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小议合成生物学

   日期:2011-01-03     来源:www.cnenzyme.com    作者:酶网    浏览:1467    评论:0    
核心提示:引言 新近,合成生物学这一科学术语出现的频度颇高,己经引起了诸多国內外学者及发达国家政府部门、资深大学的高度关注。它旨在通过这一大科学项目,经由人工设汁和构建自然界不存在的生物工程体系來解决人类社会面临的可持续发展问题,如能源、材料、健康和环境保护问题。当然其直接诱因在于过去数十年來分子细胞生物学的快速进展,导致生物技术的迅猛发展,尤其是自从基因工程(或重组DNA,遗传工程)技术在医药、农业领域的突破性进展及产业化,以及在工业生物技术(工业生物催化及生物加工过程)方面的快速拓展并己呈现出美好的绿色制造前景
引言 新近,合成生物学这一科学术语出现的频度颇高,己经引起了诸多国內外学者及发达国家政府部门、资深大学的高度关注。它旨在通过这一大科学项目,经由人工设汁和构建自然界不存在的生物工程体系來解决人类社会面临的可持续发展问题,如能源、材料、健康和环境保护问题。当然其直接诱因在于过去数十年來分子细胞生物学的快速进展,导致生物技术的迅猛发展,尤其是自从基因工程(或重组DNA,遗传工程)技术在医药、农业领域的突破性进展及产业化,以及在工业生物技术(工业生物催化及生物加工过程)方面的快速拓展并己呈现出美好的绿色制造前景,更是突显了当今科技前沿领域集中关注这一新兴热点——合成生物学。它是由人类基因组测序项目成功完成后,催生出耒的合符逻辑的发展。 自从2000年Kool在美国化学学会年会上重新提出合成生物学概念以来,细胞信号传导、基因调控网络设计与转基因研究开发迅速发展,2005年在美国创建了Cellincon合成生物公司,2007年Keasling在加州大学伯克利校园创建了首个合成生物学系。早在1980年德国学者Hobom提出DNA重组技术的合成生物学概念以来,强调的是生命科学的工程应用,已经建立起了一系列DNA分子的人工合成、基因的转移技术等方法与手段。新近的合成生物学发展趋势是采用计算机与系统科学原理的遗传工裎,是系统方法学的创新,最终的目标是发明细胞机器人或生物分子计算机,活细胞制药厂或人造细胞工厂,以及农业、制药产业一体化的药物农场;合成生物学须得要系统集成(或人工强化)包括实验、计算及系统工程研究与应用;采用计算机技术、系统科学原理,整合仿生学、人工智能与遗传学、生物工程的理论与技术,系统生物学的医药与工程应用;开发人工设计生物传感器,以及转基因生物反应器对天然(或非天然)药物成分和高值蛋白质(或酶蛋白)药物的規模化生产。合成生物学改变过去的单基因转移技术,开创综合集成的基因链(或基因组)乃至整个基因蓝图设计,并实现人工生物系统的设计与制造。例如日本学者在己经完成氨基酸工业发酵重要模式菌种谷氨酸棒桿菌(C.glutamicum ATCC 13032)全基因组测序工作基础上,又从头开始了新一轮的氨基酸工业发酵菌种改造的"基因组学育种"合成生物学实验研究工作,它必将为氨基酸生产带耒革命性的改变。另一个著名的例子就是法国学者和企业界合作,耗时10年之久完成了一项巨大的合成生物学项目-重组人源化酵母工程菌发酵糖和醇产生皮质甾体激素基本药物氢化可的松,它经由人工设计操作15个不同来源的基因,其中9个基因由外源有机体提供,包括从人、动物及植物来源获取;构建成功的这一酵母工程菌能表达1个植物酶因,引入8个相关酶,敲除4个基因,使得原本仅生产麦角甾醇的酿酒酵母经基因重组的工程菌,在利用糖和醇的发酵培养条件下产生出了目标药物产品氫化可的松。 针对这一生命科学领域的引人注目重大研究进展,国外有人预言,合成生物学和系统生物学的藕联将会导致全球的第三次工业革命,其势头可与上世纪物理学之于电气、电子及电子通讯工程,化学之于石油化学工程一样带來的全球产业变革。总之,合成生物学已经吹响了21世纪的冲锋号!我们该怎么办呢? 谏言 与时俱进,发展国内的合成生物学。怎样发展该大科学R&D项目呢?国内当前各行各业都正在贯彻执行以胡锦涛同志为首的党中央关于科学发展观指示精神,发展国内的合成生物学更离不开科学发展观的指导。 首先须得正本清源。勿庸讳言,新中国成立的六十年耒在生命科学和生物技术领域成绩巨大,较之旧中国有很大进步,奠定了较好的工作基础,并正在迅速发展。但是近十多年来,国家科技投入经费增长很快,但绩效并不能令人满意,歪风邪气上升,浮噪、弄虚作假,"学霸"、"学阀"仍横行无忌,学术界歪风邪气呈愈演愈烈之势。在此情景下怎么办?要效仿当年(1961-1962)中央政府痛下决心整顿"大跃进"后遗症的手段,须得在科教界耒一次"整风运动",切实贯彻"调整、巩固、充买、提高"的方針。不如此难于打开当前"一盘散沙,信息不对称"的混沌局面,很难取得实际成效,发展我国"高科技"的愿望将会落空。即使科技投入再增高,引进"人才"再牛(确有真才实学当然要引进),其结局仍将是"打水飘";科教界的关键问题仍然是"外行颂导内行"、""假神"排挤"真神",无学术民主氛围,谈何科技进步?