文｜觀察未來科技
過去，人們一直在想象著怎樣改善社會(huì)和環(huán)境，現(xiàn)在，在合成生物學(xué)的支持下，人們正在實(shí)現(xiàn)這些夢(mèng)想。合成生物學(xué)是一項(xiàng)關(guān)于創(chuàng)造自然的神奇技術(shù)——人們需要先把拼接大自然的“原始積木”拆開，然后以更適合人們需要的方式重新搭建起來。制造生物燃料、幫助改善干細(xì)胞生物學(xué)，這些都是合成生物學(xué)。
如今，人們已經(jīng)可以用酸奶肅清霍亂，可以生產(chǎn)酵母來給汽車提供動(dòng)力，還可以改變微生物基因來清理環(huán)境。在未來，人們甚至還能用現(xiàn)有的生物實(shí)現(xiàn)電子工程干的事情——生物計(jì)算機(jī)將與普通計(jì)算機(jī)一樣實(shí)現(xiàn)邏輯門運(yùn)算，這無疑為生物學(xué)開辟了新的道路。
從基因模塊到合成生物
合成生物學(xué)是一個(gè)新興領(lǐng)域，它主要是運(yùn)用工程技術(shù)來設(shè)計(jì)和構(gòu)建新的生物部件、設(shè)備和系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)自然界中不存在的新穎功能或生命形式。合成生物學(xué)依賴基因工程、生物工程、系統(tǒng)生物學(xué)和許多其他工程學(xué)科，并且需要使用這些學(xué)科所提供的工具。
實(shí)際上，人們很早就已經(jīng)在嘗試改造“生物”以創(chuàng)新自然。早在12000年前農(nóng)業(yè)開始出現(xiàn)的時(shí)候，人們就一直用馴化馴養(yǎng)，進(jìn)而用育種和人工選擇的方法改良動(dòng)植物。人類誘捕酵母和細(xì)菌來制作啤酒、葡萄酒和奶酪；馴服動(dòng)物，使動(dòng)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(jìn)一步發(fā)展，就誕生了合成生物學(xué)這門技術(shù)。合成生物學(xué)的誕生，還離不開一個(gè)重要的背景，就是人類對(duì)于基因的認(rèn)識(shí)。
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(xué)會(huì)了能又快又精準(zhǔn)地萃取基因、描述其特性，并開始思索如何將基因植回生物體內(nèi)——有時(shí)植人相同物種，有時(shí)植入完全不同的物種。研究人員可能會(huì)保持基因完好，以觀察其表現(xiàn)；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(huì)發(fā)生什么事，并基于此來測(cè)試不同基因的作用。這就是所謂的基因工程。
基因工程技術(shù)之所以能成真，在于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(gè)“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(zhuǎn)譯成22種胺基酸；這些胺基酸互相鏈結(jié)，形成了蛋白質(zhì)——蛋白質(zhì)則是構(gòu)成生命體的主要成分。
在基因工程的背景下，一個(gè)“即插即用”的方法正在被開發(fā)出來，以便于分子水平上的操作，那就是合成生物技術(shù)。通過合成生物學(xué)，人類得以建立了一套系統(tǒng)，截取這些經(jīng)過千萬年演化的基因并進(jìn)行重新組合。
合成生物學(xué)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(yǔ)言”。另一些科學(xué)家則著眼于將DNA作信息儲(chǔ)存之用，畢竟，DNA對(duì)生物的作用本質(zhì)上來說就是保存信息。就這一點(diǎn)來說，基因即是信息，DNA 則是極其穩(wěn)定的數(shù)據(jù)格式。
