DNA制造的新時代：大規(guī)模生產(chǎn)

斯汀/編譯

DNA制造的新時代：大規(guī)模生產(chǎn)

斯汀/編譯

DNA工廠：Twist公司的機(jī)器在硅板上600納米的孔中制造DNA鏈

●合成生物產(chǎn)業(yè)的新創(chuàng)公司從計算機(jī)行業(yè)獲取技術(shù)。

生物技術(shù)新創(chuàng)公司Twist Bioscience首席執(zhí)行官兼共同創(chuàng)建人艾米麗·勒普洛斯特（Emily Leproust）是納米層面的實業(yè)家。她說：“我提醒公司里的每一個人，我們是一家制造公司。我們制造DNA。”

Twist是新成立的合成生物學(xué)行業(yè)的新興企業(yè)，此行業(yè)以生物實驗室為廠房，以生物體為產(chǎn)品。科學(xué)家們制造DNA鏈，作為組裝生命基因密碼的材料，創(chuàng)造前所未有的生物體模樣。這些新的生命形態(tài)肯定能為人所用，有一定的實用價值。例如，生物學(xué)家們已經(jīng)制造出能夠分泌藥物的酵母細(xì)胞，以及可以用于生產(chǎn)飛機(jī)燃料的藻類。

DNA組裝過程具有勞動密集型特點，需要訓(xùn)練有素的人員投入大量艱辛的工作，此項充滿生機(jī)的新興產(chǎn)業(yè)因此受到阻礙。如今，創(chuàng)業(yè)公司彼此競爭，創(chuàng)建時尚、自動化的DNA組裝線，亨利·福特在世也會為此感到驕傲；公司還向制作電腦芯片的工廠學(xué)習(xí)技術(shù)制造DNA。合成革新技術(shù)降低了DNA鏈的制造成本，這些企業(yè)正計劃降低價格，他們自己說這將帶來一個繁榮的市場。2016年，Twist Bioscience將在舊金山的總部開始商業(yè)運(yùn)營，目前他們是這場競爭中的領(lǐng)軍者。

組成基因材料的分子叫做核堿基，DNA中有四種分別以字母A、C、G和T來表示。這些字母的順序代表著構(gòu)建一個生物體的密碼，根據(jù)這些密碼，生物具備不同的細(xì)胞以及功能。對于人類來說，這一密碼約有32億個字母的長度，而用于烘培和啤酒釀造的酵母密碼約有1 200萬個字母。改變字母之間的順序，就改變了生物的系統(tǒng)指令。合成生物學(xué)家們已經(jīng)書寫了新的密碼片段，并將它們嵌入酵母菌的DNA中，就能炮制出所需要的微生物。例如魚油補(bǔ)劑中的Omega-3脂肪酸，以及以前只有玫瑰花才能產(chǎn)生的芳香精油。

“生物體工廠”

第一個“合成生物體”的名字叫做Mycoplasma Laboratorium，由一百萬個堿基基因組裝配的細(xì)菌。

構(gòu)建DNA鏈并不復(fù)雜，事實上，這是全世界實驗室里常見的技術(shù)程序。但實驗室里的程序通常手動操作完成，Twist公司的勒普洛斯特說：“微生物學(xué)是體力勞動。找個博士生，整天將液體從一個試管倒入另一個試管。”為此她和她的合作者們發(fā)明了一個機(jī)器，可以自動完成整個構(gòu)建過程。

該機(jī)器的核心是一塊表面有著一萬個小孔的硅板，結(jié)合電腦芯片制造中非常完善的光刻技術(shù)，蝕刻這些小孔，不同的DNA鏈便可以在每一個600納米寬的孔洞里完成構(gòu)建。這臺機(jī)器可以做和一個博士生“完全一樣的化學(xué)過程”，勒普洛斯特說，“只是體積上小了100倍。”

Twist公司并不出售機(jī)器，而是銷售制造DNA的服務(wù)，主要服務(wù)于尋找改良新基因以使研究順利進(jìn)行的科研人員以及新創(chuàng)公司。2015年，公司開始對所選的客戶提供DNA產(chǎn)品。2016年，Twist準(zhǔn)備將服務(wù)全面商業(yè)化。DNA生產(chǎn)線以每個核堿基的成本模式定價，勒普洛斯特表示公司每個核堿基10美分的起步價是行業(yè)內(nèi)最低的。但她的目標(biāo)是兩美分的價點：“以這個點，研究人員可以進(jìn)行規(guī)模試驗，不再受到DNA價格成本的限制。”目前，客戶們已經(jīng)定制了300個DNA鏈，1 800個堿基的長度。做個比較，胰島素（INS）的基因長度為1 600堿基；而乳腺癌風(fēng)險（BRCA1）的基因長度為81 000堿基。

舊金山地區(qū)另一家合成生物新創(chuàng)公司Zymergen則向用戶提供更廣泛的服務(wù)。公司不僅低價構(gòu)建DNA片段，也能將DNA嵌入微生物并監(jiān)測結(jié)果。公司首席科學(xué)官扎克·賽貝爾（Zach Serber）解釋說，監(jiān)測的結(jié)果可用于下一輪DNA的設(shè)計，讓用戶快速獲得他們想要的理想生物體。賽貝爾說：“你撒下個大網(wǎng)，等你發(fā)現(xiàn)了一個改善微生物表現(xiàn)的變體，你就可以雙倍投入。”

前述這些事例被打上“生物體工廠”的標(biāo)簽，引起人們對合成生物學(xué)這一產(chǎn)業(yè)的激烈討論。但DNA規(guī)模化生產(chǎn)的前景并沒有打動生物科技顧問兼BioEconomy Capital創(chuàng)投基金的執(zhí)行總裁羅布·卡爾森（Rob Carlson）。他表示：我不理解這種商業(yè)模式。

卡爾森對此提出質(zhì)疑，他認(rèn)為低價的DNA合成會導(dǎo)致出現(xiàn)大量想從微生物上獲利的新創(chuàng)公司。“這樣你就可以制造并測試更多的DNA，但這并不是最難的部分。從簡單的試管到實驗室規(guī)模再到商業(yè)規(guī)模的過程，高達(dá)產(chǎn)品成本的90%。”對于一家想要利用酵母菌來研發(fā)藥物的新創(chuàng)公司來說，他需要管理巨大的裝滿微生物的槽罐。而初期DNA生產(chǎn)降低的成本只給公司帶來微薄小利，卡爾森說：“天哪，那點錢他們只能買啤酒，或者周五多買點披薩。”

[資料來源：IEEE Spectrum][責(zé)任編輯：彥隱]