11月8日。
金陵大學。
生命科學學院。
多媒體教室內。
上百名學生,齊聚一堂。
他們今天聚集在這里,主要是聆聽李舟教授給他們上的生命科學課。
早在本學期開始。
李舟教授便給學生上生命科學課。
校方考慮到教一個班也是教,教一個系也是教,索性讓李舟教所有生命科學學院的學生。
此時此刻。
學生們看向李舟的眼神里,帶著一絲狂熱。
這個學期,李舟教授身上,又多了幾個光芒萬丈的頭銜。
比如,夏國首富!
比如,癌癥特效藥研發者!
比如,最年輕的諾貝爾生理學或醫學獎得主!
比如,夏國歷史上最年輕的院士、最年輕的雙料院士。
在學生們心里。
李舟教授,不光是他們的老師,也是他們愿意追隨一生的偶像!
講臺之上。
李舟帶著擴音耳機,開口道:“各位同學,剛才給你們發了一本名為《合成生物學新思維》的書,它是我編撰而成,且剛剛出版的國家級教材。
今天這節課,我就給大家講一講,什么是合成生物學的新思維?
眾所周知,合成生物學,是一門運用基因操作工具等調節和改造生命行為,或再創生命形式的工程學科。
它正在為諸多或迫在眉睫,或前景廣闊的應用,帶來新希望。
傳統的生命科學,是基因科學、微生物學、生物化學。
而合成生物學,核心本質是工程學。
它能根據人們的需求,設計出相應的產品,有著非常明確的目的!
舉個醫學領域的例子。
在我研發出癌癥特效藥之前。
120萬元一支的天價癌癥藥CAR-T,非常火。
這種治療癌癥的技術,是從患者的血液中取出T-細胞,一頓量身定做的改造后,讓它們學會識別并攻擊患者體內的癌細胞。
聽著很美好,但它有使用范圍限制和一旦發生了很麻煩的副作用——‘識別錯了的話,會把自己人一頓猛毆!’
而合成生物學。
就有希望讓CAR-T細胞小分隊,自帶邏輯線路。
讓它判斷治療過程中出現的變化,精準攻擊的同時不會誤傷無辜。
生命科學界有種說法。
細胞治療做了這么多年,感覺要做不下去了,但有了合成生物學,感覺希望又來了。
此外,合成生物學對付癌癥,還有另一種思路。
就是改造細菌!
如果將細菌,制成更具針對性、更智能、更高效的抗腫瘤‘武器’,是不是能真正治愈癌癥呢?
既然醫學界可以出現萬能人造血液。
那為什么不能有萬能人造細菌呢?
真有這種細菌的話。
那它們就能‘踢醒’人體自身的免疫細胞,讓它們抵御癌癥,且萬能人造細菌,還能幫忙運送藥物分子。
剛才我說的,其實就是合成生物學的新思維!”
話音落下。
課堂里的學生們,都眼前一亮。
現如今,合成生物學能應用于農業、醫療、材料、化學、能源、食品、制造業、機械等眾多領域,是新一輪生命科技研究必爭之地。
相比需要死記硬背的合成生物學課程。
顯然,李舟院士說的新思維,明顯更具有發散性!
唰唰唰!
學生們將讓CAR-T細胞自帶邏輯線路,和萬能人造細菌,記錄在本子上,準備后續花時間研究。
……
講臺之上。
李舟話鋒一轉道:“我相信大家都看過科幻小說或電影。
里面時常有鏡頭,說人類已經飛往幾億光年之外的陌生星球,卻依舊用土地來種植農作物,從而獲取糧食。
從咱們種花家的思維來看,這個可以理解。
但是從合成生物學的角度來看,我覺得非常荒謬。
就拿自然界常見的玉米來舉例。
一顆玉米,其實就是個小型工廠。
這個工廠呢,把自然界兩種最常見的東西‘二氧化碳’和‘水’,合在一起,組成了碳水化合物中的一種——‘淀粉’。
具體來說呢。
玉米把太陽光的能量,轉化成淀粉的效率,是非常有限的。
它為了去獲得太陽光,上面要有‘天線’,也就是葉子。
它下面要有抽水機,也就是‘根’,能夠把地上的水拉上來。
它中間要有莖稈,把葉子給挺住。
這么多東西合起來。
它最后才能變成糧食粒子。
這樣花費的時間,和使用的能量,是非常多的。
但它光能轉換的效率,其實很低。
等到‘糧食’收走以后。
這個小型工廠,就報廢了。
大家都知道,這個世紀以來,有一門新的學科出現,那就是合成生物學!
它把工程化思維的理念,帶到了生命科學領域。
工程是怎么做的呢?
它把每一個步驟,都做成一個模塊。
只要把一個個模塊立起來,再把線路拉起來,拉的對就開始干活!
