滅絕花卉可“芬芳重現(xiàn)”？美科學(xué)家讓微生物跨界造香水

◎王琪峰

滅絕花卉可“芬芳重現(xiàn)”？美科學(xué)家讓微生物跨界造香水

◎王琪峰

用酵母這樣的微生物來制造玫瑰香水？聽起來有點不靠譜，但位于美國波士頓的“銀杏生物工作室”卻將它變成了現(xiàn)實。這家公司將玫瑰的基因組排好序后移植到了酵母身上，產(chǎn)生新的微生物，并用其釀造出了新型玫瑰香水，成功上市。這種生物合成方法不像傳統(tǒng)工藝那樣，為了得到一瓶香水就要“摧殘”成千上萬朵玫瑰，而是一種可以多次重復(fù)、低成本的做法。那么問題來了，這種生產(chǎn)方式安全嗎？

供不應(yīng)求催生商機(jī)

它能為俊男靚女平添幾分魅力，也能使珍饈美酒多一點誘人芬芳；它曾經(jīng)因有限的自然產(chǎn)量而引發(fā)戰(zhàn)爭，也曾因極大的需求而催生一次又一次的制備工藝與技術(shù)變革；它雖然不是“柴米油鹽醬醋茶”的成員，卻已走進(jìn)人們生活的各個角落：洗護(hù)、化妝、醫(yī)藥、食品……它，就是香料。當(dāng)下，由于純天然香料的供應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足需求，使得香料生產(chǎn)者對利用生物技術(shù)制取香料的興趣越年的全球市場價值約6億美元，需求量高達(dá)1.8萬噸。但是這里邊，人們消費(fèi)的“純天然”香草和香蘭素只有很小一部分，因為天然香蘭素的提取受香蘭豆產(chǎn)量的影響太大。

馬達(dá)加斯加出口全球80%以上的香蘭豆，但受熱帶颶風(fēng)、政局動蕩、勞工薪酬、病蟲災(zāi)害等因素的影響，價格波動極大，2003年前曾高達(dá)400美元/千克，而2003年又一度跌至32美元/千克。而利用丁香油酚、木質(zhì)素和乙醛酸等化學(xué)原料人工合成的香蘭素，每千克僅需16美元。不過，消費(fèi)者大多只對“純天然”香草感興趣。

另一種重要的香料——檀香油也存在類似的尷尬局面。歷史上，全球約90%的檀香油產(chǎn)自印度，20世紀(jì)70年代的年產(chǎn)量超過了100噸。然而，由于過度采伐檀香樹、政策失誤和非法走私，檀香油產(chǎn)量急劇下滑。2005年，印度仍是檀香油的凈出口國，而2013～2014年，印度經(jīng)過合法途徑出口的天然檀香油僅有420公斤。據(jù)估計，全世界對檀香油的年需求高達(dá)80～120噸，其中除了20噸左右是“純天然”生產(chǎn)的，其余都只能以化學(xué)合成品代替。看準(zhǔn)天然檀香油巨大市場的業(yè)界巨頭，紛紛開始擴(kuò)大檀香樹的種植規(guī)模，但樹木的成長需要時間，遠(yuǎn)水難解近渴。

危機(jī)的存在往往醞釀著商機(jī)。被譽(yù)為“合成生物學(xué)教父”的美國科學(xué)家湯姆·奈特，決心用基因技術(shù)，解決天然香料供不應(yīng)求這個難題。來越濃厚，以香草和檀香為例，就可看出端倪。

為了得到一瓶香水，傳統(tǒng)工藝得“摧殘”成千上萬朵玫瑰。

香草又名香莢蘭、香蘭，有“食品香料之王”的美稱，它原產(chǎn)于非洲馬達(dá)加斯加熱帶雨林，是一種大型蘭科香料植物。香蘭的果莢里含有香蘭素，廣泛用作名酒、奶油、咖啡、可可、巧克力等食品的調(diào)香原料。香草和香蘭素每

人工智能跨界合成生物

湯姆·奈特由于家里離麻省理工學(xué)院很近，他14歲上高中時就開始到這所大學(xué)旁聽計算機(jī)和有機(jī)化學(xué)方面的課程。長大后的奈特成了麻省理工學(xué)院人工智能實驗室的研究人員，他上世紀(jì)六七十年代發(fā)明了阿帕網(wǎng)（APPANET）（互聯(lián)網(wǎng)前身）；20世紀(jì)80年代發(fā)明了首個單片機(jī)光學(xué)鼠標(biāo)等，取得了30多項技術(shù)專利。

奈特是人工智能領(lǐng)域的專家，卻對合成生物學(xué)抱有濃厚興趣。據(jù)奈特回憶，耶魯大學(xué)著名物理學(xué)家和生物學(xué)家哈羅德·莫洛惠茲所著《全面理解生命》一書，對他產(chǎn)生了極大的影響。此后，已然是泰斗級計算機(jī)專家的他，竟和他的學(xué)生一起學(xué)分子生物的大學(xué)課程，做起了生物實驗。

上圖為銀杏生物工作室的工作人員在忙碌中；下圖為用于制造香水的微生物。

美國科學(xué)家湯姆·奈特被譽(yù)為“合成生物學(xué)教父”，他想用基因技術(shù)解決天然香料供不應(yīng)求的難題。

在實驗室里，奈特創(chuàng)造性地提出了“生物積木”（biobricks）的概念，也稱為“生物零件”，簡單地說，就是指一些經(jīng)過加工的、具有特定功能的DNA小片段。利用“生物積木”進(jìn)行排列，可以搭建新的生命系統(tǒng)。奈特由于在合成生物學(xué)上的卓越貢獻(xiàn)，而被稱為“合成生物學(xué)教父”。