若干"国家级"项目仍然是过了一个五年又一个五年,再来一个五年。五年何其多,仍是驴推磨!占着茅坑不拉屎,这就是典型的"茅坑症候群"之"劣币驱除良币"现象,而且还很有市场。这怎能不重创整个国家的科技竞争力?谈甚么绩效!有真才实学的人才怎能不外流,这就是真实的现实! 其次,就是按科学规律办事。合成生物学既然是当代前沿交叉学科的热点领域,首先要厘清的基本问题是立足任用在生物学(植物、动物、微生物学,以及遗传学)、生物化学及分子生物学、有机合成(或药物)化学、工业微生物及发酵工学等学科领域内确有真才实学的实干家领军,而不能让那些靠行政力量"大树特树"立起来的"科技官僚"、"假神"挥午指挥棒,他们讲起话来也是口若悬河滔滔不绝,而实际上是"头重足轻根底淺,嘴尖皮厚腹中空\\\\\\\\"的空头指挥家!还能让这些人站据高位吗?当然不能,美国总统都还要四年一选呢。对遴选出釆的真正领军人物要真正给他们以"教授治校,专家治所"的权柄,创建一个有实力的资格的能与国际生命科学界接轨的"东西南北中"的国家级团队(而不是传统门阀观念,要五湖四海),这就是从事合成生物学的基础研究团队,任务就是实现从结构生物学向合成生物学的过渡,重点解決系统方法学和技术体系的系统集成(或强化)问题;同时根据国土生物资源和研发力量人才资源的合理配置情况,适当地组建国家或依社会经济发展地域的合成生物学与绿色制造研发中心。总之,正确用人是第一位的,既要考察其专业技术工作背景,更要看其解决具体难题的能力。要避免克服"搞科技大跃进"的敝端,如在上世纪50年代"大跃进"的1958年,我国在一遍"超英赶美"声浪中开始了人工合成胰岛素的研究项目,初期曾出现过"大兵团夾击胰岛素"的混乱局面,"大干快上"的大哄大嗡的结果空耗了数年光阴。后经中科院所及相关大学认真适时总结经验,又重组了精干的高水平研究团队,最终于1965年秋,成功地人工合成了具有生理活性的牛胰岛素,取得了中国科学家在全球科学发展史上具有哲学意义里程碑的成就。 第三,要本着"有所为,有所不为","尊重基础,尊重科研工怍积累,尊重代际传承"的原则,要避免轻率按条块部门利益出发,另立山头,争抢人力、物力及財力资源,造成分散重复,浪费现象令人吃惊!笔者所在的生物学科研究机构剛过去建所50周年庆,仅只就能同合成生物学关系宓切、较接近的应用与环境微生物部分,过去30年来,几经拆腾大伤元气,就以工业微生物的二个课题组为例,算得上完成了从实验室研究到工业化开发的全过裎记录,有一定的业内显示度;然而早期阶段并非是体制内的"主流"课题,是被"边缘化"了的"山寨"课题,伴隨着科研人员"剛性"退休制度的实施,这两个研发团队面临着解体终结的命运,谈何传承。这不能不说是造成科研无形资产的重大损失。"重起垆灶"、"拚盘式行政组合的人才引进"也並非上策。 从合成生物学与转基因系统的生物技术研发方何评判,上述的2项课题均符合经由生物系统分析学与人工生物系统操作,改造次生代謝产物(如抗生素类)的转基因生药,工程微生物;改造酶功能活性的蛋白质酶工程及其在规模化生物反应器的应用。这将会对已投产的农用抗生素-宁南霉素产业的技术进步有促进作用,符合我国生物农药绿色制造及应用的发展方向。另一项课题就是笔者实验室过去20多年耒在国内首次研发投产成功的酶法转化肉桂酸生產L-苯丙氨酸,企业再延伸到生产新糖源阿斯巴甜,这己对于我国的该项新兴产业发展带耒积极影响,詳情可参见前几篇相关博文及文献资料。直到今天,笔者仍坚持认为关于红酵母苯丙氨酸解氨酶(PAL)的合成生物学研究开发,是很有重大应用价值的。如德美两国学者己经联手合作,经由植物烟草转酶PAL基因,重组烟草植株的大田种植,收获生物质进行加工,从烟草叶绿体蛋白高表达的PAL酶蛋白,获取有活性的PAL酶产品,该产品可用于:1)药用PAL酶治疔幼儿遗传病-苯丙酮尿症(PKU);2)作为工业生物催化剂酶法转化肉桂酸生产L-苯丙氨酸,以及生物转化芳基丙烯酸制L-芳基丙氨酸类的非天然芳香氨基酸;3)烟草生物质中苯丙素次生代谢生理活性物质的开发利用。 由此可以看出,这一类较有研发工作基础的项目,若有条件继续深入,自然能与合成生物学接轨的,但现实的情况令人无奈,在当前剛性科研体制下,基层科研所学术气氛极为沉闷,入"仕"的各级领导很少认真考虑这些科技发展战略问题,一味能作的事就是"传上达下"的习惯性"官僚化"管理;只讲"争项目,拿经费",至于投入/产出的科研工作效益很少过问。过去的这些年來,五彩缤纷的"科技气球"吹破的还少吗?!又有谁来问过责呢?试问这样的运作对我国的科技发展究竟有什么实际好处呢?据说,仅中科院100个研究所"百人工程"实施以耒,己引进1300人,投入(人财物)不可谓不大,近来又纷纷传出要以"超国民待遇"引进"超级人才",这不是又一次暴露了这一举措是对"百人工程"计划的否定吗?可见,当前国内"皇权政治"式科研(教肓)体制,如不作认真地深化改革,是难有出路的;要追赶上当代合成生物学的发展趋势,进而实现产业的绿色制造是难有作为的。
 
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