大科技雜志社

我們現(xiàn)在的生活，已經(jīng)離不開各種合成材料，例如尼龍、塑料等。它們都是通過化學合成得到的。不過，化學合成所涉及的，僅是一系列無生命的工藝流程：反應、催化、蒸餾……合成生物學在此基礎上又進了一步，它把一些有機生命當作一部部活的機器，經(jīng)適當改造之后，利用它們就可以合成我們想要的東西。

青蒿素的發(fā)現(xiàn)

青蒿素的故事始于1967年。當時中國政府為了幫助在戰(zhàn)爭中飽受瘧疾折磨的戰(zhàn)士，發(fā)起了尋找抗瘧疾藥物的計劃。經(jīng)過艱苦的攻關(guān)，一位叫屠呦呦的研究人員在嘗試用傳統(tǒng)中醫(yī)治療發(fā)燒的藥物配方時，無意中遇上了青蒿。

1979年，當青蒿中的活性成分——青蒿素被公之于眾的時候，國際上普遍對此持懷疑態(tài)度：青蒿素看起來太不穩(wěn)定，不可能成為神奇的良藥。而它的中醫(yī)背景，更加重了人們的疑慮。

直到1999年，當一家瑞士的制藥公司開始出售含青蒿素的抗瘧疾藥物時，局面才發(fā)生了戲劇性的變化。人們發(fā)現(xiàn)，若把青蒿素和其他類型的抗瘧疾藥物混合使用，瘧原蟲就很難進化出耐藥性。自此，青蒿素才被大家刮目相看，并被世界衛(wèi)生組織推薦為首選的抗瘧疾藥物，全球范圍的使用量從2002年的60萬次飆升到2004年的500萬次，依靠青蒿種植已經(jīng)遠遠滿足不了青蒿素的生產(chǎn)需求。

讓微生物來合成

差不多與青蒿素的發(fā)現(xiàn)同一時間，一門新興的學科——合成生物學正在發(fā)展起來。一些生物學家試圖讓人相信，微生物也可以被轉(zhuǎn)變?yōu)槟軌蚝铣筛鞣N材料的“化工廠”。美國生物學家簡·吉斯林就是其中的一位。為了證明這種設想并非空中樓閣，他決定先從合成一類叫作“類異戊二烯”的有機分子入手，因為這類分子具有廣闊的商業(yè)前景，而且常見于植物和動物。

但類異戊二烯是一個很大的家族，具體選擇哪一名成員好呢？一天，吉斯林的一名學生把一篇有關(guān)青蒿素的論文拿給他看。吉斯林眼睛一亮，心想：好，我們要合成的就是它——青蒿素！

為什么青蒿素會讓吉斯林眼睛一亮？因為青蒿素可以從另一種叫“紫穗槐二烯”的有機物衍生而來，而這種有機物恰好是類異戊二烯家族的成員。

為了利用微生物來合成青蒿素，吉斯林的團隊先在青蒿上找到與制造青蒿素有關(guān)的基因，把它分離出來，并植入啤酒酵母菌。一開始，這個基因移植之后并不工作，但是經(jīng)過多年的改進，到2006年，酵母菌終于生產(chǎn)出了青蒿酸。有了青蒿酸，把它轉(zhuǎn)變?yōu)榍噍锼厥呛苋菀椎氖隆?/p>

通過這種辦法生產(chǎn)青蒿素，不僅可以保證產(chǎn)量，還極大地降低了價格，這為全世界上億人抗擊瘧疾提供了巨大的幫助。據(jù)統(tǒng)計，2013年酵母菌生產(chǎn)的青蒿素大約是35噸，占全世界年產(chǎn)量的1/3。2014年的產(chǎn)量是50噸～60噸，足可治療8000萬～1.5億瘧疾患者。

合成生物學走向生活

除了制藥業(yè)，食品工業(yè)也極大地受益于合成生物學。很多以前只能從植物中提取的化學物質(zhì)，從香精、調(diào)味品到食品添加劑，如今也已經(jīng)能利用轉(zhuǎn)基因微生物大規(guī)模生產(chǎn)。事實上，其中的某些東西說不定你已經(jīng)在使用了。

例如，桔烯原本是從產(chǎn)于西班牙瓦倫西亞地區(qū)的橘子中提取的一種柑橘類香精。由于受產(chǎn)地的限制，產(chǎn)量有限。但自2010年以來，已有兩家公司通過微生物來釀制桔烯，產(chǎn)品被銷往世界各地，用于制作各種飲料和香水。

另一個例子是香草精。大多數(shù)香草精原本是從樹木或煤中用化學方法提煉出來的。香草精在大自然中存在于香草蘭的莢果中，而香草蘭莢果的生產(chǎn)和提煉，費時費力，產(chǎn)量低下，這使得香草精成了全世界第二名貴的香料。但現(xiàn)在，一家瑞士制藥公司已經(jīng)用轉(zhuǎn)基因的酵母菌生產(chǎn)香草精了。據(jù)稱，通過這種方式獲得的香草精品質(zhì)更優(yōu)良。

合成生物學甚至還可以彌補自然的缺陷。譬如我們知道，所有生物的DNA“大書”都是由4個堿基“字母”書寫的。由于在DNA指導合成蛋白的過程中，每3個堿基對應1個氨基酸分子，而3個堿基的排列組合數(shù)十分有限，所以自然界中僅存在20種氨基酸。但在前些年，生物學家將DNA的堿基“字母”一下子擴充到了6個。擴充之后，能合成的氨基酸種類一下子增加了152種。把新堿基添加到細菌的DNA上，它們就能為我們制造出無數(shù)自然界原先不存在的新蛋白。

有了合成生物學，我們可以有把握地說：任何一種名貴的東西，只要植物能長，我們就有辦法合成。