合成科学（synthetic sciences）是基于化学的基甘心趣，旨在通过预备和缔造试剂、器具和设施，对化学键进行精确活化、断裂与重组，翻新与构筑分子结构，最散伙尾具有特定功能物资的合成。手脚分子创制的中枢与基础，合成科学涵盖了化学合成（chemical synthesis）与生物合成（biosynthesis）两猛进攻规模，商议重心在于合成历程的精确性、翻新性及分子功能的导向性。迄今，合成科学还是在生命、养分、健康、农业、材料、动力等各个规模中饰演着中枢脚色，久了编削了东谈主类社会的出产和生涯面貌。

合成化学始于真金不怕火金术和真金不怕火丹术，早期侧重在合成无机化合物。1828年维勒哄骗东谈主工设施从无机物合成出尿素，标记了有机合成化学的出生，东谈主类所能合要素子的复杂进程也由此终端了飞跃。之后，分子合成经过了从平面到立体、从小分子到大分子、勤俭单到复杂的历程。曩昔一百年间，各式高效生动的化学反馈被缔造，极大鞭策了生命科学、医学、药学和材料学的发展。时于本日，合成化学还是日臻训练，表面上不管何等复杂的分子，皆不错被合成。不外，跟着动力费事、环境稠浊等社会危境的出现，现时对分子合成的要求从“玩忽合成”，演变成了“精确、高效和实用”。由于化学反馈的本色是原子的核外电子间的解离与配对，对于相似化学环境的原子很难终端选拔性。诚然通过保护基和配体等技能制造原子空间环境的各异，可终端立体或区域选拔性反馈，但当今的化学反馈仍深广存在反馈条目尖刻、贵金属依赖、原子不经济、工业应用难等不及，晋升反馈精确性、高效性和实用性是现时的化学合成的进攻见解。

生物合成是20世纪末跟着生命科学发展起来的一个合成科学的新见解，其本色是哄骗酶催化化学合成。率先相对于配体，酶能对底物造成更全面的包裹，通过精确铁心构象，镌汰反馈目田能，终端极高的区域/立体选拔性和反馈着力；其次，生物合成反馈不错在微生物体内进行，不错通过发酵的面貌终端目的家具的合成，极地面镌汰了限制化制造的本钱。因此，相对于化学合成，生物合成不错终端令东谈主叹为不雅止的高选拔性、高反馈性和高经济性，尤其在手性中心的构筑、惰性碳的活化以及复杂自然家具的合成方面具有极大上风。由于这些优点，合成生物学被誉为“将编削宇宙的颠覆性技能”，成为了列国新一轮科学技能发展的前沿焦点和必争之地。不外，现阶段生物合成存在酶元件少、酶缔造难和细胞工场预备构建难的瓶颈。这些贫困使得生物合成的生动性远低于化学合成，大大量情况只可将自然存在的生物合成路子移植至微生物中或者对自然生物合成路子进行局部修改，终端自然家具的异源合成和新结构养殖物的合成。当今，生物合成反馈还很难像化学合成相通进行落拓预备，晋升生动性是现时生物合成商议的进攻目的。

尽管化学合成和生物合成属于合成科学两支发展相对孤独的见解，然而两者的优过错恰恰互补，其中化学合成生动性弥补了生物合成万般性的不及，而生物合成选拔性好、着力高则弥补了化学合成选拔性限制难和原子经济性差的过错。通过会通生物合成与化学合成，阐发两种设施的所长，成为了合成科学的一个进攻的发展念念路。一个经典的案例是青蒿素的化学酶法合成，通过酵母发酵生物合成青蒿酸，鸠集化学半合成将青蒿酸转机成青蒿素，大幅度减少了原先青蒿素化学合成的设施以及出产本钱。由于两者自然的互补性，现时合成生物学与合成化学会通冉冉成为了合成科学的商议热门，本专辑中本文作家瞿旭东等、李付琸等以及徐正仁中别离对比年来关连自然家具的化学酶法合成商议进行了综述，先容了化学酶法合成在道路预备、合见着力等方面的进展。李进、王欢等针对含氨基乙烯半胱氨酸核糖体肽的生物合成与化学合成进行了对比分析和综述。

