玩“生物積木”的人

當生物技術的手術刀第一次伸向決定生命形態的單元——基因片段的時候，更多的科學家開始把這些螺旋形“絲帶”上的堿基對看作可以制造、拆解、拼裝的“積木”，像貪玩的孩子一樣，他們的野心是堆積全新的DNA螺旋、創造全新的生命體。

電影《人獸雜交》(英文名為“Splice”)還未正式搬上銀幕，其泄露的片段足以讓世人顫栗：兩位反叛的科學家沖破法律和道德的界限，利用人和動物的基因片段進行“粘結”，創造出了新的物種，半人半獸的雌性怪物“德人”(英文名為“Dren”)。不論電影的情節和結局如何，單單這個怪物的造型，就足夠刺激觀眾的眼球。

因此，科學的結晶不總是令人愉悅的。

合成生物學把生命的基本單元視為可拆解拼裝的“積木”，利用這些零件，科學家可以按照自己意愿組合新的基因片段、“合成”前所未有的物種。有人說，上帝有對手了。

從青蒿素說起

大約10年前，當杰伊·凱斯林第一次聽說“青蒿素”的時候，他對此毫無概念。也毫不奇怪，因為作為加利福尼亞伯克利分校的生物化學的教授，他和瘧疾的克星，一個來自遙遠東方的中草藥里提取的東西之間，自然沒有任何交集。

自古以來，中醫百草皆可入藥，青蒿自不例外。20世紀60年代的越南戰爭期間，由于瘧疾盛行，瘧原蟲變種極多，單一的奎寧難以應付。于是，從中草藥青蒿中提取的“青蒿素”應運而生，它對瘧疾的治愈率高達100％。

隨著生物技術的發展，在生物制藥公司的撮合下，凱斯林和青蒿素結緣。

如今，凱斯林的工作是在實驗室里，利用基因操作的手段，在細胞質中合成這種原本存在于植物中的東西。

“當電腦硬盤壞了的時候，你可以去電腦商店買一個新的作為替換，電腦會照常工作。這個看似簡單的過程，基于電子行業里‘即插即拔’的統一設計標準。另外，生活中類似的例子也并不少見，比如到五金商店配螺母的時候，你完全不必擔心螺紋的大小，因為它們是按照一個標準來生產的。”凱斯林繼續道，“同樣的道理，我們為何不能用‘生物零件’來制造生物呢?”

凱斯林所謂的生物零件，也稱為。生物積木”。這個概念最早由麻省理工學院人工智能實驗室湯姆·奈特教授提出。

據說，奈特關于生物積木的靈感，來自一種名叫“樂高”的游戲。這種發源于丹麥的塑料積木游戲，不同形狀和顏色的積木之間，可以通過凹凸接口連接起來。發揮兒童的想象和創造才能，可以拼裝出各種各樣的造型，因此被稱為“魔術塑料積木”。

科學家對基因的操作，已經有幾十年的歷史了。在無數個生物實驗室里，各種各樣細菌內的基因，切割、插入、改變或者粘結，這已經變成了生物學家的家常便飯。

不過，正如《人獸雜交》里的兩位“先驅”，凱斯林并不是一個傳統的生物學家，因為他的思想里還有更為激進的東西。那就是把雙螺旋結構的基因片段上的堿基對看成“積木”，像兒童堆積樂高積木一樣編寫DNA片段，重新裝配細胞代謝途徑，從而實現一種全新的生物機能——比如，直接分泌化學藥品。最終，改造活體細胞，創造新的生命體。

當然，凱斯林的工作并非出于科學家純真的好奇，因為實驗所需的大量經費不會從天而降。事實上，他所從事的“生物積木”工程，受到了各個方面的資助。比如2003年，比爾與梅琳達蓋茨基金會就授予凱斯林高達4260萬美元的研究資金。

2003年之后，凱斯林的研究項目劃歸到美國人類健康制藥公司名下。

“有了合成生物學的工具，人類就不必僅僅接受大自然的賜予。”凱斯林宣稱道。在豪言壯語的背后，是一位十分具有商業頭腦的科學家，他懂得如何把科研成果轉化為生產力。

目前，人類健康制藥公司正在籌備和法國賽諾菲一安萬特制藥公司合作，這種通過基因重組、在培養液中大量生產的青蒿素，有望在2012年之前商業化生產，從而打破中草藥提取方法的壟斷。

初造生命

凱斯林并不寂寞。在合成生物領域，還有一位野心勃勃的人物，他就是大名鼎鼎的克萊格·文特爾。“組裝出任意組合的人工或天然DNA，應該是不難的事情。”對于文特爾來說，似乎一切皆有可能。

