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遗传工程里，有一种叫做限制性内切酶的专门用作剪刀的蛋白质，它可以在沿着DNA链特定的位置将基因切断。为了将他们想要改造的特定DNA片段分离出来，生物技术员依赖于许多限制性内切酶组成的武器库，每一种酶都能够针对不同的DNA序列并将其切断。为了把DNA片段连接到另一种细胞的DNA中，限制性内切酶也要把受体细胞的基因组切开，该DNA序列的切口必须完全与所衔接的DNA片段吻合。外源基因将缺口补上后，转基因生物就诞生了。
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为了将同时嵌入多个基因的操作过程简化，iGEM参赛队伍使用的生物积木原件都是预先用酶切好的，而且两端都含有相同的互补序列。〔11〕理论上讲，弄明白如何将每个单独的基因准备好，这种工作是必需的，但是比赛将这一流程免去后，使遗传工程师能够腾出手来专心研究不同的设计方案，就像工程师在电路板上面重新摆放电路组件一样。汤姆·奈特和当时与他一起工作的MIT教授德鲁·恩迪（Drew Endy）共同创办了iGEM大赛，他们希望能够以此展现出生物积木将会意味着更少的苦活，更多的乐趣。想要让遗传工程不再是任何精英人士拿来炫耀的东西，那么，展示出连本科生都能用生物积木元件制造出有功能的遗传机器，难道有比这更好的办法吗？一夜之间，专业技术不再是门槛了。几年前只有最前沿的实验室和科学家们才能想象的方式，如今大二的学生就能用来鼓捣基因了。
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尽管iGEM大赛获得了一些成功，但是要想让合成生物学变得像乐高智力风暴（Lego Mindstorm）〔12〕一样简单，生物学极大的复杂性仍旧是只拦路虎。目前，合成生物学仍然停留在乐高德宝（Lego Duplo）〔13〕的那个阶段。
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“在考虑我们该把什么类型的零件组合在一起时，你要面对的困难是，这个过程结束后，你要把你搭建的这个系统放到活细胞里。而这个细胞可并不像我们所盼望的那样简单，我们对它也了解不多。”我在2008年第一次跟他谈论到指导未来的生物黑客这个话题时，他这样跟我说。
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但是，奈特相信，为了提高我们对细胞的理解而做出的艰苦努力，最终会证明其自身价值。他告诉我，他希望能开发出能够制造特殊材料的遗传机器，比如，防碎陶瓷、碳纳米管——一种宽度与单分子类似但强度比钢铁大50倍的石墨管。企业、高校和政府里的研究人员正在互相竞争，他们都试图开先例，开发出能够将曾经毫无价值的藻类植物和农田弃物这类东西转化为生物燃料的遗传机器。
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奈特也预测，经过遗传工程改造的细胞能够让制造物品变得像通过互联网传播信息一样简单。为了尽可能让我理解，，他在谈话中把这个过程比作在线发布文章。
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“假设你写了一篇文章，之后这篇文章又转载了无数次。其实后来转载文章的成本非常非常低，几乎只要在电脑前动动手指就可以了。文章无非就是比特，它们在网络上传播。它们可以轻易地被复制。”他说。
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把这个跟制造一辆汽车的“惊人”成本比一比，他说。尤其是再想想搭建汽车生产流水线的花费。奈特说，他会将自己喜欢的一个类比与学生分享。如果汽车像生物系统一样，你从经销商那里买来的小轿车会自带一个内嵌的工厂，可以生产更多轿车。在生物系统中，制造技术与制造对象能够合二为一。
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“有了第一个，建造第二个只需要少量的资本投入。我认为，我们现在大有可能转变这个世界，让原本资本投入密集的制造业成本大大降低，变得和复制信息一样。”
