今年是伟大的生物学家、化学家路易斯 · 巴斯德（Louis Pasteur）逝世100周年，联合国教科文组织和法国巴斯德研究所联合组织了六次学术讨论会以纪念这位上个世纪伟大的科学家对现代科学所作出的重大贡献。来自世界各地的科学家纷纷与会发表对现代科学的认识和报道近期的研究进展。按照巴斯德研究所所长马西姆 · 锡瓦兹（Maxime Schwartz）的话，这些会议的主题集中于“巴斯德主要科学发现领域中的当今发展和对生物科学的全面影响，以及它们对人类健康、农业、工业和环境事业中的应用”。这些会议分别在世界各地举行，以表示巴斯德作为科学传教士的历史地位。这些会议分别为：

· 二月份在里约热内卢举行的题为“从自然发生论到分子进化”的学术讨论会。

· 三月份在越南河内举行的题为“流行病学和人类健康”的学术讨论会。

· 四月份在塞内加尔的达喀尔举行的题为“传染疾病的病因学和发病机理”的学术讨论会。

· 五月份在法属波利尼西亚塔西提举行的题为“微生物、环境和生物技术”的学术讨论会。

· 九月份在美国纽约市举行的题为“立体专一性和分子识别”的学术讨论会。

· 九月份在法国巴黎举行的题为“种痘，巴斯德之后的100年”的学术讨论会。

本文将要介绍的是在洛克菲勒大学举行的会议，该大学的洛克菲勒医学研究所是按照由巴斯德本人于1987年创建的巴黎巴斯德研究所的模式建立的。这两个研究所一直保持着良好的研究合作关系。

巴斯德是少数几个在化学和生物学有着历史影响并对上述两个领域有着精辟理解的科学家。在他逝世100周年之际，世界上大多数的化学家和生物学家还分别工作在各自的实验室里，并举行各自的学术会议。而今年9月在纽约举行的纪念巴斯德科学遗产的学术讨论会上，众多的化学家和生物学家在巴斯德精神的感召下走到了一起，相互交流、庆贺他们研究领导的进展。

这次题为“立体专一性与分子识别”的会议在洛克菲勒大学的曼哈顿校区举行。该会议是这个系列的学术纪念活动唯一一次在北美地区举行的活动。斯坦福大学药学院生物化学系的名誉教授阿瑟 · 考恩贝格（Arthur Kornberg，诺贝尔医学奖获得者）在这为期三天的会议开幕式上作了主题发言，他雄辩地指出：“旧世纪的裂缝将化学和生物学分割成为相互独立的两个领域。这种分离可能是由于化学家和生物学家的感情和文化背景的不同而形成”。考恩贝格谈到：“化学家关注的焦点是分子，他们常常醉心于有许多手性中心的分子对合成带来极限的困难和挑战，并且争取以最短的路线和最好的产率获得这些分子，用相对少而且优美的技术获得精确的数据。对于化学家来说，蛋白质和核酸的化学往往超过了它们的生物学重要性”。另一方面，“生物学家关注的焦点则是细胞和组织器官中的复杂现象、他们喜欢这种神秘性和复杂性，应用广泛而较不精确的手段。但是当这些现象的神秘面纱被揭示为分子细节时，他们就又失去了兴趣”。总而言之，“在化学家眼里，生物体系的化学不是太平凡就是太复杂。而生物学家认为有机合成的错综复杂和物理化学的数学严密性是难以达到而且是不相干的。”'

考恩贝格教授在发言中回忆并高度评价了巴斯德的贡献，认为他在化学和生物学之间架起了一座桥梁。巴斯德出生于1822年，他最初是个化学家。尽管他的成绩中等且仅为一化学实验室的研究助理，但26岁那年，他发现酒石酸存在两个对映异构体。这一发现成为“化学的重要基石，同时对生物学的发展产生深刻影响”。在这一有前途的开端之后，巴斯德“完全转向研究生物学的基础问题，像微生物的自然发生、葡萄中糖发酵为酒的神秘过程等”，而且巴斯德还将很大的注意力去关心“社会问题”，如酒的“疾病”和人的疾病。“这些问题的解决使他建立了微生物学和免疫学的原则”。一个世纪之后的今天，“化学家和生物学家将完成巴斯德开创的从化学到生物学的研究循环，并将生物学的发现带回到化学本质的研究之中”。

