11月8日。
金陵大学。
生命科学学院。
多媒体教室内。
上百名学生,齐聚一堂。
他们今天聚集在这里,主要是聆听李舟教授给他们上的生命科学课。
早在本学期开始。
李舟教授便给学生上生命科学课。
校方考虑到教一个班也是教,教一个系也是教,索性让李舟教所有生命科学学院的学生。
此时此刻。
学生们看向李舟的眼神里,带着一丝狂热。
这个学期,李舟教授身上,又多了几个光芒万丈的头衔。
比如,夏国首富!
比如,癌症特效药研发者!
比如,最年轻的诺贝尔生理学或医学奖得主!
比如,夏国历史上最年轻的院士、最年轻的双料院士。
在学生们心里。
李舟教授,不光是他们的老师,也是他们愿意追随一生的偶像!
讲台之上。
李舟带着扩音耳机,开口道:“各位同学,刚才给你们发了一本名为《合成生物学新思维》的书,它是我编撰而成,且刚刚出版的国家级教材。
今天这节课,我就给大家讲一讲,什么是合成生物学的新思维?
众所周知,合成生物学,是一门运用基因操作工具等调节和改造生命行为,或再创生命形式的工程学科它正在为诸多或迫在眉睫,或前景广阔的应用,带来新希望。
传统的生命科学,是基因科学、微生物学、生物化学。
而合成生物学,核心本质是工程学。
它能根据人们的需求,设计出相应的产品,有着非常明确的目的!
举个医学领域的例子。
在我研发出癌症特效药之前。
120万元一支的天价癌症药CAR-T,非常火。
这种治疗癌症的技术,是从患者的血液中取出T-细胞,一顿量身定做的改造后,让它们学会识别并攻击患者体内的癌细胞。
听着很美好,但它有使用范围限制和一旦发生了很麻烦的副作用“识别错了的话,会把自己人一顿猛殴!’
而合成生物学。
就有希望让CAR-T细胞小分队,自带逻辑线路。
让它判断治疗过程中出现的变化,精准攻击的同时不会误伤无辜。
生命科学界有种说法。
细胞治疗做了这么多年,感觉要做不下去了,但有了合成生物学,感觉希望又来了。
此外,合成生物学对付癌症,还有另一种思路。
就是改造细菌!
如果将细菌,制成更具针对性、更智能、更高效的抗肿瘤“武器’,是不是能真正治愈癌症呢?既然医学界可以出现万能人造血液。
那为什么不能有万能人造细菌呢?
真有这种细菌的话。
那它们就能“踢醒’人体自身的免疫细胞,让它们抵御癌症,且万能人造细菌,还能帮忙运送药物分子刚才我说的,其实就是合成生物学的新思维!”
话音落下。
课堂里的学生们,都眼前一亮。
现如今,合成生物学能应用于农业、医疗、材料、化学、能源、食品、制造业、机械等众多领域,是新一轮生命科技研究必争之地。
相比需要死记硬背的合成生物学课程。
显然,李舟院士说的新思维,明显更具有发散性!
唰唰唰!
学生们将让CAR-T细胞自带逻辑线路,和万能人造细菌,记录在本子上,准备后续花时间研究。讲台之上。
李舟话锋一转道:“我相信大家都看过科幻小说或电影。
里面时常有镜头,说人类已经飞往几亿光年之外的陌生星球,却依旧用土地来种植农作物,从而获取粮食。
从咱们种花家的思维来看,这个可以理解。
但是从合成生物学的角度来看,我觉得非常荒谬。
就拿自然界常见的玉米来举例。
一颗玉米,其实就是个小型工厂。
这个工厂呢,把自然界两种最常见的东西“二氧化碳’和“水’,合在一起,组成了碳水化合物中的一种一“淀粉’。
具体来说呢。
玉米把太阳光的能量,转化成淀粉的效率,是非常有限的。
它为了去获得太阳光,上面要有“天线’,也就是叶子。
它下面要有抽水机,也就是“根’,能够把地上的水拉上来。
它中间要有茎秆,把叶子给挺住。
这么多东西合起来。
它最后才能变成粮食粒子。
这样花费的时间,和使用的能量,是非常多的。
但它光能转换的效率,其实很低。
等到“粮食’收走以后。
这个小型工厂,就报废了。
大家都知道,这个世纪以来,有一门新的学科出现,那就是合成生物学!
它把工程化思维的理念,带到了生命科学领域。
工程是怎么做的呢?
它把每一个步骤,都做成一个模块。
只要把一个个模块立起来,再把线路拉起来,拉的对就开始干活!
