起凡zc依然无双视频:生命自己的生命——合成生物学指引我们向何方？（下）

译者：Ent  原文见此

生命自己的生命——合成生物学指引我们向何方？（上）

“如果我们自己设计自己的后代，将我们从生物演化的专横中解放出来，会怎样呢？”Drew Endy在我们第一次会面时问到，那是在他位于麻省理工学院的办公室里，直至2008年夏天，他一直是那里的生物工程助理教授。（那年9月，他去了斯坦福。）Endy是最有说服力的合成生物学传播者之一。他可能也是最令人不安的传播者，因为虽然他怀着孩童般的热情创造着新生物，他却非常坚持在几乎每一个他可以找到的论坛中讨论着他的新兴学科的两面性——前景与危机。“我此刻谈论的是构建一个将会运作几乎整个大千世界的事物，”他说。“如果这不是一个国家的战略优先，那还有什么能是？”

Endy过去一直接受的是土木工程师的训练，他的童年在用积木搭建世界中度过。现在他却想建造实实在在的生物体。也许是因为他办公室角落里那三面用旧了的康佳鼓，也许是他那个好像从树屋里出来的乱糟糟的头型，又或者是挂在他墙上的自行车——但是当他说道把新型生命集合到一起的时候，很难让你不联想当初那个小男孩和他的积木。

Endy在生物领域中留下的第一个标志是高中时候差点考试不及格。“我拿了个D，”他说。“而且我觉得自己真走运。”当他从利海大学（Lehigh University）拿到工程学学位的时候，他选了一门分子遗传学的课程。他把研究生的时光都用在了建立细菌病毒模型，但是它们太复杂了，Endy渴望简单简洁的东西。正是从那时起，他开始考虑把细胞的各个部分放到一起。

不要忘记积木的秘密——成功的方法在于你可以拿出任何一块并且让它们与其他的连接在一起——在2005年Endy和他东西海岸的同事们创立了生物砖石基金，一个为DNA研究组装标准化部件的非营利性组织。把童年的积木块变成现在的科学词汇的科学家，Endy不是唯一的一个，甚至作为合成生物学家也不是唯一的一个。“把各个部分结合在一起的想法——不管这些部分是电路，微流体部件，还是分子——指引着我在实验室的大部分工作，”物理学家及合成生物学家Rob Carlson在他的新书《生物是科技：制造生命的前景，危机与商机》中写道。“当我最好的想法出现在脑海中并逐渐成形的时候，我发誓我听到了‘卡哒’声。”

“生物砖石”的档案室是一个实体存在的存放处，但它也有网上目录。如果你想要构建一个生物体，或者以新的方式制造它，你可以去那些卖木料或者工业用管子的地方。DNA的组成部分——启动子，核糖体附着点，质粒的主干，还有其他成千上万的部分——被编成目录，给出解释，开放讨论。这是一种针对未来生命形式的理论型维基百科，并且还提供附加的好处，即构建它们的原材料。

我问Endy在他看来是什么原因使得那么多人对于构建新的生命形式如此排斥。“因为它能吓死人，”他说。“这是有史以来最棒的科学平台，但是它所引发的问题却是最难回答的。”如果你可以恰当地为一样东西测序并且掌握了描述这个生物体的信息——不论它是病毒，恐龙，还是人类——你最终都具备了建造这样东西的人造版本的能力。这给了我们另一种繁衍生命体的途径。

最直接的途径就是由父母传下来——一代接一代。但是这个过程有很多的错误。（当然在达尔文的世界中，一定数量的这些变异是必要的。）Endy说，“如果你可以利用一条额外的途径来完善演化过程，解码基因组，把它分离出来当成一种信息”——这就是说，把它按照编写软件程序的方法分解成特定的DNA序列——“我们就可以设计出任何我们想要的东西，以及重新编译它们，”这就使得科学家们有办法防止很多遗传性疾病的发生。“到了那时候，你可以制造出可供一次性使用的生物系统，不必考虑它的繁衍，你还可以制造出很多更加简单的生物体。