与会的大多数报告都集中于如何将“生物学难题归结为一系列化学问题”，这是洛克菲勒大学结构生物学家约翰 · 库里安（John Kuriyan）教授的观点。他和另一名叫斯蒂芬 · 伯莱（Stephen K. Burley）的教授都是美国著名的霍华德 · 休斯医学研究所（HHMI）的研究员，也是这次会议的五人组织委员会的成员。这些化学问题主要围绕关键的生命分子DNA、RNA和蛋白质以及这些生物分子之间的相互作用。哈佛大学的生物化学和分子生物学教授、HHMI研究员斯蒂芬 · 哈里森（Stephen C. Harrison）在会议学术报告开始时回顾了在转录调节过程中蛋白质-DNA复合物的结构。这一报告被库里安教授评价为“开始是讨论生物学中一个非常复杂的现象，一个细胞如何通过改变蛋白质的生产或改变基因库的读取来应付它的环境，而最后哈里森将这一现象归结为发生在蛋白质和DNA的有机官能团之间的物理化学相互作用，如氢键。”

纵观这次会议，大家对化学和生物学的理解完全超出了巴斯德时代，但是又全部与巴斯德对分子手性的发现紧密相关。不同的分子具有不同的形状，而某个活细胞仅对某种形状的分子发生作用的认识在概念上得到了加强。用库里安的话来讲，“分子的形状是生命的动力因素。”

然而，自然界有时却用手性的小分子制造一些不能区分左旋和右旋分子的结构。一种称作消旋酶（rcecmases）的酶即是一例，它们具有一种与众不同的功能，它们虽然像别的蛋白质一样是手性分子，但它们对作用底物的手性并不在乎。按照布兰代斯（Brandeis）大学化学和生物化学教授格里高利 · 皮特库（Gregory A. Petsko）的解释，它们的生物功能就是将一个对映体转化为另一个。皮特库和他的合作者已经研究了两个这样的酶的三维结构，发现它们都能够用同样的手段来“忽略”底物的手性问题。这些消旋酶具有一个包含两个氨基酸残基的“官能团对称”的反应中心，这两个氨基酸残基呈一定的伸展方向，使能擭取底物手性中心上的一个质子，不管是S或R构型。对这些酶的研究告诉我们许多“在化学和生物工程中如何处理涉及手性底物分子相互作用的问题”。

手性的主题也是加州理工学院的化学教授雅库林 · 巴顿（Jacqueline K. Barton）报告的中心。她的研究工作集中在设计手性的过渡金属络合物来探索DNA和RNA链的专一位点。通过与哥伦比亚大学尼古拉 · 吐鲁（Nicholas J. Turro）教授合作，巴顿运用有发光特性的金属探针来探索DNA双螺旋如何展示分子电线的功能。这些实验包括测定沿着DNA双螺旋的不同位点结合的供体复合物和受体复合物之间的电子转移。巴顿和同事们发现DNA双螺旋能够有效地调控长距离（41 ?以上）的电子转移。但他们发现要使电子转移易于进行，金属络合物必须楔入到双螺旋之中，这种方式比其它的方式更有利。这样楔入方式的理由是能够在两者之间产生π轨道交叠作用，使络合物和形成DNA阶梯的芳杂环排列相一致。这种有序的“π路径”成为电子转移的通道。巴顿指出，金属络合物的手性直接影响电子转移的速率和效率，这是因为右旋的异构体能更好地进入DNA双螺旋从而有更好的结合，更有效的电子转移。自然界是否在利用DNA作为电线的性能？这个问题现在仍不能作答。但是这种性能可能引起的结果，自然界是必须考虑的。按照他们的发现，已有证据显示长距离电子转移反应在DNA损伤的过程中扮演了重要的角色。这一结果是今人感兴趣的，在很久前科学家们就推想到通过DNA螺旋的电子运动可能与癌症的发展有关。

