李雨蒙

人類的生命物質(zhì)包裹在一個(gè)稱謂“細(xì)胞”的微小口袋中。細(xì)胞內(nèi)部是DNA分子，攜帶了如何運(yùn)轉(zhuǎn)人類細(xì)胞的指令，發(fā)展、被激發(fā)，最終分裂為兩個(gè)細(xì)胞。RNA（核糖核酸）——存在細(xì)微差別的分子信息，攜帶指令進(jìn)入稱謂“核糖體”的分子細(xì)胞中。一個(gè)核糖體的工作是讀取RNA信息，并且將它們轉(zhuǎn)化為蛋白質(zhì)。接下來(lái)，這些蛋白質(zhì)會(huì)監(jiān)督、執(zhí)行運(yùn)轉(zhuǎn)、成長(zhǎng)以及分裂的過(guò)程。

這是自地球上出現(xiàn)生命體的40億年以來(lái)，一直完整運(yùn)轉(zhuǎn)的一套體系?？墒?，對(duì)于有些生物技術(shù)學(xué)家而言，細(xì)胞或許只是一頂老舊的帽子。他們認(rèn)同DNA、RNA、核糖體和蛋白質(zhì)的配置，它們可以被設(shè)計(jì)成為有其他用途的化學(xué)成分，從醫(yī)藥到建筑塑料模塊。但是科學(xué)家們一直試圖，逃脫包裹這些物質(zhì)的袋子，進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部?jī)H僅留下原漿質(zhì)“粘液”用于他們的指令。

所以，相比傳統(tǒng)的基因工程帶點(diǎn)來(lái)的可能性（甚至像CRISPR-Cas9這樣先進(jìn)的基因修正技術(shù)），無(wú)細(xì)胞生物技術(shù)能夠更加準(zhǔn)確的控制。在這里，基因信息是由核糖體（Ribosomes）轉(zhuǎn)譯，最終產(chǎn)品可以進(jìn)行大規(guī)模產(chǎn)生。

同樣重要的是，無(wú)細(xì)胞生物技術(shù)意味著沒(méi)有任何生物化學(xué)過(guò)程浪費(fèi)在運(yùn)轉(zhuǎn)、發(fā)展和分裂任何實(shí)質(zhì)細(xì)胞上。事實(shí)上，科學(xué)家們最初的目的就是為制造特定產(chǎn)品尋找最佳基因的一種快速方法。最終，所有努力形成的這樣的成果——無(wú)細(xì)胞生產(chǎn)將意味著大規(guī)模制造。

無(wú)細(xì)胞原漿質(zhì)粘液的制作過(guò)程如下：取4公升培養(yǎng)皿的大腸桿菌（大腸細(xì)菌深受基因工程學(xué)家的偏愛(ài)）。壓力作用下，通過(guò)微型閥門(mén)打開(kāi)細(xì)菌細(xì)胞，撕裂細(xì)胞膜和DNA，最后釋放核糖體。在37攝氏度下培養(yǎng)得到的混合物一小時(shí)，然后激活能吞噬DNA碎片的一種稱為核酸外切的酶。運(yùn)用離心機(jī)，將細(xì)胞膜和其他碎屑廢棄物從包含核糖體的粘液中分離出去，分離去除多余的離子。然后，拌入氨基酸（蛋白質(zhì)）、糖和攜帶能量的三磷酸腺苷（ATP）分子。最后，加入少量進(jìn)行嘗試，并對(duì)產(chǎn)生的蛋白質(zhì)粘液發(fā)出指令。

這一研究過(guò)程，采用的是加州伯克利大學(xué)的Synvitrobio公司的研究方法，這是一家加州理工學(xué)院的Zachary Sun和Richard Murray，以及哈佛大學(xué)喬治George Church共同創(chuàng)立的一家公司。運(yùn)用不同生物體的其他無(wú)細(xì)胞技術(shù)也正在展開(kāi)實(shí)驗(yàn)，比如，酵母和鏈霉菌就成功進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。煙草的細(xì)胞或是中國(guó)倉(cāng)鼠的卵巢也是進(jìn)行這個(gè)實(shí)驗(yàn)的不錯(cuò)選擇。在自由懸浮暫停，所有這些公式在隔絕細(xì)胞的蛋白制造機(jī)制的狀態(tài)之下，將成為變種。

Synvitrobio公司的工程師建立了一種機(jī)器人系統(tǒng)，融入他們實(shí)驗(yàn)的最后一個(gè)階段。這個(gè)機(jī)器人將精制的原漿細(xì)胞打包注入一批384個(gè)微型試管中。每一支試管裝有幾百萬(wàn)升之一的細(xì)胞液。然后，將一些DNA分子投入每一個(gè)試管，在這些分子信息轉(zhuǎn)化為蛋白質(zhì)的過(guò)程中，分離出的粘液開(kāi)始發(fā)揮作用。目前，這個(gè)系統(tǒng)能夠?yàn)槊總€(gè)試管處理8個(gè)DNA序列，這意味著能夠同時(shí)處理3072個(gè)蛋白質(zhì)。這樣能夠達(dá)到1萬(wàn)個(gè)基因“字母”的長(zhǎng)度——這足以編碼任何你能夠注意到的蛋白質(zhì)分子。

