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中國合成科學2035發展戰略 版權信息
- ISBN：9787030751225
- 條形碼：9787030751225 ; 978-7-03-075122-5
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
中國合成科學2035發展戰略 內容簡介
合成科學是目標導向的創造物質的科學，在當前形勢下呈現出許多新的特點，也面臨許多新的挑戰。《中國合成科學2035發展戰略》主要從生物學促進的化學合成和化學促進的生物合成兩個方面入手，研究和分析合成科學的歷史、現狀、挑戰、機遇與趨勢；指出需要通過化學與生物學的深度交叉與融合，開拓跨學科前沿交叉的新空間以構建合成科學的新方向。本書為我國合成科學的持續、協調、跨越發展提出了有針對性的政策建議。
中國合成科學2035發展戰略 目錄
目錄
總序/i
前言/vii
摘要/xi
Abstract/xvii
**章 總論/1
**節 合成科學的核心內涵與意義/1
第二節 合成科學的發展歷程與趨勢/2
第三節 我國合成科學的關鍵科學問題與發展方向/6
一、關鍵科學問題/6
二、發展方向/7
第四節 合成科學領域發展的相關政策建議/8
第二章 仿生反應/10
**節 科學意義與戰略價值/10
第二節 現狀及其形成/11
仿生離子型反應/13
二、仿生自由基反應/20
三、仿生協同反應/26
四、仿生雜原子轉移反應/32
五、仿生光化學反應/37
第三節 關鍵科學問題、關鍵技術問題與發展方向/42
第四節 相關政策建議/43
本章參考文獻/44
第三章 仿生催化/54
**節 科學意義與戰略價值/54
第二節 現狀及其形成/55
一、催化中心的模擬/57
二、蛋白質骨架的模擬/113
三、小結/117
第三節 關鍵科學問題與發展方向/118
一、關鍵科學問題/118
二、重要發展方向/119
第四節 相關政策建議/120
本章參考文獻/120
第四章 仿生天然產物合成/153
**節 科學意義與戰略價值/153
一、推動具有藥用價值天然產物的高效合成/154
二、揭示生物活性天然產物的生物合成途徑/155
三、促進天然產物的分子功能探索與利用/155
第二節 現狀及其形成/156
一、仿生合成百年掠影/156
二、仿生合成中的碳正離子化學/157
三、仿生合成中的自由基化學/158
四、仿生合成中的成環策略/158
五、我國的仿生合成研究現狀/159
六、仿生策略發展的新階段/161
七、仿生合成面臨的挑戰/163
第三節 關鍵科學問題與發展方向/164
一、關鍵科學問題/164
二、優先發展領域或重要研究方向/165
第四節 相關政策建議/165
本章參考文獻/167
第五章 對酶進行人工改造的定向進化/171
**節 科學意義與戰略價值/171
一、生物催化技術的國內外發展趨勢/171
二、非天然酶的設計與應用的戰略意義/173
第二節 現狀及其形成/173
一、非天然酶的發展歷史回溯/174
二、非天然酶的研究現狀/175
三、非天然酶國內外發展評估/177
第三節 非天然酶的關鍵科學問題、關鍵技術問題與發展方向/179
一、非天然酶的關鍵科學問題與關鍵技術問題/179
二、非天然酶的發展方向/181
第四節 非天然酶的發展政策建議/182
本章參考文獻/183
第六章 酶催化反應驅動的活性分子合成/188
**節 科學意義與戰略價值/188
第二節 現狀及其形成/189
一、活性天然產物的化學— 酶法合成/190
二、活性天然產物的異源— 化學合成/203
三、酶催化反應驅動的小分子藥物合成/206
第三節 關鍵科學問題、關鍵技術問題與發展方向/215