Endy沉默良久，久到我意识到他所说的是制造我们自己的孩子。“如果你看看今天的人类，我们，你也许会问我们的人体设计上有多少限制是为了确保我们具备繁殖的能力，”他说。实际上，那些限制影响重大。至少在理论上，自己设计后代可以让那些限制消失。但是在谈到这个问题之前，有两个根本的问题需要回答：这样做将会带来什么样的危机，又会带来什么样的生机？

Ent译

不难想象，合成生物学会带来很多令人很不舒服的风险：谁将控制这项技术，谁将为它买单，花费又将是多少？我们每个人都将从中受益吗？或者是像1997年的电影《千钧一发（Gattaca）》里描绘的世界那样，最成功的孩子是经由优生学筛选出来？会不会出现新的基因有产阶级和基因无产阶级，并与之相伴地出现新的歧视——基因主义？更重要的是，操控和创造生命到底有多安全？有多大可能出现意外，让生物被释放到本不属于它的世界里？还有，这项科技是不是很容易被那些一心向往毁灭的人们掌握？“我们所讨论的东西从未有人做过，”Endy 说，“如果支持着这项技术的社会崩溃了，我们用不了多久就会灭绝干净；都没有机会返回传统农业时代，甚或前农业时代。直接就完蛋了。”
自从人类开始向农作物中转入外源基因以来，这些担忧就一直存在。主要是基于这个缘由，转基因食品的反对者才会援引审慎原则：潜在的风险与利益并存时，应该优先考虑风险。譬如ETC 的 Jim Thomas 就肯定是持这种观点，他形容 Endy 是“首席合成热心人士”。但是他也认为Endy 属于三思而后行的那种科学家，不会低估这个领域的可能风险。“我觉得他是当之无愧的最关注这个问题的人，” Thomas 说。

有关转基因食品的争辩常常聚焦于理论上的危害，而非切实的好处。“如果你建了座桥，结果塌了，那你这辈子就甭想再获准去设计桥梁了，”Endy说，“但是这并不意味着别人不能再建新桥。这种情况下我们就等于是承认，风险在所难免。” 他相信合成生物学的道理也是一样的。

我们也必须考虑我们社会的基本目标，以及科学如何帮助我们实现它们。“我们已经见到了青蒿素与疟疾的例子，”Endy说，“也许我们可以完全避免疾病。这可能需要我们在医学领域经历一次大转变，正如环境科学与环境工程在二战后的转变一样：起初，工业遇到了麻烦，人们说，嘿，那条河烧起来了，咱得把它扑灭。这样做到第n次的时候，人们开始说，也许我们不应该建造往水里排放油污的工厂，那让我们把污染物全都收集起来吧。结果真的做起来发现非常烧钱，因为即使收了起来也还要想法处理掉。最后，人们说，咱还是重新设计下工厂，别再排放这些垃圾才是正道。”
Endy 指出，我们每年在医疗卫生上花费数千亿美元，而防病明显比治病要划算。“我猜，我们对于医疗开销危机的终极解决方案是，重新设计自己的身体，让我们不用再对付这些毛病。但是要注意，”他强调说，“除非有一整套成型的价值体系，能够让我们把道德、美、以及美学的概念都映照到我们自身的存在之上，否则没法着手去做这种事情。”

“这些抉择将会影响深远。设想一下，当你真的可以打印出你后代的基因组时，会是何等场景？当然啦，你可以从自己的序列出发，和你的另一半的序列搅成一团，或者随便另几半都可以；反正计算机不在乎。而且，假如你想要进化，你可以添上几个随机数生成器。这相当于给合成设计增添了偶然的成分。”

