毒理学家已经能有效地预测化学物质在类似黑头呆鱼这类生物体上的影响，但合成化学家却还做不到
通常情况下，化学家们设计新的洗涤剂、洗发水、涂料和润滑剂时，不需要立马考虑自己所选的分子是否会产生毒副作用。这项工作会留给毒理学家，让他们在进入流水线生产前进行检验分析。
然而，耶鲁大学朱莉·齐默曼（Julie zimmerman）领导的研究组提出，合成化学家可以而且应该更早地为他们设计的分子的安全性负责。
降低毒性几率
近日，刊登在《绿色化学》（Green Chemistry）上的一篇论文中，齐默曼小组提出，遵循两条主要的规则，就能大幅度降低因分子变异导致的对鱼类或其他水生生物毒性的几率。他们还打算用这种方法设计其他合成化学用品，以降低对其他种类的危害，如鸟类等。
这样的规则可能在毒理学家看来只是小菜一碟。但是对于合成化学家来说，对毒性的了解意味着在设计中增加减少有毒分子的责任。上述论文的作者之一、从耶鲁到美国环保署任职的保罗·阿纳斯塔斯（Paul Anastas）如是说。
十年的安全测试已经为专家就有关化学品如何产生毒副作用、电脑程序如何挑选相关分子提供了足够的数据。阿纳斯塔斯说：“我们不愿在产品完成之后再去检验其毒性，只有用对分子结构（性质），才能创造一个更安全的化学。”
避开危险地带
早期，美国环保署和日本环境部门就已经检验了上百种化学物质对三种水生生物（黑头呆鱼、小日本青鳉、水蚤）毒性的影响。而近日，齐默曼小组对其数据进行了分析。
在翻阅官方毒理报告的过程中，最毒的化学物质（相对于水）更易于融入脂肪，对此他们并不感到惊讶。因为对于分子来说穿过细胞膜相对容易，这也是化学物质为了产生生物效应必须先克服的一关。和预期的一样，他们还发现，毒性化学物质都善于从其他分子中划破电子，在细胞内部引起破坏。
研究小组结合各种种类的数据，确定了涉及到两种特性的变量数值：低毒和无毒的所谓“理想化学物”低于77%。当他们将这种拇指规则运用到绿藻身上时，29个化合物中，有23个是符合标准的。他们发现，保持这样一种安全范围，能设计创造出毒性降低2到5倍的低毒化合物。
毒理学是第一步
“我喜欢这个想法，但对于科学来说，这并不新颖。”约翰·霍普金斯大学彭博公共卫生学院的毒理专家托马斯·哈通（Thomas Hartung）说。正如他所说的，与化学结构有关的生物活性和毒性的计算模型，被称之为“定量结构活性”（QSARs）的这一相关性已经揭示了导致严重生物中毒的关键变量。哈通接着说：“这只是一个说明的例子罢了。在毒理学领域中，毒理预测一直在进行，我们也已经熟悉了这样的表述。”
然而，哈通赞成耶鲁小组的观点，这方面的信息应该为合成生物学家所吸纳并用在合成化学品上，制造出低毒化学品。另一位耶鲁小组的成员阿德丽娜·沃特奇库瓦（Adelina Voutchkova）说：“对于化学家而言，QSARs就像隐藏在事实背后的数学算法，它本身一点儿都没有提示怎样改变结构、免除毒性。我们需要QSARs，但也需要化学家有更好的机会去跨越QSARs创造分子。”
控制化学污染
阿纳斯塔斯：“绿色化学”项目发起人之一
设计出更安全的分子是阿纳斯塔斯长期以来工作的目标，他是著名的“绿色化学”项目的发起人之一，致力于阻断毒性化学品及其过程。他承认，目前对于毒性各方面（比如再生毒性）尚无充分全面的认识。
然而阿纳斯塔斯认为，只要进行更多的研究，就能完成这项任务。他说：“关键在于，降低复杂性就能较容易操控。这样距离分子设计，合成化学也就更近一步。”
耶鲁小组的方法和美国国家研究理事会(NRC)的想法不谋而合。2007年，NRC的报告中指出，在21世纪要普遍使用毒理学，控制化学污染，其中包括用电脑系统筛选分子。但问题是，哈通说：“工业化学界是否会接受这种方法，目前为止大多数化学公司（除了个别大型的、有前瞻性的公司外）还没有毒理学这个部门。”
资料来源 Nature
责任编辑 则 鸣