第四節 相關政策建議/217
本章參考文獻/217
第七章 生物合成化學—新酶學機制與途徑解析/222
**節 科學意義與戰略價值/222
第二節 現狀及其形成/227
一、分子骨架的生物合成模式/227
二、合成修飾過程中的化學/240
第三節 關鍵科學問題、關鍵技術問題與發展方向/250
一、關鍵科學問題/250
二、關鍵技術問題/251
三、發展方向/252
第四節 相關政策建議/252
本章參考文獻/253
第八章 組合生物合成/265
**節 科學意義與戰略價值/265
第二節 研究現狀及其形成/266
基于生源假說的組合生物合成探索/267
二、基于基因水平開展組合生物合成/271
三、交叉融合的組合生物合成研究/275
四、新技術推動的組合生物合成快速發展/281
第三節 關鍵科學問題與發展方向/289
第四節 相關政策建議/291
本章參考文獻/292
第九章 新產物、新機制導向的基因組挖掘/299
**節 科學意義與戰略價值/299
第二節 現狀及其形成/301
一、基因數據的暴增為基因挖掘提供了數據基礎/302
二、基因挖掘算法與大數據庫的發展/303
三、菌種資源的豐富和共享使基因組挖掘更為便捷/307
第三節 關鍵科學問題與發展方向/308
一、基于負責核心骨架合成的基因挖掘/308
二、基于天然產物骨架修飾基因的基因組挖掘/317
三、功能基因導向的基因組挖掘/327
四、發展趨勢及展望/334
第四節 相關政策建議/335
本章參考文獻/337
第十章 異源生物合成/349
**節 科學意義與戰略價值/349
第二節 現狀及其形成/352
一、天然產物、工業化學品等的異源生物合成/353
二、異源生物合成的基因編輯技術/365
三、異源生物合成的底盤細胞/368
第三節 關鍵科學問題、關鍵技術問題與發展方向/374
一、加深對天然產物生物合成途徑和代謝調控網絡的認識/374
二、 突破人工合成途徑設計及構建，創建高效工業化學品異源合成微生物細胞工廠/374
三、 加強底盤細胞的適配優化和發展高效率、多位點、低成本的基因編輯技術/375
第四節 相關政策建議/376
本章參考文獻/376
第十一章 生物合成研究的技術、方法與策略/387
**節 科學意義與戰略價值/387
第二節 生物合成研究的相關技術方法/389
一、化學與物理學相關技術方法/389
二、生物學相關技術方法/393
三、計算機與信息技術/400
四、與生物合成相關的其他學科技術/405
第三節 生物合成研究的不同發展階段及其相應策略/406
一、生物合成研究的萌芽期（1800～1920 年）/406
二、生物合成實驗的科學確立期（1921～1970 年）/409
三、生物合成的初步發展期（1971～2000 年）/411
四、生物合成的快速發展期（2001～2020 年）/412
第四節 天然產物生物合成研究經典案例分析/414
一、嗎啡的生物合成研究/414
二、托品烷生物堿的生物合成研究/417
三、他汀類天然產物的生物合成研究/420
四、紅霉素的生物合成研究/423
第五節 生物合成發展瓶頸與未來展望/427
一、主要瓶頸/427
二、未來展望/427
三、本領域中存在的重要問題和政策建議/427
本章參考文獻/427
第十二章 生物降解與轉化/442
**節 科學意義與戰略價值/442
一、科學意義/442
二、戰略價值/442
第二節 現狀及其形成/443
一、概述/443
二、生物降解與轉化研究的發展脈絡/444
三、生物降解與轉化的研究主體及經典案例/447
第三節 關鍵科學問題、關鍵技術問題與發展方向/450
一、關鍵科學問題與技術問題/450
二、發展趨勢/451
第四節 相關政策建議/454
本章參考文獻/454