在科學家的眼里，科學幻想和現實之間，只隔著時間。

早在上世紀90年代中期，文特爾就開始和同事籌劃如何把生命分解到最基本的單元，然后重新拼裝出新的生命來。所謂的“最小化基因組工程”，就是其最著名的研究計劃之一。

生物DNA片段上的堿基對編碼次序也稱基因密碼，不同密碼組合決定不同的蛋白質合成。科學家認為，在整個DNA長鏈上，有些片段是沒有用處的，被稱為“垃圾基因”。文特爾的目標是剔除基因組中的垃圾基因，保留支持生命的最簡單基因。像剔除肉留下骨頭，文特爾認為只要骨頭就可以支撐一個生命。

文特爾建立了以自己名字命名的私營研究機構——位于華盛頓郊區的克萊格·文特爾生物技術研究所。截至2008年，文特爾和他的同事一起，已經“拼接”出了無數的DNA片段——這是“生物積木”的最初原型。

他接下來的理想，是把按照自己的設計所拼裝的基因組，植入一個空細胞之內，該細胞就具備了這種基因所決定的功能，真正意義上的人造生命因此誕生。文特爾的支持者已經將這個還未誕生的生命命名為“辛西亞”(Synthia)——它并非希臘神話里的月亮女神辛西亞(Cynthia)，而是一個類似于德人的混雜體；還有，它僅僅是個微生物!

文特爾希望辛西亞成為一個運載不同拼裝基因的“通道”，通過這個通道，拼裝基因可以制造出特定的藥品，或者，通過這個通道，拼裝基因可以消耗大氣中的二氧化碳——典型的低碳生物。

文特爾不但有自己的研究所，還有自己投資引導的企業——合成基因組公司。在文特爾的領導下，該公司已經成功拼裝了一種藻類的基因，從而使其細胞里分泌出油來。

近期，他的研究成果受到了美國石油巨擘埃克森公司的青睞。兩相聯合宣布，將組建價值達6億美元的合伙企業，用于改造藻類生物，制造生物燃料。文特爾說，“合成生物學的商業前景巨大。這是改變生物燃料收成率、使得藻類抵抗病毒侵襲的唯一途徑。”

和凱斯林、文特爾不同，美國佛羅里達州應用分子進化基金會的研究者們走的是另一條路子，“因為我們打算制造的DNA，是自然界完全沒有的!”該研究所的領導者，史蒂文·伯納爾如是說。

目前，地球上的所有生命體，其DNA由4個不同堿基對組成，但是伯納爾想要創造的DNA，卻由6個不同的堿基對組合而成。

“這是首例能夠有能力進行達爾文式進化的人造化學系統，”伯納爾介紹說。——伯納爾仍舊把他們的造物視為“化學系統”，而非生命系統，不過，這是具備生命進化特征的化學系統。目前，研究者必須給該系統“喂食”化學物質，才能維持其運轉。

伯納爾表示，兩年內，這個人造化學系統不僅能進化，還能自我維持，變成一種原始的合成生命形態。

廣開“研”路

在合成生物學研究領域內，還有幾個活躍分子，他們一邊做著科研，一邊宣揚自己的科學理想、以期獲得更多的支持者。

“生物積木”的首創者湯姆·奈特的同事，曾經的麻省理工學院生物工程學助理教授德魯·恩迪就是一位激進的合成生物學鼓吹手。

早年是土木工程師的恩迪回憶，自己的童年是在搭建積木中度過的。所以，在他看來，任何東西都可以拆解成最基本的零部件，而生命，本身就是一套“憋足的拼裝”。

中年改道生物工程的恩迪，一直抱著重新拼裝生命的理想。“自然進化的弊病就在于，它所拼裝的生物基因并不完美。有些部分重合，有些部分喪失了功能卻仍然存在，效率問題隨處可見。因此，生物體內的基因組，僅僅是湊個數罷了。”恩迪指出。因此，恩迪希望充當智能設計師的角色，對生物基因進行“智能”的設計。

“然而，目前科學家所涉及的，僅僅是生物技術的皮毛。詢問合成生物學的應用，就如同在1952年向計算機先驅馮·諾依曼詢問計算機的發展情況一樣，為時尚早。”恩迪的潛臺詞便是：合成生物學和曾經的計算機技術一樣，具有不可限量的前途。

“未來20年的目標是，賦予合成生物學像計算機科學那樣的精確性。到時候，人類將擁有全部的必要部件，制造出任何生物機器。”倫敦帝國理工學院合成生物學與創新中心聯合主席保羅·弗里門特表示。

弗里門特所謂的“必要部件”就是奈特所謂的“生物積木”，而“生物機器”則是恩迪拼裝后的生命體。

恩迪目前所努力的，正是要將生物積木進行標準化處理。所謂的“標準生物積木”，是一些簡單拼裝好了的，具有特定功能的DNA小片段——也可以看成具備某種性狀的積木單元。它們由生物積木基金會保管，目前有數百個之多，可以免費獲取。

恩迪的想法是，每個生物積木都應該像計算機元件那樣，用一份規格說明書記載成文，用戶可以將它們進行拼裝，從而制成完整的DNA序列。在此情況下，恩迪和奈特以及雷帝-賴特貝格、格納德·蘇斯曼在2003年共同創立了“國際合成生物學大賽(iGEM)”，用以鼓勵利用生物積木拼裝“智能”的生命系統。

