促進(jìn)半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展

仿生合成生成材料

開(kāi)啟基因技術(shù)新篇章

青蒿素生物藥品合成

　　張東裔，博士生導(dǎo)師，教育部高等學(xué)校教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)委員，合成生物學(xué)領(lǐng)域?qū)＜�，學(xué)科學(xué)術(shù)帶頭人，長(zhǎng)期從事細(xì)胞生物學(xué)與生物化學(xué)研究，發(fā)表相關(guān)SCI論文30余篇。

　　視點(diǎn)提示

　　據(jù)外電披露，4月1日，美國(guó)國(guó)防部先進(jìn)研究項(xiàng)目局誕生了一個(gè)新機(jī)構(gòu)：生物技術(shù)辦公室（BTO），其重點(diǎn)研究方向，是利用生命系統(tǒng)的合成能力，研發(fā)比傳統(tǒng)先進(jìn)的化學(xué)手段還要優(yōu)越的新技術(shù)，構(gòu)造具有全新功能生物科學(xué)系統(tǒng)，從而為國(guó)家安全提供強(qiáng)有力的科技支持。

　　這一信息的披露，再一次將世人的目光投向了一個(gè)全新研究領(lǐng)域——合成生物學(xué)。現(xiàn)在，就讓我們隨同專(zhuān)家一起來(lái)揭開(kāi)其神秘的面紗。

　　重新設(shè)計(jì)生命的工具

　　可能有人會(huì)問(wèn)，地球上所有的生命都是億萬(wàn)年進(jìn)化的產(chǎn)物，是通過(guò)自然選擇雕琢出來(lái)的杰作，何須再對(duì)它們重新設(shè)計(jì)呢？

　　事實(shí)也是如此，基因作為生物進(jìn)化的物質(zhì)基礎(chǔ)和主體，幾乎無(wú)可挑剔。但是，人類(lèi)需要的絕不僅僅是維持一個(gè)繁榮的生物圈，正如恩格斯關(guān)于人和動(dòng)物區(qū)別的論述——“人和動(dòng)物最大的區(qū)別是制造并使用工具”，而要將生命系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋�(gè)具有無(wú)限潛力的工具，就得依靠合成生物學(xué)與合成生物技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

　　合成的生命系統(tǒng)到底如何造福人類(lèi)呢？我們舉個(gè)現(xiàn)實(shí)例子。瘧疾，是一種頑固的熱帶流行病，至今仍在各大洲肆虐。在治瘧過(guò)程中，中國(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一種能夠治療瘧疾的青蒿素，被人們特別是非洲人稱(chēng)為“中國(guó)神藥”。2006年，美國(guó)科學(xué)家將整個(gè)青蒿酸的代謝系統(tǒng)相關(guān)基因在酵母菌中重新構(gòu)建，使其具備了合成青蒿酸能力，大幅提高了青蒿素的生產(chǎn)能力，顯著降低了成本。

　　試想，如果我們能夠運(yùn)用神奇的合成生物學(xué)技術(shù)，有針對(duì)性地對(duì)生命尤其是單細(xì)胞生命進(jìn)行重新設(shè)計(jì)和構(gòu)建，不僅有機(jī)會(huì)獲得更多“神藥”，呵護(hù)人類(lèi)的健康，而且能讓人的生命系統(tǒng)具備更加多樣的能力。

　　創(chuàng)造人工生命的曙光

　　2010年，著名學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》雜志公布了世界上首例合成生命“辛西婭”。美國(guó)生物學(xué)家通過(guò)10多年的研究和探索，成功地將蕈狀支原體的基因組，“拷貝”到了被挖空的山羊支原體細(xì)胞內(nèi)，并讓它重新活了過(guò)來(lái)。這就是世界上第一個(gè)完全由人工合成的生物——“辛西婭”。

　　辛西婭的誕生，是人類(lèi)創(chuàng)造的生命嗎？或者說(shuō)，人類(lèi)已經(jīng)具備創(chuàng)造生命的能力了嗎？對(duì)此，科學(xué)家并不支持這樣的觀點(diǎn)，他們認(rèn)為，辛西婭只能稱(chēng)為人類(lèi)合成的生命，而不是創(chuàng)造的生命，這里面的區(qū)別就在于是否“原創(chuàng)”。如果將它與文學(xué)創(chuàng)作做一個(gè)類(lèi)比，合成的辛西婭只是將別人的作品抄了一遍，并在里面做了標(biāo)記，并不屬于原創(chuàng)。因此，也就談不上是創(chuàng)造了一個(gè)生命。

