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中國(guó)合成科學(xué)2035發(fā)展戰(zhàn)略 版權(quán)信息
- ISBN：9787030751225
- 條形碼：9787030751225 ; 978-7-03-075122-5
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊(cè)數(shù)：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
中國(guó)合成科學(xué)2035發(fā)展戰(zhàn)略 內(nèi)容簡(jiǎn)介
合成科學(xué)是目標(biāo)導(dǎo)向的創(chuàng)造物質(zhì)的科學(xué)，在當(dāng)前形勢(shì)下呈現(xiàn)出許多新的特點(diǎn)，也面臨許多新的挑戰(zhàn)。《中國(guó)合成科學(xué)2035發(fā)展戰(zhàn)略》主要從生物學(xué)促進(jìn)的化學(xué)合成和化學(xué)促進(jìn)的生物合成兩個(gè)方面入手，研究和分析合成科學(xué)的歷史、現(xiàn)狀、挑戰(zhàn)、機(jī)遇與趨勢(shì)；指出需要通過化學(xué)與生物學(xué)的深度交叉與融合，開拓跨學(xué)科前沿交叉的新空間以構(gòu)建合成科學(xué)的新方向。本書為我國(guó)合成科學(xué)的持續(xù)、協(xié)調(diào)、跨越發(fā)展提出了有針對(duì)性的政策建議。
中國(guó)合成科學(xué)2035發(fā)展戰(zhàn)略 目錄
目錄
總序/i
前言/vii
摘要/xi
Abstract/xvii
**章 總論/1
**節(jié) 合成科學(xué)的核心內(nèi)涵與意義/1
第二節(jié) 合成科學(xué)的發(fā)展歷程與趨勢(shì)/2
第三節(jié) 我國(guó)合成科學(xué)的關(guān)鍵科學(xué)問題與發(fā)展方向/6
一、關(guān)鍵科學(xué)問題/6
二、發(fā)展方向/7
第四節(jié) 合成科學(xué)領(lǐng)域發(fā)展的相關(guān)政策建議/8
第二章 仿生反應(yīng)/10
**節(jié) 科學(xué)意義與戰(zhàn)略價(jià)值/10
第二節(jié) 現(xiàn)狀及其形成/11
仿生離子型反應(yīng)/13
二、仿生自由基反應(yīng)/20
三、仿生協(xié)同反應(yīng)/26
四、仿生雜原子轉(zhuǎn)移反應(yīng)/32
五、仿生光化學(xué)反應(yīng)/37
第三節(jié) 關(guān)鍵科學(xué)問題、關(guān)鍵技術(shù)問題與發(fā)展方向/42
第四節(jié) 相關(guān)政策建議/43
本章參考文獻(xiàn)/44
第三章 仿生催化/54
**節(jié) 科學(xué)意義與戰(zhàn)略價(jià)值/54
第二節(jié) 現(xiàn)狀及其形成/55
一、催化中心的模擬/57
二、蛋白質(zhì)骨架的模擬/113
三、小結(jié)/117
第三節(jié) 關(guān)鍵科學(xué)問題與發(fā)展方向/118
一、關(guān)鍵科學(xué)問題/118
二、重要發(fā)展方向/119
第四節(jié) 相關(guān)政策建議/120
本章參考文獻(xiàn)/120
第四章 仿生天然產(chǎn)物合成/153
**節(jié) 科學(xué)意義與戰(zhàn)略價(jià)值/153
一、推動(dòng)具有藥用價(jià)值天然產(chǎn)物的高效合成/154
二、揭示生物活性天然產(chǎn)物的生物合成途徑/155
三、促進(jìn)天然產(chǎn)物的分子功能探索與利用/155
第二節(jié) 現(xiàn)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(xué)/157
三、仿生合成中的自由基化學(xué)/158
四、仿生合成中的成環(huán)策略/158
五、我國(guó)的仿生合成研究現(xiàn)狀/159
六、仿生策略發(fā)展的新階段/161
七、仿生合成面臨的挑戰(zhàn)/163
第三節(jié) 關(guān)鍵科學(xué)問題與發(fā)展方向/164
一、關(guān)鍵科學(xué)問題/164
二、優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域或重要研究方向/165
第四節(jié) 相關(guān)政策建議/165
本章參考文獻(xiàn)/167
第五章 對(duì)酶進(jìn)行人工改造的定向進(jìn)化/171
**節(jié) 科學(xué)意義與戰(zhàn)略價(jià)值/171
一、生物催化技術(shù)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展趨勢(shì)/171
二、非天然酶的設(shè)計(jì)與應(yīng)用的戰(zhàn)略意義/173
第二節(jié) 現(xiàn)狀及其形成/173
一、非天然酶的發(fā)展歷史回溯/174
二、非天然酶的研究現(xiàn)狀/175
三、非天然酶國(guó)內(nèi)外發(fā)展評(píng)估/177
第三節(jié) 非天然酶的關(guān)鍵科學(xué)問題、關(guān)鍵技術(shù)問題與發(fā)展方向/179
一、非天然酶的關(guān)鍵科學(xué)問題與關(guān)鍵技術(shù)問題/179
二、非天然酶的發(fā)展方向/181
第四節(jié) 非天然酶的發(fā)展政策建議/182
本章參考文獻(xiàn)/183
第六章 酶催化反應(yīng)驅(qū)動(dòng)的活性分子合成/188
**節(jié) 科學(xué)意義與戰(zhàn)略價(jià)值/188
第二節(jié) 現(xiàn)狀及其形成/189
一、活性天然產(chǎn)物的化學(xué)— 酶法合成/190
二、活性天然產(chǎn)物的異源— 化學(xué)合成/203