除了化学合成与生物合成反馈的协同应用外，化学和生物合成会通还不错推崇为生物合成促进化学合成，以及化学合成促进生物合成。这些主要包括仿生催化合成、非自然的酶催化反馈预备、组合生物合成等方面的商议。仿生催化合成把柄酶催化的旨趣开辟预备化学合成的催化剂，不错为化学催化剂的预备和提供贤慧的泉源。举例，2021年诺贝尔奖授予的有机催化反馈的中枢念念路就开首于酶催化反馈中产生亚胺和烯胺的异构历程。此外，生物合成还不错为化学全合成提供预备灵感，以及启发和优化全合成的道路预备，为绿色制造提供有用的经管决策。生物催化万般性的根蒂原因来自于酶的当然进化，但自然酶玩忽催化的反馈数目相对于化学催化格外有限。因此把柄化学旨趣对酶进行预备，不错极大拓展生物催化的万般性。举例，2018年诺贝尔化学奖获取者Arnold解释，通过纠正P450酶中与血红素共价的第五配基不错使酶催化C-B和C-Si键的合成反馈。此外比年来发展的金属东谈主工酶，通过将过渡金属催化剂植入酶的口袋中，不错创造出玩忽催化传统酶弗成催化的非自然反馈。访佛地，通过鸠集光催化念念路，哄骗光照使得酶中的辅因子产生目田基，并应用于底物的目田基反馈，不错产生一系列自然酶无法催化的反馈。这些非自然的酶催化反馈，既保留了酶催化反馈的高选拔性，又终端了化学催化反馈的生动性，展现了无边的合成应用后劲。在本专辑中吴起等对光酶催化的进展进行了综述，钟芳锐等［9］记忆了化学旨趣初始光生物催化分歧称反馈的最新商议进展。此外，化学合成设施还不错为组合生物合成提供念念路，举例，通过喂养各式浅显的化学底物，不错通过生物的设施终端一系列自然家具的生物合成，从而为药物筛选提供更多优质化合物资源。而模仿组合化学的念念想，陶慧、刘天罡等记忆了萜类环化酶与组合生物合成路子等方面取得的最新商议进展，展示了生物合成拓宽萜类化合物的结构万般性和化学空间的后劲。

化学合成与生物合成的交叉会通除了在传统小分子有机化合物的翻新中不错阐发“1+1＞2”的后果外，针对生物大分子的高效创制以及动力与环境的社会热门问题正日益激发科研东谈主员的存眷。本期专辑中，王飞等及王平中别离对生物大分子DNA和糖卵白进展进行了综述。而手脚一种新兴的新药研发技能，DNA编码化合物库还是成为新药研发中不可或缺的进攻技能平台，陆晓杰等和王飞等系统记忆了与核酸兼容的化学反馈的新进展，展示了将老例化学反馈与合成进一步拓展到生物分子核酸，并以之为器具关联小分子药物筛选。针对碳中庸的绿色发展大期间配景需求，谢婧婧等和周雍进中别离就微生物电合成技能转机二氧化碳以及CO2、CH4、CH3OH等一碳生物转机合成有机酸的进展进行了综述。此外，为了高效地哄骗光能将二氧化碳平直转机为生物资和多种化学品，倪俊等筹商了东谈主工光合群落的预备、优化与应用；陈国强、谭丹记忆了重编程微生物底盘用于环境友好型材料聚羟基脂肪酸酯材料的定制化低本钱生物合成。

尽管比年来对于化学合成和生物合成的会通已有不少的进展，但该见解举座还处于起步阶段，学科技能会通的面貌还不够精细，会通的表面体系尚未透澈造成。当今的生物合成与化学合成主要在不同的反馈体系和不同期序张开，畴昔缔造可与生物体系兼容的化学反馈，整合生物体系与化学反馈，终端兼并反馈体系中生物合成与化学合成协同并进，将大幅度晋升合见着力。另外，会通的学科宽度有待加多。现时东谈主工智能在酶的预备和化学反馈的缔造方面展现了无边的后劲，自动化合成在晋升化学合成的着力方面也展现了超卓的才能。畴昔东谈主工智能以至其他科学，与化学合成与生物合成的会通，将给合成科学的发展带来更大的发展。正如诺贝尔化学奖获取者野依良治解释所说，畴昔的合成势必是经济的、安全的、环境友好以及勤俭资源和动力的所谓“好意思满的合成化学”。因此，通过有用地整合各个学科，酌盈注虚、充分阐发各自的最大上风、彼此协同，终端原子经济性、能量转机经济性与历程经济性，终端物资的高效、精确合成，将是畴昔合成科学的进攻见解。

文件开首

瞿旭东, 唐功利, 丁奎岭. 破裂学科界限——合成科学的新发展. 合成生物学[J], 2024, 5(5): 909-912