2010年，在美國(guó)文特研究所，由克雷格·文特帶領(lǐng)的研究小組成功創(chuàng)造了一個(gè)新的細(xì)菌物種——“Synthia”。他們將細(xì)菌A的細(xì)胞核消除。將細(xì)菌B的DNA序列解碼并拷貝到電腦中，然后通過(guò)人工合成的方法（形象地說(shuō)，就是用基因打印機(jī)把這個(gè)DNA序列打印出來(lái)），將細(xì)菌B的DNA重新制作出來(lái)并添加到細(xì)菌A的細(xì)胞中并激活它?？死赘襁€在這條新的DNA中加入了“水印”（就像他們的電子郵箱地址），以便于日后的辨認(rèn)與區(qū)分。“水印”的作用是讓重新獲得DNA的細(xì)胞A有制造藍(lán)色色素的能力，由于原始的細(xì)胞A不具有產(chǎn)生色素的能力（所以是白色的），新合成的細(xì)胞A會(huì)很容易被辨認(rèn)出來(lái)。

于是，在花費(fèi)了40，000，000美元和15年的等待后，2010年5月20日，文特研究所宣布，世界上第一個(gè)由純?nèi)斯ず铣蓜?chuàng)造的細(xì)菌物種誕生了。這一“驗(yàn)證理論”的實(shí)驗(yàn)結(jié)果為眾多正在探討和進(jìn)行類似項(xiàng)目研究的科學(xué)家們打了一劑定心針，因?yàn)榭死赘褡C明了人工創(chuàng)造物種的可能性與實(shí)踐性。

與傳統(tǒng)生物學(xué)通過(guò)解剖生命體以研究其內(nèi)在構(gòu)造的辦法不同的是，合成生物學(xué)的研究方向完全是相反的：它是從最基本的要素開(kāi)始一步步建立零部件。重塑生命，這正是合成生物學(xué)這一新興科學(xué)的核心思想。

新生命的合成

可以說(shuō)，人類今天的衣食住行能夠得到滿足，以石油工業(yè)為基礎(chǔ)的化學(xué)合成功不可沒(méi)。然而，隨著工業(yè)化進(jìn)程的加快，問(wèn)題也接踵而至。為了緩解環(huán)境及能源危機(jī)，生物資源的潛在利用價(jià)值越來(lái)越多地被挖掘出來(lái)。以生物質(zhì)為原料或以生物體機(jī)能進(jìn)行大規(guī)模物質(zhì)加工與轉(zhuǎn)化的生物制造業(yè)，成為各國(guó)的戰(zhàn)略重點(diǎn)。

而在諸多生物制造的關(guān)鍵技術(shù)中，合成生物學(xué)由于能夠根據(jù)人類需要重塑生命體，成為最具誘惑力的研究領(lǐng)域。合成生物學(xué)是將分子生物學(xué)、基因組學(xué)、信息技術(shù)和工程學(xué)交叉融合而產(chǎn)生的一系列新的工具和方法。它就像一個(gè)能夠提供成套遺傳基因組件的“工具箱”，可以將生物學(xué)版本的“晶體管”和“開(kāi)關(guān)”隨心所欲地插接到“生物電路”上。

合成生物學(xué)強(qiáng)調(diào)的是“設(shè)計(jì)”和“重設(shè)計(jì)”。一方面，設(shè)計(jì)和建造新的生物零件、裝置和系統(tǒng)；另一方面，根據(jù)實(shí)際需要，重新設(shè)計(jì)已有的天然生物系統(tǒng)。而“新生命的合成”也是合成生物學(xué)的關(guān)鍵，通過(guò)新生命的合成擴(kuò)大生命的能力，更好地為人類服務(wù)。

合成生物學(xué)具備重塑工業(yè)生產(chǎn)方式的潛力，與商業(yè)化距離極近。例如，現(xiàn)在科學(xué)家正在試圖創(chuàng)造的“細(xì)菌藥廠”、“細(xì)菌油田”，或者讓人造細(xì)菌去攻擊癌細(xì)胞以及處理環(huán)境污染，都需要合成生物學(xué)的參與。

