所有地球生命都有一個共同的起源，都是“地球生命樹”開枝散葉的結(jié)果，所以它們都擁有一些共同的特征，從只在顯微鏡下才能看得到的細(xì)菌，到海洋中最龐大的藍鯨，構(gòu)成生命基礎(chǔ)的都是DNA“字母表”，以及以DNA語言為基礎(chǔ)的編碼方式。

人類飼養(yǎng)家畜、改良物種的歷史已有一萬多年，但直到20世紀(jì)70年代，DNA技術(shù)的崛起才真正讓人類認(rèn)識到正是DNA編碼的差異造就了地球物種的多樣化，生物工程由此誕生，人類也因此擁有了跨越物種屏障的能力。在過去的幾年里，生物工程已經(jīng)發(fā)展成為新的產(chǎn)業(yè)革命，人類開始重新設(shè)計和改造自然，甚至從無到有創(chuàng)造出人造生命……

以下是生物工程科學(xué)取得的七大進展。

生物計算機

只要按下某個按鈕，正在進行數(shù)百萬次邏輯運算的計算機就會立即停下，但生命形式的運行則比最強大的計算機還要復(fù)雜得多，并且還會產(chǎn)生一些冗余無用的“雜音”，這意味著生物體的運行并非總是線性的、明顯的和明確的。合成生物學(xué)的部分工作就是要剔除那些冗余“雜音”，將生物學(xué)系統(tǒng)精簡分解成一個個“組件”，然后根據(jù)需要加以重建。

這種工作的結(jié)果就是可以將信息存儲幾萬年的超致密系統(tǒng)。2013年，生物電路的計算機化已經(jīng)取得了令人矚目的進展。2月，美國麻省理工學(xué)院的皮羅·斯路蒂等研究人員設(shè)計的DNA電路，利用類似于電子學(xué)中的邏輯函數(shù)，在大約9天的時間里，可存儲90代細(xì)胞的數(shù)據(jù)。一個月后，合成生物學(xué)先驅(qū)德魯·恩迪公開了他發(fā)明的可以像晶體管一樣工作的DNA系統(tǒng)。晶體管是所有現(xiàn)代電子學(xué)的最基本組件之一，是20世紀(jì)電子學(xué)的重要基礎(chǔ)，而生物版本晶體管的出現(xiàn)也將為生物計算機的誕生鋪平道路。

不再擔(dān)心太空輻射

基因工程合成細(xì)胞如何幫助人類適應(yīng)外太空環(huán)境？如今，美國宇航局正在利用合成生物學(xué)的知識攻克最后的堡壘。硅谷的艾姆斯研究中心的實驗室里正在進行一項研究，為宇航員提供可以經(jīng)受外太空極端嚴(yán)酷環(huán)境的裝備。

人類外太空探索的最大障礙之一是，以目前的推進技術(shù)，太空旅行往往需要許多年時間，在漫長的旅途中，太陽輻射和宇宙射線會給宇航員的身體帶來極大的威脅，甚至有可能導(dǎo)致機體產(chǎn)生有害突變。輻射對DNA危害極大，包括引發(fā)癌癥等。但如果屏蔽宇宙輻射的保護裝置太過厚重，又會給離開地球的發(fā)射任務(wù)增加大量的成本。

艾姆斯實驗室正在設(shè)計一種能夠產(chǎn)生細(xì)胞因子蛋白的合成生物電路，可保護宇航員免受太空輻射危害。細(xì)胞因子蛋白是機體抵御輻射危害的一種自我保護機制。但問題是，這種合成生物學(xué)電路安置在哪里好呢？讓它在身體里自由漂浮可不是個好主意。美國宇航局利用納米碳纖維設(shè)計了一種生物膠囊，這種膠囊可以植入宇航員的皮下組織，它的氣孔很小，令細(xì)菌無法逃逸出來，但足以讓產(chǎn)生的細(xì)胞因子蛋白從里面出來，起到保護宇航員的作用。

代替路燈的發(fā)光樹

人類發(fā)現(xiàn)并研究自然界中的熒光現(xiàn)象已有幾十年歷史了，包括美籍華裔科學(xué)家錢永健在內(nèi)的三名科學(xué)家因發(fā)現(xiàn)和研究綠色熒光蛋白而獲得了2008年的諾貝爾化學(xué)獎。螢火蟲能夠發(fā)光，是因為它們的基因中含有一種叫作熒光素酶的特殊蛋白質(zhì)。出于科學(xué)研究的目的，科學(xué)家通過遺傳基因工程，已經(jīng)創(chuàng)造出了熒光鼠、熒光貓、熒光豬等新奇發(fā)光生物。能夠發(fā)出熒光的觀賞魚是美國在寵物商店出售的首個基因工程寵物。

2013年6月，合成生物學(xué)Kickstarter項目籌集了近50萬美元開發(fā)發(fā)光樹，組成了以DNA“黑客”安東尼·埃文斯為首的三人研究小組。雖然有人認(rèn)為真正實現(xiàn)無電照明還要克服許多障礙，但許多人對這個項目仍然抱有很大期盼，認(rèn)為這也許開創(chuàng)了一個新途徑。這些正在進行中的研究項目表明，合成生物學(xué)正在崛起，實際應(yīng)用范圍也正在日益擴大。

殺滅癌細(xì)胞的斗士

目前治療癌癥最有效的方法不外乎化學(xué)療法和放射療法。盡管日前的癌癥治療技術(shù)已經(jīng)能夠越來越精確地針對失控的癌變細(xì)胞，但仍然會殺死許多健康的細(xì)胞，在治療過程中給病人帶來許多痛苦和折磨。

