互动科普

绿毒杆菌上的牛刀小试

新加坡南洋理工学院（Nanyang Technological University）的科学家制造了新型的自爆细菌。绿脓杆菌是一种常见的致病菌，能够借助“群体感应”来识别同类菌株。它们通过一些特殊的化学信号进行交流，彼此感知周围的变化，以及是否有同类大量聚集。科学家瞅准了这一特性，对大肠杆菌进行基因改造。第一步要将感知绿脓杆菌信号的基因导入，之后，大肠杆菌就能够判别周围是否有大量绿脓杆菌存在。第二步要给大肠杆菌配备“武器”，让它能够生成绿脓杆菌素（pyocin）。绿脓杆菌素本来是由绿脓杆菌产生的一种毒素，用于抑制同种细菌的大量生长。第三步，当经过改造的大肠杆菌“潜伏”到大批绿脓杆菌群体中后，科学家事先安置在大肠杆菌中的“自杀基因”就将启动，将大量绿脓杆菌素释放出来，杀死周围的绿脓杆菌。

实验验证，这种自爆细菌能杀灭99%的绿脓杆菌。这个研究看起来非常有趣，同时也很有实际意义。特别是在新型抗菌药物严重匮乏的今天，科学家对顽固的耐药菌几乎已是无计可施，类似的研究似乎能带来新的启发。而此项研究的成果，已经发表在《自然》杂志上。

改变能源困境

除了医药领域，合成生物学的一个重要应用是在能源领域。

随着石油资源的枯竭和环境的逐步恶化，人们想到了利用生物质为原料生产能源的办法，因此在新能源领域，合成生物学同样是风生水起。

《自然》杂志报道，美国能源部联合生物能源研究所（JBEI）使用合成生物学方法，改造了大肠杆菌和一个酿酒酵母的菌株，使之可以生产没药烯，它是没药烷的前体。根据项目负责人的介绍，没药烷作为燃料有很多优点，因为它不仅具有与D2生物柴油几乎相同的属性，而且由于特别的分支和循环化学结构，它的冻结点和浊点更低。以往，没药烷的生产原料主要来源于植物，一直被认为具有替代汽油、柴油和航空煤油的潜力。但如今，修改细菌使之直接大规模制造高级生物燃料，已经成为更方便且性价比最高的方法。

与此同时，合成基因组公司（Synthetic Genomics）旗下的Agradis农业公司，正在培育很有希望的生物燃料作物（甜高粱和蓖麻），并采用合成生物学方法设计微生物组合，来加强化肥和农药的效用，以增加玉米和小麦的产量。在过去的几年里，合成基因组公司已经使用高通量DNA测序和筛选技术，对植物根部的微生物群落进行了研究，并授权Agradis公司使用含几千种植物伴生微生物的菌群库。顺便说一句，合成基因组公司的首席执行官、Agradis公司的董事长，就是大名鼎鼎的文特尔。他计划在海藻中加入使微生物产油最优化的基因，来生产物美价廉的可循环利用的燃料。现在，已经与美国埃克森美孚公司签订了6亿美元的合作协议，用于大面积商业化生产海藻燃料。

希望与争议并存

合成生物学的各种成就，可能在不远的未来，解决很多目前人类难以处理的问题。比如在生命、医药、环保、能源等等很多领域，合成生物学都有用武之地。“比起当前的转基因、基因工程等技术，合成生物学的研究更前卫，代表了下一代生物技术。”中国科学院院士张春霆研究员如此评价合成生物学。我国也于2011年在“973”计划中启动了合成生物学的研究项目。

当然，在人为改造生命的过程中，也存在很多不确定性因素甚至是风险，主要集中在伦理和生化安全等问题上。人类充当“造物主”，创造出自然界原本不存在的新生命，特别是当它还具有某些定制的功能时，带来的将是巨大的伦理冲击。另外一部分学者则担心，这些本不属于自然界的生命和相关技术，万一从实验室泄露出来，就有可能释放出大量有害基因，到那时，人类或许会很难应付。未来，定制DNA可能变得非常容易，或许家庭作坊就能完成。究竟这一先进技术可能带来怎样的后果，我们还没有十足的把握。

但从长远来看，“人造生命”是必然的发展趋势。我们不应该也不能阻止科学的发展，但应该对科学研究予以规范，让科技真正给人类带来进步和发展。

（本文发表于《科学世界》2013年第1期）