用“學(xué)以致用”這個詞來形容奈特真是再恰當(dāng)不過了，他研究計算機(jī)時就曾開過公司，如今跨界搞合成生物，他又想到將這些技術(shù)投入到實際應(yīng)用中去。于是，“銀杏生物工作室”（Ginkgo Bioworks）誕生了。

用特殊微生物生產(chǎn)香水

2008年，奈特與4位剛從麻省理工大學(xué)博士畢業(yè)的年輕人“老少結(jié)合”，在美國波士頓創(chuàng)辦了“銀杏生物工作室”公司。促成這家公司誕生的一個重要原因，是基因排序的成本大幅下降。從上世紀(jì)70年代開始，人們合成、組裝和測序DNA序列，改造生物功能的能力不斷增強(qiáng)。據(jù)奈特介紹，在他學(xué)生時代那會兒，合成一個堿基對的價格是1美元，合成一條基因需要5000美元；而現(xiàn)在合成一個堿基對的價格已經(jīng)下降到了幾美分，這使基因合成經(jīng)濟(jì)成本大幅下降。

“銀杏生物工作室”本質(zhì)上是一家“生命工廠”，根據(jù)訂單來“制造”客戶所需要的生物有機(jī)體。它的第一桶金是與美國國防先進(jìn)研究項目局（DARPA）合作帶來的，合作內(nèi)容是利用基因技術(shù)制作一些特殊的生物體，包括能夠捕捉空氣中的碳元素并將其轉(zhuǎn)化為燃料的微生物、能防止被病菌感染的“好”微生物等。

考慮到天然香水的稀缺性，“銀杏生物工作室”將研發(fā)目光轉(zhuǎn)向香水。受發(fā)酵這個古老食物制作工藝的啟發(fā)，“銀杏生物工作室”開始利用基因工程和計算機(jī)技術(shù)，對天然花卉或樹木的基因進(jìn)行“拼接”和“改造”，移植到酵母身上，最終“制造”出作用類似酒曲（酒曲和麥芽等原料混合，經(jīng)過發(fā)酵，酒曲就會分解掉麥芽中的糖而產(chǎn)生酒）的微生物。當(dāng)然，這種特殊微生物分解營養(yǎng)物質(zhì)、發(fā)酵后產(chǎn)生的不是美酒，而是散發(fā)奇特香氣的“玫瑰香水”。

生產(chǎn)周期短 資源消耗少

由于使用了機(jī)器自動排序，生產(chǎn)速度快，10天左右就能將微生物“制造”出來。這與改良一種花卉品種所需要的時間顯然不可同日而語。這種生物合成方法不像香水的傳統(tǒng)制作工藝那樣，為了得到一瓶香水就要“摧殘”成千上萬朵玫瑰，是一種可以多次重復(fù)、低成本的做法；也不會像化學(xué)香水那樣被追求“純天然”的消費(fèi)者唾棄。

“銀杏生物工作室”制造的玫瑰香水，是150年來香水市場上第一種用微生物制造的玫瑰香水，全球十大香精香料公司之一法國羅伯特香料公司已經(jīng)在銷售這款香水了。自然界中帶有這種香味的玫瑰花十分稀有，只有土耳其和保加利亞有種植，而且只能靠手工采摘，十分辛苦。

如今，“銀杏生物工作室”已經(jīng)獲得維京全球投資、法利思投資公司等眾多風(fēng)投公司的支持。它將8種微生物進(jìn)行注冊，除了用于香水生產(chǎn)，還可以用于烘焙、調(diào)味等產(chǎn)業(yè)，一年的業(yè)務(wù)合同金額超過千萬美元，可為客戶節(jié)約50%的成本。2016年，“銀杏生物工作室”在現(xiàn)有近1700平方米車間的基礎(chǔ)上，建造了第二個更先進(jìn)的香味制造車間。為了打消公眾對轉(zhuǎn)基因、微生物的顧慮，還將“車間”定期向社會開放，邀請人們目睹香水的生產(chǎn)過程。

“銀杏生物工作室”的產(chǎn)品都是裝在試管里的，公司創(chuàng)意總監(jiān)克里斯蒂娜笑稱，將來希望能有100種試管，也就意味著100種香型，沒準(zhǔn)還能讓在自然界已經(jīng)滅絕的古老花卉“芬芳重現(xiàn)”！

合成生物 福兮禍兮

美國《財富》雜志評論稱，“銀杏生物工作室”開拓了將酵母作為各種物質(zhì)來源的技術(shù)。這一技術(shù)打開了用新生物化學(xué)基礎(chǔ)服務(wù)香水、化妝品甚至甜味劑等行業(yè)的大門。

不過話說回來，合成生物也有不少反對的聲音。人們質(zhì)疑，人工合成的微生物被釋放到自然界，會不會產(chǎn)生意想不到的生態(tài)災(zāi)害？當(dāng)下還沒有足夠多的資料能夠給出篤定的答案。另外，如果實驗室里就能生產(chǎn)香水，那么種花賣花的傳統(tǒng)農(nóng)民還靠什么維持生計？會不會帶來新的社會問題？這些疑問看來只能依靠時間來回答了。

本欄目責(zé)編/葉曉婷 yexiaoting@vip.163.com

為了打消公眾對轉(zhuǎn)基因、微生物的顧慮，銀杏生物工作室將車間定期向社會開放，邀請人們目睹香水的生產(chǎn)過程。

銀杏生物工作室工作人員期待未來能讓已經(jīng)滅絕的古老花卉“芬芳重現(xiàn)”

銀杏生物工作室受發(fā)酵原理的啟發(fā)，利用基因工程和計算機(jī)技術(shù)，對天然花卉或樹木的基因進(jìn)行“拼接”和“改造”，移植到酵母身上，使其釀造香水。