2005年舉行的第一屆合成生物學大賽上，參賽選手利用生物積木創造出了很多令人稱奇的新鮮事物。包括人造血液，一種探測砷的生物傳感器，以及能夠在培養皿中像“有生命的計算機”那樣解開數學難題的細菌。

2006年，一隊本科生選手利用生物積木為大腸桿菌重新編程，讓它們在生長過程中聞起來像冬青樹，而成熟之后氣味如香蕉。他們把該拼裝成果命名為“香水菌”。

2008年，參賽者多達1000余名，來自21個國家。斯洛文尼亞的獲勝團隊利用生物積木重新拼裝，制造出了幽門螺桿菌的疫苗。幽門桿菌是一種寄生在胃部的細菌，它可以引起胃癌，目前還沒有找到適用于人類的此種疫苗。

2009年的盛況更是空前，最后的獲勝者是來自劍橋大學的設計團隊。他們發明了一種稱為“E.變色桿菌”的東西，這是通過大腸桿菌重新拼裝“生物積木”而得出的新生命體，它可以應激外界環境的不同毒素，呈現五種不同的色彩來。

國際合成生物學大賽，被戲稱為“自制遺傳學工程”

這是一種開源的生物學，全部知識產權共享。當然了，理想主義的學生可以運用的東西，恐怖分子同樣可以用。在網上能找到“生物積木”領域的一切建議。

卡爾森在其新著《生物學是一門技術：制造生命的前景、危機與商機》中有這樣的表述：“生物積木的檔案室是一個實體存在的地方，但是在網上也有目錄。如果你想要拼裝一個生命，你可以去檔案室查閱提取，就像你到建材市場買木頭、塑料管子一樣。DNA的所有組成部分，包括啟動子、核糖體、質粒等等成千上萬的‘積木’都被編寫成目錄、標注解釋以及相關的注意事項等。這是一個針對未來生命形式的理論型維基百科，而且還附加原材料。”

“孩子”的困惑

面對令其沉迷的合成生物學研究，恩迪是矛盾的。

在充滿孩童般的熱情創造新生命之余，恩迪也不遺余力地在任何—個論壇里討論這門新興學科的兩面性——危機與前景。

“我們所從事的是一個宏大的事業，它將涉及到大千世界中的任何一個生命。”作為一個具有良知的科學家，恩迪具有一顆理性的頭腦。這和美國人方舟子一味贊揚轉基因技術的優點，全然不顧科學的“潛在風險”截然不同——不受道德、倫理約束的科學家，在西方被稱為“科學怪人”。

恩迪指出，生物積木的拼裝誤差和計算機元件的組裝有所不同，前者是活的，具有生物進化的傾向，因此在繁殖的過程，其誤差是不可預測、不可控制。

因此，合成生物學必將引起人類的擔憂：無論是有意還是無意的，拼裝萬一出現差錯。結果將由誰來承擔?

《人獸雜交》中誕生的德人，它帶給人類的不僅僅是形態的恐懼，還有其不可限量的攻擊力和潛在危險。而生物積木開放的形式，一旦落人黑客之手，制造出前所未有的超級細菌，給人類帶來的影響或許是毀滅性的。合成生物學以及其初級形式——轉基因技術，帶給人類的倫理爭議基本相同。

恩迪的憂慮還有很多，誰將操控合成生物技術，誰將為它買單，花費又將是多少?我們每個人都將從中受益嗎?或者，最成功的孩子是經“生物積木”拼裝、精選出來?會不會出現新的基因有產階級和基因無產階級，并與之相伴地出現新的歧視——基因主義?有多大可能，防止合成生物釋放到本不屬于它的世界里，從而杜絕基因污染?此外，合成生物學的開源生物積木，是否會產生“生物黑客”?如何防止如計算機領域的黑客攻擊?

恩迪說，“我們所討論的東西從未有人做過。如果支持合成生物學技術的社會崩潰了，我們用不了多久就會滅絕干凈，沒有機會返回傳統農業時代，甚或前農業時代。直接就完蛋了!”因此，擺在人類面前的，或許是一條不歸之路。

面對此種擔憂——以及有關創造人造生命的準宗教倫理問題——許多合成生物學家正在盡最大努力，向公眾解釋自己的研究工作，并與批評者接觸。

加州大學伯克利分校將公眾參與列為“合成生物學中心”的一個正式組成部分。文特爾從一開始就讓生物倫理學家參與工作。在英國，皇家學會、英國皇家工程院和該國的各研究理事會(為科學研究提供公共資金)正努力引起公眾對這些問題的注意。

最近，哈佛大學的生物學家在《自然》雜志發表一種超高速改變細菌基因組的新方法。如果一切進展順利，合成生物學家或許會很快打開潘多拉的寶盒——但釋放的到底是幸福還是災難，還需要歷史來評判。