未來，久經(jīng)測(cè)試的基因模塊可以由專業(yè)人士甚至非專業(yè)人員組合在一起，生產(chǎn)不同的生物工程產(chǎn)品。人們可以從一個(gè)干細(xì)胞中培育出新的有機(jī)體，可以在幾個(gè)星期內(nèi)破解任何現(xiàn)存有機(jī)體的基因組序列，包括表觀遺傳指令編碼。在合成生物技術(shù)下，人們有潛力重新創(chuàng)造這個(gè)星球上的任何生物體。
對(duì)于瀕臨滅絕的動(dòng)物群，人們也有了更好、更有力的保護(hù)措施。2008年，人類完成了長(zhǎng)毛猛犸象的基因測(cè)序，據(jù)說日本研究者用現(xiàn)存的有親緣關(guān)系的大象作為代孕母親來克隆它們。利用合成生物學(xué)復(fù)活滅絕物種極有可能成功，因?yàn)槿魏蝸G失的基因信息都可以用“即插即用”的基因模塊替代。
一條并不普通的領(lǐng)帶
出乎人們意料的是，合成生物學(xué)的里程碑是一條并不普通的領(lǐng)帶。
蜘蛛絲領(lǐng)帶是外螺紋（Bolt Threads）生物科技公司的第一項(xiàng)商品，也是生物技術(shù)發(fā)展的一個(gè)里程碑，雖然未能實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，但也卻給人們帶來了足夠多的震撼。畢竟，這條領(lǐng)帶是以蜘蛛絲織成，這也解釋了它的定價(jià)為什么如此昂貴。
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(jié)構(gòu)各異的絲蛋白，用來結(jié)網(wǎng)、包裹獵物或保護(hù)卵囊。每一種蜘蛛絲靭性和延展性都不是人類能夠簡(jiǎn)單復(fù)制的。就承重性來說，蜘蛛的絲線比鋼鐵更強(qiáng)韌。
位于蜘蛛腹部的紡絲器像一個(gè)構(gòu)造復(fù)雜的內(nèi)嵌式水龍頭，會(huì)依照所需蛛網(wǎng)類型重新排列絲蛋白分子，而噴出的蛛絲會(huì)從液態(tài)變成固態(tài)。雖然人類非常想要采集蜘蛛絲，但蜘蛛?yún)s是出了名的難養(yǎng)。多數(shù)蜘蛛都沒有群居的習(xí)慣，并且還會(huì)同類相食，種種習(xí)性都不利于產(chǎn)業(yè)化養(yǎng)殖，因此，想收集足量的蛛絲纖維來制造產(chǎn)品可以說是極其困難。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”。其背后，正是合成生物技術(shù)。
實(shí)際上，一直以來，人類都在設(shè)計(jì)如何讓動(dòng)植物產(chǎn)出原料，供己所用。然而養(yǎng)殖技術(shù)終須受限于有性生殖漫長(zhǎng)又繁瑣的過程。并且這樣的繁殖只能存在于同類物種之間?，F(xiàn)在，有了合成生物科技，就可以打破這些限制，把位于演化樹不同分支上，甚至相隔億萬年的物種兩相結(jié)合，比如蜘蛛與酵母。合成生物學(xué)的工作就是提取出生物的原始碼，將其重新設(shè)計(jì)成效率更高的生物工廠。
合成生物學(xué)不僅能成功跨界到服裝業(yè)，在服裝業(yè)之外，醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)、藥品、能源，以至探索宇宙的方式都正在等待合成生物技術(shù)的開發(fā)。
對(duì)于醫(yī)學(xué)而言，合成生物技術(shù)也是一種全新的推動(dòng)力。快速可靠地合成多部件系統(tǒng)，使之走出實(shí)驗(yàn)室并成為一種可用于交易的標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品，這是現(xiàn)代技術(shù)能力的標(biāo)志。這種科學(xué)背后的愿景是，這些生物部件可以連接在一起，創(chuàng)造出細(xì)胞、組織或生物系統(tǒng)，以可預(yù)期的方式可靠地執(zhí)行特定的任務(wù)。合成生物學(xué)家最終希望能夠?qū)?xì)胞、細(xì)胞系統(tǒng)或組織進(jìn)行編程，以執(zhí)行特定的任務(wù)和功能。
而如果我們可以設(shè)計(jì)和生產(chǎn)人工細(xì)胞，那就意味著新的醫(yī)學(xué)時(shí)代已經(jīng)不遠(yuǎn)了。人工細(xì)胞、器官和骨骼以及合成的DNA將被用于再生人類，從而擊敗衰老，催生長(zhǎng)壽市場(chǎng)，這對(duì)人類具有巨大價(jià)值。