總的來(lái)說(shuō)，合成生物學(xué)給未來(lái)指明了一條提高工業(yè)生物技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)力、降低生物制造成本、改造生命體的可能的道路。

技術(shù)發(fā)展提速

合成生物學(xué)目前還處于襁褓中，狀況與計(jì)算機(jī)在上世紀(jì)50到60年代的處境比較類似，但插上新技術(shù)的翅膀之后，這一領(lǐng)域成長(zhǎng)快速，到2018年，該領(lǐng)域的產(chǎn)值可能達(dá)到56億美元，而2013年的產(chǎn)值僅為19億美元。

目前，合成生物學(xué)已經(jīng)在生物醫(yī)藥、生物能源、化工品、環(huán)保等領(lǐng)域“大施拳腳”。國(guó)際上最為成功的案例莫過(guò)于美國(guó)加州大學(xué)教授Keasling工業(yè)化合成青蒿素這一經(jīng)典之作。

青蒿素是中國(guó)人首先發(fā)現(xiàn)的抗瘧疾良藥，由于天然的青蒿素需要從青蒿中提取，工藝復(fù)雜且成本較高，產(chǎn)量也十分有限。而Keasling利用合成生物學(xué)手段，在大腸桿菌和酵母中合成出青蒿素的前體物質(zhì)——青蒿酸，大幅增加了青蒿素產(chǎn)量，也使得每一劑量的藥品成本從10美元降至不到1美元。

與很多合成生物學(xué)公司一樣，美國(guó)銀杏生物工作室目前的主要研制對(duì)象是食品和化妝品行業(yè)需要的原料。就像用酵母來(lái)釀酒一樣，該公司研究人員正在利用微生物制造香料、營(yíng)養(yǎng)品以及香水。他們的野心當(dāng)然不止制造產(chǎn)品那么簡(jiǎn)單，他們正與美國(guó)國(guó)防部高級(jí)計(jì)劃研究局合作，制造能對(duì)抗疾病并祛除空氣中溫室氣體的微生物。這是一個(gè)極其嚴(yán)苛的挑戰(zhàn)，不過(guò)，這些工程師們認(rèn)為，通過(guò)在從食品到碳減排等復(fù)雜程度各異的領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用其技術(shù)，他們能使這種生物制造方法更可靠、更可預(yù)測(cè)，并成為制造汽車或手機(jī)的生產(chǎn)線。

基因代碼作用更可預(yù)測(cè)

一種植物如何自組裝并使用水、空氣和陽(yáng)光來(lái)制造食物，與人們?nèi)绾沃圃祀娮赢a(chǎn)品一樣充滿想象力。生物工程師們希望利用生物學(xué)的強(qiáng)大力量設(shè)計(jì)出新技術(shù)。他們正在撰寫(xiě)新代碼，將生物學(xué)從無(wú)法預(yù)知的地方帶入可預(yù)測(cè)的王國(guó)。

銀杏生物工作室是其中的翹楚，其他還有如總部位于加州的合成基因公司、關(guān)注健康與延長(zhǎng)壽命的人類長(zhǎng)壽公司等。這些公司正在利用合成生物學(xué)的“魔力”，改變?nèi)藗儗?duì)于生命的認(rèn)識(shí)。他們的主要做法是對(duì)微生物進(jìn)行遺傳修改，讓其變成真正可以預(yù)測(cè)的工程學(xué)原則。

由于DNA內(nèi)包含有生物體內(nèi)不斷重復(fù)的堿基對(duì)序列，研究人員正在用這些代碼，構(gòu)建新操作系統(tǒng)和應(yīng)用所需要的工具和基礎(chǔ)設(shè)施。其實(shí)，長(zhǎng)時(shí)間以來(lái)，計(jì)算機(jī)程序員一直在做這樣的事情：使用0和1來(lái)預(yù)測(cè)很多事情的結(jié)果，如飛機(jī)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)、信用卡交易處理過(guò)程等。

