化學生物學領域的發展現狀

錢嘉玥(南京市第十三中學，江蘇 南京 210008)

化學生物學領域的發展現狀

錢嘉玥(南京市第十三中學，江蘇 南京 210008)

化學生物學作為一門90年代中期才興起的的學科，其顯著特點便是交叉性。它在近幾十年的蓬勃發展過程中取得了許多重大的科研成就與突破。化學生物學作為一個十分寬廣的研究方向，其知識涉及生物學、化學、醫學、藥學等諸多領域。化學生物學強調學科之間的相互聯系與相互融合，主要借助于化學研究的手段與方法，在分子的層面上來探尋生命進程中的奧秘并揭示其機理。本文主要以化學生物學學科的誕生與發展為背景，就化學生物學領域的發展現狀進行梳理與歸納。

化學生物學；發展現狀；交叉學科

1 化學生物學的誕生與發展

化學生物學誕生的里程碑式事件便是1828年德國化學家弗里德里希·維勒合成了第一個有意義的有機物——尿素。從此，化學與生命學科這兩個看似毫無相通之處的學科開始融匯貫通并發展出了一門新興的前沿交叉學科——化學生物學。化學生物學的重要性便體現在化學學科以及生命科學的相互融合上，隨著學科的進步與發展，不僅加快了生命學科的迅速發展，同時也為化學學科的轉化升級提供了極大的幫助。這門新興的交叉學科從誕生到現在不過幾十年，卻在這短短的幾十年內迅速蓬勃發展并取得了諸多成就。

化學生物學的核心在于它是一門運用化學知識來探究生命過程的前沿交叉學科。主要通過化學的手段與方法，在分子的層級上來研究生命過程、探索生命方法，用來了解疾病的過程以及藥物作用的機理，從而對新藥的開發起到幫助，使人類再一次將生命的軌跡延長。化學生物學研究主要是以具有活性和功能的小分子化合物為基礎，通過生物的技術方法尋找它在生物體內的靶向作用分子,并研究它們之間的相互作用關系,進一步運用化學方法對其進行相應功能的結構優化和改造,從而開發出全新的具有特定功能的活性小分子，進而探索它們在生物體內的相互作用機制,揭示生理或病理過程的發生、發展原理,并依據此來對診斷和治療措施進行進一步的優化和完善。

2 化學生物學的發展現狀

作為一門交叉學科，化學生物學所涵蓋的內容比較寬泛，方向也比較多樣化，就化學生物學領域的發展現狀進行梳理與歸納，本文主要針對化學生物學領域的三個熱點研究方向的發展現狀進行闡述：

2.1 化學遺傳學——采用小分子活性化合物作為探針,探索和控制細胞過程

化學遺傳學的原理就是借助化學小分子化合物來協助解決生物領域存在的問題，或通過干擾、調節正常的生理過程來解析蛋白質的功能。化學生物學的本意就是運用化學的手段和方法來探究生命過程的發生及發展，而遺傳作為生命過程中重要的一個環節，自然也是研究的重點。在傳統生命科學的研究中，對遺傳問題進行探究的方法通常是對某一特定蛋白質進行基因編碼的定點突變，再從生物的表現型中找出發揮關鍵調控作用的突變子，從而進一步發掘二者之間的相互作用機制。而化學的小分子活性化合物剛好可以起到這樣的作用——作為探針來探索與控制生物體的生命過程。同時，化學遺傳學還可以利用化學的手段合成特定的分子，對生物的正常遺傳狀態進行干擾，并對此種情況的表現型進行實驗，從而更好地消減疾病以及預防和改善先天性遺傳病。

2.2 生物體系的小分子調控中分子識別和分子間相互作用的化學研究基礎

在自然界所擁有的東西中，人們所了解的遠少于人們所未知的東西。對于生物學來說，新的生物活性物質也在不斷涌現。對于未知的新物質，傳統的生物學研究手段并不能夠讓人們完全的了解它們，這時候就可以借助于化學的研究方法如X射線晶體學、多維核磁共振、合成化學等進行分析研究，從而得出小分子與生物大分子相互作用的機制和機理，甚至在化學鍵的水平上研究分子間的信息傳遞以及相互識別，闡明生命過程的發生、發展機制。

2.3 分子進化及其系統工程的研究

分子進化是在達爾文進化論的基礎之上，在分子層級上做的更進一步延伸和拓展。一方面,研究分子進化是探尋生命起源、研究進化機制的重要內容；另一方面,研究天然化合物的生物合成和演變現象,揭示經過核酸、蛋白質和糖等生物大分子的突變和選擇改變生物性狀進化的分子機制。由此看來，這些研究的推進，不僅可以幫助我們了解自然中分子進化的奧秘同時還可以推動相應的理論研究甚至發展出分子進化工程這一新興的研究方向，使眾多的分子在試管中進行大批量突變,然后再依據實驗目的和人為需求進行篩選，從而得到人們想要的分子,包括藥物先導化合物的篩選、激酶抑制劑的開發、受體拮抗劑的獲得等，都可以通過分子進化工程快速高效地實現。這些實驗方法很有可能被用來進行藥物的設計和篩選。

3 結語

作為一門新興的交叉學科，化學生物學經過短短幾十年的發展就已經取得了有目共睹的成就。進一步加深對這個新興交叉學科的研究,不僅具有深遠的科學意義，同時也具有廣闊的應用價值。例如，開發全新的具有特異性功能的活性小分子可以推動新藥研發的進程，從而改善傳統藥物研發的方式方法；研究生物催化和生物轉化可以發展高效生物催化體系，進而改善傳統化學生產工藝。化學生物學作為一門新興的交叉學科,其進一步發展不僅能給生物科研領域注入新的活力,帶動相關學科的進步，同時也能給相關的應用領域,如生物醫藥工程、農業綜合開發、環境污染改善等領域帶來新的發展機遇。

[1]吳厚銘.化學生物學——新興的交叉前沿學科領域[J].中國科學院上海有機化學研究所生命有機化學國家重點實驗室,2000.

[2]趙先英.化學生物學的發展歷史與現狀[J].第三軍醫大學化學教研室,2004.

[3]王世敏.化學生物學的科學內涵及其發展[J].湖北大學化學與材料科學學院,2002.

錢嘉玥（1999-），性別：女，籍貫：江蘇省無錫市，研究方向：化學生物學領域的發展現狀。