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marktiger

至尊木虫 (职业作家)

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[交流] 合成化学与合成生物学博弈中前行已有5人参与

合成化学与合成生物学博弈中前行

2013-04-28
来源：中国科学报
http://www.menet.com.cn/Articles ... 2454245_93590.shtml

核心提示：天使和魔鬼仅有一线之隔，如果运用得当，无论是比较成熟的合成化学还是尚不成熟的合成生物学，都会为人类的发展作出贡献；而如果运用不当、利欲熏心，两者都会带来巨大的环境问题甚至引起恐怖的后果。

天使和魔鬼仅有一线之隔，如果运用得当，无论是比较成熟的合成化学还是尚不成熟的合成生物学，都会为人类的发展作出贡献；而如果运用不当、利欲熏心，两者都会带来巨大的环境问题甚至引起恐怖的后果。

2012年世界著名杂志Nature发表了一篇有关合成生物学和合成化学的观点文章。美国合成生物学领军人物（也是一个争议人物）Jay D. Keasling与有机合成化学超新星Phil S. Baran进行了辩论，双方各抒己见，可谓“王婆卖瓜，自卖自夸”。而当前就立刻作出孰优孰劣的判断，或许为时过早。

化学合成与化工产业为人类带来的巨大进步，有目共睹。化学合成工艺绝不可能被任何一种新的工艺完全替代。目前，合成生物学的优势逐渐显现，但是缺点也比比皆是，甚至屡屡被人怀疑很多相关研究有骗钱的嫌疑（如Keasling一人就因青蒿素的生物合成研究获得4260万美元的经费支持，引起了很多人的争论）。

此处暂不评论孰优孰劣，仅仅客观列举两者的优势和劣势。中国讲究“盖棺定论”，那么评述工作就留给后人吧。

孰优孰劣难定夺

化学合成，可以通过新反应、新试剂、新路线，合成毫克级、克级、千克级、吨级的产品，现有的实验设备、工业设备非常成熟、完善。结构可以是天然存在的也可以是人为设计的，材料、炸药、医药，化学合成可谓无所不能。

有人评述说：只有想不到的，没有合成不了的。但是，对于过于复杂的分子，其合成路线可能包含30多个反应步骤，甚至更多。即使每一步的产率都高达90%，最后的总产率也少得可怜。尽管可以使用成吨的原料投入合成，但是其间产生的副产物、无法回收的催化剂、废弃溶剂等都会造成严重的污染问题，合成过程中难免也会涉及到易燃易爆物（如某些叠氮盐、自由基引发剂等）。这也是很多人一谈到化工厂就色变的原因。

也正是因为复杂结构分子合成的困难性，有人戏称：合成分为两类，一种是“这玩意儿也用合成？”另一种是“这玩意儿也能合成？”

生物合成，可以通过微生物发酵或昆虫细胞表达体系实现，所有过程都在培养基（水相）中实现，在生产产物过程中不涉及有毒性的低沸点有机溶剂。一切起始原料都来自氨基酸、糖类、无机盐等易得原料（很少涉及到石油化工原料），开始发酵过程后也不再需要人工的其他操作，只须等待一定时间后收取产物。

微生物、细胞系就如同高超的合成化学技术员一样，精确地完成每一步反应并保持几乎100%的立体选择性和区域选择性。

对于单克隆抗体等生物蛋白产品，收取相对容易，可以通过亲和柱、凝胶柱、蛋白盐析等方法获得；而一些脂溶性小分子产物则不易收取，仍然需要使用低沸点有机溶剂进行萃取获得，同样造成一定范围内的污染。

然而，生物合成最大的问题就是可控性远差于化学合成。笔者的一位老师曾说过：“生物体系下的反应确实好，但是死的东西终归要比活的东西容易控制。”

在合成生物学中我们目前能够做到的仅限于构建好一个新的生命体系，至于此后它如何进行运转、每一步运转得到多少我们期望的产品，那都是由它自己决定了，我们能提供的仅仅是过量的培养基和反应原料。

或许今后对于“微生物群体合作行为”与“社会微生物学”的深入研究能够控制反应过程，实现像指挥一支训练有素的军队一样指挥微生物大军进行合成工作，但这也是一个任重而道远的过程。

天使？魔鬼？

在DDT事件之后，很多科学家开始重新审视非天然化学品的使用问题和化学工业环境友好性的问题。作为一个哈尔滨人，笔者也很难忘记2005年吉林双苯厂爆炸对松花江造成严重污染而停止供应自来水的日子。

许多人谈化工厂色变，一想到身穿白大褂、手摇装着鲜艳颜色液体烧瓶的化学工作者就感觉一阵寒气袭来，这可能是一些电影、电视和一些环境问题对大众造成的印象。化学合成工业、化工厂绝不是吃人魔鬼，只有合理利用、注意处理每一个细节，化学合成是能够给人类带来巨大进步的天使。

目前，媒体更多关注的是“转基因问题”和“人造生命问题”，每当有一些研究涉及到这些敏感词的时候，媒体都会炒作一番，有时也会引起一定的社会恐慌。

人们很担心如同“生化危机”一样的不可控“生物污染”产生，这确实是值得担心的问题，我们很难确定随着合成生物学的发展，一些极端分子会不会如科幻小说所写的一样制造出一些针对于某些人种的病毒和其他可能毁灭人类的东西。

天使和魔鬼仅有一线之隔，如果运用得当，无论是比较成熟的合成化学还是尚不成熟的合成生物学，都会为人类的发展作出贡献；而如果运用不当、利欲熏心，两者都会带来巨大的环境问题甚至引起恐怖的后果。

如何实现“可持续性发展”，这还需要几代人不懈的努力和探索。

（责任编辑：lily-cha）

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