綠色農(nóng)藥成當(dāng)前國(guó)際農(nóng)藥研究的發(fā)展潮流

隨著社會(huì)的進(jìn)步，人們的環(huán)保意識(shí)逐日增強(qiáng)。一方面，是人們的普遍素質(zhì)的提高，使得人們開(kāi)始覺(jué)得環(huán)境的保護(hù)其實(shí)是在為自己做貢獻(xiàn)，為子孫后代做貢獻(xiàn)；另一方面，是因?yàn)榻鼛啄�，環(huán)境破壞后大自然已開(kāi)始向我們報(bào)復(fù)：美國(guó)新奧爾良遭遇颶風(fēng)卡特里娜，海平面上升，冰川融化，導(dǎo)致的生物能夠活動(dòng)的范圍日益減少，沿海城市危在旦夕。這樣的一種局面，使得大家被迫開(kāi)始關(guān)注環(huán)境，開(kāi)始保護(hù)環(huán)境。當(dāng)然，在環(huán)境破壞中，還有一種是土壤的污染，包括垃圾的隨意丟棄和化肥農(nóng)藥的施用，都對(duì)土壤造成一定的破壞。農(nóng)藥能夠保護(hù)植株免除蟲(chóng)害，但同時(shí)給壞境造成了一定的壓力。土壤性質(zhì)的好壞，業(yè)內(nèi)一般會(huì)使用測(cè)土儀，它能夠準(zhǔn)確快速地測(cè)出速效氮、速效磷、有效鉀、有機(jī)質(zhì)等含量，以此來(lái)評(píng)判土壤環(huán)境，進(jìn)而指導(dǎo)作物施肥。當(dāng)然，農(nóng)藥的另一危害更為嚴(yán)重，可直接影響到人類的身體健康，就像前段時(shí)間發(fā)生的毒豇豆事件，水果蔬菜等農(nóng)藥殘留如果達(dá)到一定的量，就會(huì)對(duì)人類的身體造成一定的影響，病變，久了就會(huì)致病。也正因此，開(kāi)發(fā)綠色農(nóng)藥迫在眉睫。國(guó)際農(nóng)藥研究已經(jīng)把目光放到開(kāi)發(fā)綠色農(nóng)藥上，我們可以期待，未來(lái)，我們就能到吃到更多無(wú)公害的蔬菜水果。

在國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目的連續(xù)資助下，華中師范大學(xué)教授楊光富及其合作者在農(nóng)藥分子設(shè)計(jì)方法學(xué)研究方面取得了重要進(jìn)展。日前，相關(guān)研究成果發(fā)表在《美國(guó)化學(xué)會(huì)志》(JACS)上。由此可見(jiàn)，農(nóng)藥研究已經(jīng)引起了廣大科學(xué)工作者的青睞。

綠色農(nóng)藥多由從生物體內(nèi)提取的有效物質(zhì)、活性物質(zhì)組成，或是生物源的合成農(nóng)藥。其具有毒性低、選擇性強(qiáng)和殘留少的優(yōu)點(diǎn)，但不少綠色農(nóng)藥也因殺蟲(chóng)譜窄、殺蟲(chóng)速率低，害蟲(chóng)有抗藥性等缺陷，導(dǎo)致推廣應(yīng)用效果并不佳。

近年來(lái)，為加強(qiáng)糧食安全和環(huán)境保護(hù)的需要，我國(guó)高度重視綠色農(nóng)藥的設(shè)計(jì)與合成，國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)曾立項(xiàng)資助過(guò)多個(gè)綠色農(nóng)藥方面的重點(diǎn)項(xiàng)目�？萍疾恳蚕群罅㈨�(xiàng)資助了兩個(gè)綠色農(nóng)藥方面的“973”計(jì)劃項(xiàng)目。楊光富曾先后參加過(guò)兩個(gè)綠色農(nóng)藥方面的國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目，都取得了不錯(cuò)的成果。

