滅絕花卉可“芬芳重現”？美科學家讓微生物跨界造香水

◎王琪峰

滅絕花卉可“芬芳重現”？美科學家讓微生物跨界造香水

◎王琪峰

用酵母這樣的微生物來制造玫瑰香水？聽起來有點不靠譜，但位于美國波士頓的“銀杏生物工作室”卻將它變成了現實。這家公司將玫瑰的基因組排好序后移植到了酵母身上，產生新的微生物，并用其釀造出了新型玫瑰香水，成功上市。這種生物合成方法不像傳統工藝那樣，為了得到一瓶香水就要“摧殘”成千上萬朵玫瑰，而是一種可以多次重復、低成本的做法。那么問題來了，這種生產方式安全嗎？

供不應求催生商機

它能為俊男靚女平添幾分魅力，也能使珍饈美酒多一點誘人芬芳；它曾經因有限的自然產量而引發戰爭，也曾因極大的需求而催生一次又一次的制備工藝與技術變革；它雖然不是“柴米油鹽醬醋茶”的成員，卻已走進人們生活的各個角落：洗護、化妝、醫藥、食品……它，就是香料。當下，由于純天然香料的供應遠遠不能滿足需求，使得香料生產者對利用生物技術制取香料的興趣越年的全球市場價值約6億美元，需求量高達1.8萬噸。但是這里邊，人們消費的“純天然”香草和香蘭素只有很小一部分，因為天然香蘭素的提取受香蘭豆產量的影響太大。

馬達加斯加出口全球80%以上的香蘭豆，但受熱帶颶風、政局動蕩、勞工薪酬、病蟲災害等因素的影響，價格波動極大，2003年前曾高達400美元/千克，而2003年又一度跌至32美元/千克。而利用丁香油酚、木質素和乙醛酸等化學原料人工合成的香蘭素，每千克僅需16美元。不過，消費者大多只對“純天然”香草感興趣。

另一種重要的香料——檀香油也存在類似的尷尬局面。歷史上，全球約90%的檀香油產自印度，20世紀70年代的年產量超過了100噸。然而，由于過度采伐檀香樹、政策失誤和非法走私，檀香油產量急劇下滑。2005年，印度仍是檀香油的凈出口國，而2013～2014年，印度經過合法途徑出口的天然檀香油僅有420公斤。據估計，全世界對檀香油的年需求高達80～120噸，其中除了20噸左右是“純天然”生產的，其余都只能以化學合成品代替。看準天然檀香油巨大市場的業界巨頭，紛紛開始擴大檀香樹的種植規模，但樹木的成長需要時間，遠水難解近渴。

危機的存在往往醞釀著商機。被譽為“合成生物學教父”的美國科學家湯姆·奈特，決心用基因技術，解決天然香料供不應求這個難題。來越濃厚，以香草和檀香為例，就可看出端倪。

為了得到一瓶香水，傳統工藝得“摧殘”成千上萬朵玫瑰。

香草又名香莢蘭、香蘭，有“食品香料之王”的美稱，它原產于非洲馬達加斯加熱帶雨林，是一種大型蘭科香料植物。香蘭的果莢里含有香蘭素，廣泛用作名酒、奶油、咖啡、可可、巧克力等食品的調香原料。香草和香蘭素每

人工智能跨界合成生物

湯姆·奈特由于家里離麻省理工學院很近，他14歲上高中時就開始到這所大學旁聽計算機和有機化學方面的課程。長大后的奈特成了麻省理工學院人工智能實驗室的研究人員，他上世紀六七十年代發明了阿帕網（APPANET）（互聯網前身）；20世紀80年代發明了首個單片機光學鼠標等，取得了30多項技術專利。

奈特是人工智能領域的專家，卻對合成生物學抱有濃厚興趣。據奈特回憶，耶魯大學著名物理學家和生物學家哈羅德·莫洛惠茲所著《全面理解生命》一書，對他產生了極大的影響。此后，已然是泰斗級計算機專家的他，竟和他的學生一起學分子生物的大學課程，做起了生物實驗。

上圖為銀杏生物工作室的工作人員在忙碌中；下圖為用于制造香水的微生物。

美國科學家湯姆·奈特被譽為“合成生物學教父”，他想用基因技術解決天然香料供不應求的難題。

在實驗室里，奈特創造性地提出了“生物積木”（biobricks）的概念，也稱為“生物零件”，簡單地說，就是指一些經過加工的、具有特定功能的DNA小片段。利用“生物積木”進行排列，可以搭建新的生命系統。奈特由于在合成生物學上的卓越貢獻，而被稱為“合成生物學教父”。