美國麻省理工學(xué)院的羅恩·韋思和他的研究小組設(shè)計了一種基因電路，將這種基因電路嵌入一種無害病毒之中，然后讓病毒感染細(xì)胞。病毒感染細(xì)胞之后會向細(xì)胞就五個生物學(xué)上的問題進行“提問”。如果這種分子“應(yīng)答”的結(jié)果是否定的，那么電路就會失去活動能力；如果五個問題的答案都是肯定的，那么該細(xì)胞就可百分之百地被確認(rèn)已經(jīng)癌變。基因電路下一步要做的就是激活細(xì)胞的自毀程序。打個比方來說，放射療法就像老式的大口徑短槍，而基因電路就像狙擊步槍，兩者擊中目標(biāo)的準(zhǔn)確率是不可同日而語的。

不過，目前這種系統(tǒng)只對一種被研究得最多的癌細(xì)胞——海拉細(xì)胞有效，而且只能殺死培養(yǎng)皿中的癌細(xì)胞，還無法用于殺死動物體內(nèi)的癌細(xì)胞。所以，這種基因電路還無法在短期內(nèi)推廣到其他多種癌癥的治療中。但畢竟這是癌癥攻克之路上取得的又一新進展。

“細(xì)胞工具箱”

任何外出旅行的人都知道，沒有合適的電源轉(zhuǎn)換接頭是一件多么讓人頭痛的事情。電子行業(yè)早在幾十年前就已經(jīng)實現(xiàn)了元部件的標(biāo)準(zhǔn)化。當(dāng)你需要一只二極管時，你可以買到現(xiàn)成的標(biāo)準(zhǔn)件，而不需要自己去專門制作一個?；蚬こ讨两駷橹惯€未能做到這一步。如今，“生物磚基金會”正努力在合成生物學(xué)領(lǐng)域內(nèi)推行生物元部件的標(biāo)準(zhǔn)化，以便于根據(jù)需要將“生物磚”以更有效更具創(chuàng)造力的方式“組裝”起來。每年，研究人員在研究中都要用到“標(biāo)準(zhǔn)生物組件登記冊”中的許多“生物磚標(biāo)準(zhǔn)元件”，這也是生物元部件的唯一來源。這些生物元部件都是免費供給的，并且都是可以瓦相適配的標(biāo)準(zhǔn)化生物元部件，目前這些“生物磚”的數(shù)最已達一萬種。

用“生物磚”組裝的產(chǎn)品不乏奇特創(chuàng)意。荷蘭一個研究小組研究的用生物工程細(xì)菌制作的檢測棒會令腐敗變質(zhì)的肉改變顏色，超市可利用它來監(jiān)測肉類制品的新鮮程度。

抗瘧疾新武器

全世界每年有數(shù)百萬人死于瘧疾。據(jù)世界衛(wèi)生組織估計，自上世紀(jì)60年代以來，在撒哈拉沙漠以南的非洲地區(qū)，每年用于瘧疾治療的醫(yī)療費用已高達數(shù)千億美元。自17世紀(jì)以來，人類一直用奎寧以及瘧疾特效藥氯喹等來對付瘧疾，但因瘧疾病原體不斷進化的抗藥性，治療效果不很理想。如今最有效的瘧疾治療方案是多種藥物合成的“雞尾酒”，其中包括從苦艾中提取的關(guān)鍵有效成分青蒿素。但苦艾生長條件苛刻，在過去幾年里，青蒿素市場一直處于繁榮與蕭條的交替循環(huán)中，青蒿素的價格也一直處于不穩(wěn)定的上下浮動中。

當(dāng)杰伊·基斯林在實驗室里嘗試設(shè)計一種能夠生產(chǎn)柴油的基因電路時，他的學(xué)生貝克萊注意到實驗中產(chǎn)生的一種與青蒿素十分相似的副產(chǎn)品。于是，他們進行跟蹤研究，最終利用從三種不同有機生物體中獲得的12種基因，發(fā)明了細(xì)胞合成青蒿素產(chǎn)品，并于2006年正式公布。2013年，在獲得來自比爾·蓋茨基金會的大筆投資之后，這種藥物被分配到了瘧疾多發(fā)地區(qū)。

這種藥物的正式問世將是合成生物學(xué)革命的一個里程碑，也是生物工程學(xué)的第一個了不起的產(chǎn)品。合成生物學(xué)革命方興未艾。

清潔海洋的細(xì)菌大軍

2012年國際基因工程機械設(shè)計大賽的亞軍獲得者是倫敦大學(xué)，其獲獎作品是一個用來清除海洋污染的塑料島嶼。如今，漂浮在海洋上的塑料廢物每年多達數(shù)百萬噸。不過，這個巨大的人工島嶼并不是由廢塑料瓶子堆積起來的，而是由無數(shù)微小的塑料碎屑堆積起來的——這給海洋帶來的危害更大。塑料碎屑在海水漩渦里積聚起來，進入食物鏈，給海洋生物帶來身體上的損害甚至導(dǎo)致死亡。

倫敦大學(xué)的研究小組設(shè)計了一種有浮力的耐鹽細(xì)菌，這種細(xì)菌能夠?qū)⑺芰纤樾己推渌到馕镔|(zhì)區(qū)分開來，然后聚集成團，最后形成塑料島嶼?？紤]到安全問題，這些基因工程設(shè)計的細(xì)菌對環(huán)境的影響都被降到最低，并有對這種細(xì)菌的DNA進行降解的配套系統(tǒng)。