张礼和院士：“多学科合作研究推动了化学生物学的发展”

 
 
张礼和院士：“多学科合作研究推动了化学生物学的发展”  
 

【编者按】2020年11月29日，国家自然科学基金委员会交叉科学高端学术论坛在京召开。来自计算数学、人工智能、生物物理、人因工程、量子计算、纳米生物学、地磁学、类脑科学、材料学等跨学科交叉研究领域的32位专家学者出席会议。与会专家一致认为，学科交叉融合是未来科学发展的必然趋势，是加速科技创新的重要驱动力。为进一步推动交叉学科繁荣发展，《中国科学基金》编辑部会同交叉科学部就本次高端学术论坛组约了“交叉科学前沿与发展”专题，特邀中国科协名誉主席韩启德院士、吴家睿研究员、张礼和院士、潘永信院士、杜江峰院士、赵宇亮院士、陈善广研究员（国际宇航科学院院士）、雒建斌院士等专家，分别撰写了专题文章，以飨读者。

本次推送《中国科学基金》2021年第2期“交叉科学前沿与发展”专题系列文章之三——张礼和院士：“多学科合作研究推动了化学生物学的发展”。欢迎广大读者转载、推送、引用。

多学科合作研究推动了化学生物学的发展

张礼和

北京大学 药学院, 北京

张礼和 中国科学院院士（1995年）。1958年毕业于北京医学院药学系，1964—1967年北京医学院药学系研究生，师从王序教授（中国科学院学部委员，有机化学）。1981—1983年美国弗吉尼亚大学化学系做访问学者。获1990年日本Hoshi University名誉博士学位；1992年美国密苏里—堪萨斯大学Edgar-Snow Professorship。1985年至今任北京大学医学部药学院天然药物及仿生药物国家重点实验室教授。曾兼任国家自然科学基金委员会化学科学部学部主任（1999—2006）， European Journal of Medicinal Chemistry副主编（2014—2020）。现为《中国药物化学》杂志主编。研究方向：核酸类信号分子的化学生物学研究；核酸化学及抗肿瘤抗病毒药物研究。曾获得2004年国家自然科学二等奖、2000年千禧年国际药学联盟（FIP）科学家奖等国内外奖励。

摘 要

像其他新兴的交叉学科一样，化学生物学也是建筑在多学科知识的基础上。化学生物学的发展模糊了传统化学和生物学的界限。新一代得到化学生物学交叉学科培养的科学家获得了新的工具和思路来研究生物体系。化学生物学创造了一个合作研究的新科学文化并且将影响这一领域的未来。化学生物学还创造了生物正交化学（Bioorthogonal Chemistry）这一个新的化学生长点。生物正交化学满足了生命过程中分子分析方法上的需要。越来越多的科学家参加到化学生物学领域的基金申请，因此增加基金的资助对这一领域的发展是非常重要的。文章中就发展多学科交叉领域研究向国家自然科学基金委员会提出一些政策建议。

关键词：多学科交叉；化学生物学；国家自然科学基金委员会

科学技术的快速发展，使得传统学科的界限越来越模糊。以解决科学问题为中心的多学科合作，成为目前推动从基础研究到应用研究各个领域发展的主要模式。国家自然科学基金委员会（以下简称“自然科学基金委”）交叉科学部的成立顺应了科学发展的趋势，必然会加速我国科学技术的发展。化学生物学学科的发展过程充分说明了这一趋势。

1 以重要科学问题为中心组织多学科合作创造了一种新的研究文化，推动化学生物学的发展

在人类社会发展进步的历程中，以科学家个人兴趣和好奇驱动的科学研究产生了一大批我们今天科学技术赖以发展的基础理论和技术。不同学科成就的相互结合促进了人们进一步了解大自然和人类自己。就以生物医学的进步为例，光学显微镜的诞生揭示了细菌的存在；电子显微镜的诞生揭示了病毒的存在；而X衍射和低温冷冻电镜的诞生揭示了蛋白三维结构和病毒的构造，人们从而可以认识、治疗和预防一些传染疾病，创造一个更健康的人类生存发展环境。药物的发现也是这样。有机化学的发展推动了染料工业，从偶氮染料中发现了可以抑制链球菌的百浪多息（Prontosil）从而开启了磺胺类药物用于临床治疗感染的时代。近代有机化学家合成的大量化合物不仅产生了大量药物，而且使得生物学家可以用作工具进一步研究生命的精细结构和功能，如吗啡类化合物的合成及相关药物的出现提供了研究脑细胞及其他器官受体蛋白的工具，催生了受体药理学等相关学科。纵观这些发展，科学发展的早期研究模式是传统学科独立的发展，学科间以研究者教育背景不同形成了隔裂，不同学科成果的应用是相互等待,失去了不少合作研究的机会从而限制了科学的快速发展。青霉素的发明过程是一个很好的例子。1928年，弗莱明（Alexander Fleming）在伦敦梅利医院当医生并发现霉菌抑制葡萄球菌的现象，1929年6月，弗莱明把自己的发现写成论文，发表在英国的《实验病理学》季刊上。遗憾的是，这篇论文发表后一直没有受到科学界的重视。直到1938年德国化学家钱恩（Ernest Chain）从文献中发现了弗莱明的文章，经过大量实验，实现了对青霉素的分离与纯化。英国牛津大学病理学家霍华德·弗洛里（Howard W Florey）与钱恩合作证明了青霉素的临床应用价值。第二次世界大战战场救助的需要以及药物生产的需要，人们从世界各地土壤中发现和分离青霉素的产生菌，美国制药企业终于在1942年进一步完成生产工艺研究开始对青霉素进行了大批量生产，成为了第二次世界大战中挽救无数战士生命的救命药。药物生产要求多学科和多技术的集成，这种以社会需求为中心的多学科和多技术的集成研究，研究目标清楚、时间性强，已经在各个领域证明是科学技术发展的重要途径。