生物化工鎖定醫(yī)藥和能源

文/李惠鈺

生物化工從最初生產(chǎn)抗生素到利用重組微生物、動植物細胞大規(guī)模培養(yǎng)等手段生產(chǎn)藥用多肽、蛋白、疫苗、干擾素等，目前已經(jīng)涉及到人們生活的方方面面。針對生物化工行業(yè)發(fā)展的諸多問題，中國工程院院士，中國人民解放軍防化研究院研究員陳冀勝接受了記者的采訪。

生物反應(yīng)優(yōu)勢顯著

記者：生物化工目前是最活躍、進展最快的產(chǎn)業(yè)之一，請問生物化工這一概念是如何形成的？

陳冀勝：實際上，生物化工在我國老早就存在，比如傳統(tǒng)發(fā)酵工業(yè)中的釀酒、釀醋等，這都屬于生物化工的范疇。起初我們對生物化學的概念只是停留在了解生物體內(nèi)部的組織是什么化學物質(zhì)上，而隨著生命科學的不斷發(fā)展，研究的重點也由此轉(zhuǎn)向生物在生命過程中的化學變化，這些化學變化我們該如何控制，怎樣利用生物反應(yīng)的優(yōu)勢來實現(xiàn)反應(yīng)工程化等一系列問題?，F(xiàn)代生物化工是生物技術(shù)與化學工程相結(jié)合的產(chǎn)物，從學術(shù)上講，生物化工就是把生物的化學反應(yīng)工程化，如果把定義縮小，生物化工是利用生物技術(shù)來生產(chǎn)基礎(chǔ)有機化學品。

記者：與傳統(tǒng)的化學工程相比，生物化工具有怎樣的優(yōu)勢？

陳冀勝：科學來講，生物反應(yīng)有很大的優(yōu)勢，首先，生物反應(yīng)可以粗略地分為生物合成和生物降解兩大類。生物合成就是把一些基礎(chǔ)的物質(zhì)組合成新的化學物質(zhì)，把簡單的物質(zhì)轉(zhuǎn)變成高級復雜的分子或更具功能化的分子；而生物降解就是通過細菌或其他微生物的酶系活動分解有機物質(zhì)的過程，把許多復雜的物質(zhì)還原成原始性質(zhì)的化學物質(zhì)后再重新提供應(yīng)用。

化學反應(yīng)實際上就是通過分子的碰撞為分子提供能量，但是在化學工程上，提供能量的辦法無非是通過高溫、高壓和催化等手段來實現(xiàn)各種反應(yīng)，這就使得企業(yè)不得不增加成本，并且在生產(chǎn)過程中還會存在安全隱患。而生物體內(nèi)的化學反應(yīng)卻是在自然界的正常條件下慢慢形成，不存在高溫的過程，生物化工把原本需要的苛刻條件降低，這就是它的一個顯著優(yōu)勢。

醫(yī)藥領(lǐng)域進展明顯

記者：目前，生物化工主要應(yīng)用于哪些領(lǐng)域？

陳冀勝：我認為，生物醫(yī)藥和生物能源是生物化工應(yīng)用的重點領(lǐng)域。目前，尋找有效手段對抗重大疾病是生物醫(yī)藥的研究重點方向。從人類對抗疾病的長期斗爭中來看，病毒是威脅人類健康的一大殺手，至今還沒有一種有效的方法來對抗它，只能通過疫苗或抗體藥物進行預防；其次是人體自身免疫產(chǎn)生的代謝性疾病，比如由于自身細胞發(fā)育過程中基因突變而導致的癌癥等?，F(xiàn)在，隨著酶的固定化、細胞融合、基因重組等技術(shù)的不斷完善，酶工程、細胞工程、基因工程也陸續(xù)發(fā)展起來，針對重大疾病，這些生物工程將會在制藥業(yè)中得到更廣泛的應(yīng)用。