第十三章 DNA 信息存儲與計算/457
**節 科學意義與戰略價值/457
第二節 現狀及其形成/459
一、發展歷程及現狀/460
二、政策規劃布局/465
三、主要研究機構與重點企業/467
第三節 關鍵科學問題、關鍵技術問題與發展方向/469
一、降低信息寫入成本/469
二、提升數據讀取速度/469
三、提升存儲規模/470
四、加快與現有存儲系統融合/470
第四節 相關政策建議/472
一、 加大政府支持和資助力度，強化相關技術領域研發及戰略布局/472
二、促進多學科研究和公私協同合作，加速成果應用轉化/473
三、監管數據安全與生物安全風險/474
本章參考文獻/474
第十四章 糖的合成/477
**節 科學意義與戰略價值/477
第二節 現狀及其形成/479
一、糖的化學法合成/480
二、糖的酶法合成/504
三、糖的自動化合成/506
四、糖的合成應用/507
第三節 關鍵科學問題、關鍵技術問題與發展方向/516
一、關鍵科學問題與關鍵技術問題/516
二、發展方向/516
第四節 相關政策建議/520
本章參考文獻/521
第十五章 蛋白質的合成/545
**節 科學意義與戰略價值/545
第二節 現狀及其形成/547
一、主要合成方法/547
二、主要應用領域/558
第三節 關鍵科學問題、關鍵技術問題與發展方向/564
一、關鍵科學問題與關鍵技術問題/564
二、發展方向/565
第四節 相關政策建議/569
一、蛋白質合成前沿領域發展的資助策略/569
二、配套措施/570
本章參考文獻/571
第十六章 核酸的合成/583
**節 科學意義與戰略價值/583
第二節 現狀及其形成/584
一、核酸的合成方法/584
二、功能核酸/591
三、人工基因組的合成/602
第三節 關鍵科學問題、關鍵技術問題與發展方向/608
一、當前的瓶頸問題/608
二、未來發展方向/609
第四節 相關政策建議/611
本章參考文獻/612
關鍵詞索引/620
總序/i
前言/vii
摘要/xi
Abstract/xvii
**章 總論/1
**節 合成科學的核心內涵與意義/1
第二節 合成科學的發展歷程與趨勢/2
第三節 我國合成科學的關鍵科學問題與發展方向/6
一、關鍵科學問題/6
二、發展方向/7
第四節 合成科學領域發展的相關政策建議/8
第二章 仿生反應/10
**節 科學意義與戰略價值/10
第二節 現狀及其形成/11
仿生離子型反應/13
二、仿生自由基反應/20
三、仿生協同反應/26
四、仿生雜原子轉移反應/32
五、仿生光化學反應/37
第三節 關鍵科學問題、關鍵技術問題與發展方向/42
第四節 相關政策建議/43
本章參考文獻/44
第三章 仿生催化/54
**節 科學意義與戰略價值/54
第二節 現狀及其形成/55
一、催化中心的模擬/57
二、蛋白質骨架的模擬/113
三、小結/117
第三節 關鍵科學問題與發展方向/118
一、關鍵科學問題/118
二、重要發展方向/119
第四節 相關政策建議/120
本章參考文獻/120
第四章 仿生天然產物合成/153
**節 科學意義與戰略價值/153
一、推動具有藥用價值天然產物的高效合成/154
二、揭示生物活性天然產物的生物合成途徑/155
三、促進天然產物的分子功能探索與利用/155
第二節 現狀及其形成/156
一、仿生合成百年掠影/156
二、仿生合成中的碳正離子化學/157
三、仿生合成中的自由基化學/158
四、仿生合成中的成環策略/158
五、我國的仿生合成研究現狀/159
六、仿生策略發展的新階段/161
七、仿生合成面臨的挑戰/163
第三節 關鍵科學問題與發展方向/164
一、關鍵科學問題/164
二、優先發展領域或重要研究方向/165
