当化学的分子密码遇上生物学的生命蓝图，会碰撞出怎样的火花？化学生物学，这门融合了两大基础学科的新兴专业，正在改变着我们的未来。

  化学生物学是一门利用化学的原理、技术和工具，来研究和调控生物体系的交叉学科。它不仅可以创造新的反应技术和新分子工具，更可以为生命科学的研究提供全新的思路和理念。

  “假设我们把生命体看作是一个复杂的“黑匣子”，黑匣子里有很多复杂的生命活动进程，生物学家比较关注观测黑匣子最终的运行结果，比如细胞分裂、信号传导等，而化学生物学家则致力于制造精巧的“化学钥匙”，打开这个黑匣子，更多地去了解生物活动是如何进行的。”北京工业大学化学与生命科学学院教授苏冬冬介绍。 

  化学生物学的研究内容主要包括三个方面。一是创造化学工具，设计并合成一些自然界不存在的、具有特定功能的小分子化合物，作为研究生物体系的“螺丝刀”和“扳手”。

  二是干预和探索生命过程，利用这些化学工具，主动地干预（如激活、抑制、标记）细胞内的特定生物过程，从而揭示其功能和机制。

  三是在分子层面理解生命，从原子和化学键的层面，揭示生命现象背后的化学原理，比如蛋白质如何相互作用、基因表达如何被化学修饰所调控。

  苏冬冬教授表示，化学生物学不是“观察”生命，而是主动“设计和操控”生命过程。其研究成果能够直接转化为应用，尤其是在创新药物研发领域，许多化学小分子本身就是药物候选物，而像PROTAC（靶向蛋白降解技术）这样的颠覆性新药技术也直接源于化学生物学。

  在化学生物学领域，如果要发展新的“化学钥匙”，有一类特别强大和直观的工具就是荧光分子探针。苏冬冬教授一直致力于开展新型分子探针的设计及其应用研究。通过巧妙的化学设计，合成出能对特定生物分子产生响应的小分子探针，当这个探针遇到它的目标时，就会发出鲜艳的荧光。

  荧光分子探针可以让科学家“看见”看不见的过程，比如实时观测活细胞中钙离子的波动，这是神经信号传递的关键。还能“追踪”关键蛋白的行踪，比如给一个与癌症相关的蛋白酶贴上“荧光标签”，就可以在显微镜下直观地看到它在细胞里的活动轨迹，更能“诊断”疾病的早期信号。

  让苏冬冬印象最深的是学生阶段第一次参观荧光探针实验室时，老师拿出了一排红绿黄橙等不同颜色的荧光探针，“老师说可以把这些颜色标记在他想标记的生物分子上，我就感觉非常神奇，也很想用能看到的颜色去标记我们看不见的本质。”

  如今，苏冬冬教授和团队正尝试开发更高效的“化学工具”，能帮助生物学家更清晰地揭示疾病的分子机制。同时，也正在与合作者一起，探索将其开发成术中导航探针或早期诊断试剂的可能性，未来希望外科医生在手术中能通过荧光实时看到肿瘤的边界，或者通过尿液、血液检测就能实现无创的早期诊断。

  “化学生物学最吸引人的地方，是它带来了全新的视角。当我们设计一个探针，能够成功在活体动物内点亮微小的肿瘤，或者当我们看到不同颜色的探针能够同时进入到细胞，并实现观察它们如何相互作用的时候，那种感觉就像是为生命这部宏大的电影配备了最先进的摄像机和解说词，我们不再是被动的观察者，而是主动的探索者。”他说。

出品人

杨　谷

总监制

宋乐永 战　钊

总策划

宋雅娟 蔡　琳

记者/编导

蔡　琳

统　筹

张　蓉

特别鸣谢

北京工业大学

联合出品

中国科协科普部 光明网