簡單來說。
利用合成生物學,我們可以把玉米這種‘天然的復雜工廠’,省去一個個步驟。
用二氧化碳和水,直接變成淀粉!”
聽課的過程中。
學生們都聽得如癡如醉。
李舟院士的課堂,無論什么時候聽,都這么簡單易懂。
他們一邊記筆記的同時。
心里也在想。
合成生物學,真的可以把二氧化碳和水,變成淀粉嗎?
……
李舟繼續說道:“科學選題,要真正瞄準問題,瞄準真問題,且結合國情,尋找新的發展模式。
我們的傳統模式,是種地。
通過種地,固定空氣中的二氧化碳,形成生物質,合成淀粉。
而用合成生物學的新思維。
那我們完全可以不依賴土地種植,選擇通過工廠和工業化的方式,來生成淀粉。
大家請看大屏幕……”
眾人抬眼一看,只見上面出現一張玉米種植出淀粉的具體過程和步驟。
李舟的聲音,隨之響起。
“植物葉片上的葉綠體,吸收太陽光之后,把它變成生物體能用的能量形式。”
“這些能量形式,經過卡爾文循環,可以把二氧化碳固定下來,在植物的里面形成淀粉。”
“這是個非常漫長的過程,大概需要超過60個步驟,時間是3到4個月。”
“而我今天,會用實驗設備,用二氧化碳合成淀粉,全程只需要11步反應,耗時4個小時!”
這話一出。
教室內一片嘩然。
學生們個個都面帶震撼之色。
不會吧?
李舟院士,要當場演示用二氧化碳合成淀粉?
僅僅四個小時。
這也太夸張了吧?
很快,他們回過神來。
難怪今天李舟院士來教室時,讓學生們搬了許多實驗儀器。
原來真的準備做這個實驗啊!
……
全場學生注視下。
李舟開始了二氧化碳合成淀粉實驗。
他操作瓶瓶罐罐,同時進行講解。
“第一步,用電解水獲得氫氣。”
“第二步,讓氫氣和二氧化碳先經過一步化學反應,從而生成甲醇。”
“有了甲醇之后呢,將電能轉換成甲醇中儲存的化學能,然后使用生物酶催化劑將甲醇轉換成二羥基丙酮……”
“然后,再經過八步的酶反應,就可以把它聚合成磷酸葡萄糖,最后轉化為淀粉!”
“同學們,這11個步驟,你們應該能理解吧?”
“我給你們上了半學期課,看懂這些應該不是問題。”
“總體來說,這個實驗很簡單,也就是光——電能——化學能的能量轉變方式,實現人工合成淀粉。”
“……”
時間緩緩推移。
當4個小時的實驗,圓滿成功,且真的合成淀粉之后。
多媒體教室內,響起了山呼海嘯般的歡呼聲。
二氧化碳合成淀粉!
這簡直是生命科學領域,里程碑的成就!
以玉米為例。
首先是周期變短。
從播種到淀粉成熟時間大概需要100-150天,人工合成淀粉可以縮短到4個小時完成。
在降低土地占用的同時,也減少了人們依賴植物來合成淀粉的行為。
其次是能量轉化效率提高。
玉米從生長到轉換淀粉的過程中,需要進行超60步的反應,對于太陽能的利用效率也不超過2%。
而人工合成淀粉從最開始的光能到最終轉化成淀粉,只需要11步主反應,不僅將能量轉化效率提高了3.5倍,還成功突破太陽能的局限,使得淀粉的生產效率超過玉米光合作用的8倍以上。
最后就是產量的提高。
從李舟院士的實驗結果來看。
換算下來。
就是1立方米生物反應器年產淀粉量,相當于5畝土地玉米種植的淀粉產量。
據世界糧農組織統計。
全球有將近10億人面臨嚴重的饑餓威脅。
而夏國的谷物糧食中,70%-80%的成分都是淀粉。
相當于全球每年產出的30億噸糧食中,有近20億噸都是淀粉。
一旦二氧化碳合成淀粉這項技術,真正實現工業化。
那就可以為國家,節省超90%的土地和淡水資源,掀起一場農業變革。
李舟院士此舉。
功在當代,利在千秋!
課堂最后。
李舟不好意思的笑了笑:“同學們,實驗時間太長,耽誤大家休息了,真是抱歉。
剛才給大家做的這個實驗,就是合成生物學新思維的運用。
既然二氧化碳,能人工合成淀粉。
那一氧化碳,能合成什么呢?
生產中常見的東西,又能合成什么呢?
科技改變世界。
這點需要你們發散思維,去一一嘗試。
而我做的,就是給你們傳道授業解惑,引起你們對科學知識的向往,從而探尋生命科學的本質!”
話音落下。
全體學生起立,掌聲經久不息!
師者,傳道、授業、解惑也。
這一點,李舟院士真真切切的做到了!