第四節 相關政策建議/165
本章參考文獻/167
第五章 對酶進行人工改造的定向進化/171
**節 科學意義與戰略價值/171
一、生物催化技術的國內外發展趨勢/171
二、非天然酶的設計與應用的戰略意義/173
第二節 現狀及其形成/173
一、非天然酶的發展歷史回溯/174
二、非天然酶的研究現狀/175
三、非天然酶國內外發展評估/177
第三節 非天然酶的關鍵科學問題、關鍵技術問題與發展方向/179
一、非天然酶的關鍵科學問題與關鍵技術問題/179
二、非天然酶的發展方向/181
第四節 非天然酶的發展政策建議/182
本章參考文獻/183
第六章 酶催化反應驅動的活性分子合成/188
**節 科學意義與戰略價值/188
第二節 現狀及其形成/189
一、活性天然產物的化學— 酶法合成/190
二、活性天然產物的異源— 化學合成/203
三、酶催化反應驅動的小分子藥物合成/206
第三節 關鍵科學問題、關鍵技術問題與發展方向/215
第四節 相關政策建議/217
本章參考文獻/217
第七章 生物合成化學—新酶學機制與途徑解析/222
**節 科學意義與戰略價值/222
第二節 現狀及其形成/227
一、分子骨架的生物合成模式/227
二、合成修飾過程中的化學/240
第三節 關鍵科學問題、關鍵技術問題與發展方向/250
一、關鍵科學問題/250
二、關鍵技術問題/251
三、發展方向/252
第四節 相關政策建議/252
本章參考文獻/253
第八章 組合生物合成/265
**節 科學意義與戰略價值/265
第二節 研究現狀及其形成/266
基于生源假說的組合生物合成探索/267
二、基于基因水平開展組合生物合成/271
三、交叉融合的組合生物合成研究/275
四、新技術推動的組合生物合成快速發展/281
第三節 關鍵科學問題與發展方向/289
第四節 相關政策建議/291
本章參考文獻/292
第九章 新產物、新機制導向的基因組挖掘/299
**節 科學意義與戰略價值/299
第二節 現狀及其形成/301
一、基因數據的暴增為基因挖掘提供了數據基礎/302
二、基因挖掘算法與大數據庫的發展/303
三、菌種資源的豐富和共享使基因組挖掘更為便捷/307
第三節 關鍵科學問題與發展方向/308
一、基于負責核心骨架合成的基因挖掘/308
二、基于天然產物骨架修飾基因的基因組挖掘/317
三、功能基因導向的基因組挖掘/327
四、發展趨勢及展望/334
第四節 相關政策建議/335
本章參考文獻/337
第十章 異源生物合成/349
**節 科學意義與戰略價值/349
第二節 現狀及其形成/352
一、天然產物、工業化學品等的異源生物合成/353
二、異源生物合成的基因編輯技術/365
三、異源生物合成的底盤細胞/368
第三節 關鍵科學問題、關鍵技術問題與發展方向/374
一、加深對天然產物生物合成途徑和代謝調控網絡的認識/374
二、 突破人工合成途徑設計及構建，創建高效工業化學品異源合成微生物細胞工廠/374
三、 加強底盤細胞的適配優化和發展高效率、多位點、低成本的基因編輯技術/375
第四節 相關政策建議/376
本章參考文獻/376
第十一章 生物合成研究的技術、方法與策略/387
**節 科學意義與戰略價值/387
第二節 生物合成研究的相關技術方法/389
一、化學與物理學相關技術方法/389
二、生物學相關技術方法/393
三、計算機與信息技術/400
四、與生物合成相關的其他學科技術/405
第三節 生物合成研究的不同發展階段及其相應策略/406
一、生物合成研究的萌芽期（1800～1920 年）/406
二、生物合成實驗的科學確立期（1921～1970 年）/409
三、生物合成的初步發展期（1971～2000 年）/411
