生物化工锁定医药和能源

文/李惠钰

生物化工从最初生产抗生素到利用重组微生物、动植物细胞大规模培养等手段生产药用多肽、蛋白、疫苗、干扰素等，目前已经涉及到人们生活的方方面面。针对生物化工行业发展的诸多问题，中国工程院院士，中国人民解放军防化研究院研究员陈冀胜接受了记者的采访。

生物反应优势显著

记者：生物化工目前是最活跃、进展最快的产业之一，请问生物化工这一概念是如何形成的？

陈冀胜：实际上，生物化工在我国老早就存在，比如传统发酵工业中的酿酒、酿醋等，这都属于生物化工的范畴。起初我们对生物化学的概念只是停留在了解生物体内部的组织是什么化学物质上，而随着生命科学的不断发展，研究的重点也由此转向生物在生命过程中的化学变化，这些化学变化我们该如何控制，怎样利用生物反应的优势来实现反应工程化等一系列问题。现代生物化工是生物技术与化学工程相结合的产物，从学术上讲，生物化工就是把生物的化学反应工程化，如果把定义缩小，生物化工是利用生物技术来生产基础有机化学品。

记者：与传统的化学工程相比，生物化工具有怎样的优势？

陈冀胜：科学来讲，生物反应有很大的优势，首先，生物反应可以粗略地分为生物合成和生物降解两大类。生物合成就是把一些基础的物质组合成新的化学物质，把简单的物质转变成高级复杂的分子或更具功能化的分子；而生物降解就是通过细菌或其他微生物的酶系活动分解有机物质的过程，把许多复杂的物质还原成原始性质的化学物质后再重新提供应用。

化学反应实际上就是通过分子的碰撞为分子提供能量，但是在化学工程上，提供能量的办法无非是通过高温、高压和催化等手段来实现各种反应，这就使得企业不得不增加成本，并且在生产过程中还会存在安全隐患。而生物体内的化学反应却是在自然界的正常条件下慢慢形成，不存在高温的过程，生物化工把原本需要的苛刻条件降低，这就是它的一个显著优势。

医药领域进展明显

记者：目前，生物化工主要应用于哪些领域？

陈冀胜：我认为，生物医药和生物能源是生物化工应用的重点领域。目前，寻找有效手段对抗重大疾病是生物医药的研究重点方向。从人类对抗疾病的长期斗争中来看，病毒是威胁人类健康的一大杀手，至今还没有一种有效的方法来对抗它，只能通过疫苗或抗体药物进行预防；其次是人体自身免疫产生的代谢性疾病，比如由于自身细胞发育过程中基因突变而导致的癌症等。现在，随着酶的固定化、细胞融合、基因重组等技术的不断完善，酶工程、细胞工程、基因工程也陆续发展起来，针对重大疾病，这些生物工程将会在制药业中得到更广泛的应用。

生物能源即可再生能源，近年来，随着全球矿物资源的日益枯竭，利用生物质原料生产生物能源来替代矿物能源成为必然趋势。但是，生物能源面临的最大挑战就是纤维素的降解，纤维素含有丰富的碳元素，在粮食、树木、藻类等植物中大量存在，可现如今却没有一种很好的办法能将其分解。如果纤维素降解的难题能够突破，那全世界上千亿吨的资源量就可以被充分利用，生物柴油等各种生物能源也将变得更加丰富。

记者：近几年，生物化工都取得了哪些进展？我国在这方面的技术力量如何？

陈冀胜：据我了解，在生物制药方面取得的成绩较为明显，现在，生物界中产生化学产品的本领要比人为的化学合成强得多，生物体内可以生成许多新的化学分子结构，例如我国前不久获得世界级大奖的青蒿素，它就是从中药青篙中提取的有过氧基团的倍半萜内酯药物，是对抗恶性疟疾的有效成分。另外，上海药物所、北京药物所等一些国家重要基地也相继建立了药物评价、药物设计平台及科研平台，同时，我国在抗体、疫苗研发方面也都取得了很好的成绩。

可以说，我国十分重视加强培养和建设生物化工技术力量，国内大概有10多所大学先后设立了生物化工专业，比如武汉大学、北京化工大学等。针对生物化工的技术研发，国家还先后建立了多个重点实验室，就生物医药而言，科技部在健康领域就设立了“重大疾病”和“重大新药创制”两大专项，其中在新药创制专项中的生物医药领域，国家就投入了相当大的支持力度。

生命科学是基石

记者：目前生物化工企业的状况如何？

陈冀胜：首先，我国生物化工企业的规模还是太小，企业布局分散，以医药公司为例，从产值上来看，国内所有的医药公司加起来还不如国外一家跨国性企业大；其次，企业在研发投入上力度薄弱，而国外的企业对研发投入却十分重视，许多诺贝尔奖获得者都来自于企业；第三，企业创新的环境受限制，创新需要投入大量的人力和财力，这对企业来讲，风险性实在太大，而我国在风险导向性研究的支持依然不足，因此，国家大都鼓励企业或科研单位能够在短期内获得成功。现在国内的制药企业大多以仿制为主，创新性不足，“十二五”期间，我们的目标就是要研发出2～3个具有自主知识产权的创新药物，实现更高的经济效益。

记者：您对生物化工未来的发展有哪些建议？

陈冀胜：我觉得无论是生物化工的哪个领域，发展的基础都将依赖于生命科学研究的进程，必须重视生命科学里的最新发现，只有这样才会有新技术的产生和新产品的问世。

酶催化在生物化工中起着至关重要的作用，酶在催化反应专一性，催化效率以及对温度、pH值的敏感等方面表现出一般工业催化剂所没有的特性，为了进一步推动产业发展，发现一些新的酶十分重要。

组合生物化学也将是未来研究的重点，我们可以把一些复杂的有机分子，利用组合生物的合成方法进行研究，看能否依靠原来的生物，变成在实验室可以控制的反应，这都将依赖于生命科学里的基础知识。另外，在深海、高原、太空等极端条件下的生物是否具有特殊的功能也是未来研究的方向。