng)費支持，引起了很多人的爭論）。 此處暫不評論孰優(yōu)孰劣，僅僅客觀列舉兩者的優(yōu)勢和劣勢。中國講究“蓋棺定論”，那么評述工作就留給后人吧。 孰優(yōu)孰劣難定奪 化學(xué)合成，可以通過新反應(yīng)、新試劑、新路線，合成毫克級、克級、千克級、噸級的產(chǎn)品，現(xiàn)有的實驗設(shè)備、工業(yè)設(shè)備非常成熟、完善。結(jié)構(gòu)可以是天然存在的也可以是人為設(shè)計的，材料、炸藥、醫(yī)藥，化學(xué)合成可謂無所不能。 有人評述說：只有想不到的，沒有合成不了的。但是，對于過于復(fù)雜的分子，其合成路線可能包含30多個反應(yīng)步驟，甚至更多。即使每一步的產(chǎn)率都高達90%，最后的總產(chǎn)率也少得可憐。盡管可以使用成噸的原料投入合成，但是其間產(chǎn)生的副產(chǎn)物、無法回收的催化劑、廢棄溶劑等都會造成嚴重的污染問題，合成過程中難免也會涉及到易燃易爆物（如某些疊氮鹽、自由基引發(fā)劑等）。這也是很多人一談到化工廠就色變的原因。 也正是因為復(fù)雜結(jié)構(gòu)分子合成的困難性，有人戲稱：合成分為兩類，一種是“這玩意兒也用合成？”另一種是“這玩意兒也能合成？” 生物合成，可以通過微生物發(fā)酵或昆蟲細胞表達體系實現(xiàn)，所有過程都在培養(yǎng)基（水相）中實現(xiàn)，在生產(chǎn)產(chǎn)物過程中不涉及有毒性的低沸點有機溶劑。一切起始原料都來自氨基酸、糖類、無機鹽等易得原料（很少涉及到石油化工原料），開始發(fā)酵過程后也不再需要人工的其他操作，只須等待一定時間后收取產(chǎn)物。 微生物、細胞系就如同高超的合成化學(xué)技術(shù)員一樣，精確地完成每一步反應(yīng)并保持幾乎100%的立體選擇性和區(qū)域選擇性。 對于單克隆抗體等生物蛋白產(chǎn)品，收取相對容易，可以通過親和柱、凝膠柱、蛋白鹽析等方法獲得；而一些脂溶性小分子產(chǎn)物則不易收取，仍然需要使用低沸點有機溶劑進行萃取獲得，同樣造成一定范圍內(nèi)的污染。 然而，生物合成最大的問題就是可控性遠差于化學(xué)合成。筆者的一位老師曾說過：“生物體系下的反應(yīng)確實好，但是死的東西終歸要比活的東西容易控制�！� 在合成生物學(xué)中我們目前能夠做到的僅限于構(gòu)建好一個新的生命體系，至于此后它如何進行運轉(zhuǎn)、每一步運轉(zhuǎn)得到多少我們期望的產(chǎn)品，那都是由它自己決定了，我們能提供的僅僅是過量的培養(yǎng)基和反應(yīng)原料。 或許今后對于“微生物群體合作行為”與“社會微生物學(xué)”的深入研究能夠控制反應(yīng)過程，實現(xiàn)像指揮一支訓(xùn)練有素的軍隊一樣指揮微生物大軍進行合成工作，但這也是一個任重而道遠的過程。 天使？魔鬼？ 在DDT事件之后，很多科學(xué)家開始重新審視非天然化學(xué)品的使用問題和化學(xué)工業(yè)環(huán)境友好性的問題。作為一個哈爾濱人，筆者也很難忘記2005年吉林雙苯廠爆炸對松花江造成嚴重污染而停止供應(yīng)自來水的日子。 許多人談化工廠色變，一想到身穿白大褂、手搖裝著鮮艷顏色液體燒瓶的化學(xué)工作者就感覺一陣寒氣襲來，這可能是一些電影、電視和一些環(huán)境問題對大眾造成的印象�；瘜W(xué)合成工業(yè)、化工廠絕不是吃人魔鬼，只有合理利用、注意處理每一個細節(jié)，化學(xué)合成是能夠給人類帶來巨大進步的天使。 目前，媒體更多關(guān)注的是“轉(zhuǎn)基因問題”和“人造生命問題”，每當有一些研究涉及到這些敏感詞的時候，媒體都會炒作一番，有時也會引起一定的社會恐慌。 人們很擔(dān)心如同“生化危機”一樣的不可控“生物污染”產(chǎn)生，這確實是值得擔(dān)心的問題，我們很難確定隨著合成生物學(xué)的發(fā)展，一些極端分子會不會如科幻小說所寫的一樣制造出一些針對于某些人種的病毒和其他可能毀滅人類的東西。 天使和魔鬼僅有一線之隔，如果運用得當，無論是比較成熟的合成化學(xué)還是尚不成熟的合成生物學(xué)，都會為人類的發(fā)展作出貢獻；而如果運用不當、利欲熏心，兩者都會帶來巨大的環(huán)境問題甚至引起恐怖的后果。 如何實現(xiàn)“可持續(xù)性發(fā)展”，這還需要幾代人不懈的努力和探索。 （責(zé)任編輯：lily-cha） |
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