四、生物合成的快速發展期（2001～2020 年）/412
第四節 天然產物生物合成研究經典案例分析/414
一、嗎啡的生物合成研究/414
二、托品烷生物堿的生物合成研究/417
三、他汀類天然產物的生物合成研究/420
四、紅霉素的生物合成研究/423
第五節 生物合成發展瓶頸與未來展望/427
一、主要瓶頸/427
二、未來展望/427
三、本領域中存在的重要問題和政策建議/427
本章參考文獻/427
第十二章 生物降解與轉化/442
**節 科學意義與戰略價值/442
一、科學意義/442
二、戰略價值/442
第二節 現狀及其形成/443
一、概述/443
二、生物降解與轉化研究的發展脈絡/444
三、生物降解與轉化的研究主體及經典案例/447
第三節 關鍵科學問題、關鍵技術問題與發展方向/450
一、關鍵科學問題與技術問題/450
二、發展趨勢/451
第四節 相關政策建議/454
本章參考文獻/454
第十三章 DNA 信息存儲與計算/457
**節 科學意義與戰略價值/457
第二節 現狀及其形成/459
一、發展歷程及現狀/460
二、政策規劃布局/465
三、主要研究機構與重點企業/467
第三節 關鍵科學問題、關鍵技術問題與發展方向/469
一、降低信息寫入成本/469
二、提升數據讀取速度/469
三、提升存儲規模/470
四、加快與現有存儲系統融合/470
第四節 相關政策建議/472
一、 加大政府支持和資助力度，強化相關技術領域研發及戰略布局/472
二、促進多學科研究和公私協同合作，加速成果應用轉化/473
三、監管數據安全與生物安全風險/474
本章參考文獻/474
第十四章 糖的合成/477
**節 科學意義與戰略價值/477
第二節 現狀及其形成/479
一、糖的化學法合成/480
二、糖的酶法合成/504
三、糖的自動化合成/506
四、糖的合成應用/507
第三節 關鍵科學問題、關鍵技術問題與發展方向/516
一、關鍵科學問題與關鍵技術問題/516
二、發展方向/516
第四節 相關政策建議/520
本章參考文獻/521
第十五章 蛋白質的合成/545
**節 科學意義與戰略價值/545
第二節 現狀及其形成/547
一、主要合成方法/547
二、主要應用領域/558
第三節 關鍵科學問題、關鍵技術問題與發展方向/564
一、關鍵科學問題與關鍵技術問題/564
二、發展方向/565
第四節 相關政策建議/569
一、蛋白質合成前沿領域發展的資助策略/569
二、配套措施/570
本章參考文獻/571
第十六章 核酸的合成/583
**節 科學意義與戰略價值/583
第二節 現狀及其形成/584
一、核酸的合成方法/584
二、功能核酸/591
三、人工基因組的合成/602
第三節 關鍵科學問題、關鍵技術問題與發展方向/608
一、當前的瓶頸問題/608
二、未來發展方向/609
第四節 相關政策建議/611
本章參考文獻/612
關鍵詞索引/620
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中國合成科學2035發展戰略 節選
總論 **節 合成科學的核心內涵與意義 合成科學（synthetic science）以化學的基本原理為指導，通過設計并發展實用工具實現可控的化學鍵活化、斷裂和重組，并以適當的策略將相應的模式和工具進行整合，完成特定功能物質的合成。它是分子創制的核心和基礎，包括化學合成（chemical synthesis）和生物合成（biosynthesis）兩種重要方式，與生命、健康、農業、材料和能源等領域密切關聯。 