如今,全球前沿科技界的超級巨星“合成生物”正悄然走進我們的日常生活,它不僅高效環(huán)保,還是綠色使者!聽說過用合成生物制作我們穿的衣服纖維材料和用的可降解塑料么?不僅如此,未來的食物也可以來自合成生物?甚至房子也能用合成生物建造?
“合成生物”到底是做什么的?
第一次聽到合成生物這個詞,可能大家會想:是不是可以把不同動物的基因像拼圖一樣拼在一起呢?可以做出一個超級動物,有蝴蝶的翅膀,獅子的身體,魚的鰓,甚至還有恐龍的尾巴呢?
其實,合成生物并不是簡單地把不同動物的部位拼在一起。它是科學(xué)家們用特殊的方法,讓生物的基因發(fā)生變化,來創(chuàng)造出新的、對人類有益的生物。這種技術(shù)可以幫助我們解決很多現(xiàn)實生活中的問題。
大家都知道,組成生命的基礎(chǔ),是遺傳物質(zhì)DNA。有數(shù)據(jù)顯示,人和香蕉的基因相似度為60%,不同人種之間的基因相似度高達99.9%。但你有沒有想過,DNA又是由什么組成的呢?那就是ATCG四個堿基。
ATCG就像構(gòu)建生命的積木,通過不同的排列組合,塑造了地球上所有生物的基因。無論是單細胞生物,如細菌、病毒、單細胞藻類,還是更復(fù)雜的生物體,他們的基因都由這四個堿基組成。
我們只需重新排列這四個堿基,就能改變生物體的細胞行為,賦予它們?nèi)碌哪芰?。以透明質(zhì)酸為例,通常是由鏈球菌發(fā)酵生成的。然而,通過合成生物,我們可以改寫鏈球菌四個堿基的排序,讓它們更高效地生產(chǎn)透明質(zhì)酸,甚至生產(chǎn)出全新的物質(zhì)。
這就是合成生物的基礎(chǔ)應(yīng)用——重塑生命的可能性。
由ATCG四種堿基組成的DNA
基因那么小,人類是怎樣編輯基因的呢?
想要編輯基因,就不得不提“讀、寫、改”這三大合成生物的底層技術(shù)了。
簡單來說,“讀”就是指讀取生命信息。還記得剛才講到,基因是由 ATCG四個堿基排列組合而成的嗎?只要用4種具有不同發(fā)射波長的熒光染料,就能把它們?nèi)境伤姆N不同的顏色,通過儀器記錄下不同波長的信號,計算機就能錄入這組基因ATCG的排列順序了。
“寫”是指基因合成技術(shù),是在計算機中像編程一樣的對基因進行設(shè)計和優(yōu)化,最后用化學(xué)合成的方法,用DNA連接酶像膠水一樣把設(shè)計的基因片段組裝成完整的基因。用這種方法,不僅能“寫”出自然界已有的基因片段,而且能創(chuàng)造出全新的基因片段。
“改”是指基因編輯技術(shù),它比基因合成技術(shù)更加精準,利用CRISPR技術(shù),在已有的基因上做小修改,甚至做到只靶向改變一對堿基。
細胞工廠是什么?
當(dāng)我們提到合成生物的時候,往往會提到“細胞工廠”,合成生物能夠通過細胞工廠生產(chǎn)萬物。那么,細胞工廠究竟是什么?
事實上,細胞工廠是個形象的比喻。大家都知道,工廠是用來生產(chǎn)產(chǎn)品的,細胞工廠則是讓小小單細胞生物幫忙制造我們需要的東西。它們吃掉一些像葡萄糖、蛋白胨這樣的“食物”,然后在合適的溫度和酸堿環(huán)境中,生產(chǎn)出各種有用的物質(zhì)。
比如鏈球菌吃掉“食物”之后,可以制造出透明質(zhì)酸,鏈霉菌吃掉“食物”后,可以制造出青霉素。以前,我們需要從動物或植物中提取原料;現(xiàn)在,通過發(fā)酵技術(shù),細胞工廠可以幫我們更高效地制造,不僅節(jié)省了成本,還讓生產(chǎn)變得更快更方便。
“合成生物”和“發(fā)酵”有什么關(guān)系?
第一代生物科技,是用自然界里的菌群來發(fā)酵,比如釀酒、釀醋和釀醬油。人們早在八千年前,就開始利用自然菌群發(fā)酵釀酒了。
第二代生物科技是工業(yè)文明的產(chǎn)物。和第一代不同的是,人類找到了有特定功能的微生物來發(fā)酵,這樣就能把自然資源變成人們需要的產(chǎn)品。味精和透明質(zhì)酸就是第二代生物科技的代表性產(chǎn)品。
合成生物是第三代生物科技。它在第二代的基礎(chǔ)上,修改了微生物的基因(就是上文提到的 ATCG)。這樣,微生物就能生產(chǎn)更多東西,或者生產(chǎn)原來生產(chǎn)不了的東西。比如,用了合成生物后,釀酒酵母不僅能釀酒,還能生產(chǎn)青蒿素、人參皂苷和紅景天苷!是不是很神奇呢?
而目前我們所知道的不少知名的合成生物企業(yè),都是“發(fā)酵大廠”,在微生物發(fā)酵技術(shù)上更勝一籌,比如國內(nèi)合成生物第一梯隊的華熙生物,通過微生物發(fā)酵法大規(guī)模生產(chǎn)透明質(zhì)酸,引領(lǐng)了數(shù)次透明質(zhì)酸產(chǎn)業(yè)革命?，F(xiàn)在已經(jīng)成為合成生物全產(chǎn)業(yè)鏈平臺企業(yè),并通過合成生物技術(shù)生產(chǎn)出了微真、麥角硫因、重組人源膠原蛋白等多種生物活性物質(zhì)原料。
可以說,合成生物技術(shù)的誕生,宛如一把鑰匙開啟了通往未來世界的大門。它不僅極大地方便了我們的生活,更通過重塑地球資源,助力可持續(xù)發(fā)展。毫無疑問的是,未來隨著合成生物技術(shù)的逐步成熟和應(yīng)用拓展,將帶給我們更大的驚喜及更深刻的變革。
本文鏈接：合成生物入門指南：帶你走進“顛覆未來”的生命學(xué)科http://www.lensthegame.com/show-1-6152-0.html
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