因?yàn)橛辛撕芎玫难芯炕�礎(chǔ)，他又得到了科技部第一個(gè)綠色農(nóng)藥方面的“973”計(jì)劃項(xiàng)目――“綠色化學(xué)農(nóng)藥先導(dǎo)結(jié)構(gòu)及作用靶標(biāo)的發(fā)現(xiàn)與研究”。該項(xiàng)目在結(jié)題驗(yàn)收時(shí)被評(píng)為優(yōu)秀，課題組的研究成果也被選為結(jié)題驗(yàn)收時(shí)的三項(xiàng)代表性成果之一。因?yàn)檠芯砍煽?jī)突出，楊光富又被選為綠色農(nóng)藥方面第二個(gè)“973”計(jì)劃項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人。

楊光富的研究工作主要集中在農(nóng)藥分子設(shè)計(jì)與合成方面，圍繞農(nóng)藥活性分子與靶標(biāo)間的選擇性相互作用，以活性構(gòu)象為核心，利用有機(jī)合成技術(shù)、分子模擬技術(shù)、分子生物學(xué)技術(shù)，針對(duì)綠色農(nóng)藥的高效性、高選擇性和反抗性，分別發(fā)展了三條農(nóng)藥分子設(shè)計(jì)策略，以此三條策略為指導(dǎo)，設(shè)計(jì)出了系列綠色農(nóng)藥先導(dǎo)結(jié)構(gòu)和化合物，并創(chuàng)制出一種新型綠色殺菌劑“苯噻菌酯”。

發(fā)展綠色化學(xué)農(nóng)藥是新農(nóng)藥創(chuàng)制研究的必然趨勢(shì)。農(nóng)藥分子要實(shí)現(xiàn)綠色化，除了低毒、低殘留以及環(huán)境相容性好等特征之外，還必須要求達(dá)到超高效，即用量低(畝用量通常在10克以下)。因此，提高農(nóng)藥分子(化學(xué)小分子)的生物活性強(qiáng)度是降低農(nóng)藥使用量、使農(nóng)藥實(shí)現(xiàn)綠色化的一個(gè)重要前提。而如何提高農(nóng)藥分子的生物活性強(qiáng)度則是農(nóng)藥分子設(shè)計(jì)學(xué)家所面臨的一個(gè)重要挑戰(zhàn)。

楊光富領(lǐng)導(dǎo)的研究組與清華大學(xué)教授吳嘉偉研究組、美國(guó)肯塔基大學(xué)教授湛昌國(guó)研究組合作，發(fā)展了一種通過(guò)優(yōu)化化學(xué)小分子與生物大分子活性腔中的構(gòu)象柔性殘基之間相互作用來(lái)提高農(nóng)藥分子生物活性強(qiáng)度的分子設(shè)計(jì)策略，針對(duì)細(xì)胞色素bc1復(fù)合物(生物大分子)成功設(shè)計(jì)得到了一種活性強(qiáng)度比母體化合物提高520多倍的抑制劑(化學(xué)小分子)。該化合物不僅具有高活性，而且還具有解離速率慢的特點(diǎn)，因此，可作為一種高活性探針?lè)肿佑糜谏钊胙芯考?xì)胞色素bc1復(fù)合物的生物學(xué)功能，同時(shí)也可以作為開(kāi)發(fā)農(nóng)藥和藥物的新先導(dǎo)化合物。

該項(xiàng)研究為從化學(xué)小分子與生物大分子選擇性相互作用的角度開(kāi)展農(nóng)藥先導(dǎo)結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供了新的思路，對(duì)藥物分子設(shè)計(jì)也具有較好的借鑒意義。此外，該項(xiàng)研究中化學(xué)小分子與靶標(biāo)的結(jié)合自由能理論計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果之間表現(xiàn)出高度線性相關(guān)，表明其分子模擬研究具有較高的精度。

《美國(guó)化學(xué)會(huì)志》審稿人認(rèn)為，這是一項(xiàng)非常有意義的研究工作，也是第一次通過(guò)基于結(jié)構(gòu)的合理化途徑設(shè)計(jì)獲得活性達(dá)到亞納摩爾級(jí)別的bc1復(fù)合物抑制劑。論文發(fā)表后受到國(guó)際同行的關(guān)注，細(xì)胞色素bc1復(fù)合物研究領(lǐng)域的著名結(jié)構(gòu)生物學(xué)家美國(guó)SUNY Upstate Medical University的Edward A. Berry教授以及美國(guó)NIH國(guó)家癌癥研究所的Xia Di教授均來(lái)信索要樣品，希望開(kāi)展合作研究。