作者:龙九尊 来源:科学时报 发布时间:2011-11-28 6:53:21
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没有想象边界的技术
 
本报记者 龙九尊
 
从苏州回来后,科学家们无穷的想象力和创造力让王颖难以忘怀。几天前的苏州冷泉港亚洲会议上,Jay Keasling、 Pamela A Silver、Daniel G. Gibson,这些合成生物学领域的大人物,向这位清华大学的学生展示了不可思议的科学魅力。
 
Jay Keasling教授来自美国加州大学伯克利分校,他们通过人工方法合成各种基因,然后将其组装成一条“生产线”放入一个微生物体内,使得这个微生物合成出烷烃、脂肪酸酯等一系列可用作航空燃料的产品。此前,他们用类似方法合成出能生产青蒿素的微生物,名声大噪。
 
这个人工修饰遗传路径甚至创造生命的技术的出现,使得科学家们坚信,健康、生物经济和资源环境等领域将迎来一场产业革命。医药、化工品、资源、能源等问题在不久的未来将迎刃而解,毕竟目前曙光已现。
 
只要想到,就能创造
 
“上帝创造生命,人类通过自身的技术创新修饰生命,合成生物学就是这样的伟大创新。”马红坤,这位清华大学的研究生用诗歌般的语言惊叹这门学问。他的导师陈国强教授则喜欢用中国功夫来比喻自己的研究:“要使一个细胞拥有少林武术又会武当剑法。”
 
陈国强试图把两个甚至更多不同特征的微生物结合起来,以获得具有全新能力的微生物。此前,他像Jay Keasling一样,通过对微生物内部“生产线”的改造,合成出一系列具有不同特征的新材料。在他雄心勃勃的计划中,像聚羟基脂肪酸酯这种性能多样的生物塑料,完全可用微生物通过合成新的路径而实现廉价的大规模生产。
 
显然,国内科技决策层已意识到这一技术带来的革命性影响。2010年,中国科技部在“973”计划中部署了1个合成生物学项目,由中科院微生物研究所研究员马延和担任首席科学家;2011年,“973”计划再次部署2个合成生物学项目,分别由中科院院士赵国屏和上海交通大学教授冯雁等人担任首席科学家,上述三个项目研发经费合约1.4亿元。
 
不过中国的步伐已经落在了欧美之后,这一差距在学术论文数量上得到极为直观的体现。中国生物技术发展中心前沿生物技术处于振行博士提供的数据显示,关于合成生物学的SCI论文,美国约有450~500篇,中国竟少于50篇,远落在美、英、德等国之后。
 
此外,经济导向的思维已经渗透到这个刚刚开辟的研究领域。上述部署的3个“973”项目,应用导向意味十分浓烈,均是“面向国家重大需求”而展开的研究。这与欧美等国呈现出较大的差异。
 
“国外研究非常突出观念创新,而且已经渗透到微生物、工程、动物、植物等各个领域。”陈国强认为美国莱斯大学Jeff Tabor教授的研究是一个极好的例子,Jeff Tabor已经实现了对DNA表达的实时控制。这意味着,可以诱导微生物去做人类想要实现的某些事情,往前一步,合成生命可以听从人的控制。
 
“我们要知道,合成生物学不会被想象力所限,只要我们能想到,通过努力,就能创造出来。”韩国先进科学技术研究院(KAIST)科学家Sang Yup Lee(李相燁)对《科学时报》记者说。
 
工业化曙光
 
在工业领域,这门“不被想象力限制”的技术试图掀起一场产业革命,而且曙光初现。
 
在生物燃料方面,文特尔(Venter)研究所Daniel G. Gibson博士透露,他们正把一个制造乙醇的微生物跟利用纤维素的微生物进行合成,使得新的微生物能直接利用纤维素生产乙醇。另一项研究同样激动人心,一个合成的微生物可以直接把CO2生成丁醇或乙醇。
 
哈佛大学Pamela A Silver教授也在CO2上大做文章,她对《科学时报》记者说,通过大肠杆菌把CO2直接转化为葡萄糖的路子已经走通。葡萄糖是发酵工业的基本原料,主要来自玉米,因而一直存在“与人争粮”的问题,若以CO2作为原料,不失为获得葡萄糖的非常有用的途径。
 
在医药领域,Jay Keasling研究小组成功合成了青蒿素。他说,这一生产方法将很快得到工业化应用。青蒿素是治疗疟疾的稀缺药物,目前主要通过从青蒿植株中提取,因此产量有限而且价格居高不下。
 
法国METABOLIC EXPLORER公司的Bestel-Corre博士透露,他们已用合成生物学方法工业化生产出1,2丙二醇和1,3丙二醇等精细化工品。这些产品可广泛应用于食品、医药和化妆品工业中。
 
“10年前,合成生物学的最初目标被提出,就是要使工程生物变得更快速和更具预测性。一旦能够实现,工业生物各方面的应用范围都将大大扩大。” Pamela A Silver说,“包括能源、医药、食品等方面,生产过程将更快速、更具预测性。”
 
Pamela A Silver说,下一个目标将是“以任何我们希望的方式改造生物”。不过要做到这一步,当前最大的挑战是“对于生物的基础性理解”还得继续深化。
 
中国快跑
 
正是在这一点上,中国合成生物学的发展路径也让一些科学家感到担忧。“从目前来看,国内还不太强调合成生物学作为一个学科的科学问题,很多时候是考虑怎么尽快得到应用。”中科院大连化物所研究员赵宗保说。
 
实际上,作为合成生物学的核心科学问题之一,真正设计出一个完全意义上的人造细胞还有很大的难度,需要依赖很多基础知识的突破。因此,急于求成的中外科学家们更多从代谢工程出发,通过给微生物组装一条新的代谢路径——“生产线”,使其合成出人们想要的产物。
 
“如果非常强调原创、基础,那么创新风险比较高,基于这个现实考虑,国内科研更多考虑针对国家重大需求,考虑应用。”陈国强对记者解释了中国科研“国情”。不过他也担心,对于合成生物学这样重要的研究领域,如果中国基础研究不牢靠,在产业化时很难打造中国的竞争力。
 
中国生物技术发展中心前沿生物技术处于振行博士承认,合成生物学领域的研究在中国刚刚开始,而且研究水平远远跟不上中国经济发展的速度。不过他认为,通过国家持续投入,合成生物学将来“会发展得非常快”。
 
《科学时报》 (2011-11-28 B2 技术·经济)
 
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