未来的成分——合成DNA的兴起

图片提供 Winni Wintermeyer

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。”