用“學以致用”這個詞來形容奈特真是再恰當不過了，他研究計算機時就曾開過公司，如今跨界搞合成生物，他又想到將這些技術投入到實際應用中去。于是，“銀杏生物工作室”（Ginkgo Bioworks）誕生了。

用特殊微生物生產香水

2008年，奈特與4位剛從麻省理工大學博士畢業的年輕人“老少結合”，在美國波士頓創辦了“銀杏生物工作室”公司。促成這家公司誕生的一個重要原因，是基因排序的成本大幅下降。從上世紀70年代開始，人們合成、組裝和測序DNA序列，改造生物功能的能力不斷增強。據奈特介紹，在他學生時代那會兒，合成一個堿基對的價格是1美元，合成一條基因需要5000美元；而現在合成一個堿基對的價格已經下降到了幾美分，這使基因合成經濟成本大幅下降。

“銀杏生物工作室”本質上是一家“生命工廠”，根據訂單來“制造”客戶所需要的生物有機體。它的第一桶金是與美國國防先進研究項目局（DARPA）合作帶來的，合作內容是利用基因技術制作一些特殊的生物體，包括能夠捕捉空氣中的碳元素并將其轉化為燃料的微生物、能防止被病菌感染的“好”微生物等。

考慮到天然香水的稀缺性，“銀杏生物工作室”將研發目光轉向香水。受發酵這個古老食物制作工藝的啟發，“銀杏生物工作室”開始利用基因工程和計算機技術，對天然花卉或樹木的基因進行“拼接”和“改造”，移植到酵母身上，最終“制造”出作用類似酒曲（酒曲和麥芽等原料混合，經過發酵，酒曲就會分解掉麥芽中的糖而產生酒）的微生物。當然，這種特殊微生物分解營養物質、發酵后產生的不是美酒，而是散發奇特香氣的“玫瑰香水”。

生產周期短 資源消耗少

由于使用了機器自動排序，生產速度快，10天左右就能將微生物“制造”出來。這與改良一種花卉品種所需要的時間顯然不可同日而語。這種生物合成方法不像香水的傳統制作工藝那樣，為了得到一瓶香水就要“摧殘”成千上萬朵玫瑰，是一種可以多次重復、低成本的做法；也不會像化學香水那樣被追求“純天然”的消費者唾棄。

“銀杏生物工作室”制造的玫瑰香水，是150年來香水市場上第一種用微生物制造的玫瑰香水，全球十大香精香料公司之一法國羅伯特香料公司已經在銷售這款香水了。自然界中帶有這種香味的玫瑰花十分稀有，只有土耳其和保加利亞有種植，而且只能靠手工采摘，十分辛苦。

如今，“銀杏生物工作室”已經獲得維京全球投資、法利思投資公司等眾多風投公司的支持。它將8種微生物進行注冊，除了用于香水生產，還可以用于烘焙、調味等產業，一年的業務合同金額超過千萬美元，可為客戶節約50%的成本。2016年，“銀杏生物工作室”在現有近1700平方米車間的基礎上，建造了第二個更先進的香味制造車間。為了打消公眾對轉基因、微生物的顧慮，還將“車間”定期向社會開放，邀請人們目睹香水的生產過程。

“銀杏生物工作室”的產品都是裝在試管里的，公司創意總監克里斯蒂娜笑稱，將來希望能有100種試管，也就意味著100種香型，沒準還能讓在自然界已經滅絕的古老花卉“芬芳重現”！

合成生物 福兮禍兮

美國《財富》雜志評論稱，“銀杏生物工作室”開拓了將酵母作為各種物質來源的技術。這一技術打開了用新生物化學基礎服務香水、化妝品甚至甜味劑等行業的大門。

不過話說回來，合成生物也有不少反對的聲音。人們質疑，人工合成的微生物被釋放到自然界，會不會產生意想不到的生態災害？當下還沒有足夠多的資料能夠給出篤定的答案。另外，如果實驗室里就能生產香水，那么種花賣花的傳統農民還靠什么維持生計？會不會帶來新的社會問題？這些疑問看來只能依靠時間來回答了。

本欄目責編/葉曉婷 yexiaoting@vip.163.com

為了打消公眾對轉基因、微生物的顧慮，銀杏生物工作室將車間定期向社會開放，邀請人們目睹香水的生產過程。

銀杏生物工作室工作人員期待未來能讓已經滅絕的古老花卉“芬芳重現”

銀杏生物工作室受發酵原理的啟發，利用基因工程和計算機技術，對天然花卉或樹木的基因進行“拼接”和“改造”，移植到酵母身上，使其釀造香水。