创造自然界没有的“生物”

生物学正接近制造出科学怪人的时刻——从零开始创造生命。在今后几个月内的某个时刻，科学家很可能宣布，他们已制造出活细胞，而所用的各种化学成分，都能轻易从货架上买到。

世界上第一个完全合成的微生物

去年，由分子生物学界最杰出的人物克莱格·凡特(Craig Venter)领导的研究人员，使用实验室化学物质，合成了一套完整的细菌基因组——细胞生存与繁殖所需的全部遗传指令。他们还通过“基因移植”，把一个物种的细菌转变为另一种。下一步是将人造基因组注入一个空的细胞中，并“启动它”，创造出世界上第一个完全合成的微生物。

这是“一个比我们所设想的复杂得多的问题——但我们知道如何去解决，”凡特博士说。

他的科学家们在华盛顿特区郊外的J·克萊格·凡特研究所(J. Craig Venter Institute)试图运用第一原理，打造一个现有的有机体时，其他人则在尝试不同于任何自然生物的人造生物学实验。在佛罗里达的应用分子进化基金会(Foundation for Applied Molecular Evolution)，研究者们借助合成DNA，创造出一种另类基因代码。合成DNA有6个化学字母而不是自然DNA的4个字母。

“这是首例有能力进行达尔文式进化的人造化学体系，”研究领导者史蒂文·伯纳(Steven Benner)说。目前，研究者必须给它喂食化学物质，让它维持，但他希望，两年内，这个人造化学体系不仅能进化，还能自我维持，成为一种原始的合成生命形态。

凡特博士的微生物和伯纳博士的人造DNA，是合成生物学领域众多快速成长且范围广泛的科研项目中，尤其引人注目的项目。自20世纪70年代以来，分子生物学家已在物种之间转移基因，一次转移一种基因；他们的工作给我们带来了转基因农作物和生物技术药物。合成生物学通过操纵整个生命系统，以转变现有的有机体，甚至创造新的有机体，正将简单的遗传工程向更为雄心勃勃的领域延伸。

令人振奋的实际应用

尽管这一领域将为研究生命本质提供基本的洞见，比如，对寻找其它行星有机体的“外太空生物学家”而言，但多数合成生物学家感兴趣的是各种实际应用，尤其是在健康、能源和环境领域。除了大量的医学应用外，人们对于通过合成生物学生产新型生物燃料相当振奋。

最近，美国石油巨擘埃克森(Exxon)与凡特博士的合成基因组公司(Synthetic Genomics)宣布，将建立价值6亿美元的合伙企业，用基因工程改造的藻类制造生物燃料，这是对此项技术的商业潜能的有力认可。凡特博士表示，合成生物学将是该项目长期成功的要素。他说：“这是改变收成率，使之远高于自然界产量，并使藻类能够抵抗病毒侵袭等等的唯一途径。”

今后的步骤将涉及对天然藻类进一步筛选，以找到那些在利用太阳能、将二氧化碳转化为油方面效率特别高的品种。随后，研究者将大幅更改这些藻类的DNA，以提高收成率并改变油的构成，使其尽可能接近精炼后的成品燃油。但凡特先生提醒道，该项目的产品很可能需要10年时间才能推向市场。

借助合成生物学制药

生物燃料可能是商用合成生物学最显眼的一角，但大量其它用途也很诱人。其中最重要的应用之一，将是制造通过传统化学和生物学手段无法获得的药物。

合成生物学在医药领域的领先展示，是由非赢利公司OneWorld Health资助，已在加利福尼亚大学伯克利分校(University of California, Berkeley)进行了5年的项目。OneWorld Health针对被人忽视的传染病开发药物。研究领导人杰伊·凯斯林(Jay Keasling)对酵母菌进行了大量再造——改变了数个基因和生物学通路——以便在微生物发酵筒中生产治疗疟疾的特效药青蒿素。该公司与法国制药公司赛诺菲-安万特(Sanofi-Aventis)合作，有望从明年开始批量生产价格可承受的青蒿素。目前，由于青蒿素的唯一来源是一种叫艾蒿的中草药，因此其价格昂贵且供不应求。凯斯林教授的口号是：“有了合成生物学的工具，我们不必仅仅接受大自然的赐予。”

“我们几乎还没有触及生物技术用途的皮毛，”加利福尼亚州斯坦福大学(Stanford University)生物工程师德鲁·恩迪(Drew Endy)表示。“当今询问合成生物学的应用，就如同在1952年向冯·诺依曼(J.Von Neumann)[计算机先驱]询问计算机的应用一样。”

