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未来的成分——合成DNA的兴起

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我们会不会很快能够买到利用遗传代码和科学技术制造出来的丝绸、木材等商品?这一新生行业是否会遭遇到与那些试图用水藻制造生物燃料的公司相同的命运?

图片提供 Winni Wintermeyer

《财富》(中文版)--直到不久前,制造丝线还是蚕、某些蜘蛛以及某位超级英雄的专利。但是,如今在加利福尼亚州埃默里维尔(Emeryville)的Bolt Threads公司实验室里,酵母、糖和蜘蛛的一些DNA在发酵罐里生成了一种可以就像传统丝线、人造丝和化纤那样纺成织物的材料。该公司说,这种织物的强度超过钢铁,弹性超过氨纶,比丝绸更加柔软。

Bolt的首席执行官丹·维德迈尔(Dan Widmaier)说:“现在是材料的新时代。”今天的大多数纺织品以基于石油的化纤制成,处理时对环境有害。Bolt公司称,相比之下,它的织物具有生物可降解性。维德迈尔说:“新材料有让世界变得更加美好的巨大潜力。”

今年2月,Bolt面临了一次不成功便成仁的挑战:将实验室规模的生产流程扩展为一项具有商业规模的业务,供应三位客户,其中包括服装公司巴塔哥尼亚(Patagonia)。Bolt最终希望生产自有品牌的服装。如果公司获得成功,这一进步将成为新兴领域合成生物学的重要标志。

Bolt是唯一一家应用此类科技的新创企业。这项技术让科学家运用活着的有机体的遗传机理,生产各种产品,从食物甜味剂、“皮革”,再到像木材一样的合成物。投资者已经注意到了。去年,合成生物学从投资者那里拿到了10亿美元,其中不乏彼得·蒂尔(Peter Thiel)、埃里克·施密特(Eric Schmidt)、马克·安德森(Marc Andreessen)、马克斯·列夫钦(Max Levchin)、杨致远(Jerry Yang)这样的名人。据跟踪该行业的咨询机构SynBioBeta称,这一数字比2014年翻了一番。

硅谷看上合成生物学自有原因。DNA是以四个核苷酸分子为一个序列构成的,是一种可以编辑和撰写的代码,这跟软件不无相像之处。自从2003年人类基因组完成测绘以来,DNA测序的商业化(解读一个有机体的代码)与合成(撰写代码)的工作就开始提速了。

过去数年,新的机器人技术、计算生物学、基因编辑与基因合成技术的出现,使合成生物学变得更有成效,成本也变得合理。例如,被大力宣传的Crispr工具可以剪切DNA序列,插入人们想要的性能。来自于新创企业Twist Bioscience的技术实现了在硅上进行小型化化学反应,加快了基因合成。成本也在迅速下降。

为推动这一领域而大声疾呼的OS Fund合伙人布莱恩·约翰逊(Bryan Johnson)说:“我们正在解码生物学。生命本身正变得可编程。”像约翰逊这样的持有相信态度的人喜欢大胆预言。他们宣称,我们终有一天能够利用DNA、能源和阳光培养组织、汽车和住宅,可能会用脑细胞来组装计算机。

当然,相关的警示已经有不少了。几年之前就有一个,提醒人们头脑要冷静。2008年,一些新创企业致力于利用合成生物学从池塘的浮垢中制作生物燃料。但事实证明,微生物在实验室里与在工厂环境里的活性不一样。随着石油价格的下滑,好几家新创企业倒闭。

这一次,从事合成生物学的公司正在聚焦于材料(支持者称,比起燃料,材料的利润率更高,受市场波动较小)和特种化学品。如今,业内人士称,已经有更好的工具,用于编辑、测量结果,并且实现化学品和微生物量产的自动化。

一连串的创新正在接踵而至。在波士顿,Ginkgo Bioworks正在使用难于种植的植株或者已经灭绝花类的DNA代码,批量生产有机物质,用于制作新的香水味道和食品甜味剂。该公司的联合创始人和首席执行官杰森·凯利(Jason Kelly)说:“过去两年,生产确实大幅提速了。”在投资者1.54亿美元资金的推动下,Ginkgo最近开设了它的第二家“铸造车间”。这是一家面积为18,000平方英尺(约1,672.25平方米)的工厂,配有用于设计、制作和测试DNA的发酵箱、大型分光仪、软件、机器人和传统生物学检测工具。

凯利表示,Ginkgo能够将生产这些香味的成本削减50%到90%,同时在生产的过程中不损害环境。通过混搭和匹配DNA信息,公司可以让客户的产品拥有全新的香型。

比如用于香水的玫瑰油。这种植物很难种植,单株产出的玫瑰油非常少,供应日益短缺。Ginkgo的经理从外部提供商那里索取玫瑰油的基因代码。他们在2至6周内收到了邮寄来的装有液态DNA样本的小玻璃瓶,然后进行测试,重组DNA编码,并且索取更多的样本,直到找出能够以合成的方式复制、生产成本只有传统方式的一半且香味独特的油。Ginkgo表示,在过去9个月,它拉到了10余家新客户,这些客户订购了数十种新的有机物质。

在德国,Bolt的竞争对手AMSilk正在开发一种基于蜘蛛的纤维,名叫生物钢铁,用于生产高性能可生物降解的鞋子。在布鲁克林,Modern Meadow公司借助投资者的5,300万美元资金,生产用“工程化细胞”而不是动物皮制成的“皮革”。

位于纽约州格林岛(Green Island)的一家名叫Ecovative的公司正在“培养”活着的桌子、吸音板或包装箱。Ecovative从木材或植物那里提取纤维,将之切碎,加入菌丝体(蘑菇的根系),让菌丝体穿过并围绕纤维生长。公司再用标准压力机将其压成形,制作出像复合板一样的坚硬板材。Ecovative的首席执行官埃本·拜尔(Eben Bayer)说:“我想把它当成一种新型的木材,这是全球最具可持续性的家具了。”美国国防部(Department of Defense)与Ecovative预订了预研合同,开发“可编程材料”,为军方培养具有可持续性并减少废料的临时生长结构。

眼下,合成生物学生产商需要实现很多生物燃料新创企业不能实现的事情:将实验室里的成果转化为大规模商业运营。在Lux Research研究该行业的马克·宾格尔(Mark Bünger)说:“在一个公交车那么大的容器里,生产会变得不稳定,难于控制。”

维德迈尔表示,对他的公司来说,向商业化迈进要比确定从用DNA制造蜘蛛丝的复杂技术困难得多。今年2月,Bolt的11,000平方英尺(约1,021.93平方米)的工厂开工,它需要20多位博士科学家的专业知识,其中很多人汲取过生物燃料行业崩盘时的教训。维德迈尔说:“现在,真正的挑战开始了。”(财富中文网)

译者:天逸

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