化學合成已有近200年的發展歷史，展現了合成化學家卓越的智慧、強大的創造力和高度的主觀能動性，不僅可以制造自然界中業已存在的物質，而且能主動設計、創造自然界中不存在的、有價值的分子，包括醫藥、農藥、肥料、新材料及精細化工品等。化學合成徹底改變了人類社會的生產、生活方式，對科學發展、創新和人類進步起著重要的支撐和促進作用。 相較于化學合成，生物合成具有探究自然智慧和奧秘的使命。通過揭示天然存在的分子進化與演變基本規律，致力于回答“自然如何創造有功能的小分子”這一基本科學命題；通過建立基因和化學結構之間的邏輯關聯，以酶促反應為橋梁，人工設計“細胞工廠”實現功能分子創制，加速功能分子的進化與演變并拓展其用途。作為合成科學的重要組成部分，生物合成在生命、健康、農業、材料和能源等領域發揮著越來越重要的作用。 第二節 合成科學的發展歷程與趨勢 化學合成創造了輝煌的歷史，為人類的發展做出了重要貢獻。1828年，弗里德里希 維勒（Friedrich W.hler）人工合成了尿素，首次打開了合成化學的大門。該工作徹底推翻了當時作為主流的神學觀點，即生命體征的物質只能由生命體自身來創造，在科學史上具有里程碑式的意義。此后人們逐漸發現，通過化學合成不但可以在生命體外制備幾乎所有生命體內存在的物質，而且可以創造出很多種生命體沒有的物質。例如，1856年，威廉 亨利 珀金（SirWilliam Henry Perkin）合成了苯胺紫，該化合物可用作染料，極大地推動了紡織業的發展。在人類通過化學合成認識自然、改造自然的過程中，還有很多里程碑式的工作。例如，公認的合成大師羅伯特 伯恩斯 伍德沃德（Robert Burns Woodward）完成了維生素B12非常復雜的全合成工作；中國科學家完成了牛胰島素的人工合成；塞繆爾 丹尼謝夫斯基（Samuel J.Danishefsky）首次實現了生物大分子藥物促紅細胞生成素（erythropoietin，EPO）的人工合成。“合成創造價值，分子改變世界。”進入20世紀以來，化學合成在創造新物質的過程中，催生、帶動和促進了諸多相關學科的發展，為科學研究和新材料的來源等開拓了新的領域，給人們的生活方式帶來了巨大的變化。例如，1932年，格哈德 多馬克（Gerhard Johannes Paul Domagk）合成出抗生素，開啟了藥物合成的偉大歷程。此后，人工合成各類小分子藥物取得了巨大的成功，如1997年上市的他汀類小分子藥物立普妥，降低總膽固醇的療效與安全性相當卓越，2012年的年銷售額超過百億美元；2013年上市的明星藥物索菲布韋，12周即可治愈丙型肝炎，2014年的銷售額即超過100億美元。化學合成在新材料創制的多個階段至關重要，是核心的推動力與創新驅動力。1953年發現的齊格勒—納塔（Ziegler-Natta）催化劑，是有機高分子合成化學的歷史性突破，可用于大規模合成高立體規整性的聚烯烴，從此開創了定向聚合的新領域，促進了合成塑料、合成橡膠、合成纖維等材料的誕生。自1888年發現**個液晶分子以來，歷經百年的基礎研究和技術研發，液晶顯示器取代了笨重的陰極射線管顯示器，成功應用于電腦、電視和手機三大產品屏幕及由此衍生的各種產品，推動了信息社會三大支柱產業的發展，為人類的生產和生活做出了巨大的貢獻。此外，化學合成還為化肥、農藥的生產提供了原動力和技術保障。氨是化肥工業和有機化工的主要原料，主要用于制造氮肥和復合肥料，也可作為工業原料和氨化飼料，用于制造硝酸、各種含氮的無機鹽（如硝酸銨、磷酸銨和氯化氨）及有機中間體（如尿素）等。哈伯（Haber）和博施（Bosch）開創的催化合成氨技術，被認為是20世紀對人類*偉大的貢獻之一。合成氨工業是關系國民經濟的重要行業，是化肥工業的基礎。如果沒有合成氨、合成農藥的發明，維持當今世界70多億人口生存的糧食供應就將成為嚴重問題。 