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【文/觀察者網(wǎng)專欄作者 萬三】

“細(xì)胞治療做了這么多年，感覺要做不下去了，但有了合成生物學(xué)，感覺希望又來了”，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院教授田志剛?cè)绱烁袊@。

合成生物學(xué)，是一門運用基因操作工具等調(diào)節(jié)和改造生命行為，或再創(chuàng)生命形式的工程學(xué)科，它正在為諸多或迫在眉睫，或前景廣闊的應(yīng)用帶來希望。

中國合成生物學(xué)最早發(fā)起人之一的趙國屏院士這樣解釋：合成生物學(xué)區(qū)別于其他傳統(tǒng)生命科學(xué)（如基因科學(xué)、微生物學(xué)、生物化學(xué)等）的核心是其“工程學(xué)本質(zhì)”——合成生物學(xué)最主要的任務(wù)，是要按人們的需求，設(shè)計出相應(yīng)的“產(chǎn)品”。

就跟設(shè)計制造冰箱是為了制冷儲存食物一樣，人工合成生物，有著明確的目的與明確的產(chǎn)物。

舉個例子，人們其實從幾千年前就雇傭微生物給自己干活了，比如為讓人們“痛快喝一杯”而默默耕耘的釀酒酵母。然而這種合作是偶然間達(dá)成的，長期以來人類只能通過偶然發(fā)現(xiàn)一個工作伙伴的形式，與微生物合作。喝完啤酒第二天人想喝酸奶了，酵母菌就沒用，只能出門左拐找乳酸菌。第三天人類想要“釀”點別的東西，又得去億萬種細(xì)菌里大浪淘沙。這樣的方式十分低效。

有了合成生物學(xué)，科學(xué)家可以改造細(xì)菌自身的構(gòu)造，創(chuàng)造出自然界根本不存在的生命，甚至讓它與半導(dǎo)體等人造物質(zhì)結(jié)合，精確生產(chǎn)出我們需要的東西。

如今，合成生物學(xué)已經(jīng)與納米技術(shù)、機(jī)械工程、大數(shù)據(jù)、AI學(xué)習(xí)等多領(lǐng)域相結(jié)合，在制造業(yè)、醫(yī)療、能源、農(nóng)業(yè)、消費品等領(lǐng)域落實應(yīng)用。

一、助力農(nóng)業(yè)發(fā)展

去年9月，中科院團(tuán)隊完成二氧化碳人工合成淀粉的重大突破，今后，費時費地的農(nóng)業(yè)過程，可能會變成高效集中化的工業(yè)過程。

這背后，是合成生物學(xué)家十多年“設(shè)計-合成-測試-學(xué)習(xí)”的反復(fù)嘗試。

誠然，用這種方法轉(zhuǎn)換淀粉的成本尚不能與農(nóng)業(yè)種植競爭，但合成生物學(xué)也已經(jīng)在其他諸多方面協(xié)助農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

微生物天然產(chǎn)出的一些物質(zhì)可以作為農(nóng)藥，遠(yuǎn)比化學(xué)農(nóng)藥要高效安全、對環(huán)境友好，在植物病蟲害防控及保護(hù)我國糧食安全領(lǐng)域具有不可或缺的戰(zhàn)略地位。例如除蟲菊酯就是菊科植物天然會產(chǎn)生的一類物質(zhì)，它對蜜蜂、蝴蝶等農(nóng)業(yè)益蟲無毒，卻能有效殺傷多種害蟲。且對哺乳動物很友好，在環(huán)境中停留的時間也很短。

常規(guī)方法要獲得除蟲菊酯怎么辦呢？種菊花唄，然后再想辦法從植物內(nèi)提取。下圖就是漂漂亮亮的除蟲菊：

但種菊花要時間，收割后萃取出想要的化學(xué)物質(zhì)又要一陣折騰，所以產(chǎn)量不夠大，成本也比較高。畢竟植物只是為了活下去，順手產(chǎn)點除蟲菊酯，不是為了給人類制造生物農(nóng)藥而生的，所以它體內(nèi)的除蟲菊酯含量也不高。

