1、合成生物学的利弊合成生物学的利弊科学家正试图将细胞看做是一套积木，因而可以用基因“积木”和蛋白质“积木”将生命重新组合，创造各种新的细胞及其新的功能，比如能够清理原油泄漏污染的细菌、能够生产新型材料的细胞等。不过也有科学家警告说，合成生物学可能有一天会变成人类的敌人，并给人类带来灭顶之灾。合成生物学家正在用“生物零部件”和“生物电路”重塑生命组装生命在波士顿海洋工业园区拥有 40 年历史的加州的“硅谷”的一个实验室里，各种先进实验设备发出轻微的嗡嗡声，年轻的研究人员一排排坐在电脑显示器前，偶尔从波士顿洛根机场传来的飞机轰鸣声也不能让他们驰心旁骛。科学家们正在这里创造着合成生物学上的奇迹，并将从
2、根本上改变我们的生活。正如斯坦福大学的研究人员是半导体革命背后的智囊，麻省理工学院和哈佛大学的师生们在这个实验室里所做的一切也将引发下一场变革，但他们在这里不是开发计算机芯片，而是将重塑生命本身。莱西玛谢蒂就是这幢大楼 8 层“生物产品工厂”中年轻科学家中的一位，2008 年，她和四位同事一起，包括她的博士生导师汤姆奈特，一起创建了一家组装 DNA 部件的新创公司银杏生物工作室（Ginkgo Bioworks） 。银杏生物工作室本质上是一家 21 世纪的“生命工厂” ，研究人员在这里将从头开始创造生命，实验室的试管小瓶里装满了重新设计的生命细胞。 “通过对自然生命的研究探索，我们将重新设计和操
3、纵生命。 ”谢蒂说道。“银杏生物工作室”的研究人员将根据订单来“制造”客户所需要的生物有机体。需要吸收大气中的二氧化碳? 他们就设计某种细菌来承担这一任务；需要清洁的生物型燃料来代替石油? 他们就研究设计一种可产生新型燃料的微生物。合成生物学作为基因工程学的一个分支，从诞生到现在只有短短的十多年，但其前景不可限量。合成生物学将以新的手段提供设计和构建细胞的强大能力，实现人类开发新的替代能源，生产对抗疾病的药物，以及在有限的土地上生产更多粮食来养活地球庞大人口的梦想。合成生物学家创建的生物学版本的“硅谷” ，为人类全新的未来奠定了基础。某个研究团队开发了一种更新更复杂的生物组装“积木” ，实现生
4、物工程学的大规模生产已指日可待；一些科学家研发的生物模拟电路和程序，就像计算机编程一样，可按照需要将“生物零部件”组装起来；一些研究人员目前正在编写的“生命代码” ，可让细胞做我们以前所难以想象的事情，例如追踪捕杀癌细胞等。“我们要做的不仅仅是设计更完美的 DNA 片段， ”合成生物学领域中极有远见的奈特说道， “我们要像建立半导体基础设施那样，以同样的方式去创建一个合成生物学技术的基础。 ”人类历史上第一个“人造生命”2007 年 10 月 6 日，美国科学家克雷格文特尔宣布，他的研究小组用化学物质在实验室中合成了由 58 万个碱基对、381 个基因组成的人造染色体，并将其植入细菌生殖支原体
5、的外壳中。在这些基因的控制下，新细菌能摄食、代谢和繁殖，已经具备了生命的三个基本特征，堪称人类历史上第一个“人造生命” 。这一研究将使人工合成生命成为可能。用“生物零部件”来“装配”生命美国的生物学家克雷格文特尔决定从无到有合成活的有机体的壮举，将涉及合成生物体的整个基因组。一些商业化生物技术公司可以很容易地合成短链 DNA，但要把它们合并成为完整的基因组，则是一个完全不同的概念，因此文特尔的首选目标是一种称为支原体的细菌。支原体是已知生命体中基因组最简单的一种微生物，相对于人类基因组 30 亿个碱基对，这种细菌只含有 58 万个碱基对。文特尔成功地人工合成了一种支原体。他将人工合成的基因组插