因?yàn)樽匀坏膹?fù)雜性，生物學(xué)代碼迄今還無(wú)法像計(jì)算機(jī)代碼那樣提供精準(zhǔn)的預(yù)測(cè)。所以，數(shù)十年來(lái)，生物學(xué)家、遺傳學(xué)家以及化學(xué)家們一直在試圖揭開(kāi)遺傳學(xué)的秘密，希望能借此制造一種通用的生物編程語(yǔ)言，從而讓微生物采用可預(yù)測(cè)的方式執(zhí)行特定功能。在過(guò)去幾年，科學(xué)家們?cè)谶@方面取得了令人欣喜的突破，他們學(xué)會(huì)了如何編寫(xiě)DNA代碼。不過(guò)，使這種代碼更具預(yù)測(cè)性需要花費(fèi)時(shí)間。

目前，科學(xué)家們正嘗試在似乎不可能的地方開(kāi)始應(yīng)用這些技術(shù)，例如，在制造天然香料和香水的過(guò)程中。

在傳統(tǒng)方法中，制造一瓶香味四溢的玫瑰精油可能需要1000多朵玫瑰的花瓣。但銀杏生物工作室科學(xué)家們采用的方法則大相徑庭，他們會(huì)從玫瑰花中提取基因，將其變成酵母后在發(fā)酵桶中培育生產(chǎn)出玫瑰精油，這一過(guò)程類似于釀造啤酒。研究人員表示，可以對(duì)這一過(guò)程進(jìn)行升級(jí)，讓其自動(dòng)對(duì)生物細(xì)胞進(jìn)行編程，如此一來(lái)，研究人員就可以專注于設(shè)計(jì)定制細(xì)胞解決特定問(wèn)題了。

合成生物學(xué)的另一應(yīng)用則旨在為人類解決一個(gè)棘手的問(wèn)題：對(duì)抗生素產(chǎn)生耐藥性的超級(jí)細(xì)菌。英國(guó)惠康基金會(huì)的最新報(bào)告指出，每年有70萬(wàn)人死于抗生素耐藥性。而且，大型醫(yī)藥公司也在慢慢剝離抗生素的研發(fā)工作。現(xiàn)在，研究人員想到了新的解決辦法：通過(guò)對(duì)能對(duì)付并移除擁有抗生素抗性等有害特征的細(xì)菌進(jìn)行修改重組，從而設(shè)計(jì)出新型益生菌。

仍面臨挑戰(zhàn)

實(shí)際上，基于合成生物學(xué)的生物制造業(yè)多數(shù)還未完全實(shí)現(xiàn)，由于生命分子的運(yùn)作機(jī)制極為復(fù)雜，要想操縱它遠(yuǎn)不是操縱扳手、螺絲刀或晶體管那樣簡(jiǎn)單，合成生物學(xué)發(fā)展的每一段過(guò)程都面臨著挑戰(zhàn)。

目前，生物學(xué)對(duì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的生物個(gè)體以及生物機(jī)理的認(rèn)識(shí)還都不夠充分。另外，由于用于生物制造的生物元件標(biāo)準(zhǔn)化未完善，生物模塊之間及模塊與“底盤(pán)”細(xì)胞之間的兼容性都不可預(yù)測(cè)，復(fù)雜性也難以處理。也就是說(shuō)，許多生命“零部件”的特征和功能都尚未得到清楚的描述，比如它們的功能是什么，在不同類型的細(xì)胞內(nèi)，或在不同的實(shí)驗(yàn)室條件下，它們是否會(huì)有不同的表現(xiàn)等等。

同樣，即使每個(gè)生物零部件的功能都已知曉，但將它們組合在一起后，其功能也不一定就如預(yù)期那樣。與其他可預(yù)測(cè)性更強(qiáng)的現(xiàn)代工程學(xué)科的設(shè)計(jì)過(guò)程相比，合成生物學(xué)家往往必須埋頭于煩瑣的試錯(cuò)過(guò)程中。

總而言之，為了解決我們目前面臨的最大挑戰(zhàn)，應(yīng)該將合成生物學(xué)推上科學(xué)舞臺(tái)的前臺(tái)，它將大放異彩，采用前所未有的辦法解決人類面臨的難題。