在醫(yī)學(xué)的新未來中，一個(gè)完整的醫(yī)療供應(yīng)鏈被創(chuàng)建出來，致力于長(zhǎng)壽、再生、人類健康和人類物種的醫(yī)療增強(qiáng)。正如我預(yù)測(cè)的那樣，這將導(dǎo)致一個(gè)新文明的出現(xiàn)，不僅會(huì)消除大多數(shù)疾病，而且會(huì)從醫(yī)療上完全改變?nèi)祟惖倪M(jìn)化，使人類能夠活得更久、更健康、更聰明。
迷人的危險(xiǎn)
當(dāng)然，合成生物學(xué)的未來并不限于地球。比如，美國(guó)太空總署（NASA）就投入了大量人力物力發(fā)展合成生物技術(shù)。
畢竟，當(dāng)航天員抵達(dá)其他星球，就會(huì)需要氧氣、食物和安全的住所。通過合成生物技術(shù)，航天員就可以運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)化的生物元件制造細(xì)胞，來生成氧氣，甚至磚塊。這些細(xì)胞會(huì)分泌帶黏性的分子植入模仿火星風(fēng)化層的沙土后，將凝固成磚塊。這項(xiàng)技術(shù)需要一整個(gè)試管的細(xì)胞、一點(diǎn)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(dāng)然，長(zhǎng)期下來，真正能落實(shí)的合成生物還是太少。畢竟，理想中的合成生物成為現(xiàn)實(shí)，表現(xiàn)未必合乎預(yù)期。就像研發(fā)中的電子產(chǎn)品，按設(shè)計(jì)原本該出現(xiàn)清晰的數(shù)據(jù)輸出，卻常被系統(tǒng)噪聲擾亂。生物傳感器也好，藥物或者是燃料也好，當(dāng)前，依然有許多輸出都受到阻撓。人們依然需要更沉著、務(wù)實(shí)的計(jì)劃來發(fā)展合成生物技術(shù)。
另一個(gè)需要擔(dān)憂的問題是，盡管合成生物學(xué)目前監(jiān)管嚴(yán)格，用的是類似于監(jiān)管轉(zhuǎn)基因生物的策略，但是當(dāng)合成生物產(chǎn)品涌入自然界，人們又該如何控制？在分子的層面人們能控制得很好，并不代表從個(gè)體和生態(tài)層面也能做到萬無一失。
比如，人類確實(shí)可以將基因或者基因組的順序打亂，來創(chuàng)造大自然還沒來得及創(chuàng)造的東西，但是生物學(xué)單元不會(huì)孤立地存在?；?、蛋白質(zhì)復(fù)合物以及細(xì)胞模塊組成的單元復(fù)合體，它們總是在個(gè)體內(nèi)部不斷進(jìn)化，以應(yīng)對(duì)多變的環(huán)境。
模塊可以循環(huán)交換，從而使系統(tǒng)具有可塑性。當(dāng)然，這種可塑性必須遵守一定的規(guī)則，合成生物學(xué)正是構(gòu)建在這些規(guī)則之上。人類真的已經(jīng)對(duì)分子原則了如指掌，從而敢于將合成生物放歸自然生態(tài)系統(tǒng)了嗎？事實(shí)是，即使在實(shí)驗(yàn)室條件下，當(dāng)然，人們對(duì)控制典型生物細(xì)胞分化的表觀遺傳過程還所知寥寥。
合成生物技術(shù)必然推動(dòng)生態(tài)系統(tǒng)改變著它們的形式、功能和關(guān)系。我們可以在實(shí)驗(yàn)室中創(chuàng)造出看上去完美無瑕，表現(xiàn)也無可挑剔的生物單元，但是人類不能控制生態(tài)和進(jìn)化將如何把合成生物單元重新連接到生態(tài)系統(tǒng)中，同樣我們也不能預(yù)測(cè)合成單元會(huì)如何重新聯(lián)系生態(tài)系統(tǒng)和它的棲居者。
“創(chuàng)造自然”當(dāng)然是迷人的，但也是危險(xiǎn)的。人類真的能在創(chuàng)造出的生物體上安裝一個(gè)“停止進(jìn)化”的開關(guān)嗎？又該如何確定合成生物的可控？當(dāng)工程化模塊毀壞，或者它們轉(zhuǎn)移到其他生物體上，又會(huì)導(dǎo)致什么樣的結(jié)果？這些對(duì)于目前來說，都是不可想象的，但卻是人們必然要面對(duì)的未來。