6、入一个物种（其本身的 DNA 被删除） ，由此产生了一种新的生命人工合成细菌“辛西娅” 。文特尔的成功可以说是从无到有创造了生命，但许多合成生物学家对此并不像媒体表现得那么兴奋，他们认为，文特尔的团队并没有真正创造出一个新的物种，人工合成的“辛西娅”并没有增加自然界本身不存在的任何新的东西。今天的合成生物学追求的目标是要真正地从头开始创造生命。 “按我们的需要和意愿来设计生命，我们已经开始了这样的工作。 ”哈佛大学医学院和哈佛维斯生物工程启发研究院的生物学家帕米拉希尔瓦说道。设计新形式的生命，首先要建立一个生物工程装配线。当然生物工程的装配线不是给沿着流水线移动的汽车装上标准化的火花塞或化油器
7、，而是将全新的生物“零配件”安装到某种细菌载体内。为此，研究人员首先需要确定细胞内一些主要和重要的部分生物学版本的轮子、引擎罩、仪表板、发动机等。这样的零部件应当是通用的，比如动力转向泵，既可以安装在福特金牛座车上，也可以安装在福特福克斯车上。零部件还要实现标准化，这样某个工厂生产的零部件也可以安装在其他工厂生产的汽车上。斯坦福大学合成生物学先驱德鲁恩迪经常会提到 1864 年威廉塞勒斯的故事，在赛勒斯的主张和推动下，美国采取了他的新的设计方案，实现了螺母和螺栓生产的标准化。科学家们如今编制列出的生物学“零部件”大部分为远比单个基因更短的遗传物质片段，这些 DNA 片断可以用来触发控制某些特定
8、基因活动的开启或关闭。2003 年麻省理工学院的生物学家开始正式建立了这样的“生物零部件库” ，如今他们的“生物零部件”数量已达 2 万种之多。波士顿大学的生物工程师詹姆斯柯林斯对大部分基因“零部件”的数量和质量显然都不太满意，为了做想要做的事情，柯林斯需要更多的“生物零部件” 。大多数合成转录因子是根据大肠杆菌之类的细菌中的“版本”设计的，科林斯的团队希望能从比细菌更复杂的酵母中寻找更多的灵感，来创建设计更高级的“零部件” 。柯林斯与麻省理工大学的蒂莫西卢合作开发了一个产生新转录因子的系统，设计了 19 种新的转录因子。 “我们不再依赖于从自然界中获得少量转录因子，我们现在拥有一个很好的平台
9、，可大量设计新的转录因子。 ”柯林斯在细菌杂志上发表的研究论文中如此说道。什么是合成生物学？合成生物学同时意指：设计和制造不存在于自然界的生物组件和系统；对现有生物系统进行重新设计和装配。合成生物学家也分为两种类型：一类合成生物学家利用非自然分子模仿天然分子，创造人工生命；另一类合成生物学家将天然生物分子装配成与自然规律不同的系统。目前，合成生物学已研发成功针对艾滋病毒、肝炎病毒的诊断工具。为什么要研究和发展合成生物学？生物学家之所以对合成生物学产生兴趣，是因为它为我们提供了一个全新的角度去思考、分析，并最终揭开生命世界奥秘的方法。设计和构建生物系统是我们理解生命世界的方式之一。物理学家、化学
10、家和其他领域的一些科学家都将合成生物学看作是探测活细胞内分子行为和活动的一个途径。例如，观察某个合成系统的实际行为表现，可获得相关细胞的生理信息。工程师对合成生物学产生兴趣，是因为生物世界为他们提供了一个控制和处理信息、材料、能源的未知而广阔的天地。合成生物学会带来潜在危险吗？许多技术都会带来潜在的危险，合成生物学也不例外。可以想象到的危险包括：意外或无意间释放有害生物或生物系统；有目的设计并释放出有害生物或生物系统；过度依赖于合成生物学的设计和维护工程，而威胁到自然界的生物。针对这类担忧的措施有：研究人员只在经批准的研究设施中进行生物安全 1 级的生物组件研究；加强教育和培训有责任心的生物工程师和科学家等。合成生物学研究会引发道德伦理问题吗？我们是要被动地继承和延续生命，还是与自然世界进行负责任的合理互动呢？如果我们想要与生命世界展开互动，我们是否应该在分子水平上来对这种互动进行描述，并预测其结果呢？我们不能对所有这些问题作出解答，但希望能对这些问题进行深思。哪些技术将促进合成生物学的发展？快速和廉价的 DNA 测序和合成将有利于快速设计、制造和测试生物系统。用于系统设计和模拟的软件工具，以及先进的测量技术（相当于一种生物调试器） ，也都是更好地观察生物系统状态所必不可少的。
