從基因模塊到合成生物，創造“自然”的迷人和危險_風聞

文/觀察未來科技

過去，人們一直在想象着怎樣改善社會和環境，現在，在合成生物學的支持下，人們正在實現這些夢想。**合成生物學是一項關於創造自然的神奇技術——人們需要****先把拼接大自然的“原始積木”拆開，然後以更適合人們需要的方式重新搭建起來。**製造生物燃料、幫助改善幹細胞生物學，這些都是合成生物學。

如今，人們已經可以用酸奶肅清霍亂，可以生產酵母來給汽車提供動力，還可以改變微生物基因來清理環境。在未來，人們甚至還能用現有的生物實現電子工程乾的事情——生物計算機將與普通計算機一樣實現邏輯門運算，這無疑為生物學開闢了新的道路。

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，以實現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、系統生物學和許多其他工程學科，並且需要使用這些學科所提供的工具。

實際上，人們很早就已經在嘗試改造“生物”以創新自然**。**早在12000年前農業開始出現的時候，人們就一直用馴化馴養，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製作啤酒、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，就是人類對於基因的認識。

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，並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；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生什麼事，並基於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，在於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”的方法正在被開發出來，以便於分子水平上的操作，**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，截取這些經過千萬年演化的基因並進行重新組合。

**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”。另一些科學家則着眼於將DNA作信息儲存之用，畢竟，DNA對生物的作用本質上來説就是保存信息。就這一點來説，基因即是信息，DNA 則是極其穩定的數據格式。

未來，久經測試的基因模塊可以由專業人士甚至非專業人員組合在一起，生產不同的生物工程產品。人們可以從一個幹細胞中培育出新的有機體，可以在幾個星期內破解任何現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，人們有潛力重新創造這個星球上的任何生物體。

對於瀕臨滅絕的動物羣，人們也有了更好、更有力的保護措施。2008年，人類完成了長毛猛獁象的基因測序，據説日本研究者用現存的有親緣關係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。

一條並不普通的領帶

出乎人們意料的是，合成生物學的里程碑是一條並不普通的領帶。

蜘蛛絲領帶是外螺紋（Bolt Threads）生物科技公司的第一項商品，也是生物技術發展的一個里程碑，雖然未能實現商業化，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麼如此昂貴。

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、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複製的。就承重性來説，蜘蛛的絲線比鋼鐵更強韌**。**

位於蜘蛛腹部的紡絲器像一個構造複雜的內嵌式水龍頭，會依照所需蛛網類型重新排列絲蛋白分子，而噴出的蛛絲會從液態變成固態。雖然人類非常想要採集蜘蛛絲，但蜘蛛卻是出了名的難養。多數蜘蛛都沒有羣居的習慣，並且還會同類相食，種種習性都不利於產業化養殖，因此，想收集足量的蛛絲纖維來製造產品可以説是極其困難。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”。其背後，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出原料，供己所用。然而養殖技術終須受限於有性生殖漫長又繁瑣的過程。並且這樣的繁殖只能存在於同類物種之間。現在，有了合成生物科技，就可以打破這些限制，把位於演化樹不同分支上，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，在服裝業之外**，醫學、農業、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**。

對於醫學而言，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，使之走出實驗室併成為一種可用於交易的標準化產品，這是現代技術能力的標誌。這種科學背後的願景是，這些生物部件可以連接在一起，創造出細胞、組織或生物系統，以可預期的方式可靠地執行特定的任務。合成生物學家最終希望能夠對細胞、細胞系統或組織進行編程，以執行特定的任務和功能。

而如果我們可以設計和生產人工細胞，那就意味着新的醫學時代已經不遠了。人工細胞、器官和骨骼以及合成的DNA將被用於再生人類，從而擊敗衰老，催生長壽市場，這對人類具有巨大價值。

在醫學的新未來中，一個完整的醫療供應鏈被創建出來，致力於長壽、再生、人類健康和人類物種的醫療增強。正如我預測的那樣，這將導致一個新文明的出現，不僅會消除大多數疾病，而且會從醫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，合成生物學的未來並不限於地球。比如，美國太空總署（NASA）就投入了大量人力物力發展合成生物技術。

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製造細胞，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後，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實，表現未****必合乎預期。就像研發中的電子產品，按設計原本該出現清晰的數據輸出，卻常被系統噪聲擾亂。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。人們依然需要更沉着、務實的計劃來發展合成生物技術。

另一個需要擔憂的問題是，儘管合成生物學目前監管嚴格，用的是類似於監管轉基因生物的策略**，但是當合成生物產品湧入自然界，人們又該如何控制？**在分子的層面人們能控制得很好，並不代表從個體和生態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，來創造大自然還沒來得及創造的東西，但是生物學單元不會孤立地存在。基因、蛋白質複合物以及細胞模塊組成的單元複合體，它們總是在個體內部不斷進化，以應對多變的環境。

模塊可以循環交換，從而使系統具有可塑性。當然，這種可塑性必須遵守一定的規則，合成生物學正是構建在這些規則之上。人類真的已經對分子原則瞭如指掌，從而敢於將合成生物放歸自然生態系統了嗎？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系統改變着它們的形式、功能和關係。我們可以在實驗室中創造出看上去完美無瑕，表現也無可挑剔的生物單元，但是人類不能控制生態和進化將如何把合成生物單元重新連接到生態系統中，同樣我們也不能預測合成單元會如何重新聯繫生態系統和它的棲居者。

“創造自然”當然是迷人的，但也是危險的。人類真的能在創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，又會導致什麼樣的結果？這些對於目前來説，都是不可想象的，但卻是人們必然要面對的未來。