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文 | 觀察未來科技

過去，人們一直在想象著怎樣改善社會和環(huán)境，現(xiàn)在，在合成生物學的支持下，人們正在實現(xiàn)這些夢想。合成生物學是一項關于創(chuàng)造自然的神奇技術——人們需要先把拼接大自然的 " 原始積木 " 拆開，然后以更適合人們需要的方式重新搭建起來。制造生物燃料、幫助改善干細胞生物學，這些都是合成生物學。

如今，人們已經(jīng)可以用酸奶肅清霍亂，可以生產(chǎn)酵母來給汽車提供動力，還可以改變微生物基因來清理環(huán)境。在未來，人們甚至還能用現(xiàn)有的生物實現(xiàn)電子工程干的事情——生物計算機將與普通計算機一樣實現(xiàn)邏輯門運算，這無疑為生物學開辟了新的道路。

從基因模塊到合成生物

合成生物學是一個新興領域，它主要是運用工程技術來設計和構建新的生物部件、設備和系統(tǒng)，以實現(xiàn)自然界中不存在的新穎功能或生命形式。合成生物學依賴基因工程、生物工程、系統(tǒng)生物學和許多其他工程學科，并且需要使用這些學科所提供的工具。

實際上，人們很早就已經(jīng)在嘗試改造 " 生物 " 以創(chuàng)新自然。早在 12000 年前農(nóng)業(yè)開始出現(xiàn)的時候，人們就一直用馴化馴養(yǎng)，進而用育種和人工選擇的方法改良動植物。人類誘捕酵母和細菌來制作啤酒、葡萄酒和奶酪；馴服動物，使動物能夠成為人類最好的朋友；人們還巧妙地把草原變成食物來源。

人們改造 " 生物 " 的進一步發(fā)展，就誕生了合成生物學這門技術。合成生物學的誕生，還離不開一個重要的背景，就是人類對于基因的認識。

我們可以將基因看作是大自然的原始碼。幾十年前，人類逐漸學會了能又快又精準地萃取基因、描述其特性，并開始思索如何將基因植回生物體內——有時植人相同物種，有時植入完全不同的物種。研究人員可能會保持基因完好，以觀察其表現(xiàn)；或是予以修改，甚至蓄意破壞，來觀察這些部分受損的基因會發(fā)生什么事，并基于此來測試不同基因的作用。這就是所謂的基因工程。

基因工程技術之所以能成真，在于所有生物的基本組成單位都是一樣的。地球上所有生物都由四個 " 字母 " 排列組合而成，這些字母組成有意義的 DNA，編寫出基因，再轉譯成 22 種胺基酸；這些胺基酸互相鏈結，形成了蛋白質——蛋白質則是構成生命體的主要成分。

在基因工程的背景下，一個 " 即插即用 " 的方法正在被開發(fā)出來，以便于分子水平上的操作，那就是合成生物技術。通過合成生物學，人類得以建立了一套系統(tǒng)，截取這些經(jīng)過千萬年演化的基因并進行重新組合。

合成生物學有多種類型。一些研究者不僅為特定目的而重新編寫基因碼，更以這些 " 字母 " 重新編寫出自然界沒有的 DNA" 語言 "。另一些科學家則著眼于將 DNA 作信息儲存之用，畢竟，DNA 對生物的作用本質上來說就是保存信息。就這一點來說，基因即是信息，DNA 則是極其穩(wěn)定的數(shù)據(jù)格式。

未來，久經(jīng)測試的基因模塊可以由專業(yè)人士甚至非專業(yè)人員組合在一起，生產(chǎn)不同的生物工程產(chǎn)品。人們可以從一個干細胞中培育出新的有機體，可以在幾個星期內破解任何現(xiàn)存有機體的基因組序列，包括表觀遺傳指令編碼。在合成生物技術下，人們有潛力重新創(chuàng)造這個星球上的任何生物體。

對于瀕臨滅絕的動物群，人們也有了更好、更有力的保護措施。2008 年，人類完成了長毛猛犸象的基因測序，據(jù)說日本研究者用現(xiàn)存的有親緣關系的大象作為代孕母親來克隆它們。利用合成生物學復活滅絕物種極有可能成功，因為任何丟失的基因信息都可以用 " 即插即用 " 的基因模塊替代。

一條并不普通的領帶

出乎人們意料的是，合成生物學的里程碑是一條并不普通的領帶。

蜘蛛絲領帶是外螺紋（Bolt Threads）生物科技公司的第一項商品，也是生物技術發(fā)展的一個里程碑，雖然未能實現(xiàn)商業(yè)化，但也卻給人們帶來了足夠多的震撼。畢竟，這條領帶是以蜘蛛絲織成，這也解釋了它的定價為什么如此昂貴。

要知道，蜘蛛絲是一種出色的材料，不同品種的蜘蛛在不同的情況下可以分泌出結構各異的絲蛋白，用來結網(wǎng)、包裹獵物或保護卵囊。每一種蜘蛛絲靭性和延展性都不是人類能夠簡單復制的。就承重性來說，蜘蛛的絲線比鋼鐵更強韌。

位于蜘蛛腹部的紡絲器像一個構造復雜的內嵌式水龍頭，會依照所需蛛網(wǎng)類型重新排列絲蛋白分子，而噴出的蛛絲會從液態(tài)變成固態(tài)。雖然人類非常想要采集蜘蛛絲，但蜘蛛?yún)s是出了名的難養(yǎng)。多數(shù)蜘蛛都沒有群居的習慣，并且還會同類相食，種種習性都不利于產(chǎn)業(yè)化養(yǎng)殖，因此，想收集足量的蛛絲纖維來制造產(chǎn)品可以說是極其困難。然而，外螺紋生物科技公司卻利用酵母合成了與蜘蛛絲幾乎無差的 " 蜘蛛絲 "。其背后，正是合成生物技術。