合成生物學(xué)的思路是，先搞清楚植物怎么造出除蟲菊酯的，再把植物細(xì)胞中能夠干活的“元件”流水線式組裝入微生物細(xì)胞中，讓能夠大量繁殖養(yǎng)起來又便宜的細(xì)菌來當(dāng)代工廠。等技術(shù)成熟后不怕不夠用。

二、醫(yī)療新曙光

怎樣將合成生物學(xué)技術(shù)轉(zhuǎn)化到醫(yī)療應(yīng)用上的研究，受到了科技界和醫(yī)學(xué)界的廣泛關(guān)注。

大家可還記得120萬元/支的天價癌癥藥CAR-T？這種治療癌癥的技術(shù)從患者的血液中取出T-細(xì)胞，一頓量身定做的改造后，讓它們學(xué)會識別并攻擊患者體內(nèi)的癌細(xì)胞。聽著很美好，但它有使用范圍限制和一旦發(fā)生了很麻煩的副作用：識別錯了的話，會把自己人一頓猛毆。

而合成生物學(xué)有望讓CAR-T細(xì)胞小分隊自帶邏輯線路，判斷治療過程中出現(xiàn)的變化，精準(zhǔn)攻擊的同時不要誤傷無辜。

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院教授田志剛感嘆：“細(xì)胞治療做了這么多年，感覺要做不下去了，但有了合成生物學(xué)，感覺希望又來了。”

對付癌癥，合成生物學(xué)的另一種思路是改造細(xì)菌。中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院團(tuán)隊就在將細(xì)菌成更具針對性、更智能、更高效的抗腫瘤“武器”。被改造過的細(xì)菌一方面能夠“踢醒”人體自身的免疫細(xì)胞，讓它們起床干活了，這里有癌癥；另一方面能幫忙運送藥物分子。目前，該團(tuán)隊改造的人工細(xì)菌已進(jìn)入臨床前研究階段并取得理想療效，有望成為全球首個用于治療實體瘤的活體生物藥物。

（工程細(xì)菌識別并作用于癌細(xì)胞的示意圖，圖源：genengnews.com）

基礎(chǔ)診療方面，合成生物學(xué)也有用武之地。麻省理工學(xué)院合成生物小組的研究員把改造細(xì)菌植入可重復(fù)拉扯彎曲的水凝膠，能夠黏附在人類皮膚表面。當(dāng)這塊生物材質(zhì)接觸到特定的物質(zhì)后，植入的細(xì)菌因而受刺激而發(fā)光，提醒科學(xué)家有某種化學(xué)分子存在。該技術(shù)未來可能應(yīng)用在防護(hù)手套上檢測有毒物質(zhì)、病原體、過敏源，甚至放在人的皮膚上作初步醫(yī)療診斷。

（有了這樣的手套，以后再有刁民想毒死朕就沒那么容易了！圖源：MIT News）

醫(yī)美是另一條當(dāng)下頗具經(jīng)濟(jì)前景的賽道。能夠以合成生物學(xué)技術(shù)量產(chǎn)的天然高分子材料PHA（聚羥基烷酸酯），正被市場視為輕醫(yī)美的最佳選擇。PHA降解周期小于6個月，在所有自然環(huán)境中都完全降解為水和二氧化碳。

PHA藥物微納載體的降解能力更緩慢，生物相容性更好，其降解速度比聚乳酸（PLA）慢，是眾多生物可降解材料中較慢的一大類，正因其降解產(chǎn)物釋放較緩慢，對人體環(huán)境刺激更小，將在醫(yī)美填充物與護(hù)膚原料、手術(shù)縫線等應(yīng)用場景中發(fā)揮作用。

藍(lán)晶微生物是全球第三家、國內(nèi)第一家具備PHA大規(guī)模生產(chǎn)技術(shù)的企業(yè)，其已與某上市公司簽署協(xié)議，成立合資公司，共同完成產(chǎn)品的研發(fā)、合規(guī)化申報及后續(xù)商業(yè)化推廣。