陕西省科学技术协会科普宣传专栏 像乐高一样“组装”生物

用一盒乐高，我们可以组装很多不同的形状。将各种不同形状和大小的“模块”拼接在一起，就可以得到不同功能的结构，例如房子、车子、轮船、动物……

你知道吗，在合成生物学领域，合成生物学家和工程师们正在通力合作，也像玩乐高一样用模块化的方式来“组装”生物——小到微生物，大到植物甚至动物。如果你对生物学的认知还停留在很多年前克隆羊多莉的年代，那你肯定落伍了！

1928年，英国科学家格里菲思首次证明了DNA就是遗传物质。25年后（1953年），美国人沃森和英国人克里克提出了DNA双螺旋结构。从此“生命之谜”被破解，“基因时代”来临。但那个时候，人们还不能熟练操作DNA，因为“原料（DNA）”稀少，“工具”匮乏，甚至DNA是如何工作的人们也不得而知，条件十分落后。

时间进入21世纪。21世纪被认为是生物学的世纪。经过多年的不懈努力，我们不仅知道DNA是怎么工作的，还知道怎么“读、写、复制、剪切、粘贴”DNA。从此以后，让植物在夜里发光，让花朵改变颜色，让蚊子不孕不育，让细菌生产香水等不再是幻想。

然而，这还仅仅只是开始！人类旺盛的好奇心和对科学的追求是永无止境的，怎么能满足于只是改造生命体呢？生物学家和工程师们表示：我们要创造新的生物！总而言之，在脑洞大开的科学家及工程师们的努力下，我们进入了合成生物学的时代，开启了设计并创造新生物的漫漫征程……

就像盖房子需要砖块，造汽车需要零部件一样，创造新生物同样也需要许多这样的“基本元件”。这些“基本元件”都来自我们常说的DNA。它还有一个比较酷炫的名字叫“Biobrick”，类似于一种生物性质的“乐高模块”。每个模块两端都具有标准化的“接头”，便于不同模块之间的随意配对、拼接及组装。

不同的“Biobrick”具有不同的功能。比如，被称为“启动子”的“Biobrick”相当于汽车里面的发动机。没有它，后面紧跟着的“Biobrick”就无法正常工作。有起始，相应的就有终止。当看到“终止子”这个模块时，我们就知道“本次旅行到此结束”了。除此之外，还有类似电路“开关”“信号放大器”“节律振荡器”等“电器元件”模块。有了它们，我们就可以像组装电路一样组装出不同功能的生物传感器、生物反应器，甚至是生物计算机。

目前，已有超过2万个不同功能的“Bio-brick”被收录在http://parts.igem.org网站上。有了这些“Biobrick”的在线资源，合成生物学家们只需要像逛“淘宝”一样，根据需求在网站上搜索到相应的DNA“Biobrick”，然后将它们加入“购物车”，提交订单、付款，接下来就可以坐等收货了。

“模块”到货后，工程师们再根据设计图纸，将这些“模块”拼接、组装，最后再放入某种生物体中运行，一个新生物就诞生了。是不是很神奇？未来，这可能会像安装手机中的一款APP一样简单。

2010年，美国科学家克莱格·文特尔设计并组装了人类历史上第一个人造单细胞生物，并取名为“Synthia”（辛西娅意为“人造儿”）。克莱格·文特尔干脆把一堆信息，包括46名科学家和研究员的名字、E-mail地址以及爱尔兰作家乔伊斯的名句“生存、犯错、倒下、战胜，用生命创造生命”，作为水印加到自己合成的DNA中。

更令人振奋的消息是：2018年，我国科学家覃重军课题组设计并组装了世界上首例单条染色体的酵母，成功地把酵母的16条染色体合并成1条，创造出一个全新的自然界不存在的真核生命体。

也许，在不久的将来，我们就能使树上开出永不凋零的花，使动物通过光合作用获得能量自行成长，使坚果种子按照人们的意愿长成一栋栋房子，使史前灭绝的动物复活重生，甚至在法律的许可下，DIY设计创造出自己喜欢的专属宠物……

（陕西省生物农业研究所冉淦侨）

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