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把细胞变成「工厂」,会生出什么新物种?撰文 | 清晨

修改 | 靖宇10 月 15 日,解雇了搜狗 CEO 的王小川表明,往后二十年,「想为生命科学和医学的开展尽一份力」。这现已是本年第三位在辞去职务时对「生命科学」表明出爱好的互联网大佬。

5 月 20 日,张一鸣在卸职字节跳动 CEO 的信中写道,「生命科学……对人类日子的影响已现拂晓之曙光」;3 月,黄峥在辞去职务信中说,「想去做一些食品科学和生命科学范畴的研讨」。

黄峥乃至在辞去职务信中写了三个未来的研讨方向:蛋白质机器人、植物组成蛋白「人造肉」、在作物栽培进程中操控微量元素吸收。

想处理的问题各不相同,又有某些相通:对生物天然进程进行精微调控。再细究下去,这些研讨或许都会触及到现在最受重视的生物学范畴「组成生物学」。

有人说,现在组成生物学就像 90 时代初的互联网,刚刚过了婴儿期,会呈现一大批草创公司,说不定就会有下一个苹果这样的公司呈现。

10 月初,我在上海参加了一场小熊猫生物建议的「Synbiopunk 2021 暨生物开发者大会」,试着了解「生命科学浪潮」(假如真的在到来的话)终究或许是什么样的?大会现场 | 极客公园摄01

细胞工场在会上,我又听见人们谈起「人造肉」。

沿袭计算机会议形式,自在沟通的「unconference 自组织会议」上,有人边喝啤酒边聊:「组成生物学」有什么成功的产品?有人说到了 Impossible Food 旗下的「人造肉」。

Impossible Food 从没有自称「组成生物学」公司,可是将它与其它人造肉产品区别开来的中心卖点——那个让素肉闻起来有共同「肉香」的血红蛋白,来自这门诞生 20 年左右的新兴学科。

其间触及的技能,便是用简略的基因修改,让酵母发生「血红蛋白」。套用一下组成生物学的术语,便是让酵母菌就变成「细胞工厂」,依照人的志愿来出产物质。

是什么让肉这么鲜红,吃起来又有特别的香气呢?Impossible Food 以为是肉里边丰厚的「血红蛋白」。在各种食物中,都有血红蛋白,可是动物肌肉中含量特别多。

因而,血红蛋白就被公司的创始人,生物化学家帕特里克·布朗(Patrick O. Brown)挑选作为模仿动物肉的「要害调料」。从植物中提取这种「调料」,布朗选中了根部含有丰厚血红蛋白的大豆。

传统的出产办法需求从大豆根部直接提取「血红蛋白」,一公斤的「血红蛋白」就需求 6 亩大豆。植物提取耗费本钱,Impossible Food 研制了新办法:将能编译血红蛋白的基因植入酵母菌中,跟着酵母菌成长和仿制,就会成长出血红蛋白。打个比方,这就好像是在微生物的尺度上,让鹅生下鸡蛋。从植物中提取的 血红蛋白(Heme)用在「人造肉」汉堡中新技能进步出产功率,一起削减栽培耗费的天然资源。因为首要的出产资料是酵母菌、糖、矿物质,也没有太多化工废料。想起来,这真是一种「让未来更夸姣」的技能。

听人们谈起这个技能的时分,我感到这仅仅一个简略的技能。在他们眼中,可以这样从基因层面规划,再出产出来的物质实在太多了。可降解塑料、香料、新药和疫苗、针对特定病害的农药,乃至是用二氧化碳组成淀粉……我开端对生物技能带来的或许有了些详细幻想。02

工程思维遇到生物学:

生物开发者从命名上来说,这是全球第一场「生物开发者」大会。「生物开发者 Biodeveloper」这个词是从 IT 范畴常见的「开发者」沿袭而来。

会议建议者,也是主办方的「小熊猫生物」解说说,生物科技职业的分工越来越细,开端呈现了一个中间层集体,再用曾经的生物工程师、研制科学家来称号好像不行包括这个集体的丰厚性。

小熊猫生物对自己的称号是「全球首家生物计算机」公司。大会的别的两家主办方分别是创业公司倍生生物、奇绩创坛。倍生生物对自己的称号是「专心于物种规划的组成生物学公司」。小熊猫生物 CEO 郭昊天解说「生物开发者」命名的由来 | 小熊猫生物IT 职业有各式各样的开发者,比方网页开发者、软件开发者、游戏开发者。类似的,生物科技职业不同的人也会面对不同的研讨目标、作业内容。「可是他们的作业性质很类似,都是根据已有的常识、已有的东西、办法去开发新的产品和新技能」。