　　即便這樣，辛西婭的誕生，還是轟動(dòng)了世界，畢竟她是地球上一個(gè)全新的生命，擁有的是人工賦予的遺傳物質(zhì)。有學(xué)者指出，在人類(lèi)史中，人們第一次利用最基本的建筑材料，從一個(gè)個(gè)字母開(kāi)始，掌握了書(shū)寫(xiě)生命的密碼，已經(jīng)可以復(fù)制出人工生命了。同時(shí)可以預(yù)見(jiàn)，未來(lái)以基因?yàn)榛敬u塊搭建“高樓大廈”的日子指日可待。合成生物學(xué)將達(dá)到最高境界——?jiǎng)?chuàng)造新的人工生命。

　　影響未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)的利器

　　新的技術(shù)發(fā)明總是能在戰(zhàn)爭(zhēng)中找到合適的位置，合成生物學(xué)技術(shù)在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用潛力同樣受到了密切關(guān)注。

　　蜘蛛織網(wǎng)，蜘蛛絲的良好彈性，早已引起了人們對(duì)軍事防護(hù)材料的興趣，如果讓每一名將士都穿上蜘蛛絲的“軟猬甲”，目前還只能是科幻。不過(guò)，這一異想天開(kāi)的想法，已有了實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展，國(guó)外科學(xué)家運(yùn)用合成生物學(xué)的原理，在微生物中合成了蛛絲蛋白，使蛛絲蛋白進(jìn)行規(guī)�；a(chǎn)成為可能，也表明新生命系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與構(gòu)建在軍事上應(yīng)用是完全可行的。

　　2011年6月，美國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局宣布了“生物鑄造”項(xiàng)目，目的在于將標(biāo)準(zhǔn)化的生命元件組裝為全新的工程微生物，再用來(lái)實(shí)現(xiàn)各種具有軍事應(yīng)用潛力的生物功能。他們認(rèn)為，這一技術(shù)有助于通過(guò)生物系統(tǒng)獲得“新材料、新能力、能源和藥物”。如通過(guò)微生物的合成生物學(xué)改造，可使微生物能產(chǎn)生生物柴油，用于車(chē)輛、軍艦甚至飛機(jī)燃料供應(yīng)，從而有效改善能源結(jié)構(gòu)。

　　專(zhuān)家指出，軍事應(yīng)用需求將孕育新突破：一是構(gòu)建新的代謝系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)特殊物質(zhì)的生物合成；二是構(gòu)建新的生物信號(hào)系統(tǒng)，滿(mǎn)足高效傳感和探測(cè)的需求；三是構(gòu)建新的優(yōu)勢(shì)物種，來(lái)調(diào)節(jié)、控制微生物群落，實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境有害因素治理，以及對(duì)有利因素最大化利用。所以，合成生物學(xué)發(fā)展，將是未來(lái)戰(zhàn)場(chǎng)上不可忽視的新生力量。

　　探尋奧秘

　　讓生命靈活設(shè)計(jì)

　　合成生物學(xué)，一個(gè)陌生而又熟悉的名字。如果套用當(dāng)下的一句流行用語(yǔ)，它是一個(gè)“低調(diào)奢華有內(nèi)涵”的學(xué)科名稱(chēng)。這是因?yàn)椋亚臒o(wú)聲息地蔓延到各個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，扮演著上帝創(chuàng)造生命的重要角色。

　　作為21世紀(jì)剛剛出現(xiàn)的一個(gè)生物科學(xué)分支學(xué)科，它與傳統(tǒng)生物學(xué)從上而下通過(guò)層層解剖和解析生命體、來(lái)研究其內(nèi)在構(gòu)造的辦法相反，它是將生命尤其是單細(xì)胞生命，視為執(zhí)行生理功能的零部件，自下而上地通過(guò)組裝后重新構(gòu)建新的生命體系。

　　它也不同于基因工程把一個(gè)物種的基因延續(xù)、改變并轉(zhuǎn)移至另一物種的做法，其目的在于通過(guò)組裝各種生命部件來(lái)從頭建立人工生物體系，讓這些部件像電路中的元器件一樣，在生物體內(nèi)運(yùn)行，使生物體能按預(yù)先設(shè)計(jì)的方式來(lái)完成各種生物學(xué)功能。

　　合成生物學(xué)的最高境界，是靈活設(shè)計(jì)和改造生命，重塑生命體�？茖W(xué)家可以憑借最前沿的生物技術(shù)，重新設(shè)計(jì)和合成人工的基因組，甚至有可能創(chuàng)造出新的物種，或者說(shuō)可以創(chuàng)造新的生命，實(shí)現(xiàn)神奇的生命創(chuàng)造新功能。