歷經將近200年的發展，化學合成有效推動了制藥及化學制造工業的發展，通過功能物質的創制改變了人類社會的生產、生活方式，對人類社會的文明起到極大的推動作用。然而，這些領域的發展也對化學合成在效率、生態、環保和功能等方面提出了更高的要求和挑戰，需要進一步解決。 作為聯系化學生物學和合成生物學的重要紐帶，生物合成本質上是一個發生在生物體系中的合成化學過程，即利用生物體內的各種酶促反應，完成化學結構的逐步構筑過程。生物合成通常以天然存在的功能分子為研究對象，主要包括生物合成途徑的建立和相關酶學機制的闡明兩方面的研究內容，其研究范式和發展方式與物理學、化學和生物學及相關技術的進步息息相關，屬于典型的交叉學科范疇。19世紀初，基于天然產物的純化與鑒定，依據化學結構推測生物合成的邏輯，人們提出了一些生源途徑的假說。1887年，奧托 瓦拉赫（Otto Wallach）在發現多種萜烯類化合物的基礎上對其結構進行了比較分析，推測萜類化合物是由異戊二烯首尾相連而成的聚合體，由此提出了經驗異戊二烯規則。Collie從地衣中分離出苔黑素和苷色酸，并在20世紀初推測該類化合物可能通過乙酰基首尾相連或烯酮聚合而成，這是聚酮理論的雛形。自20世紀50年代起，隨著物理與化學技術的快速發展，生物合成研究逐漸脫離了沒有實驗支撐的“猜想”，進入對假說進行實驗證據支持和驗證的階段。其中*重要的是同位素標記技術的應用，同時相關分離純化技術和光譜技術的開發應用也極大地促進了生物合成實驗科學的確立，重要成果包括：1953年，Birch完善了Collie的聚酮理論，提出該類化合物可能是基于乙酸的重復單元（—CH2—CO—）而形成的；同年，Ru.i.ka深入研究了萜烯類化合物的生物合成途徑，提出生源的異戊二烯規則，即推測萜類化合物是由甲羥戊酸（mevalonic acid，MVA）途徑形成的。20世紀70年代，生物化學的理論和技術開始得到有效運用，生物合成的研究深入到酶學水平。例如，Walker和Kniep等通過純化得到脫氫酶、轉氨酶、激酶、磷酸酶及糖基轉移酶等，成功地在體外構建了鏈霉素（streptomycin）的部分生化反應體系，證實了鏈霉素的部分生物合成途徑。20世紀80年代，隨著微生物學、遺傳學和細胞生物學等學科的進步，特別是分子生物學技術的廣泛應用，生物合成研究進入一個比較快速的發展時期，從基因水平介入生物合成途徑的解析逐漸成為一種主要的研究范式。1984年，Hopwood確定了放線紫紅素的生物合成基因簇，并將獲得相關基因的突變株分為7種類型，不同表型的突變株代表其生物合成過程中的不同階段，從而建立了一個初步的放線紫紅素（actinhordin）生物合成途徑。1985年，Hopwood與Omura等在了解相關生物合成基因簇的基礎上，首次利用基因工程的手段獲得了雜交的新化合物，開創了通過組合生物合成擴展化學結構多樣性的研究先河。2002年，Hopwood等完成了對模式菌株天藍色鏈霉菌（Streptomyces coelicolor）A3（2）基因組的測序工作，標志著生物合成研究進入“后基因組時代”，采用基因組挖掘技術發現新分子和新機制逐漸成為研究的熱點。隨著包括脫氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid，DNA）測序技術、DNA合成技術、DNA編輯技術與人工智能（arti.cial intelligence，AI）技術在內的現代生物學技術和生物信息學技術的快速發展，可以預見，未來生物合成的研究將會步入一個嶄新的時代，將更加趨于理性和智能化。 隨著對天然功能分子進化與演變規律認知的不斷深入，生物合成研究必然從單純的“學習自然”過程逐步邁向“超越自然”的目標。