简单来说。
利用合成生物学,我们可以把玉米这种“天然的复杂工厂’,省去一个个步骤。
用二氧化碳和水,直接变成淀粉!”
听课的过程中。
学生们都听得如痴如醉。
李舟院士的课堂,无论什么时候听,都这么简单易懂。
他们一边记笔记的同时。
心里也在想。
合成生物学,真的可以把二氧化碳和水,变成淀粉吗?
李舟继续说道:“科学选题,要真正瞄准问题,瞄准真问题,且结合国情,寻找新的发展模式。我们的传统模式,是种地。
通过种地,固定空气中的二氧化碳,形成生物质,合成淀粉。
而用合成生物学的新思维。
那我们完全可以不依赖土地种植,选择通过工厂和工业化的方式,来生成淀粉。
大家请看大屏幕……”
众人抬眼一看,只见上面出现一张玉米种植出淀粉的具体过程和步骤。
李舟的声音,随之响起。
“植物叶片上的叶绿体,吸收太阳光之后,把它变成生物体能用的能量形式。”
“这些能量形式,经过卡尔文循环,可以把二氧化碳固定下来,在植物的里面形成淀粉。”“这是个非常漫长的过程,大概需要超过60个步骤,时间是3到4个月。”
“而我今天,会用实验设备,用二氧化碳合成淀粉,全程只需要11步反应,耗时4个小时!”这话一出。
教室内一片哗然。
学生们个个都面带震撼之色。
不会吧?
李舟院士,要当场演示用二氧化碳合成淀粉?
仅仅四个小时。
这也太夸张了吧?
很快,他们回过神来。
难怪今天李舟院士来教室时,让学生们搬了许多实验仪器。
原来真的准备做这个实验啊!
全场学生注视下。
李舟开始了二氧化碳合成淀粉实验。
他操作瓶瓶罐罐,同时进行讲解。
“第一步,用电解水获得氢气。”
“第二步,让氢气和二氧化碳先经过一步化学反应,从而生成甲醇。”
“有了甲醇之后呢,将电能转换成甲醇中储存的化学能,然后使用生物酶催化剂将甲醇转换成二羟基丙酮………”
“然后,再经过八步的酶反应,就可以把它聚合成磷酸葡萄糖,最后转化为淀粉!”
“同学们,这11个步骤,你们应该能理解吧?”
“我给你们上了半学期课,看懂这些应该不是问题。”
“总体来说,这个实验很简单,也就是光一电能一化学能的能量转变方式,实现人工合成淀粉。”时间缓缓推移。
当4个小时的实验,圆满成功,且真的合成淀粉之后。
多媒体教室内,响起了山呼海啸般的欢呼声。
二氧化碳合成淀粉!
这简直是生命科学领域,里程碑的成就!
以玉米为例。
首先是周期变短。
从播种到淀粉成熟时间大概需要100-150天,人工合成淀粉可以缩短到4个小时完成。在降低土地占用的同时,也减少了人们依赖植物来合成淀粉的行为。
其次是能量转化效率提高。
玉米从生长到转换淀粉的过程中,需要进行超60步的反应,对于太阳能的利用效率也不超过2%。而人工合成淀粉从最开始的光能到最终转化成淀粉,只需要11步主反应,不仅将能量转化效率提高了3.5倍,还成功突破太阳能的局限,使得淀粉的生产效率超过玉米光合作用的8倍以上。
最后就是产量的提高。
从李舟院士的实验结果来看。
换算下来。
就是1立方米生物反应器年产淀粉量,相当于5亩土地玉米种植的淀粉产量。
据世界粮农组织统计。
全球有将近10亿人面临严重的饥饿威胁。
而夏国的谷物粮食中,70%-80%的成分都是淀粉。
相当于全球每年产出的30亿吨粮食中,有近20亿吨都是淀粉。
一旦二氧化碳合成淀粉这项技术,真正实现工业化。
那就可以为国家,节省超90%的土地和淡水资源,掀起一场农业变革。
李舟院士此举。
功在当代,利在千秋!
课堂最后。
李舟不好意思的笑了笑:“同学们,实验时间太长,耽误大家休息了,真是抱歉。
刚才给大家做的这个实验,就是合成生物学新思维的运用。
既然二氧化碳,能人工合成淀粉。
那一氧化碳,能合成什么呢?
生产中常见的东西,又能合成什么呢?
科技改变世界。
这点需要你们发散思维,去一一尝试。
而我做的,就是给你们传道授业解惑,引起你们对科学知识的向往,从而探寻生命科学的本质!”话音落下。
全体学生起立,掌声经久不息!
师者,传道、授业、解惑也。
这一点,李舟院士真真切切的做到了!