三、酶催化反應(yīng)驅(qū)動(dòng)的小分子藥物合成/206
第三節(jié) 關(guān)鍵科學(xué)問題、關(guān)鍵技術(shù)問題與發(fā)展方向/215
第四節(jié) 相關(guān)政策建議/217
本章參考文獻(xiàn)/217
第七章 生物合成化學(xué)—新酶學(xué)機(jī)制與途徑解析/222
**節(jié) 科學(xué)意義與戰(zhàn)略價(jià)值/222
第二節(jié) 現(xiàn)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(xué)/240
第三節(jié) 關(guān)鍵科學(xué)問題、關(guān)鍵技術(shù)問題與發(fā)展方向/250
一、關(guān)鍵科學(xué)問題/250
二、關(guān)鍵技術(shù)問題/251
三、發(fā)展方向/252
第四節(jié) 相關(guān)政策建議/252
本章參考文獻(xiàn)/253
第八章 組合生物合成/265
**節(jié) 科學(xué)意義與戰(zhàn)略價(jià)值/265
第二節(jié) 研究現(xiàn)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(shù)推動(dòng)的組合生物合成快速發(fā)展/281
第三節(jié) 關(guān)鍵科學(xué)問題與發(fā)展方向/289
第四節(jié) 相關(guān)政策建議/291
本章參考文獻(xiàn)/292
第九章 新產(chǎn)物、新機(jī)制導(dǎo)向的基因組挖掘/299
**節(jié) 科學(xué)意義與戰(zhàn)略價(jià)值/299
第二節(jié) 現(xiàn)狀及其形成/301
一、基因數(shù)據(jù)的暴增為基因挖掘提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)/302
二、基因挖掘算法與大數(shù)據(jù)庫(kù)的發(fā)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(jié) 關(guān)鍵科學(xué)問題與發(fā)展方向/308
一、基于負(fù)責(zé)核心骨架合成的基因挖掘/308
二、基于天然產(chǎn)物骨架修飾基因的基因組挖掘/317
三、功能基因?qū)虻幕蚪M挖掘/327
四、發(fā)展趨勢(shì)及展望/334
第四節(jié) 相關(guān)政策建議/335
本章參考文獻(xiàn)/337
第十章 異源生物合成/349
**節(jié) 科學(xué)意義與戰(zhàn)略價(jià)值/349
第二節(jié) 現(xiàn)狀及其形成/352
一、天然產(chǎn)物、工業(yè)化學(xué)品等的異源生物合成/353
二、異源生物合成的基因編輯技術(shù)/365
三、異源生物合成的底盤細(xì)胞/368
第三節(jié) 關(guān)鍵科學(xué)問題、關(guān)鍵技術(shù)問題與發(fā)展方向/374
一、加深對(duì)天然產(chǎn)物生物合成途徑和代謝調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的認(rèn)識(shí)/374
二、 突破人工合成途徑設(shè)計(jì)及構(gòu)建，創(chuàng)建高效工業(yè)化學(xué)品異源合成微生物細(xì)胞工廠/374
三、 加強(qiáng)底盤細(xì)胞的適配優(yōu)化和發(fā)展高效率、多位點(diǎn)、低成本的基因編輯技術(shù)/375
第四節(jié) 相關(guān)政策建議/376
本章參考文獻(xiàn)/376
第十一章 生物合成研究的技術(shù)、方法與策略/387
**節(jié) 科學(xué)意義與戰(zhàn)略價(jià)值/387
第二節(jié) 生物合成研究的相關(guān)技術(shù)方法/389
一、化學(xué)與物理學(xué)相關(guān)技術(shù)方法/389
二、生物學(xué)相關(guān)技術(shù)方法/393
三、計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)/400
四、與生物合成相關(guān)的其他學(xué)科技術(shù)/405
第三節(jié) 生物合成研究的不同發(fā)展階段及其相應(yīng)策略/406
一、生物合成研究的萌芽期（1800～1920 年）/406
二、生物合成實(shí)驗(yàn)的科學(xué)確立期（1921～1970 年）/409
三、生物合成的初步發(fā)展期（1971～2000 年）/411
四、生物合成的快速發(fā)展期（2001～2020 年）/412
第四節(jié) 天然產(chǎn)物生物合成研究經(jīng)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(chǎn)物的生物合成研究/420
四、紅霉素的生物合成研究/423
第五節(jié) 生物合成發(fā)展瓶頸與未來展望/427
一、主要瓶頸/427
二、未來展望/427
三、本領(lǐng)域中存在的重要問題和政策建議/427
本章參考文獻(xiàn)/427
第十二章 生物降解與轉(zhuǎn)化/442
**節(jié) 科學(xué)意義與戰(zhàn)略價(jià)值/442
一、科學(xué)意義/442
二、戰(zhàn)略價(jià)值/442
第二節(jié) 現(xiàn)狀及其形成/443
一、概述/443
二、生物降解與轉(zhuǎn)化研究的發(fā)展脈絡(luò)/444
三、生物降解與轉(zhuǎn)化的研究主體及經(jīng)典案例/447
第三節(jié) 關(guān)鍵科學(xué)問題、關(guān)鍵技術(shù)問題與發(fā)展方向/450
一、關(guān)鍵科學(xué)問題與技術(shù)問題/450
二、發(fā)展趨勢(shì)/451
第四節(jié) 相關(guān)政策建議/454
