生物化工鎖定醫藥和能源

文/李惠鈺

生物化工從最初生產抗生素到利用重組微生物、動植物細胞大規模培養等手段生產藥用多肽、蛋白、疫苗、干擾素等，目前已經涉及到人們生活的方方面面。針對生物化工行業發展的諸多問題，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。

生物反應優勢顯著

記者：生物化工目前是最活躍、進展最快的產業之一，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，比如傳統發酵工業中的釀酒、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部的組織是什么化學物質上，而隨著生命科學的不斷發展，研究的重點也由此轉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，怎樣利用生物反應的優勢來實現反應工程化等一系列問題。現代生物化工是生物技術與化學工程相結合的產物，從學術上講，生物化工就是把生物的化學反應工程化，如果把定義縮小，生物化工是利用生物技術來生產基礎有機化學品。

記者：與傳統的化學工程相比，生物化工具有怎樣的優勢？

陳冀勝：科學來講，生物反應有很大的優勢，首先，生物反應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的物質組合成新的化學物質，把簡單的物質轉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的過程，把許多復雜的物質還原成原始性質的化學物質后再重新提供應用。

化學反應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各種反應，這就使得企業不得不增加成本，并且在生產過程中還會存在安全隱患。而生物體內的化學反應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勢。

醫藥領域進展明顯

記者：目前，生物化工主要應用于哪些領域？

陳冀勝：我認為，生物醫藥和生物能源是生物化工應用的重點領域。目前，尋找有效手段對抗重大疾病是生物醫藥的研究重點方向。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生的代謝性疾病，比如由于自身細胞發育過程中基因突變而導致的癌癥等。現在，隨著酶的固定化、細胞融合、基因重組等技術的不斷完善，酶工程、細胞工程、基因工程也陸續發展起來，針對重大疾病，這些生物工程將會在制藥業中得到更廣泛的應用。

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，利用生物質原料生產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力量如何？

陳冀勝：據我了解，在生物制藥方面取得的成績較為明顯，現在，生物界中產生化學產品的本領要比人為的化學合成強得多，生物體內可以生成許多新的化學分子結構，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、藥物設計平臺及科研平臺，同時，我國在抗體、疫苗研發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和建設生物化工技術力量，國內大概有10多所大學先后設立了生物化工專業，比如武漢大學、北京化工大學等。針對生物化工的技術研發，國家還先后建立了多個重點實驗室，就生物醫藥而言，科技部在健康領域就設立了“重大疾病”和“重大新藥創制”兩大專項，其中在新藥創制專項中的生物醫藥領域，國家就投入了相當大的支持力度。

生命科學是基石

記者：目前生物化工企業的狀況如何？

陳冀勝：首先，我國生物化工企業的規模還是太小，企業布局分散，以醫藥公司為例，從產值上來看，國內所有的醫藥公司加起來還不如國外一家跨國性企業大；其次，企業在研發投入上力度薄弱，而國外的企業對研發投入卻十分重視，許多諾貝爾獎獲得者都來自于企業；第三，企業創新的環境受限制，創新需要投入大量的人力和財力，這對企業來講，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，國家大都鼓勵企業或科研單位能夠在短期內獲得成功。現在國內的制藥企業大多以仿制為主，創新性不足，“十二五”期間，我們的目標就是要研發出2～3個具有自主知識產權的創新藥物，實現更高的經濟效益。

記者：您對生物化工未來的發展有哪些建議？

陳冀勝：我覺得無論是生物化工的哪個領域，發展的基礎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現，只有這樣才會有新技術的產生和新產品的問世。

酶催化在生物化工中起著至關重要的作用，酶在催化反應專一性，催化效率以及對溫度、pH值的敏感等方面表現出一般工業催化劑所沒有的特性，為了進一步推動產業發展，發現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，這都將依賴于生命科學里的基礎知識。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。