植物能長的，我們就能合成

大科技雜志社

我們現在的生活，已經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。

青蒿素的發現

青蒿素的故事始于1967年。當時中國政府為了幫助在戰爭中飽受瘧疾折磨的戰士，發起了尋找抗瘧疾藥物的計劃。經過艱苦的攻關，一位叫屠呦呦的研究人員在嘗試用傳統中醫治療發燒的藥物配方時，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度：青蒿素看起來太不穩定，不可能成為神奇的良藥。而它的中醫背景，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，局面才發生了戲劇性的變化。人們發現，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，依靠青蒿種植已經遠遠滿足不了青蒿素的生產需求。

讓微生物來合成

差不多與青蒿素的發現同一時間，一門新興的學科——合成生物學正在發展起來。一些生物學家試圖讓人相信，微生物也可以被轉變為能夠合成各種材料的“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，但是經過多年的改進，到2006年，酵母菌終于生產出了青蒿酸。有了青蒿酸，把它轉變為青蒿素是很容易的事。

通過這種辦法生產青蒿素，不僅可以保證產量，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。據統計，2013年酵母菌生產的青蒿素大約是35噸，占全世界年產量的1/3。2014年的產量是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，食品工業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，從香精、調味品到食品添加劑，如今也已經能利用轉基因微生物大規模生產。事實上，其中的某些東西說不定你已經在使用了。

例如，桔烯原本是從產于西班牙瓦倫西亞地區的橘子中提取的一種柑橘類香精。由于受產地的限制，產量有限。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和提煉，費時費力，產量低下，這使得香草精成了全世界第二名貴的香料。但現在，一家瑞士制藥公司已經用轉基因的酵母菌生產香草精了。據稱，通過這種方式獲得的香草精品質更優良。

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。