在理解自然界设计核酸和蛋白质的原理方面，与会的许多学者也取得了进展。但是对于设计原理是否已经理解的检测则在于应用此原理构建一个前所未有的结构。麻省理工学院的生物学教授、HHMI研究员彼特 · 金（Peter Kim）和他的同事们近年来一直在研究被称为coiled coils的结构。这就是二个或更多的螺旋相互绞在一起的结构。这在肌肉、皮肤和头发的结构蛋白中是生物学基本模式，这些蛋白还存在于被称为“亮氨酸拉链”的调节蛋白中和流感病毒等的病毒表面。所有已知的这些coiled coils都具有左旋超螺旋扭向。曾在金的实验室做研究生、现在加州大学伯克莱分校做博士后的彼特 · 哈珀（Peter B. Harbury）则从事右旋结构的设计和制造。他已经完成了一套软件程序来正确和高效地预测能折叠为左旋的coiled coils的氨基酸序列。为了验证它，他用它预测了一个能形成右旋的coiled coils的序列，然后合成了这样的序列，从溶液构象中的确得到了证明，金教授认为下一步是将这种设计方法普及到其它蛋白质，“coiled coils是一个非常简单的蛋白质结构”。当更加普遍、更加精密的操作步骤成为可能，科学家们有望用这些手段来探索更复杂的蛋白-蛋白质和蛋白质-药物之间的相互作用。

人工蛋白质的研究加深了人们对自然界的设计原理的了解，而人工核酸的研究也是如此。设在苏黎士的瑞士联邦工学院的名誉有机化学教授阿尔伯特 · 埃森姆塞（Albert Eschenmoser）致力于研究以RNA和DNA为基础的生命进化过程，他和同事们合成一些不同类型的“可能的核酸替代物”并比较T它们和天然核酸的功能性质。用这种方法，他们希望能认识这些核酸类似物在生命进化过程中可能起的作用以及不能成为今天自然界的生物分子的基础的理由。在会上，埃森姆塞重点提到了吡喃型RNA（p-RNA），这是一种合成的RNA的异构体，在结构上，天然的RNA是五员环的呋喃核糖，而合成物则是六员环的吡喃核糖。这种合成RNA具有“独特的”性质，它“不仅是非常强的，也是目前为止选择性最高的寡核苷酸配对体系”。高选择性是指严格限制在沃森-克里克模式，而不能参与生物学上重要的基它碱基配对方式。这种形成的P—RNA骨架较之RNA和DNA骨架绕曲性较低，但能形成更稳定的双链配对结合物，对水解更稳定。这一工作使沃森-克里克进一步想到“p-RNA能否自我复制”，最近他的实验室的结果表明p-RNA不需酶的存在和“近天然条件下”是能够复制的，这和RNA是不同的。这带来另外一个还不能回答的问题：p-RNA是RNA的进化前身吗？

另一种不同的人工系统是加州Scripps研究所的化学和分子生物学副教授杰拉德 · 乔伊斯（Gerald F. Joyce）领导的小组创造的自然界不存在的DNA酶，它能在试管中用大量的DNA分子进行达尔文进化而制得催化性DNA。他告诉听众，这种DNA酶催化的RNA膦酸酯断裂速率是非催化反应的10万倍。乔伊斯认为DNA不像是在自然界曾扮演过重要的催化作用，但DNA酶可以作为标准反义寡核苷酸的替代品用于治疗用途。

