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合成生物学：再造生命的奇迹

■本报记者　王握文　通讯员　游正凡　柳　珑 //m.auribault.com 2014-07-10 来源：解放军报

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促进半导体技术发展

仿生合成生成材料

开启基因技术新篇章

青蒿素生物药品合成

　　张东裔，博士生导师，教育部高等学校教学指导委员会委员，合成生物学领域专家，学科学术带头人，长期从事细胞生物学与生物化学研究，发表相关SCI论文30余篇。

　　视点提示

　　据外电披露，4月1日，美国国防部先进研究项目局诞生了一个新机构：生物技术办公室（BTO），其重点研究方向，是利用生命系统的合成能力，研发比传统先进的化学手段还要优越的新技术，构造具有全新功能生物科学系统，从而为国家安全提供强有力的科技支持。

　　这一信息的披露，再一次将世人的目光投向了一个全新研究领域——合成生物学。现在，就让我们随同专家一起来揭开其神秘的面纱。

　　重新设计生命的工具

　　可能有人会问，地球上所有的生命都是亿万年进化的产物，是通过自然选择雕琢出来的杰作，何须再对它们重新设计呢？

　　事实也是如此，基因作为生物进化的物质基础和主体，几乎无可挑剔。但是，人类需要的绝不仅仅是维持一个繁荣的生物圈，正如恩格斯关于人和动物区别的论述——“人和动物最大的区别是制造并使用工具”，而要将生命系统转变为一个具有无限潜力的工具，就得依靠合成生物学与合成生物技术来实现。

　　合成的生命系统到底如何造福人类呢？我们举个现实例子。疟疾，是一种顽固的热带流行病，至今仍在各大洲肆虐。在治疟过程中，中国科学家发现了一种能够治疗疟疾的青蒿素，被人们特别是非洲人称为“中国神药”。2006年，美国科学家将整个青蒿酸的代谢系统相关基因在酵母菌中重新构建，使其具备了合成青蒿酸能力，大幅提高了青蒿素的生产能力，显著降低了成本。

　　试想，如果我们能够运用神奇的合成生物学技术，有针对性地对生命尤其是单细胞生命进行重新设计和构建，不仅有机会获得更多“神药”，呵护人类的健康，而且能让人的生命系统具备更加多样的能力。

　　创造人工生命的曙光

　　2010年，著名学术期刊《科学》杂志公布了世界上首例合成生命“辛西娅”。美国生物学家通过10多年的研究和探索，成功地将蕈状支原体的基因组，“拷贝”到了被挖空的山羊支原体细胞内，并让它重新活了过来。这就是世界上第一个完全由人工合成的生物——“辛西娅”。

　　辛西娅的诞生，是人类创造的生命吗？或者说，人类已经具备创造生命的能力了吗？对此，科学家并不支持这样的观点，他们认为，辛西娅只能称为人类合成的生命，而不是创造的生命，这里面的区别就在于是否“原创”。如果将它与文学创作做一个类比，合成的辛西娅只是将别人的作品抄了一遍，并在里面做了标记，并不属于原创。因此，也就谈不上是创造了一个生命。

　　即便这样，辛西娅的诞生，还是轰动了世界，毕竟她是地球上一个全新的生命，拥有的是人工赋予的遗传物质。有学者指出，在人类史中，人们第一次利用最基本的建筑材料，从一个个字母开始，掌握了书写生命的密码，已经可以复制出人工生命了。同时可以预见，未来以基因为基本砖块搭建“高楼大厦”的日子指日可待。合成生物学将达到最高境界——创造新的人工生命。

　　影响未来战争的利器

　　新的技术发明总是能在战争中找到合适的位置，合成生物学技术在军事领域的应用潜力同样受到了密切关注。

　　蜘蛛织网，蜘蛛丝的良好弹性，早已引起了人们对军事防护材料的兴趣，如果让每一名将士都穿上蜘蛛丝的“软猬甲”，目前还只能是科幻。不过，这一异想天开的想法，已有了实质性的进展，国外科学家运用合成生物学的原理，在微生物中合成了蛛丝蛋白，使蛛丝蛋白进行规模化生产成为可能，也表明新生命系统的设计与构建在军事上应用是完全可行的。

　　2011年6月，美国防部高级研究计划局宣布了“生物铸造”项目，目的在于将标准化的生命元件组装为全新的工程微生物，再用来实现各种具有军事应用潜力的生物功能。他们认为，这一技术有助于通过生物系统获得“新材料、新能力、能源和药物”。如通过微生物的合成生物学改造，可使微生物能产生生物柴油，用于车辆、军舰甚至飞机燃料供应，从而有效改善能源结构。

　　专家指出，军事应用需求将孕育新突破：一是构建新的代谢系统，实现特殊物质的生物合成；二是构建新的生物信号系统，满足高效传感和探测的需求；三是构建新的优势物种，来调节、控制微生物群落，实现战场环境有害因素治理，以及对有利因素最大化利用。所以，合成生物学发展，将是未来战场上不可忽视的新生力量。

　　探寻奥秘

　　让生命灵活设计

　　合成生物学，一个陌生而又熟悉的名字。如果套用当下的一句流行用语，它是一个“低调奢华有内涵”的学科名称。这是因为，它已悄无声息地蔓延到各个学科领域，扮演着上帝创造生命的重要角色。

　　作为21世纪刚刚出现的一个生物科学分支学科，它与传统生物学从上而下通过层层解剖和解析生命体、来研究其内在构造的办法相反，它是将生命尤其是单细胞生命，视为执行生理功能的零部件，自下而上地通过组装后重新构建新的生命体系。

　　它也不同于基因工程把一个物种的基因延续、改变并转移至另一物种的做法，其目的在于通过组装各种生命部件来从头建立人工生物体系，让这些部件像电路中的元器件一样，在生物体内运行，使生物体能按预先设计的方式来完成各种生物学功能。

　　合成生物学的最高境界，是灵活设计和改造生命，重塑生命体。科学家可以凭借最前沿的生物技术，重新设计和合成人工的基因组，甚至有可能创造出新的物种，或者说可以创造新的生命，实现神奇的生命创造新功能。

编辑：尹盼秋

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