本章參考文獻(xiàn)/454
第十三章 DNA 信息存儲(chǔ)與計(jì)算/457
**節(jié) 科學(xué)意義與戰(zhàn)略價(jià)值/457
第二節(jié) 現(xiàn)狀及其形成/459
一、發(fā)展歷程及現(xiàn)狀/460
二、政策規(guī)劃布局/465
三、主要研究機(jī)構(gòu)與重點(diǎn)企業(yè)/467
第三節(jié) 關(guān)鍵科學(xué)問題、關(guān)鍵技術(shù)問題與發(fā)展方向/469
一、降低信息寫入成本/469
二、提升數(shù)據(jù)讀取速度/469
三、提升存儲(chǔ)規(guī)模/470
四、加快與現(xiàn)有存儲(chǔ)系統(tǒng)融合/470
第四節(jié) 相關(guān)政策建議/472
一、 加大政府支持和資助力度，強(qiáng)化相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域研發(fā)及戰(zhàn)略布局/472
二、促進(jìn)多學(xué)科研究和公私協(xié)同合作，加速成果應(yīng)用轉(zhuǎn)化/473
三、監(jiān)管數(shù)據(jù)安全與生物安全風(fēng)險(xiǎn)/474
本章參考文獻(xiàn)/474
第十四章 糖的合成/477
**節(jié) 科學(xué)意義與戰(zhàn)略價(jià)值/477
第二節(jié) 現(xiàn)狀及其形成/479
一、糖的化學(xué)法合成/480
二、糖的酶法合成/504
三、糖的自動(dòng)化合成/506
四、糖的合成應(yīng)用/507
第三節(jié) 關(guān)鍵科學(xué)問題、關(guān)鍵技術(shù)問題與發(fā)展方向/516
一、關(guān)鍵科學(xué)問題與關(guān)鍵技術(shù)問題/516
二、發(fā)展方向/516
第四節(jié) 相關(guān)政策建議/520
本章參考文獻(xiàn)/521
第十五章 蛋白質(zhì)的合成/545
**節(jié) 科學(xué)意義與戰(zhàn)略價(jià)值/545
第二節(jié) 現(xiàn)狀及其形成/547
一、主要合成方法/547
二、主要應(yīng)用領(lǐng)域/558
第三節(jié) 關(guān)鍵科學(xué)問題、關(guān)鍵技術(shù)問題與發(fā)展方向/564
一、關(guān)鍵科學(xué)問題與關(guān)鍵技術(shù)問題/564
二、發(fā)展方向/565
第四節(jié) 相關(guān)政策建議/569
一、蛋白質(zhì)合成前沿領(lǐng)域發(fā)展的資助策略/569
二、配套措施/570
本章參考文獻(xiàn)/571
第十六章 核酸的合成/583
**節(jié) 科學(xué)意義與戰(zhàn)略價(jià)值/583
第二節(jié) 現(xiàn)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(jié) 關(guān)鍵科學(xué)問題、關(guān)鍵技術(shù)問題與發(fā)展方向/608
一、當(dāng)前的瓶頸問題/608
二、未來發(fā)展方向/609
第四節(jié) 相關(guān)政策建議/611
本章參考文獻(xiàn)/612
關(guān)鍵詞索引/620
總序/i
前言/vii
摘要/xi
Abstract/xvii
**章 總論/1
**節(jié) 合成科學(xué)的核心內(nèi)涵與意義/1
第二節(jié) 合成科學(xué)的發(fā)展歷程與趨勢(shì)/2
第三節(jié) 我國(guó)合成科學(xué)的關(guān)鍵科學(xué)問題與發(fā)展方向/6
一、關(guān)鍵科學(xué)問題/6
二、發(fā)展方向/7
第四節(jié) 合成科學(xué)領(lǐng)域發(fā)展的相關(guān)政策建議/8
第二章 仿生反應(yīng)/10
**節(jié) 科學(xué)意義與戰(zhàn)略價(jià)值/10
第二節(jié) 現(xiàn)狀及其形成/11
仿生離子型反應(yīng)/13
二、仿生自由基反應(yīng)/20
三、仿生協(xié)同反應(yīng)/26
四、仿生雜原子轉(zhuǎn)移反應(yīng)/32
五、仿生光化學(xué)反應(yīng)/37
第三節(jié) 關(guān)鍵科學(xué)問題、關(guān)鍵技術(shù)問題與發(fā)展方向/42
第四節(jié) 相關(guān)政策建議/43
本章參考文獻(xiàn)/44
第三章 仿生催化/54
**節(jié) 科學(xué)意義與戰(zhàn)略價(jià)值/54
第二節(jié) 現(xiàn)狀及其形成/55
一、催化中心的模擬/57
二、蛋白質(zhì)骨架的模擬/113
三、小結(jié)/117
第三節(jié) 關(guān)鍵科學(xué)問題與發(fā)展方向/118
一、關(guān)鍵科學(xué)問題/118
二、重要發(fā)展方向/119
第四節(jié) 相關(guān)政策建議/120
本章參考文獻(xiàn)/120
第四章 仿生天然產(chǎn)物合成/153
**節(jié) 科學(xué)意義與戰(zhàn)略價(jià)值/153
一、推動(dòng)具有藥用價(jià)值天然產(chǎn)物的高效合成/154
二、揭示生物活性天然產(chǎn)物的生物合成途徑/155
三、促進(jìn)天然產(chǎn)物的分子功能探索與利用/155
第二節(jié) 現(xiàn)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(xué)/157
三、仿生合成中的自由基化學(xué)/158
四、仿生合成中的成環(huán)策略/158
五、我國(guó)的仿生合成研究現(xiàn)狀/159
六、仿生策略發(fā)展的新階段/161
七、仿生合成面臨的挑戰(zhàn)/163
第三節(jié) 關(guān)鍵科學(xué)問題與發(fā)展方向/164
一、關(guān)鍵科學(xué)問題/164