尽管 Endy 从生物学角度谈论该技术的未来时充满激情，他也承认科学家们其实所知有限。“关于生物技术作为工业生产平台的前景，重要的是，我们需要揭穿某些夸大之辞和过高期望，”他说，“我们现在只不过勉强弄明白了些皮毛，但是我们能走多远？这问题必须公开讨论，因为假如它没有答案的话，没法讨论风险和社会的问题。”
然而，答案还没有出现。发明家兼材料科学家 Saul Griffith估计，给我们的星球供能需要大概一万五千亿到一万八千亿瓦的能量。动用合成生物学的工具，我们能够生产多少能量？估计值从五千亿到九万亿瓦不等。“假如到头来发现是低的那个数，那我们就挂了，”Endy 说，“因为如果不能生产出那么多能量，我们干嘛冒这个险呢？但是假如在高的那一头，那我们讨论的可就是生产五倍于我们所需的能量，用的还是对环境友好的方法；其利益之大，即使扣除可能的风险，也让人不容置疑。但是我不知道这个数字是多少，我也不认为现阶段有任何人能知道。因此，我们至少应该承认，我们还在探寻之中，而答案不容易得到。”
“我很难和别人严肃讨论这些问题，因为人们总是对此怀有强烈的戒备心，” Endy接着说，“科学家站在一边，公众和社会团体站在另一边。而且，公正地说，科学界对话的方式经常就是拒绝对话。但是有的环保团体会主张，在我们确信一切安全之前，任何东西都不许离开实验室。而实际上科学不是这么运作的；我们不可能几十年后从实验室里带着答案钻出来，我们需要一边实践一边开发解决方案。我相信，这技术的潜力非常大，足够说服人们去冒一下险。”
我很好奇，这一切有多大的成分纯属科幻？Endy 起身问道，“我能给你看些东西吗？”边说边走到一个书架旁边，抓起四个灰色的瓶子。每个瓶子里装着大概半勺砂糖，同时还各标有一个字母：A、T、C、G，分别代表DNA里的四种脱氧核糖核苷酸。“这些化合物都是从甘蔗衍生出来的，你可以成罐地买，”他说，“这些东西到最后就变成了DNA的四种碱基，可以轻而易举随意组装。你把这些瓶子挂到机器上，再从电脑上往里输入信息，就是一个DNA序列——比如说T-A-A-T-A-G-C-A-A。你想造啥就输进去啥，而机器会自动帮你从零开始把这些原料缝起来。其实就是个食谱：你拿着原材料和信息，把遗传物质编纂起来。只需坐在笔记本屏幕前面，这头往里面敲字母，那头就出来你要的生物。”
我们还没有机器能够把这些糖类转变成整个基因组，Endy耸耸肩。“但是我觉得理论上没有什么因素会阻碍这些实现，”他说，“就是个钱的问题。如果有人愿意为此买单，那么事就肯定能成。”他低头看了看表，向我道歉：“对不起，我们不得不另找时间继续讨论了，因为我和国土安全部的家伙有个预约。”
我有一点惊讶。“他们问的问题和你一样，”他说，“他们也想知道这事情到底能走多远。”
三十五年前生物技术诞生之时，科学家跳过了一步，直接跳到了产物之上，而非首先关注生产它们所需要的工具。运用标准的生物学元件，合成生物学家或者生物工程师已经可以一定程度上给活体生物编程，犹如计算科学家给计算机编程一样。然而，基因协同工作的复杂程度令人望而却步；一个基因产生的蛋白会被另一个蛋白抵消或者加强。科学家从架子上拽下来几个基因，混在一起，就能生产出各式各样的产品——那种境界我们还远未达到。但是登记在册的公司正在迅速增加，驱动相关领域前进的知识亦然。
很大程度上，是 Endy 对于基因开关的痴迷在驱动着他在斯坦福实验室的研究。他和他的学生正在试图创造出由基因编码的记忆系统，而他当前的目标则是构建一个能够数到256的细胞——这个数字源于基本计算机编码。解决实际的挑战绝非易事，因为会数数的细胞必须能够在分裂时释放可靠的信号，还要记住自己释放了几次。
“如果我们身体里的细胞都带上了一点点记忆，想象一下我们能干些什么吧，”我们第二次讨论时 Endy 说。我不太明白他的意思。“你的电话就有记忆，”他解释道，“想想它都允许你存储了多少信息。电话和它背后的科技在细胞内部不能运作；但是假如有一个基于蛋白质、DNA、RNA的系统，让我们的细胞能数到两百——嘿，转眼间我们就有了一个工具，能让我们获得前所未有的计算和记忆能力。”
“你知道我们如何研究衰老现象吗？”Endy 接着说，“我们现在使用的工具简直就像砍了树然后去数年轮。但是如果细胞有了记忆，我们就能以恰当的方式数出细胞年龄。每次细胞分裂，就在计数器上加个一。也许这能让我们以目前尚不可企及的精度去观察细胞的变化。然后我们还可以为人们提供控制器来重新调节这些细胞。或者我们还可以说，哇，这个细胞已经分裂了两百次了，明显是失去自控能力变成了癌细胞。灭了它。从这个角度去想，所有的疾病都可能有新的疗法。”
合成生物学的变化如此之快，以致于任何预测都显得毫无意义。连 Endy这样的人也为这个事实而头痛不已。 “Wayne Gretzky 曾经说过：‘我总是滑到冰球要去的地方。’要想成为伟大的冰球运动员，就靠这一手了，” Endy告诉我，“但是当冰球正在像火箭一样加速，轨迹根本没法预判时，你要往哪里滑呢？你要雇什么样的人，让他们干些什么？要知道，现在占据着我们最优秀头脑的那些念头，五年之内就会变成初中生的课外科研项目。没准只需要三年。”