依靠酶學機制的闡明和生物合成途徑的建立這一共性研究基礎，近年來生物合成研究的內涵和外延都得到進一步的豐富和拓展，相關研究方向包括：基于基因組信息、從不同角度發掘生物體系制造潛力的新分子發現研究，有機結合體內組合生物合成和體外化學合成的新功能分子創制研究，以及結合化學合成和生物合成各自的優勢、發展功能分子高效精準制備的新方法與新策略研究等。需要指出的是，生物合成研究有力地促進了傳統的天然產物化學、藥物化學及合成化學等在研究方法和思路方面的變化，同時也為21世紀初興起的合成生物學在功能分子的創制研究方面提供了理論基礎。 在當前形勢下，化學和生物學的發展都在加速，特別是與生物學相關的科學和技術不斷深入與進步，展現出廣闊的發展前景，兩門學科之間出現由點到面的快速融合和相互促進的趨勢，帶來了前所未有的創新機遇。化學合成有效支撐了生物合成的深入研究；生物合成則在催化機制、反應原理、合成策略、分子功能等方面為化學合成的發展提供了智慧。兩者的交叉互融與相互促進具有重要的戰略價值，推動了合成科學的變革和發展。因此，合成科學呈現出新的特點，也面臨新的挑戰：①它使物質合成更加綠色、高效，有助于解決傳統合成中單純采用化學合成或生物合成難以解決的環境、效率和生態問題；②合成的手段更加豐富，有望解決合成中的重大戰略問題，如二氧化碳（CO2）的固定和高效利用、人工室溫固氮、生物質的高效轉化和利用等；③它有助于人們設計與合成更多、更好的新功能分子，滿足和促進醫藥、健康、農業、食品、材料、能源、電子等多個領域的發展和創新；④充分發揮化學合成和生物合成各自的優勢，取長補短，能夠有效突破發達國家在合成科學中已經確立的技術優勢和壁壘，助力我國在與物質科學相關領域的創新、發展和產業升級。 綜上所述，合成科學已經成為包容了化學合成、生物合成、合成生物學等不同方向的系統科學，在取得突出成就的同時也面臨著挑戰和巨大的機遇。特別是，當今通過合成科學研究的進步加速認識自然、服務人類，高效、綠色獲取功能物質和材料的需求前所未有。這要求化學和生物學及其他相關學科知識的高度融合，圍繞重大科學問題和重要應用方向獲取新知識，發展新方法和新技術，滿足高速發展的人類社會需要。相關研究方向也得到歐洲、美國、日本、澳大利亞等發達國家和地區的高度重視。 本書的主要目的是從合成化學促進的合成生物學和合成生物學促進的合成化學兩個方面入手，總結合成科學的研究特點、發展規律和趨勢，凝練關鍵科學問題、發展思路、發展目標和重要研究方向，為合成科學未來發展的有效資助機制及政策提供建議。本書旨在通過戰略研究，在化學合成與生物合成之間建立深度的科學鏈接，融合兩者各自的獨*優勢，突破傳統的學科研究范式，構建跨越化學合成與生物合成的合成科學新方向。其中，生物學促進的化學合成主要是指模擬生物催化（如酶催化的方式）進行化學合成的過程，在本書中將圍繞“仿生反應”、“仿生催化”、“仿生天然產物合成”、“對酶進行人工改造的定向進化”和“酶催化反應驅動的活性分子合成”五個方面展開；化學促進的生物合成本質上是一個化學物質的合成過程，即利用各種酶促反應，完成化學結構的逐步構筑的過程，其研究體現在基因、蛋白（酶）、反應、途徑和細胞等不同層次，在本書中將圍繞“生物合成化學（新酶學機制與途徑解析）”、“組合生物合成”、“新產物、新機制導向的基因組挖掘”、“異源生物合成”、“生物合成研究的技術、方法與策略”、“生物降解與轉化”和“DNA信息存儲與計算”七個方面展開。此外，對生物分子結構和功能關系的理解有助于各種生物功能大分子（如糖、蛋白質和核酸）的設計和發展，在本書中也將具體闡述。 第三節 我國合成科學的關鍵科學問題與發展方向 一、關鍵科學問題 近年來，我國在合成科學領域，尤其是化學合成與生物合成之間的交叉互融和相互促進方面取得了巨大的進步，各個主要方向都具備了一定的
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