未來的生物工程，是什麼？它能否改變人類的生活習慣？

生物工程改變世界

所有地球生命都有一個共同的起源，都是“地球生命樹”

開枝散葉的結果，所以它們都擁有一些共同的特徵，從只在顯微鏡下才能看得到的細菌，到海洋中最龐大的藍鯨，構成生命基礎的都是DNA“字母表”，以及以DNA語言為基礎的編碼方式。

人類飼養家畜、改良物種的歷史已有一萬多年，但直到20世紀70年代，DNA技術的崛起才真正讓人類認識到正是DNA編碼的差異造就了地球物種的多樣化，生物工程由此誕生，人類也因此擁有了跨越物種屏障的能力。在過去的幾年裏，生物工程已經發展成為新的產業革命，人類開始重新設計和改造自然，甚至從無到有創造出人造生命……

以下是生物工程科學取得的七大進展。

生物計算機

只要按下某個按鈕，正在進行數百萬次邏輯運算的計算機就會立即停下，但生命形式的運行則比最強大的計算機還要複雜得多，並且還會產生一些冗餘無用的“雜音”，這意味着生物體的運行並非總是線性的、明顯的和明確的。合成生物學的部分工作就是要剔除那些冗餘“雜音”，將生物學系統精簡分解成一個個“組件”，然後根據需要加以重建。

這種工作的結果就是可以將信息存儲幾萬年的超緻密系統。10多年前年，生物電路的計算機化已經取得了令人矚目的進展。美國麻省理工學院的皮羅·斯路蒂等研究人員設計的DNA電路，利用類似於電子學中的邏輯函數，在大約9天的時間裏，可存儲90代細胞的數據。一個月後，合成生物學先驅德魯·恩迪公開了他發明的可以像晶體管一樣工作的DNA系統。晶體管是所有現代電子學的最基本組件之一，是20世紀電子學的重要基礎，而生物版本晶體管的出現也將為生物計算機的誕生鋪平道路。

不再擔心太空輻射

基因工程合成細胞如何幫助人類適應外太空環境？如今，美國宇航局正在利用合成生物學的知識攻克最後的堡壘。硅谷的艾姆斯研究中心的實驗室裏正在進行一項研究，為宇航員提供可以經受外太空極端嚴酷環境的裝備。

人類外太空探索的最大障礙之一是，以目前的推進技術，太空旅行往往需要許多年時間，在漫長的旅途中，太陽輻射和宇宙射線會給宇航員的身體帶來極大的威脅，甚至有可能導致機體產生有害突變。輻射對DNA危害極大，包括引發癌症等。但如果屏蔽宇宙輻射的保護裝置太過厚重，又會給離開地球的發射任務增加大量的成本。

艾姆斯實驗室正在設計一種能夠產生細胞因子蛋白的合成生物電路，可保護宇航員免受太空輻射危害。細胞因子蛋白是機體抵禦輻射危害的一種自我保護機制。但問題是，這種合成生物學電路安置在哪裏好呢？讓它在身體裏自由漂浮可不是個好主意。美國宇航局利用納米碳纖維設計了一種生物膠囊，這種膠囊可以植入宇航員的皮下組織，它的氣孔很小，令細菌無法逃逸出來，但足以讓產生的細胞因子蛋白從裏面出來，起到保護宇航員的作用。

代替路燈的發光樹

人類發現並研究自然界中的熒光現象已有幾十年歷史了，包括美籍華裔科學家錢永健在內的三名科學家因發現和研究綠色熒光蛋白而獲得了2008年的諾貝爾化學獎。螢火蟲能夠發光，是因為它們的基因中含有一種叫作熒光素酶的特殊蛋白質。出於科學研究的目的，科學家通過遺傳基因工程，已經創造出了熒光鼠、熒光貓、熒光豬等新奇發光生物。能夠發出熒光的觀賞魚是美國在寵物商店出售的首個基因工程寵物。

2017年6月，合成生物學Kickstarter項目籌集了近50萬美元開發發光樹，組成了以DNA“黑客”安東尼·埃文斯為首的三人研究小組。雖然有人認為真正實現無電照明還要克服許多障礙，但許多人對這個項目仍然抱有很大期盼，認為這也許開創了一個新途徑。這些正在進行中的研究項目表明，合成生物學正在崛起，實際應用範圍也正在日益擴大。

“細胞工具箱”

任何外出旅行的人都知道，沒有合適的電源轉換接頭是一件多麼讓人頭痛的事情。電子行業早在幾十年前就已經實現了元部件的標準化。當你需要一隻二極管時，你可以買到現成的標準件，而不需要自己去專門製作一個。基因工程至今為止還未能做到這一步。如今，“生物磚基金會”正努力在合成生物學領域內推行生物元部件的標準化，以便於根據需要將“生物磚”以更有效更具創造力的方式“組裝”起來。每年，研究人員在研究中都要用到“標準生物組件登記冊”中的許多“生物磚標準元件”，這也是生物元部件的唯一來源。這些生物元部件都是免費供給的，並且都是可以瓦相適配的標準化生物元部件，目前這些“生物磚”的數最已達一萬種。

用“生物磚”組裝的產品不乏奇特創意。荷蘭一個研究小組研究的用生物工程細菌製作的檢測棒會令腐敗變質的肉改變顏色，超市可利用它來監測肉類製品的新鮮程度。

抗瘧疾新武器

全世界每年有數百萬人死於瘧疾。據世界衞生組織估計，自上世紀60年代以來，在撒哈拉沙漠以南的非洲地區，每年用於瘧疾治療的醫療費用已高達數千億美元。自17世紀以來，人類一直用奎寧以及瘧疾特效藥氯喹等來對付瘧疾，但因瘧疾病原體不斷進化的抗藥性，治療效果不很理想。如今最有效的瘧疾治療方案是多種藥物合成的“雞尾酒”，其中包括從苦艾中提取的關鍵有效成分青蒿素。但苦艾生長條件苛刻，在過去幾年裏，青蒿素市場一直處於繁榮與蕭條的交替循環中，青蒿素的價格也一直處於不穩定的上下浮動中。

當傑伊·基斯林在實驗室裏嘗試設計一種能夠生產柴油的基因電路時，他的學生貝克萊注意到實驗中產生的一種與青蒿素十分相似的副產品。於是，他們進行跟蹤研究，最終利用從三種不同有機生物體中獲得的12種基因，發明了細胞合成青蒿素產品，並於2006年正式公佈。2013年，在獲得來自比爾·蓋茨基金會的大筆投資之後，這種藥物被分配到了瘧疾多發地區。

這種藥物的正式問世將是合成生物學革命的一個里程碑，也是生物工程學的第一個了不起的產品。合成生物學革命方興未艾。

清潔海洋的細菌大軍

2016年國際基因工程機械設計大賽的亞軍獲得者是倫敦大學，其獲獎作品是一個用來清除海洋污染的塑料島嶼。

如今，漂浮在海洋上的塑料廢物每年多達數百萬噸。不過，這個巨大的人工島嶼並不是由廢塑料瓶子堆積起來的，而是由無數微小的塑料碎屑堆積起來的——這給海洋帶來的危害更大。塑料碎屑在海水漩渦裏積聚起來，進入食物鏈，給海洋生物帶來身體上的損害甚至導致死亡。

倫敦大學的研究小組設計了一種有浮力的耐鹽細菌，這種細菌能夠將塑料碎屑和其他降解物質區分開來，然後聚集成團，最後形成塑料島嶼。考慮到安全問題，這些基因工程設計的細菌對環境的影響都被降到最低，並有對這種細菌的DNA進行降解的配套系統。