“我们正处在指数增长的风口浪尖上，而且即使是对于那些全心投入的人们而言，航行于指数增长的浪潮之中也是件相当棘手的事情。何况，假如我们脚下的大浪拥有以如此根本的方式冲击这个世界的能力，而且是从我们未曾考虑过的角度，那让人如何讨论它？”
几十年来，人们一直在援引摩尔定律：一张硅片上所能容纳的晶体管数目每两年翻一番，计算机的运算能力亦然。当1964年IBM360型计算机推出时，顶尖型号拥有8M 的主存，造价高达两百多万美元。而今天，花个一百美元就能买到内存千倍于此的手机。
2001年，时任伯克利分子科学研究所研究员的Rob Carlson决定检查一个类似的现象：合成DNA能力的增长速率。他画出的东西被后人称之为Carlson曲线：它显示的速率和摩尔定律十分类似——甚至有超越后者的倾向。十年以前，成千上万的实验室在使用价值十万美元的自动化DNA合成机，现在它们的价格不到一万美元，而且大部分时候eBay上有起码一打的二手合成机待售——每台不到一千美元。
从1977年——Frederick Sanger发表第一篇自动DNA测序的论文的年份，到1995年——基因组研究所报道了首个细菌基因组序列的年份，这段时间里该领域进展缓慢。接下来，人们花了六年时间，完成了远为复杂的人类基因组草图；又过了六年，到了2007年，全球的科学家们开始测定一千多人的全基因组。哈佛遗传学家George Church的“个人基因组计划” 现在打算为十万人测序。