二、優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域或重要研究方向/165
第四節(jié) 相關(guān)政策建議/165
本章參考文獻(xiàn)/167
第五章 對(duì)酶進(jìn)行人工改造的定向進(jìn)化/171
**節(jié) 科學(xué)意義與戰(zhàn)略價(jià)值/171
一、生物催化技術(shù)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展趨勢(shì)/171
二、非天然酶的設(shè)計(jì)與應(yīng)用的戰(zhàn)略意義/173
第二節(jié) 現(xiàn)狀及其形成/173
一、非天然酶的發(fā)展歷史回溯/174
二、非天然酶的研究現(xiàn)狀/175
三、非天然酶國(guó)內(nèi)外發(fā)展評(píng)估/177
第三節(jié) 非天然酶的關(guān)鍵科學(xué)問題、關(guān)鍵技術(shù)問題與發(fā)展方向/179
一、非天然酶的關(guān)鍵科學(xué)問題與關(guān)鍵技術(shù)問題/179
二、非天然酶的發(fā)展方向/181
第四節(jié) 非天然酶的發(fā)展政策建議/182
本章參考文獻(xiàn)/183
第六章 酶催化反應(yīng)驅(qū)動(dòng)的活性分子合成/188
**節(jié) 科學(xué)意義與戰(zhàn)略價(jià)值/188
第二節(jié) 現(xiàn)狀及其形成/189
一、活性天然產(chǎn)物的化學(xué)— 酶法合成/190
二、活性天然產(chǎn)物的異源— 化學(xué)合成/203
三、酶催化反應(yīng)驅(qū)動(dòng)的小分子藥物合成/206
第三節(jié) 關(guān)鍵科學(xué)問題、關(guān)鍵技術(shù)問題與發(fā)展方向/215
第四節(jié) 相關(guān)政策建議/217
本章參考文獻(xiàn)/217
第七章 生物合成化學(xué)—新酶學(xué)機(jī)制與途徑解析/222
**節(jié) 科學(xué)意義與戰(zhàn)略價(jià)值/222
第二節(jié) 現(xiàn)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(xué)/240
第三節(jié) 關(guān)鍵科學(xué)問題、關(guān)鍵技術(shù)問題與發(fā)展方向/250
一、關(guān)鍵科學(xué)問題/250
二、關(guān)鍵技術(shù)問題/251
三、發(fā)展方向/252
第四節(jié) 相關(guān)政策建議/252
本章參考文獻(xiàn)/253
第八章 組合生物合成/265
**節(jié) 科學(xué)意義與戰(zhàn)略價(jià)值/265
第二節(jié) 研究現(xiàn)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(shù)推動(dòng)的組合生物合成快速發(fā)展/281
第三節(jié) 關(guān)鍵科學(xué)問題與發(fā)展方向/289
第四節(jié) 相關(guān)政策建議/291
本章參考文獻(xiàn)/292
第九章 新產(chǎn)物、新機(jī)制導(dǎo)向的基因組挖掘/299
**節(jié) 科學(xué)意義與戰(zhàn)略價(jià)值/299
第二節(jié) 現(xiàn)狀及其形成/301
一、基因數(shù)據(jù)的暴增為基因挖掘提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)/302
二、基因挖掘算法與大數(shù)據(jù)庫(kù)的發(fā)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(jié) 關(guān)鍵科學(xué)問題與發(fā)展方向/308
一、基于負(fù)責(zé)核心骨架合成的基因挖掘/308
二、基于天然產(chǎn)物骨架修飾基因的基因組挖掘/317
三、功能基因?qū)虻幕蚪M挖掘/327
四、發(fā)展趨勢(shì)及展望/334
第四節(jié) 相關(guān)政策建議/335
本章參考文獻(xiàn)/337
第十章 異源生物合成/349
**節(jié) 科學(xué)意義與戰(zhàn)略價(jià)值/349
第二節(jié) 現(xiàn)狀及其形成/352
一、天然產(chǎn)物、工業(yè)化學(xué)品等的異源生物合成/353
二、異源生物合成的基因編輯技術(shù)/365
三、異源生物合成的底盤細(xì)胞/368
第三節(jié) 關(guān)鍵科學(xué)問題、關(guān)鍵技術(shù)問題與發(fā)展方向/374
一、加深對(duì)天然產(chǎn)物生物合成途徑和代謝調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的認(rèn)識(shí)/374
二、 突破人工合成途徑設(shè)計(jì)及構(gòu)建，創(chuàng)建高效工業(yè)化學(xué)品異源合成微生物細(xì)胞工廠/374
三、 加強(qiáng)底盤細(xì)胞的適配優(yōu)化和發(fā)展高效率、多位點(diǎn)、低成本的基因編輯技術(shù)/375
第四節(jié) 相關(guān)政策建議/376
本章參考文獻(xiàn)/376
第十一章 生物合成研究的技術(shù)、方法與策略/387
**節(jié) 科學(xué)意義與戰(zhàn)略價(jià)值/387
第二節(jié) 生物合成研究的相關(guān)技術(shù)方法/389
一、化學(xué)與物理學(xué)相關(guān)技術(shù)方法/389
二、生物學(xué)相關(guān)技術(shù)方法/393
三、計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)/400
四、與生物合成相關(guān)的其他學(xué)科技術(shù)/405
第三節(jié) 生物合成研究的不同發(fā)展階段及其相應(yīng)策略/406
