都知道有软件开发者大会,听说过生物开发者大会吗?如果说软件工程师是通过数字代码编程,那么生物开发者则是利用DNA编码,从源头开发生物新产品。比如,最近中国科学家利用二氧化碳人工合成淀粉这一堪称“科幻”的技术,就将生物合成带到了新境界。
当下,合成生物学方兴未艾,由此涌现出一批熟练操控DNA编码的生物开发“高手”。近日在上海举行的全球首届生物开发者大会上,来自清华大学、华东理工大学、上海科技大学等多所高校的团队展开了现场角逐。或许在不久的将来,利用自然界生物大分子制成标准化“元件”,创建“模块”“线路”等全新生物部件与细胞“底盘”,进而构建出的各类人造生命系统将会不断出现,一个潜力巨大的新兴产业正在孕育之中。
以DNA为编码,专业的“生物码农”来了
利用大肠杆菌合成大宗化工材料,以此摆脱人类对石油原料的束缚;通过改造酵母菌生产青蒿酸和稀有人参皂苷,降低制药成本,促进新药研发;引导工程菌不“误伤”正常细胞,专一攻击癌细胞……合成生物学的美好前景令人神往。
作为全球首届生物开发者大会发起者之一,小熊猫生物创始人郭昊天表示,近年来,随着专业分工越来越细,生物医药产业链条上出现了一个中间群体:他们既不研究生命基础机制,也不从事临床试验或放大生产,而是专门从事发酵产品的菌株开发、底盘微生物的重构、蛋白质药物设计,甚至是分子育种、类器官改造等,业内把这群人称为“生物开发者”。
正如IT产业有写代码的软件工程师一样,生物开发者以DNA为“编码”,专注于生物技术的源头创新。比如,小熊猫生物提供的合成生物学细胞编程技术,就是给细菌编辑一段DNA代码,让它们根据实验要求在细胞中“自主”完成工作。
上海交大副教授童垚俊则利用“基因剪刀”CRISPR为放线菌构建了一个多能遗传操作“工具箱”。这些经过特定“设计和改造”后的微生物,有望兼容多种代谢途径,成为智能微生物细胞工厂,去行使环境污染物的高效生物降解、生物活性分子的绿色环保合成、特定药物分子的原位靶向递送治疗等多种功能。
解决海量操控难题,亟需提升“生物算力”
仅一立方米大小的生物反应器,一年时间生产的淀粉量就相当于5亩玉米地,这就是二氧化碳人工合成淀粉创造的“奇迹”。令人惊叹的奇迹背后,是科学家从海量生物化学反应数据中设计出的一条仅包含10步主反应的从甲醇到淀粉的人工合成路线。
如果说人工合成淀粉还是实验室里的初步探索,生物开发者的身影在产业界已无处不在。芬凯科技董事长赵新岩向记者分享了一个香料产业的案例。一种需要15万亩花田种植一年产出的香料提取物,若改用生物合成的方法,只需在培养皿中5天便可获得。目前,公司已完成了香紫苏醇—香紫苏内酯的量产,如果一切顺利,下一步即可合成出被称为“香料之王”的降龙涎醚。
与IT工作者需要算力支撑一样,生物开发者亟需高通量、低成本的“开发工具”,“海量”是他们面临的最大难题。郭昊天表示,正如计算机算力的提升带动了人工智能产业的第三次浪潮,“生物算力”的大幅提升,将促进合成生物学的突飞猛进。
为实现未来点“碳”成金、点“糖”成金的产业图景,不少生物开发者不约而同地将事业起步定位在提供“生物算力”上。今年6月,小熊猫生物上线了可提供百万级蛋白质重组的云端实验室服务,该服务比国际通用工具高了6个数量级,成本只有普通工具的百分之一。
童垚俊则开发了放线菌领域全球功能最完善的CRISPR遗传操作工具箱,覆盖了基因敲除、敲入、敲低、单碱基替换和组合编辑等几乎所有DNA遗传操作需求,将原本两个多月敲除一个基因的操作缩短到十余天,同时效率提高一个数量级。目前这套工具箱已无偿分享给了美国劳伦斯伯克利国家实验室、伯克利大学、康奈尔大学等全球百余家研究单位使用。
作者:沈湫莎
来源:文汇报