醫(yī)藥和能源成生物化工重鎮(zhèn)
2012-03-28 08:50 來源: 作者:
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(xì)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。近日,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《科學(xué)時報(bào)》的采訪。
生物反應(yīng)優(yōu)勢顯著
《科學(xué)時報(bào)》:生物化工目前是最活躍、進(jìn)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(shí)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(xué)的概念只是停留在了解生物體內(nèi)部的組織是什么化學(xué)物質(zhì)上,而隨著生命科學(xué)的不斷發(fā)展,研究的重點(diǎn)也由此轉(zhuǎn)向生物在生命過程中的化學(xué)變化,這些化學(xué)變化我們該如何控制,怎樣利用生物反應(yīng)的優(yōu)勢來實(shí)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(xué)工程相結(jié)合的產(chǎn)物,從學(xué)術(shù)上講,生物化工就是把生物的化學(xué)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(jī)化學(xué)品。
《科學(xué)時報(bào)》:與傳統(tǒng)的化學(xué)工程相比,生物化工具有怎樣的優(yōu)勢?
陳冀勝:科學(xué)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(xué)物質(zhì),把簡單的物質(zhì)轉(zhuǎn)變成高級復(fù)雜的分子或更具功能化的分子;而生物降解就是通過細(xì)菌或其他微生物的酶系活動分解有機(jī)物質(zhì)的過程,把許多復(fù)雜的物質(zhì)還原成原始性質(zhì)的化學(xué)物質(zhì)后再重新提供應(yīng)用。
化學(xué)反應(yīng)實(shí)際上就是通過分子的碰撞為分子提供能量,但是在化學(xué)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(shí)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(xué)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(jìn)展明顯
《科學(xué)時報(bào)》:目前,生物化工主要應(yīng)用于哪些領(lǐng)域?
陳冀勝:我認(rèn)為,生物醫(yī)藥和生物能源是生物化工應(yīng)用的重點(diǎn)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(diǎn)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(jìn)行預(yù)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(xì)胞發(fā)育過程中基因突變而導(dǎo)致的癌癥等。現(xiàn)在,隨著酶的固定化、細(xì)胞融合、基因重組等技術(shù)的不斷完善,酶工程、細(xì)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。
《科學(xué)時報(bào)》:近幾年,生物化工都取得了哪些進(jìn)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(xué)產(chǎn)品的本領(lǐng)要比人為的化學(xué)合成強(qiáng)得多,生物體內(nèi)可以生成許多新的化學(xué)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(tuán)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(jià)、藥物設(shè)計(jì)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(qiáng)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(xué)先后設(shè)立了生物化工專業(yè),比如武漢大學(xué)、北京化工大學(xué)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(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(xiàng),其中在新藥創(chuàng)制專項(xiàng)中的生物醫(yī)藥領(lǐng)域,國家就投入了相當(dāng)大的支持力度。
生命科學(xué)是基石
《科學(xué)時報(bào)》: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(cái)力,這對企業(yè)來講,風(fēng)險(xiǎn)性實(shí)在太大,而我國在風(fēng)險(xiǎn)導(dǎo)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。現(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(biāo)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(shí)現(xiàn)更高的經(jīng)濟(jì)效益。
《科學(xué)時報(bào)》: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(xué)研究的進(jìn)程,必須重視生命科學(xué)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(jìn)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(xué)也將是未來研究的重點(diǎn),我們可以把一些復(fù)雜的有機(jī)分子,利用組合生物的合成方法進(jìn)行研究,看能否依靠原來的生物,變成在實(shí)驗(yàn)室可以控制的反應(yīng),這都將依賴于生命科學(xué)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。