他们在做的工作,有些现在听起来还挺生疏。比方发酵产品的菌株开发、底盘微生物重构、蛋白质药物规划、分子育种、类器官改造。

组成生物学家 Tom knight 说,「21 世纪会是工程生物学的世纪」。他是组成生物学范畴的创始者之一,也是组成生物学明星公司 Ginkgo Bioworks 的五位创始人之一。这家公司 9 月 18 日在纽交所上市,估值就到达了 150 亿美元。

Tom Knight 的研讨爱好阅历了从计算机到生物学的改变。从高中时代开端,他就运用暑假在 MIT 学习计算机和编程,之后本科和研讨生阶段也在 MIT 度过。Tom Knight意识到摩尔定律预言了人类操作硅原子的极限,他将目光转向了生物。「咱们需求一种不同的办法,把原子放在正确的方位……最杂乱的化学是什么?是生物化学。我幻想可以运用生物分子,比方蛋白质,它们可以在你需求的范围内自我拼装和结晶。」

用工程学定量、定性的思维来规划生物原件,成为新的研讨办法。组成生物学像是人类常识的一次跃迁。作为一门工程学、计算机、生物学等多学科的穿插范畴,组成生物学的开端之年被定为 2000 年。

在这一年宣布的两项研讨中,生物学家用电路规划的思路,完成了对基因表达的操控。

波士顿大学的科学家在大肠杆菌中构建了基因开关 (Gene toggle switch)。这个模型只用了两个基因模块,经过调控外界影响,可以让基因的表达开或许关。

同样是这一年,普林斯顿大学的科学家用了三个基因模块,运用它们之间相互的按捺和按捺免除,完成了电路信号中的「震动」形式输出。基因开关(Gene toggle switch) 示意图03

对基因读、写、改DNA 从源头上带着生命的一切信息,也是生命万千性状的来历。

开展到现在,人类现已可以轻松地读取 DNA 序列,依照规划组成 DNA 序列。会场上,我屡次听到人们谈起取得 2020 年诺贝尔化学奖的 CRISPR 技能。这项被称作「基因魔剪」的技能,可以精准定位切开 DNA,然后完成基因修改。

根据这项基因修改技能,现已呈现了多家创业公司。有的用它来处理癌症、遗传病等疑问疾病的基因治疗,有的用它培养可供人类移植的器官、检测疾病。

一项基因修改技能如此快进入商业使用,让人们看见生物技能的巨大远景。从生物技能本身的开展逻辑而言,在基因序列的读取、组成、修改都开展老练之后,下一个阶段,天然是从基因层面进行规划,来出产契合人类需求的物质。组成生物学技能,也可以了解为基因技能开展的下一个阶段。两位科学家 Emmanuelle Charpentier 和 Jennifer A.Doudna 和因CRISPR技能取得2020年诺贝尔化学奖 | 视觉我国「很多人一向痴迷于组成生物学的界说……工程学科和生物学科之间发生了这种磕碰。我以为,由此发生的任何东西现已开端被命名为组成生物学。」Tom Knight 说。

将时刻尺度拉大,远从农业社会开端,人类就经过绵长的杂交和选种来挑选、保存自己想要的动植物性状。组成生物学则是从基因层面直接下手,生成人类想要的性状。眼下,科学家现已在试验室里用 CRISPR 技能培养水稻。

大会的主办方之一,奇绩创坛创始人陆奇在开场视频中说,生物技能或许会像之前的互联网技能相同,对国际带来广泛的革新。这好像也印证了互联网 CEO 解雇时都表达出对生命科学的爱好。

互联网大佬们都纷繁投来重视的目光,生命科学的商业大势总算要来了吗?

恰巧的是,在「生物开发者」大会开端的前几天,上市不久的 Ginkgo 遭受了做空组织的质疑。在大会期间,公司的股票价位正阅历上市以来最低位。(尽管现在现已康复)这让「商业形式」这个论题更吸引人。04

商业故事刚刚开端:

渠道和选品和互联网时代的巨子相同,Ginkgo 是一家说「渠道故事」的公司。

将自己界说为「细胞编程技能供货商」,Ginkgo 说的是一个「细胞编程」重塑出产办法的故事:用编程过的细胞作质料,制作食物、资料、新药、香料……

公司 CEO 表明,Ginkgo 是一个技能渠道,它不出产产品,而是在其它公司研制产品阶段供给服务而收费、或是大规模出产后取得抽成。

假如生物出产的办法将带来广泛革新,技能渠道一定会成为职业中的巨子。Ginkgo 刚刚上市时,来自纽约 Pinnacle Associates 的出资司理 Randy Baron 评论道:「这要么是有史以来最大的空头,要么是下一个 AWS」。Tom Knight(左一) 和其它四位 Ginkgo Bioworks 创始人 | Ginkgo Bioworks已然技能远景达观,孵化出了什么产品?这是 Ginkgo 面对的一大质疑。还没呈现强营收才能的产品,渠道估值就水涨船高。用互联网的开展来打比方,这就类似于还没有呈现「杀手级使用」,咱们现已在幻想未来的职业巨子。