一、生物合成研究的萌芽期（1800～1920 年）/406
二、生物合成實(shí)驗(yàn)的科學(xué)確立期（1921～1970 年）/409
三、生物合成的初步發(fā)展期（1971～2000 年）/411
四、生物合成的快速發(fā)展期（2001～2020 年）/412
第四節(jié) 天然產(chǎn)物生物合成研究經(jīng)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(chǎn)物的生物合成研究/420
四、紅霉素的生物合成研究/423
第五節(jié) 生物合成發(fā)展瓶頸與未來展望/427
一、主要瓶頸/427
二、未來展望/427
三、本領(lǐng)域中存在的重要問題和政策建議/427
本章參考文獻(xiàn)/427
第十二章 生物降解與轉(zhuǎn)化/442
**節(jié) 科學(xué)意義與戰(zhàn)略價(jià)值/442
一、科學(xué)意義/442
二、戰(zhàn)略價(jià)值/442
第二節(jié) 現(xiàn)狀及其形成/443
一、概述/443
二、生物降解與轉(zhuǎn)化研究的發(fā)展脈絡(luò)/444
三、生物降解與轉(zhuǎn)化的研究主體及經(jīng)典案例/447
第三節(jié) 關(guān)鍵科學(xué)問題、關(guān)鍵技術(shù)問題與發(fā)展方向/450
一、關(guān)鍵科學(xué)問題與技術(shù)問題/450
二、發(fā)展趨勢(shì)/451
第四節(jié) 相關(guān)政策建議/454
本章參考文獻(xiàn)/454
第十三章 DNA 信息存儲(chǔ)與計(jì)算/457
**節(jié) 科學(xué)意義與戰(zhàn)略價(jià)值/457
第二節(jié) 現(xiàn)狀及其形成/459
一、發(fā)展歷程及現(xiàn)狀/460
二、政策規(guī)劃布局/465
三、主要研究機(jī)構(gòu)與重點(diǎn)企業(yè)/467
第三節(jié) 關(guān)鍵科學(xué)問題、關(guān)鍵技術(shù)問題與發(fā)展方向/469
一、降低信息寫入成本/469
二、提升數(shù)據(jù)讀取速度/469
三、提升存儲(chǔ)規(guī)模/470
四、加快與現(xiàn)有存儲(chǔ)系統(tǒng)融合/470
第四節(jié) 相關(guān)政策建議/472
一、 加大政府支持和資助力度，強(qiáng)化相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域研發(fā)及戰(zhàn)略布局/472
二、促進(jìn)多學(xué)科研究和公私協(xié)同合作，加速成果應(yīng)用轉(zhuǎn)化/473
三、監(jiān)管數(shù)據(jù)安全與生物安全風(fēng)險(xiǎn)/474
本章參考文獻(xiàn)/474
第十四章 糖的合成/477
**節(jié) 科學(xué)意義與戰(zhàn)略價(jià)值/477
第二節(jié) 現(xiàn)狀及其形成/479
一、糖的化學(xué)法合成/480
二、糖的酶法合成/504
三、糖的自動(dòng)化合成/506
四、糖的合成應(yīng)用/507
第三節(jié) 關(guān)鍵科學(xué)問題、關(guān)鍵技術(shù)問題與發(fā)展方向/516
一、關(guān)鍵科學(xué)問題與關(guān)鍵技術(shù)問題/516
二、發(fā)展方向/516
第四節(jié) 相關(guān)政策建議/520
本章參考文獻(xiàn)/521
第十五章 蛋白質(zhì)的合成/545
**節(jié) 科學(xué)意義與戰(zhàn)略價(jià)值/545
第二節(jié) 現(xiàn)狀及其形成/547
一、主要合成方法/547
二、主要應(yīng)用領(lǐng)域/558
第三節(jié) 關(guān)鍵科學(xué)問題、關(guān)鍵技術(shù)問題與發(fā)展方向/564
一、關(guān)鍵科學(xué)問題與關(guān)鍵技術(shù)問題/564
二、發(fā)展方向/565
第四節(jié) 相關(guān)政策建議/569
一、蛋白質(zhì)合成前沿領(lǐng)域發(fā)展的資助策略/569
二、配套措施/570
本章參考文獻(xiàn)/571
第十六章 核酸的合成/583
**節(jié) 科學(xué)意義與戰(zhàn)略價(jià)值/583
第二節(jié) 現(xiàn)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(jié) 關(guān)鍵科學(xué)問題、關(guān)鍵技術(shù)問題與發(fā)展方向/608
一、當(dāng)前的瓶頸問題/608
二、未來發(fā)展方向/609
第四節(jié) 相關(guān)政策建議/611
本章參考文獻(xiàn)/612
關(guān)鍵詞索引/620
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中國(guó)合成科學(xué)2035發(fā)展戰(zhàn)略 節(jié)選