埃森姆塞和乔伊斯的工作暗示地球上生命的可能的进化情况。与之相比，法国路易斯 · 巴斯德大学的莱恩教授（Jean-Marie Lehn，诺贝尔化学奖获得者）和麻省理工学院的尤里乌斯 · 雷拜克（Julius Rebke Jr.）教授则是有机化学家进行的另外一种风格的人工化学世界，与生物大分子类似性较少。莱恩和雷拜克的化学世界建立在分子识别和分子自组上。莱恩用金属离子作为“胶水”将寡聚联吡啶束组成各种不同类型的超分子体系。他精心安排2~3束有机分子围绕一串金属离子自发地形成螺旋体。这些金属离子控制了有机组分的构象，氮-金属相互作用将这些配合物拉一起。莱恩提到最近他们实现了双螺旋络合物的自组，形成了环状结构而不是线型结构。环状螺旋体的中心有一紧密结合的氯离子，它可能是形成过程中的模板。雷拜克的超分子体系是通过氢键将两个自我补充的分子结合在一起。他们设计了带有自我互补性边缘并有恰好弧度的有机分子，然后使之二聚形成“网球”似的球状结合物，其中可以包结原子或甲烷等小分子。雷拜克告诉听众，最近他们还合成了许多能形成各种各样形状的单体化合物，可以捕获苯等有机分子。莱因和雷拜克的报告被安排在会议的“化学的展示”部分。洛克菲勒大学的库里安教授告诉记者，“他们不是想解释和运用一些生物学原理，而是告诉我们有机化学家能够创造的分子，这是非常令人感兴趣的工作”。

合成有机化学传统上是一个“独立”的领域，它有自己的语言和自己的概念。但是，现在它“正步人生物学的主流中，准确的说，它正在作一次巨大的冲击，因为有机化学家有能力制造与生物学相关的化合物，由此告诉我们生物体系是如何运转的”。

加州大学伯克莱分校有机化学教授、HHMI研究员彼特 · 舒尔兹（Peter G. Schultz）是那些已对生物科学有明显冲击的有机化学家中的一位代表人物，他的研究主要集中在生物系统内的分子识别的机制、催化作用并且设计具有新型生物功能的分子。舒尔兹的报告一开始就紧密结合生物学领域探讨了他们的催化抗体酶研究成果。随着报告的进行，他更多地提及他现原观点和想法。他们的工作已在扩展“组合化学”（combinatorial chemistry）的领域。用这种思维，他们平行合成了大量的相关化合物。利用大量收集的分子库等来筛选可能有用的性质。他的实验室和别的实验室涉及的化合物库不仅有抗体酶和别的生物分子，而且包括高分子和有机小分子。舒尔兹的目标要将组合化学的研究范围扩展到整个元素周期表。这种想法使他们在固体材料方面也获得了进展，例如高温超导材料的研究，舒尔兹在报告中指出，高温超导材料这样有复杂组分和结构的材料的发现主要是用尝试错误法，而组合化学则是最系统最高效的一条发现途径。因此，他的实验室展开了一场旋风般的考察。舒尔兹坚信，在固态化学领域，“大量的化学”从未被开垦，正等着人们去开垦、发掘。

对着大多数为生物学家的听众们，舒尔兹向他们介绍了一条令他们陌生而惊讶的科学途径。但是他给大家带回的信息却极好地吻合大会的两种学科文化的主题，那就是化学有很多要向生物学学习，生物学也有很多要向化学学习。

[Chem，& Eng. News，1995年10月9日]

后 记

为了纪念伟大的法国科学家巴斯德逝世100周年，联合国教科文组织将1995年定为巴斯德年，并组织了六次学术讨论会。姚祝军博士将其中在美国举行的一次会议的情况译成上文。参加会议的有生物学家也有化学家，非常好地体现了两个学科领域相互结合、相互合作的良好气氛。正当有同志提出“化学正在被肢解”（见《科学导报》第十期）的论点时，这篇文章是很好的回答。在化学学科中出现很多二级学科、三级学科时（如同“肢解”一文所述的物理化学、生物化学、环境化学等）正说明化学学科的发展、兴旺，而不是被肢解。至于根据三本杂志统计，得出了关于化学学科的肢解、萎缩的结论，只能说是不严肃的结论。正如本文所示，学科之间的相互交叉、相互结合是很正常，又是很重要的。化学作为一门中心科学，这种结合，交叉也就更多、更赋予时代意义。

（戴立信）