听会上的评论,人们重复说到「选品」。看起来,咱们现已到达一致,「选品」是现在组成生物学创业公司至关重要的才能。

前不久,Impossible Food 传出了 IPO 音讯。凭仗「血红蛋白」这项标志技能打下一片商场,这是 Impossible Food 供给的成功产品阅历。

但换一个商场就未必可行,毕竟在我国「植物肉」仅仅小部分顾客的需求。

人们议论更多的,仍是组成生物学公司在选品上走过的弯路。

组成生物学范畴的第一家上市公司 Amyris 此前靠发生青蒿酸(artemisinic acid)的酵母菌株被本钱看好。青蒿酸是出产青蒿素的前体。青蒿素便是在 2015 年,让我国科家屠呦呦取得诺奖的抗疟疾药。

完成青蒿素量产,让 Amyris 成功上市,但却没有让它**。开端,组成生物法产青蒿素确实处理了化工组本钱钱过高的问题。可是跟着非洲大面积栽培黄花蒿成功,植物提取本钱下降,组成生物量产优势又不复存在。完成生物组成青蒿素的科学家 Jay Keasling ,后来他寄期望的生物燃料商业上也没有成功青蒿素之后,Amyris 又把目光转生物燃料。看起来很夸姣:生物资料替代化石资料,是能源危机的出路。仅仅化石燃料的低出产本钱面前,生物组成法没能树立优势。现在,Amyris 又挑选了护肤品,用生物燃料的原资料「法尼烯」来出产维生素 E、角鲨烷。

在出产可降解塑料 PHA 上探索了五年之后,蓝晶微生物在本年 2 月份取得了 2 亿元 B 轮融资。这也成为国内组成生物学单笔最大融资。蓝晶接下来将建造 PHA 年产万吨级工厂。

组成生物学现在的考题好像是:要向商场阐明产品优势。05

未来:生物技能的产品

多久会到来?我问一位参会的从业人员,现在组成生物学开展到什么阶段了? 他说,很像 90 时代初的互联网,刚刚起步,又充溢幻想。可是也会有所不同,我国和美国的距离没有其时那么大,在开展的进程中,生物技能和传统职业的联络也会更严密。

在会上,我遇到对新出产办法赞叹不已的人,是一位香料公司的司理。他来自馨之源科技,首要的产品是龙涎香的质料「降龙涎香醚」。

龙涎香是高级香水的「定香剂」。天然界中的龙涎香源于抹香鲸的肠胃分泌物,十分宝贵,声称香料之王,首要的效果便是定香。

乃至可以说,有了龙涎香,才有了现在常见的「品牌香水」。它让香氛安稳,留香时刻能从 40 分钟延长到 4 小时。除了高级香水,它更常见的运用是被添加在洗发水、沐浴液,洗衣液等日化产品里,少数用于食用香精。品牌香水| 视觉我国天然界最接近龙涎香的产品源于 1930 时代德国汉高公司。以香紫苏花做质料,先进行植物提取,再经过多道化学反应,阅历香紫苏醇、到香紫苏内酯的进程,最终生成降龙涎香。

从 2016 年开端,他的公司可以用生物组成的办法,将香紫苏醇转化为香紫苏内酯。分子转化率和纯度能到达 99.8%。「作为一家细分范畴的小型冠军企业,咱们体会到组成生物学的含义十分大」,他说。

和化学组成比较,生物组成不只转化率和纯度明显进步,还避免了会带来污染的高锰酸钾废水。接下来,他期望可以技能上再打破,从「糖」直接生物组成更多的香料产品。这样就可以越过植物提取,节约土地本钱、出产也更低碳。降龙涎香醚的植物来历香紫苏花 | 视觉我国午饭席间,我听到一条新闻:联合利华 9 月 2 日表明,它将出资 10 亿欧元,用于在 2030 年前筛选清洁产品原资料中的化石燃料。

在 10 年内,保洁出产的洗衣液、洗衣粉、香皂类产品都会逐步选用植物质料、或许碳捕捉技能。公司还拿出另 10 亿欧元建立基金,赞助研讨生物技能、二氧化碳等削减碳排放的技能。

告诉我这个新闻的人,和听到新闻的我相同,对不到 10 年的期限有些讶异:技能研制到大规模出产,这么快就会彻底完成吗?

不过我期望真的会完成。

本文为极客公园原创文章,转载请联络极客君微信 geekparker

发布于 2023-12-04 06:12:52
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