合成生物学的一个特点，是恩迪教授这样的工程师所发挥的核心作用。他们引入了多数生物科学所欠缺的纪律和严谨。伦敦帝国理工学院(Imperial College London)合成生物学与创新中心(Centre for Synthetic Biology and Innovation)联席主任保罗·弗里蒙特(Paul Freemont)表示，今后20年的目标是赋予合成生物学像电子学那样的精确性。“我们对活细胞工作原理的了解，还不如我们对电子设备的了解那样透彻，”他说。“我们希望达到这样一个水平，即拥有全部必要部件，能够制造出我们想要的任何生物机器。”

数百个标准生物学部件，已经可以通过非赢利的生物砖基金会(BioBricks Foundation)获取。该基金会由恩迪教授及其他合成生物学家建立。BioBricks是编码了基本生物学功能的DNA序列。科学家的想法是，最终，每个部件的功能应该像计算机元件那样，用一份规格说明书记载成文。然后，用户可将BioBricks和其它标准遗传单位拼装在一起，实现任何目的。

目前，我们距离这样的精确性还有很长一段距离。但通过2005年发起、一年一度的国际基因工程机器设计大赛(International Genetically Engineered Machine competition)，大学生们已在大量使用标准生物部件。他们的成就包括人造血液，一种探测砷的生物传感器，以及能够在培养皿中像“有生命的计算机”那样解开数学难题的细菌。今年，来自全球的120组大学生参加了大赛。

万一出现差错……

例如，总部设在多伦多的压力团体ETC对其所称的企业利用“极端基因工程”尤其关注。“尽管大多数人还从没听说过合成生物学，但它在大型农业综合企业、能源和化工企业的推动下，正全速前进，而对于技术将由谁控制，如何（或是否）监管却少有辩论，尽管人为设计的有机体存在严重的安全和保安风险，”ETC压力团体的帕特•穆尼(Pat Mooney)说。

合成生物学是一项典型的“两用”技术——有着广泛而多样的有益用途，但也能被用来从事邪恶与破坏活动。恐怖分子利用BioBricks组装超级病菌的想法令人不安，尽管最近英国议会科技办公室(Parliamentary Office of Science and Technology)的报告总结说：“许多英国科学家和防武器扩散专家相信，源自尖端DNA合成技术的恐怖主义风险在美国言过其实。”

向公众解释合成生物学

面对此种担忧——以及有关创造人造生命的准宗教伦理问题——许多合成生物学家正做出巨大努力，向公众解释自己的研究工作，并与批评者接触。

例如，恩迪教授与ETC集团展开了公开辩论。加州大学伯克利分校将公众参与列为“合成生物学中心”的一个正式组成部分。凡特博士从一开始就让生物伦理学家参与工作。在英国，皇家学会(Royal Society)、英国皇家工程院(Royal Academy of Engineering)和该国的各研究理事会（为科学研究提供公共资金）正努力引起公众对这些问题的注意。

与此同时，研究步伐在提速。最近，哈佛大学(Harvard)的生物学家在《自然》(Nature)杂志发表一种超高速改变细菌基因组的新方法。如果一切进展顺利，科学怪人将不会成为合成生物学家的最好比喻；他们或许更像是打开宝盒的潘多拉——但释放的是希望而非灾难。

藻类提炼生物燃料，酵母菌培养药品

英国皇家工程院近期报告显示，美国在合成生物学的基础科学研究和早期商业化方面引领全球。

合成生物学公司分为两类。一类为研究提供合成基因和试剂。制造合成DNA的公司包括美国的Blue Heron Biotechnology和DNA2.0，以及德国的Geneart。第二类也是更多样的一类，致力于合成生物学的应用——生物燃料是最热门的领域。

由基因组学先驱克莱格·凡特在加利福尼亚成立的Synthetic Genomics公司，是该领域的领头羊。该公司正与两家大型石油公司合作：与埃克森合作用藻类生产生物燃料，与英国石油(BP)合作研究有助于从煤层开采天然气的微生物。

其它通过合成生物学开发生物燃料的美国公司，包括LS9、Solazyme、Mascoma和Gevo。Verdezyne和Codexis，致力于化学品生产，同时还对生物燃料有兴趣。Verdezyne在开发新路径，以求生产目前由石化原料制成的产品，Codexis则通过重组微生物的DNA，生产“超级酶”。

Amyris从杰伊·凯斯林在加利福尼亚大学伯克利分校的实验室分拆出来，也在研究生物燃料，同时还对药物开发感兴趣。该公司参与再造了酵母菌，以生产抗疟疾药青蒿素。

译者/红岭