生物能源即可再生能源，近年來，隨著全球礦物資源的日益枯竭，利用生物質(zhì)原料生產(chǎn)生物能源來替代礦物能源成為必然趨勢。但是，生物能源面臨的最大挑戰(zhàn)就是纖維素的降解，纖維素含有豐富的碳元素，在糧食、樹木、藻類等植物中大量存在，可現(xiàn)如今卻沒有一種很好的辦法能將其分解。如果纖維素降解的難題能夠突破，那全世界上千億噸的資源量就可以被充分利用，生物柴油等各種生物能源也將變得更加豐富。

記者：近幾年，生物化工都取得了哪些進展？我國在這方面的技術(shù)力量如何？

陳冀勝：據(jù)我了解，在生物制藥方面取得的成績較為明顯，現(xiàn)在，生物界中產(chǎn)生化學產(chǎn)品的本領(lǐng)要比人為的化學合成強得多，生物體內(nèi)可以生成許多新的化學分子結(jié)構(gòu)，例如我國前不久獲得世界級大獎的青蒿素，它就是從中藥青篙中提取的有過氧基團的倍半萜內(nèi)酯藥物，是對抗惡性瘧疾的有效成分。另外，上海藥物所、北京藥物所等一些國家重要基地也相繼建立了藥物評價、藥物設(shè)計平臺及科研平臺，同時，我國在抗體、疫苗研發(fā)方面也都取得了很好的成績。

可以說，我國十分重視加強培養(yǎng)和建設(shè)生物化工技術(shù)力量，國內(nèi)大概有10多所大學先后設(shè)立了生物化工專業(yè)，比如武漢大學、北京化工大學等。針對生物化工的技術(shù)研發(fā)，國家還先后建立了多個重點實驗室，就生物醫(yī)藥而言，科技部在健康領(lǐng)域就設(shè)立了“重大疾病”和“重大新藥創(chuàng)制”兩大專項，其中在新藥創(chuàng)制專項中的生物醫(yī)藥領(lǐng)域，國家就投入了相當大的支持力度。

生命科學是基石

記者：目前生物化工企業(yè)的狀況如何？

陳冀勝：首先，我國生物化工企業(yè)的規(guī)模還是太小，企業(yè)布局分散，以醫(yī)藥公司為例，從產(chǎn)值上來看，國內(nèi)所有的醫(yī)藥公司加起來還不如國外一家跨國性企業(yè)大；其次，企業(yè)在研發(fā)投入上力度薄弱，而國外的企業(yè)對研發(fā)投入?yún)s十分重視，許多諾貝爾獎獲得者都來自于企業(yè)；第三，企業(yè)創(chuàng)新的環(huán)境受限制，創(chuàng)新需要投入大量的人力和財力，這對企業(yè)來講，風險性實在太大，而我國在風險導向性研究的支持依然不足，因此，國家大都鼓勵企業(yè)或科研單位能夠在短期內(nèi)獲得成功?，F(xiàn)在國內(nèi)的制藥企業(yè)大多以仿制為主，創(chuàng)新性不足，“十二五”期間，我們的目標就是要研發(fā)出2～3個具有自主知識產(chǎn)權(quán)的創(chuàng)新藥物，實現(xiàn)更高的經(jīng)濟效益。

記者：您對生物化工未來的發(fā)展有哪些建議？

陳冀勝：我覺得無論是生物化工的哪個領(lǐng)域，發(fā)展的基礎(chǔ)都將依賴于生命科學研究的進程，必須重視生命科學里的最新發(fā)現(xiàn)，只有這樣才會有新技術(shù)的產(chǎn)生和新產(chǎn)品的問世。

酶催化在生物化工中起著至關(guān)重要的作用，酶在催化反應(yīng)專一性，催化效率以及對溫度、pH值的敏感等方面表現(xiàn)出一般工業(yè)催化劑所沒有的特性，為了進一步推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展，發(fā)現(xiàn)一些新的酶十分重要。

組合生物化學也將是未來研究的重點，我們可以把一些復雜的有機分子，利用組合生物的合成方法進行研究，看能否依靠原來的生物，變成在實驗室可以控制的反應(yīng)，這都將依賴于生命科學里的基礎(chǔ)知識。另外，在深海、高原、太空等極端條件下的生物是否具有特殊的功能也是未來研究的方向。