現(xiàn)在，Synvitrobio公司正在使用這一系統(tǒng)測(cè)試DNA序列，測(cè)試它能否值得作為抗生素考察。通過(guò)黏合到生物學(xué)上重要的分子，并且以傷害部分生物體的方式改變分子特性，才能讓藥物開(kāi)始發(fā)揮效用。為了尋找這樣的黏合，每一個(gè)迷你試管同時(shí)裝備了一些特定的分子，每一個(gè)附上“報(bào)道者”標(biāo)簽的分子，當(dāng)黏合發(fā)生就會(huì)發(fā)出光亮。那些閃爍的試管標(biāo)志著，其中一組或多組的DNA序列值得研究者注意。所以，Synvitrobio公司的技術(shù)能夠以新DNA序列特定的速度，掃描出潛在的藥物。

按需人工合成新的基因序列是現(xiàn)在國(guó)際通行的技術(shù)，這意味著全球的基因庫(kù)可以如候選人一樣被爭(zhēng)奪?；虮粴埲膛でY選，直到最好的基因出現(xiàn)。而此刻重點(diǎn)在于，如果當(dāng)Synvitrobio公司將新發(fā)現(xiàn)的分子，以傳統(tǒng)科技黏合進(jìn)合適的細(xì)胞內(nèi)，在發(fā)酵罐中培養(yǎng)這些細(xì)胞，就如同釀造啤酒的過(guò)程一樣，這相比簡(jiǎn)單將它們投入粘液中要消耗更多的時(shí)間。

靠近美國(guó)舊金山的SutroBiopharma生物制藥公司，已經(jīng)使用了無(wú)細(xì)胞系統(tǒng)生產(chǎn)抗癌的抗體。今年月，Sutro公司宣布運(yùn)用這套系統(tǒng)生產(chǎn)阻止腫瘤擴(kuò)散的STRO-001抗體，并計(jì)劃在2018年開(kāi)始臨床試驗(yàn)STRO-001抗體。用于試驗(yàn)的無(wú)細(xì)胞抗體即將開(kāi)始生產(chǎn)。抗體是特殊的蛋白質(zhì)，所以一旦Sutro公司的系統(tǒng)鑒定出最佳的“候選人”，所有需要的工作就是編碼“候選人”的DNA粘液。

Genomatica是一家位于圣地亞哥的生物科技公司，現(xiàn)在正在試驗(yàn)利用無(wú)細(xì)胞系統(tǒng)，從單糖中獲取1，4-丁二醇。1，4-丁二醇是一種用于制造聚合物（比如萊卡）的小分子。一般來(lái)說(shuō)，相比生物科技，從化學(xué)過(guò)程中提煉這種尺寸分子的成本更低，而1，4-丁二醇恰恰是一個(gè)例外。

Genomatica公司的系統(tǒng)在合成過(guò)程中大量生產(chǎn)出關(guān)聯(lián)的酶，產(chǎn)生一個(gè)完整的無(wú)細(xì)胞代謝途徑——就是所有糖可以專注用于特定的化學(xué)物質(zhì)，而不是為了謀取最大利益，運(yùn)轉(zhuǎn)一個(gè)細(xì)胞的其他生化過(guò)程。目前，這家公司還沒(méi)有將系統(tǒng)用于商業(yè)使用，而對(duì)于它賦予更高的期望。

美國(guó)馬塞諸塞州的GreenLight生物科技公司，同樣計(jì)劃根據(jù)大腸桿菌，運(yùn)用無(wú)細(xì)胞系統(tǒng)生產(chǎn)不易消化的核糖類似物——一種自然形成的糖，可應(yīng)用于零卡路里的飲料中。而借助于基因修改過(guò)的大腸桿菌已經(jīng)應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。這家公司表示，他們對(duì)這套系統(tǒng)的熟練操作已經(jīng)達(dá)到一定高度，能夠每次生產(chǎn)數(shù)千公升的糖溶液。

與此同時(shí)，Greenlight公司用無(wú)細(xì)胞系統(tǒng)，生產(chǎn)工業(yè)定制量產(chǎn)的RNA分子，阻止昆蟲(chóng)幼蟲(chóng)發(fā)展，可以用做殺蟲(chóng)劑?，F(xiàn)在，RNA生產(chǎn)的成本是每克5000美元。GreenLight公司認(rèn)為，擴(kuò)大生產(chǎn)過(guò)程，成本能夠降低50-100美元。

無(wú)論無(wú)細(xì)胞生物科技，能否通過(guò)制造化學(xué)物質(zhì)的基因修正技術(shù)，來(lái)取代發(fā)酵技術(shù)，這還有待時(shí)間檢驗(yàn)。自從12000年前啤酒杯發(fā)明以來(lái)，發(fā)酵就成為一種經(jīng)過(guò)人類考驗(yàn)值得信任的技術(shù)。

然而，剝離生物分子，直至剩下最后裸露的本質(zhì)，同時(shí)也是最具效率的部分，至少對(duì)于一些應(yīng)用而言，生物細(xì)胞的功效能夠被充分發(fā)揮。

編譯自《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》