總論 **節(jié) 合成科學(xué)的核心內(nèi)涵與意義 合成科學(xué)（synthetic science）以化學(xué)的基本原理為指導(dǎo)，通過設(shè)計(jì)并發(fā)展實(shí)用工具實(shí)現(xiàn)可控的化學(xué)鍵活化、斷裂和重組，并以適當(dāng)?shù)牟呗詫⑾鄳?yīng)的模式和工具進(jìn)行整合，完成特定功能物質(zhì)的合成。它是分子創(chuàng)制的核心和基礎(chǔ)，包括化學(xué)合成（chemical synthesis）和生物合成（biosynthesis）兩種重要方式，與生命、健康、農(nóng)業(yè)、材料和能源等領(lǐng)域密切關(guān)聯(lián)。 化學(xué)合成已有近200年的發(fā)展歷史，展現(xiàn)了合成化學(xué)家卓越的智慧、強(qiáng)大的創(chuàng)造力和高度的主觀能動(dòng)性，不僅可以制造自然界中業(yè)已存在的物質(zhì)，而且能主動(dòng)設(shè)計(jì)、創(chuàng)造自然界中不存在的、有價(jià)值的分子，包括醫(yī)藥、農(nóng)藥、肥料、新材料及精細(xì)化工品等。化學(xué)合成徹底改變了人類社會(huì)的生產(chǎn)、生活方式，對(duì)科學(xué)發(fā)展、創(chuàng)新和人類進(jìn)步起著重要的支撐和促進(jìn)作用。 相較于化學(xué)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(jìn)化與演變基本規(guī)律，致力于回答“自然如何創(chuàng)造有功能的小分子”這一基本科學(xué)命題；通過建立基因和化學(xué)結(jié)構(gòu)之間的邏輯關(guān)聯(lián)，以酶促反應(yīng)為橋梁，人工設(shè)計(jì)“細(xì)胞工廠”實(shí)現(xiàn)功能分子創(chuàng)制，加速功能分子的進(jìn)化與演變并拓展其用途。作為合成科學(xué)的重要組成部分，生物合成在生命、健康、農(nóng)業(yè)、材料和能源等領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用。 第二節(jié) 合成科學(xué)的發(fā)展歷程與趨勢(shì) 化學(xué)合成創(chuàng)造了輝煌的歷史，為人類的發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)。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(xué)的大門。該工作徹底推翻了當(dāng)時(shí)作為主流的神學(xué)觀點(diǎn)，即生命體征的物質(zhì)只能由生命體自身來創(chuàng)造，在科學(xué)史上具有里程碑式的意義。此后人們逐漸發(fā)現(xiàn)，通過化學(xué)合成不但可以在生命體外制備幾乎所有生命體內(nèi)存在的物質(zhì)，而且可以創(chuàng)造出很多種生命體沒有的物質(zhì)。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(dòng)了紡織業(yè)的發(fā)展。在人類通過化學(xué)合成認(rèn)識(shí)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(rèn)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(fù)雜的全合成工作；中國(guó)科學(xué)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(shí)現(xiàn)了生物大分子藥物促紅細(xì)胞生成素（erythropoietin，EPO）的人工合成。“合成創(chuàng)造價(jià)值，分子改變世界。”進(jìn)入20世紀(jì)以來，化學(xué)合成在創(chuàng)造新物質(zhì)的過程中，催生、帶動(dòng)和促進(jìn)了諸多相關(guān)學(xué)科的發(fā)展，為科學(xué)研究和新材料的來源等開拓了新的領(lǐng)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(dāng)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(xué)合成在新材料創(chuàng)制的多個(gè)階段至關(guān)重要，是核心的推動(dòng)力與創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)力。1953年發(fā)現(xiàn)的齊格勒—納塔（Ziegler-Natta）催化劑，是有機(jī)高分子合成化學(xué)的歷史性突破，可用于大規(guī)模合成高立體規(guī)整性的聚烯烴，從此開創(chuàng)了定向聚合的新領(lǐng)域，促進(jìn)了合成塑料、合成橡膠、合成纖維等材料的誕生。自1888年發(fā)現(xiàn)**個(gè)液晶分子以來，歷經(jīng)百年的基礎(chǔ)研究和技術(shù)研發(fā)，液晶顯示器取代了笨重的陰極射線管顯示器，成功應(yīng)用于電腦、電視和手機(jī)三大產(chǎn)品屏幕及由此衍生的各種產(chǎn)品，推動(dòng)了信息社會(huì)三大支柱產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，為人類的生產(chǎn)和生活做出了巨大的貢獻(xiàn)。此外，化學(xué)合成還為化肥、農(nóng)藥的生產(chǎn)提供了原動(dòng)力和技術(shù)保障。氨是化肥工業(yè)和有機(jī)化工的主要原料，主要用于制造氮肥和復(fù)合肥料，也可作為工業(yè)原料和氨化飼料，用于制造硝酸、各種含氮的無機(jī)鹽（如硝酸銨、磷酸銨和氯化氨）及有機(jī)中間體（如尿素）等。哈伯（Haber）和博施（Bosch）開創(chuàng)的催化合成氨技術(shù)，被認(rèn)為是20世紀(jì)對(duì)人類*偉大的貢獻(xiàn)之一。合成氨工業(yè)是關(guān)系國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要行業(yè)，是化肥工業(yè)的基礎(chǔ)。如果沒有合成氨、合成農(nóng)藥的發(fā)明，維持當(dāng)今世界70多億人口生存的糧食供應(yīng)就將成為嚴(yán)重問題。 歷經(jīng)將近200年的發(fā)展，化學(xué)合成有效推動(dòng)了制藥及化學(xué)制造工業(yè)的發(fā)展，通過功能物質(zhì)的創(chuàng)制改變了人類社會(huì)的生產(chǎn)、生活方式，對(duì)人類社會(huì)的文明起到極大的推動(dòng)作用。