2003年，当Endy还在MIT的时候，他和他的同事Tom Knight, Randy Rettberg, 以及 Gerald Sussman 创立了iGEM——国际合成生物学大赛——目的是鼓励利用标准化部件建构生物学系统。2006年，Endy手下的一队本科生利用“生物砖石”部件给大肠杆菌（通常气味很难闻）重新编程，让它生长时闻起来像冬青树，而生长完成之后则闻起来像香蕉。他们将成果命名为“香水菌”。【原文为“Eau d’E Coli”，是戏仿具有清淡香味的古龙水eau de Cologne——译注】2008年，已有二十一个国家的一千多名学生参赛，来自斯洛文尼亚的获胜小组运用自行设计的生物学部件制出了幽门螺杆菌的疫苗，这种寄生在胃部的细菌会导致胃癌。此前还没有找到适用于人类的此种疫苗。迄今为止，这个小组已经在小鼠上测试了他们的造物，结果颇具潜力。
这是开源的生物学，全部知识产权共享。当然了，理想主义的学生可以运用的东西，恐怖分子同样可以用。许许多多的博客提供相关领域的一切建议，从如何保存蛋白质，到为DNA脱盐的最佳方法。像这样的开放性很吓人，已经有人呼吁要对此类技术实行更严格的掌控。Carlson和许多其他人都相信这不大可能通过严格的条规来实现。几年以前，他在西雅图家中的车库里开创了他自己的生物技术公司“Biodesic”，除了一张信用卡之外几乎别无其它工具——生物版本的DIY运动。想当年，许多计算机公司就诞生于DIY运动，包括苹果。
他开发出的产品可以让人们利用DNA技术对蛋白质进行鉴定。“并不复杂，”Calson告诉我，“但是我想看看通过邮件订单和DNA合成，我都能干出些啥名堂。” 结果名堂大了。Carlson在笔记本电脑上设计分子，然后把序列送给合成DNA的公司。大部分的设备都可以在eBay上买到（或者，有些时候得去LabX，一个专注于科学器材的站点）。所需的不过是能上互联网。
“严格的条规不可能管用，” Carlso 说。”这并不是一个很好的比方，但是看看禁酒令吧。当政府限制酒精的生产和销售时，发生了什么？犯罪率激增。犯罪变得组织严密且更加强大。合法生产商不能销售酒精，但是在车库里或者仓库里却很容易生产。”
到2002年，美国政府加强了努力，企图限制脱氧麻黄碱的生产和销售。先前，生产这种药物的小作坊遍及全国；今天，药物生产得以职业化、集中化，而药物管理局却说关于脱氧麻黄碱的生产，他们所知的反而更少了。“黑市正在变得越来越黑，”Carlso 说。“尽管有这么多的限制，脱氧麻黄碱晶体的使用量仍然在增加。” 严格控制未必会给合成生物学带来类似的命运，但是有此可能。
Bill Joy，Sun Microsystems的创立者之一，反复呼吁限制这一技术的运用。“有可能，自我复制机制的运作可以比我们想象的更为基本，也因此更加难以控制——甚至是不可能控制的，”他在发表于《连线（Wired）》杂志一篇题为《为什么未来不需要我们》的文章中写道，“除此之外，我看唯一一种现实的出路就是放弃：限制我们对于某些知识的探索，从而限制某些太过危险的技术的发展。”
即便如此，想要对知识的探寻过程进行监察，这种事情从来没有真正成功过，部分是因为社会并没有指标去决定谁应该掌握信息，而谁又不应该。与之对立的方案也许会带来更好的结果：加速科技的发展，让它面向更多的人开放，并且给予他们相应的教育。否则，假如Carlson 关于甲基麻黄碱的类比在这里是准确的话，那么力量将会直接流入那些最不可能明智利用它们的人手中。
为了让合成生物学达成它的目标，我们还需要一套教育体系，能够鼓励怀疑精神和科学研究。2007年，新加坡、日本、中国和香港（数据来自分别统计）的学生在一次国际科学竞赛中表现均超过美国学生。美国的成绩自从1995年——举办这场竞赛的第一年——以来实际上就已停滞不前。成年人甚至科盲情况更加严重。2009年初，加州科学院在全美范围内举办的调查结果表明，只有百分之五十三的美国成人知道地球绕太阳一圈需要多长时间，而只有稍微多一点的人——百分之五十九——知道恐龙和人类从没有共同生存过。
合成生物学家必须克服这一无知。只有当人们激动万分地积极参与时，乐观主义才能占得上风。干嘛费那心呢？因为这绝不只是让大肠杆菌闻起来像口香糖，或者让鱼发出颜色多变的光芒这么简单。我们的星球处于危难之中，而大自然需要帮助。
科学家认为，我们当做燃料来使用的烃类无非是树叶收集来的浓缩的阳光。有机质腐烂，被细菌分解，埋入地下，经过千百万年的压力，变成了石油和煤。这时我们把它们挖出来，耗资巨大并且对环境有灾难性的影响。全球范围内，我们在陆地和海洋上打下深井，铺设管道，把我们的能量输运到巨大的炼油厂。这一直是工业的发展模式，并且已经成功运作了将近两个世纪。但是它不能再运作下去了。
工业时代即将接近尾声，最终会被生物工程时代取代。这个变化绝非轻而易举（也不会很快实现），也绝不会解决我们期望它解决的每一个问题。但是在青蒿素上能实现的事情，在我们这个物种的很多生存必需品上一样能实现。“我们曾经在宠物身上做的那些事情，即将在细菌身上发生，”基因组未来主义者 Juan Enriquez 在描述我们的世界从依赖机器向依赖生物学的转变时这样说过。“家庭宠物实际上就是驯化的寄生生物，”他指出，“它们已经演化到和人类产生互动的地步。栽培种玉米也是如此”——一种本不存在的作物，被我们创造出来。“同样的事情现在要发生在能源上了，”他接着说，“我们要驯化细菌，让它们在密闭的培养箱里生产东西，创造能量，比现有的方式远为干净、有效。而这仅仅是为生命编程的开山阶段。”