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【文/觀察者網專欄作者 萬三】

“細胞治療做了這么多年，感覺要做不下去了，但有了合成生物學，感覺希望又來了”，中國科學技術大學生命科學學院教授田志剛如此感嘆。

合成生物學，是一門運用基因操作工具等調節和改造生命行為，或再創生命形式的工程學科，它正在為諸多或迫在眉睫，或前景廣闊的應用帶來希望。

中國合成生物學最早發起人之一的趙國屏院士這樣解釋：合成生物學區別于其他傳統生命科學（如基因科學、微生物學、生物化學等）的核心是其“工程學本質”——合成生物學最主要的任務，是要按人們的需求，設計出相應的“產品”。

就跟設計制造冰箱是為了制冷儲存食物一樣，人工合成生物，有著明確的目的與明確的產物。

舉個例子，人們其實從幾千年前就雇傭微生物給自己干活了，比如為讓人們“痛快喝一杯”而默默耕耘的釀酒酵母。然而這種合作是偶然間達成的，長期以來人類只能通過偶然發現一個工作伙伴的形式，與微生物合作。喝完啤酒第二天人想喝酸奶了，酵母菌就沒用，只能出門左拐找乳酸菌。第三天人類想要“釀”點別的東西，又得去億萬種細菌里大浪淘沙。這樣的方式十分低效。

有了合成生物學，科學家可以改造細菌自身的構造，創造出自然界根本不存在的生命，甚至讓它與半導體等人造物質結合，精確生產出我們需要的東西。

如今，合成生物學已經與納米技術、機械工程、大數據、AI學習等多領域相結合，在制造業、醫療、能源、農業、消費品等領域落實應用。

一、助力農業發展

去年9月，中科院團隊完成二氧化碳人工合成淀粉的重大突破，今后，費時費地的農業過程，可能會變成高效集中化的工業過程。

這背后，是合成生物學家十多年“設計-合成-測試-學習”的反復嘗試。

誠然，用這種方法轉換淀粉的成本尚不能與農業種植競爭，但合成生物學也已經在其他諸多方面協助農業生產。

微生物天然產出的一些物質可以作為農藥，遠比化學農藥要高效安全、對環境友好，在植物病蟲害防控及保護我國糧食安全領域具有不可或缺的戰略地位。例如除蟲菊酯就是菊科植物天然會產生的一類物質，它對蜜蜂、蝴蝶等農業益蟲無毒，卻能有效殺傷多種害蟲。且對哺乳動物很友好，在環境中停留的時間也很短。

常規方法要獲得除蟲菊酯怎么辦呢？種菊花唄，然后再想辦法從植物內提取。下圖就是漂漂亮亮的除蟲菊：

但種菊花要時間，收割后萃取出想要的化學物質又要一陣折騰，所以產量不夠大，成本也比較高。畢竟植物只是為了活下去，順手產點除蟲菊酯，不是為了給人類制造生物農藥而生的，所以它體內的除蟲菊酯含量也不高。

合成生物學的思路是，先搞清楚植物怎么造出除蟲菊酯的，再把植物細胞中能夠干活的“元件”流水線式組裝入微生物細胞中，讓能夠大量繁殖養起來又便宜的細菌來當代工廠。等技術成熟后不怕不夠用。

二、醫療新曙光

怎樣將合成生物學技術轉化到醫療應用上的研究，受到了科技界和醫學界的廣泛關注。

大家可還記得120萬元/支的天價癌癥藥CAR-T？這種治療癌癥的技術從患者的血液中取出T-細胞，一頓量身定做的改造后，讓它們學會識別并攻擊患者體內的癌細胞。聽著很美好，但它有使用范圍限制和一旦發生了很麻煩的副作用：識別錯了的話，會把自己人一頓猛毆。

而合成生物學有望讓CAR-T細胞小分隊自帶邏輯線路，判斷治療過程中出現的變化，精準攻擊的同時不要誤傷無辜。

中國科學技術大學生命科學學院教授田志剛感嘆：“細胞治療做了這么多年，感覺要做不下去了，但有了合成生物學，感覺希望又來了?！?

對付癌癥，合成生物學的另一種思路是改造細菌。中國科學院深圳先進技術研究院團隊就在將細菌成更具針對性、更智能、更高效的抗腫瘤“武器”。被改造過的細菌一方面能夠“踢醒”人體自身的免疫細胞，讓它們起床干活了，這里有癌癥；另一方面能幫忙運送藥物分子。目前，該團隊改造的人工細菌已進入臨床前研究階段并取得理想療效，有望成為全球首個用于治療實體瘤的活體生物藥物。

（工程細菌識別并作用于癌細胞的示意圖，圖源：genengnews.com）

基礎診療方面，合成生物學也有用武之地。麻省理工學院合成生物小組的研究員把改造細菌植入可重復拉扯彎曲的水凝膠，能夠黏附在人類皮膚表面。當這塊生物材質接觸到特定的物質后，植入的細菌因而受刺激而發光，提醒科學家有某種化學分子存在。該技術未來可能應用在防護手套上檢測有毒物質、病原體、過敏源，甚至放在人的皮膚上作初步醫療診斷。

（有了這樣的手套，以后再有刁民想毒死朕就沒那么容易了！圖源：MIT News）

醫美是另一條當下頗具經濟前景的賽道。能夠以合成生物學技術量產的天然高分子材料PHA（聚羥基烷酸酯），正被市場視為輕醫美的最佳選擇。PHA降解周期小于6個月，在所有自然環境中都完全降解為水和二氧化碳。

PHA藥物微納載體的降解能力更緩慢，生物相容性更好，其降解速度比聚乳酸（PLA）慢，是眾多生物可降解材料中較慢的一大類，正因其降解產物釋放較緩慢，對人體環境刺激更小，將在醫美填充物與護膚原料、手術縫線等應用場景中發揮作用。

藍晶微生物是全球第三家、國內第一家具備PHA大規模生產技術的企業，其已與某上市公司簽署協議，成立合資公司，共同完成產品的研發、合規化申報及后續商業化推廣。