然而，這些領(lǐng)域的發(fā)展也對(duì)化學(xué)合成在效率、生態(tài)、環(huán)保和功能等方面提出了更高的要求和挑戰(zhàn)，需要進(jìn)一步解決。 作為聯(lián)系化學(xué)生物學(xué)和合成生物學(xué)的重要紐帶，生物合成本質(zhì)上是一個(gè)發(fā)生在生物體系中的合成化學(xué)過程，即利用生物體內(nèi)的各種酶促反應(yīng)，完成化學(xué)結(jié)構(gòu)的逐步構(gòu)筑過程。生物合成通常以天然存在的功能分子為研究對(duì)象，主要包括生物合成途徑的建立和相關(guān)酶學(xué)機(jī)制的闡明兩方面的研究?jī)?nèi)容，其研究范式和發(fā)展方式與物理學(xué)、化學(xué)和生物學(xué)及相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步息息相關(guān)，屬于典型的交叉學(xué)科范疇。19世紀(jì)初，基于天然產(chǎn)物的純化與鑒定，依據(jù)化學(xué)結(jié)構(gòu)推測(cè)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(fā)現(xiàn)多種萜烯類化合物的基礎(chǔ)上對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了比較分析，推測(cè)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(jīng)驗(yàn)異戊二烯規(guī)則。Collie從地衣中分離出苔黑素和苷色酸，并在20世紀(jì)初推測(cè)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(jì)50年代起，隨著物理與化學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，生物合成研究逐漸脫離了沒有實(shí)驗(yàn)支撐的“猜想”，進(jìn)入對(duì)假說進(jìn)行實(shí)驗(yàn)證據(jù)支持和驗(yàn)證的階段。其中*重要的是同位素標(biāo)記技術(shù)的應(yīng)用，同時(shí)相關(guān)分離純化技術(shù)和光譜技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用也極大地促進(jìn)了生物合成實(shí)驗(yàn)科學(xué)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(fù)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(guī)則，即推測(cè)萜類化合物是由甲羥戊酸（mevalonic acid，MVA）途徑形成的。20世紀(jì)70年代，生物化學(xué)的理論和技術(shù)開始得到有效運(yùn)用，生物合成的研究深入到酶學(xué)水平。例如，Walker和Kniep等通過純化得到脫氫酶、轉(zhuǎn)氨酶、激酶、磷酸酶及糖基轉(zhuǎn)移酶等，成功地在體外構(gòu)建了鏈霉素（streptomycin）的部分生化反應(yīng)體系，證實(shí)了鏈霉素的部分生物合成途徑。20世紀(jì)80年代，隨著微生物學(xué)、遺傳學(xué)和細(xì)胞生物學(xué)等學(xué)科的進(jìn)步，特別是分子生物學(xué)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，生物合成研究進(jìn)入一個(gè)比較快速的發(fā)展時(shí)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(guān)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(gè)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(guān)生物合成基因簇的基礎(chǔ)上，首次利用基因工程的手段獲得了雜交的新化合物，開創(chuàng)了通過組合生物合成擴(kuò)展化學(xué)結(jié)構(gòu)多樣性的研究先河。2002年，Hopwood等完成了對(duì)模式菌株天藍(lán)色鏈霉菌（Streptomyces coelicolor）A3（2）基因組的測(cè)序工作，標(biāo)志著生物合成研究進(jìn)入“后基因組時(shí)代”，采用基因組挖掘技術(shù)發(fā)現(xiàn)新分子和新機(jī)制逐漸成為研究的熱點(diǎn)。隨著包括脫氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid，DNA）測(cè)序技術(shù)、DNA合成技術(shù)、DNA編輯技術(shù)與人工智能（arti.cial intelligence，AI）技術(shù)在內(nèi)的現(xiàn)代生物學(xué)技術(shù)和生物信息學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，可以預(yù)見，未來生物合成的研究將會(huì)步入一個(gè)嶄新的時(shí)代，將更加趨于理性和智能化。 隨著對(duì)天然功能分子進(jìn)化與演變規(guī)律認(rèn)知的不斷深入，生物合成研究必然從單純的“學(xué)習(xí)自然”過程逐步邁向“超越自然”的目標(biāo)。依靠酶學(xué)機(jī)制的闡明和生物合成途徑的建立這一共性研究基礎(chǔ)，近年來生物合成研究的內(nèi)涵和外延都得到進(jìn)一步的豐富和拓展，相關(guān)研究方向包括：基于基因組信息、從不同角度發(fā)掘生物體系制造潛力的新分子發(fā)現(xiàn)研究，有機(jī)結(jié)合體內(nèi)組合生物合成和體外化學(xué)合成的新功能分子創(chuàng)制研究，以及結(jié)合化學(xué)合成和生物合成各自的優(yōu)勢(shì)、發(fā)展功能分子高效精準(zhǔn)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(jìn)了傳統(tǒng)的天然產(chǎn)物化學(xué)、藥物化學(xué)及合成化學(xué)等在研究方法和思路方面的變化，同時(shí)也為21世紀(jì)初興起的合成生物學(xué)在功能分子的創(chuàng)制研究方面提供了理論基礎(chǔ)。 