實際上，一直以來，人類都在設計如何讓動植物產(chǎn)出原料，供己所用。然而養(yǎng)殖技術終須受限于有性生殖漫長又繁瑣的過程。并且這樣的繁殖只能存在于同類物種之間。現(xiàn)在，有了合成生物科技，就可以打破這些限制，把位于演化樹不同分支上，甚至相隔億萬年的物種兩相結合，比如蜘蛛與酵母。合成生物學的工作就是提取出生物的原始碼，將其重新設計成效率更高的生物工廠。

合成生物學不僅能成功跨界到服裝業(yè)，在服裝業(yè)之外，醫(yī)學、農(nóng)業(yè)、藥品、能源，以至探索宇宙的方式都正在等待合成生物技術的開發(fā)。

對于醫(yī)學而言，合成生物技術也是一種全新的推動力。快速可靠地合成多部件系統(tǒng)，使之走出實驗室并成為一種可用于交易的標準化產(chǎn)品，這是現(xiàn)代技術能力的標志。這種科學背后的愿景是，這些生物部件可以連接在一起，創(chuàng)造出細胞、組織或生物系統(tǒng)，以可預期的方式可靠地執(zhí)行特定的任務。合成生物學家最終希望能夠對細胞、細胞系統(tǒng)或組織進行編程，以執(zhí)行特定的任務和功能。

而如果我們可以設計和生產(chǎn)人工細胞，那就意味著新的醫(yī)學時代已經(jīng)不遠了。人工細胞、器官和骨骼以及合成的 DNA 將被用于再生人類，從而擊敗衰老，催生長壽市場，這對人類具有巨大價值。

在醫(yī)學的新未來中，一個完整的醫(yī)療供應鏈被創(chuàng)建出來，致力于長壽、再生、人類健康和人類物種的醫(yī)療增強。正如我預測的那樣，這將導致一個新文明的出現(xiàn)，不僅會消除大多數(shù)疾病，而且會從醫(yī)療上完全改變人類的進化，使人類能夠活得更久、更健康、更聰明。

迷人的危險

當然，合成生物學的未來并不限于地球。比如，美國太空總署（NASA）就投入了大量人力物力發(fā)展合成生物技術。

畢竟，當航天員抵達其他星球，就會需要氧氣、食物和安全的住所。通過合成生物技術，航天員就可以運用標準化的生物元件制造細胞，來生成氧氣，甚至磚塊。這些細胞會分泌帶黏性的分子植入模仿火星風化層的沙土后，將凝固成磚塊。這項技術需要一整個試管的細胞、一點水和火星上的沙子，而其中只有一種原料需要從地球帶過去。

當然，長期下來，真正能落實的合成生物還是太少。畢竟，理想中的合成生物成為現(xiàn)實，表現(xiàn)未必合乎預期。就像研發(fā)中的電子產(chǎn)品，按設計原本該出現(xiàn)清晰的數(shù)據(jù)輸出，卻常被系統(tǒng)噪聲擾亂。生物傳感器也好，藥物或者是燃料也好，當前，依然有許多輸出都受到阻撓。人們依然需要更沉著、務實的計劃來發(fā)展合成生物技術。

另一個需要擔憂的問題是，盡管合成生物學目前監(jiān)管嚴格，用的是類似于監(jiān)管轉基因生物的策略，但是當合成生物產(chǎn)品涌入自然界，人們又該如何控制？在分子的層面人們能控制得很好，并不代表從個體和生態(tài)層面也能做到萬無一失。

比如，人類確實可以將基因或者基因組的順序打亂，來創(chuàng)造大自然還沒來得及創(chuàng)造的東西，但是生物學單元不會孤立地存在。基因、蛋白質復合物以及細胞模塊組成的單元復合體，它們總是在個體內部不斷進化，以應對多變的環(huán)境。

模塊可以循環(huán)交換，從而使系統(tǒng)具有可塑性。當然，這種可塑性必須遵守一定的規(guī)則，合成生物學正是構建在這些規(guī)則之上。人類真的已經(jīng)對分子原則了如指掌，從而敢于將合成生物放歸自然生態(tài)系統(tǒng)了嗎？事實是，即使在實驗室條件下，當然，人們對控制典型生物細胞分化的表觀遺傳過程還所知寥寥。

合成生物技術必然推動生態(tài)系統(tǒng)改變著它們的形式、功能和關系。我們可以在實驗室中創(chuàng)造出看上去完美無瑕，表現(xiàn)也無可挑剔的生物單元，但是人類不能控制生態(tài)和進化將如何把合成生物單元重新連接到生態(tài)系統(tǒng)中，同樣我們也不能預測合成單元會如何重新聯(lián)系生態(tài)系統(tǒng)和它的棲居者。

" 創(chuàng)造自然 " 當然是迷人的，但也是危險的。人類真的能在創(chuàng)造出的生物體上安裝一個 " 停止進化 " 的開關嗎？又該如何確定合成生物的可控？當工程化模塊毀壞，或者它們轉移到其他生物體上，又會導致什么樣的結果？這些對于目前來說，都是不可想象的，但卻是人們必然要面對的未來。