在當(dāng)前形勢(shì)下，化學(xué)和生物學(xué)的發(fā)展都在加速，特別是與生物學(xué)相關(guān)的科學(xué)和技術(shù)不斷深入與進(jìn)步，展現(xiàn)出廣闊的發(fā)展前景，兩門學(xué)科之間出現(xiàn)由點(diǎn)到面的快速融合和相互促進(jìn)的趨勢(shì)，帶來了前所未有的創(chuàng)新機(jī)遇。化學(xué)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(jī)制、反應(yīng)原理、合成策略、分子功能等方面為化學(xué)合成的發(fā)展提供了智慧。兩者的交叉互融與相互促進(jìn)具有重要的戰(zhàn)略價(jià)值，推動(dòng)了合成科學(xué)的變革和發(fā)展。因此，合成科學(xué)呈現(xiàn)出新的特點(diǎn)，也面臨新的挑戰(zhàn)：①它使物質(zhì)合成更加綠色、高效，有助于解決傳統(tǒng)合成中單純采用化學(xué)合成或生物合成難以解決的環(huán)境、效率和生態(tài)問題；②合成的手段更加豐富，有望解決合成中的重大戰(zhàn)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(zhì)的高效轉(zhuǎn)化和利用等；③它有助于人們?cè)O(shè)計(jì)與合成更多、更好的新功能分子，滿足和促進(jìn)醫(yī)藥、健康、農(nóng)業(yè)、食品、材料、能源、電子等多個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展和創(chuàng)新；④充分發(fā)揮化學(xué)合成和生物合成各自的優(yōu)勢(shì)，取長(zhǎng)補(bǔ)短，能夠有效突破發(fā)達(dá)國(guó)家在合成科學(xué)中已經(jīng)確立的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和壁壘，助力我國(guó)在與物質(zhì)科學(xué)相關(guān)領(lǐng)域的創(chuàng)新、發(fā)展和產(chǎn)業(yè)升級(jí)。 綜上所述，合成科學(xué)已經(jīng)成為包容了化學(xué)合成、生物合成、合成生物學(xué)等不同方向的系統(tǒng)科學(xué)，在取得突出成就的同時(shí)也面臨著挑戰(zhàn)和巨大的機(jī)遇。特別是，當(dāng)今通過合成科學(xué)研究的進(jìn)步加速認(rèn)識(shí)自然、服務(wù)人類，高效、綠色獲取功能物質(zhì)和材料的需求前所未有。這要求化學(xué)和生物學(xué)及其他相關(guān)學(xué)科知識(shí)的高度融合，圍繞重大科學(xué)問題和重要應(yīng)用方向獲取新知識(shí)，發(fā)展新方法和新技術(shù)，滿足高速發(fā)展的人類社會(huì)需要。相關(guān)研究方向也得到歐洲、美國(guó)、日本、澳大利亞等發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)的高度重視。 本書的主要目的是從合成化學(xué)促進(jìn)的合成生物學(xué)和合成生物學(xué)促進(jìn)的合成化學(xué)兩個(gè)方面入手，總結(jié)合成科學(xué)的研究特點(diǎn)、發(fā)展規(guī)律和趨勢(shì)，凝練關(guān)鍵科學(xué)問題、發(fā)展思路、發(fā)展目標(biāo)和重要研究方向，為合成科學(xué)未來發(fā)展的有效資助機(jī)制及政策提供建議。本書旨在通過戰(zhàn)略研究，在化學(xué)合成與生物合成之間建立深度的科學(xué)鏈接，融合兩者各自的獨(dú)*優(yōu)勢(shì)，突破傳統(tǒng)的學(xué)科研究范式，構(gòu)建跨越化學(xué)合成與生物合成的合成科學(xué)新方向。其中，生物學(xué)促進(jìn)的化學(xué)合成主要是指模擬生物催化（如酶催化的方式）進(jìn)行化學(xué)合成的過程，在本書中將圍繞“仿生反應(yīng)”、“仿生催化”、“仿生天然產(chǎn)物合成”、“對(duì)酶進(jìn)行人工改造的定向進(jìn)化”和“酶催化反應(yīng)驅(qū)動(dòng)的活性分子合成”五個(gè)方面展開；化學(xué)促進(jìn)的生物合成本質(zhì)上是一個(gè)化學(xué)物質(zhì)的合成過程，即利用各種酶促反應(yīng)，完成化學(xué)結(jié)構(gòu)的逐步構(gòu)筑的過程，其研究體現(xiàn)在基因、蛋白（酶）、反應(yīng)、途徑和細(xì)胞等不同層次，在本書中將圍繞“生物合成化學(xué)（新酶學(xué)機(jī)制與途徑解析）”、“組合生物合成”、“新產(chǎn)物、新機(jī)制導(dǎo)向的基因組挖掘”、“異源生物合成”、“生物合成研究的技術(shù)、方法與策略”、“生物降解與轉(zhuǎn)化”和“DNA信息存儲(chǔ)與計(jì)算”七個(gè)方面展開。此外，對(duì)生物分子結(jié)構(gòu)和功能關(guān)系的理解有助于各種生物功能大分子（如糖、蛋白質(zhì)和核酸）的設(shè)計(jì)和發(fā)展，在本書中也將具體闡述。 第三節(jié) 我國(guó)合成科學(xué)的關(guān)鍵科學(xué)問題與發(fā)展方向 一、關(guān)鍵科學(xué)問題 近年來，我國(guó)在合成科學(xué)領(lǐng)域，尤其是化學(xué)合成與生物合成之間的交叉互融和相互促進(jìn)方面取得了巨大的進(jìn)步，各個(gè)主要方向都具備了一定的
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