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换句话说，他相信，DNA中的A、G、C、T四种碱基能够行使比特的功能，就像电脑中的1和0一样。DNA比特作为整个细胞体系的信息处理基本单位，能够创造出像我们身处其中的世界这样有序的宏大结构。像奈特这样的生物工程师，希望能够用编程的手段控制细胞，就像控制电脑一样，从而通过输入指令来得到理想的产物。但是，与电脑不一样的是，细胞即可以扮演大脑的角色，也可以扮演双手的角色。
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加州的爱莫利维尔市曾经是个粗放的工业城镇。它位于奥克兰和伯克利中间，沿着旧金山湾海滨延伸，美国宣伟公司（Sherwin-Williams）的油漆工厂曾在这里竖起了用霓虹灯做的公司标语“我们为地球添色彩”。贾德森钢铁厂（Judson Iron Works）曾是太平洋沿岸最大的铸造厂之一。这些工业企业早就不见了踪影，与它们一起销声匿迹的还有地下酒吧、妓院、赌场，这些场所曾让首席法官厄尔·沃伦（Earl Warren）将爱莫利维尔市称为“太平洋沿岸最堕落的城市”。
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如今，一种新型工厂在这个城市扎下根来。它就位于皮克斯动画工作室和离旧金山最近的宜家家居公司所在的那条大街的另一头，这个工厂在美国能源部实验室中有一定的影响力。即使满负荷运行，没人能看见工厂大量生产的产品，也没人能从这家工厂里买些什么。但是，如果你生病了或者是个有车一族，这里的工厂经理希望他们这个小企业有朝一日能改变你的生活。
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这个工厂叫做国际公开设施推进生物技术（International Open Facility Advancing Biotechnology），简称为BIOFAB。这个公司建立于2009年末，是世界上第一家服务于合成生物学领域的开源机器工厂。创办者德鲁·恩迪和亚当·阿金（Adam Arkin）相信，将生物技术转变为一种工科，关键在于创造出标准化的“零件”。这些零件必须以可预测、可测量的方式组装在一起，而且功能稳定，就像螺母和螺栓、汽车引擎或者电子电路中的组件一样。随着这家工厂建设完成和开始运营，恩迪和阿金两个人将会把这些零件的使用说明免费提供给那些想组装新东西的高校和企业。他们也会帮助设计、并用BIOFAB零件制造出新的遗传机器。
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但是，他们面前有个困难。对于从家具制造到火箭科学等其他工程来说，数学能够告诉你自己生产的零件是否能够组装在一起，也能告诉你组装在一起后工作效果如何。如果你做的桌腿儿太细了，那桌子肯定会塌。如果你造的火箭燃料箱太小，火箭肯定无法突破地球引力的束缚从而摔到地上。但是，合成生物学家没有恰当的数学工具能用来预测，通过拼接遗传零件而创造出的生物系统到底会表现得多复杂。现在来讲，他们必须首先把零件拼起来，然后再看看这个机器到底能做什么。这意味着，BIOFAB不能仅仅制造不同型号的桌腿。工厂的工人必须随后把每一条桌腿装在桌面上，看看会发生什么。这就相当于，他们必须把建造好的成千上万只火箭送上天。
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生物学家把这种苦差事称作“鉴定特性”，随着这个工作的完成，恩迪相信，BIOFAB会带领大家将合成生物学中最大的鸿沟填平。
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2010年5月，舆论评价不一的生物技术先驱克雷格·文特尔创造出了首例可自助复制的全人工合成生物——辛西娅（Synthia），辛西娅的全部DNA都是用人工手段将碱基逐个合成的，这个细菌的基因组拥有多达120万的碱基对。在人工合成DNA领域中，文特尔的功绩是一项巨大而昂贵的成就。尽管有关这项成就的大肆宣传中暗示，这其中有巨大的风险，但是，据其他合成生物学家说，他并没有承担如此大的风险。科学家目前还没有用这种方法创造出自然界中前所未见的微生物。iGEM大赛参赛者改造的微生物中虽然含有人工改造的基因，但是其大部分基因组在自然界早已有之。最可靠的合成生物学家会反复强调，即便最简单的单细胞生物也是非常复杂的，这种复杂性使全靠人工制造生物这种想法变成了一种难度极高的科学挑战，而现在，我们甚至还没开始上路。尽管辛西娅只是对自然界早已存在的一种细菌的精确复制，但另一方面，文特尔也自信地相信，当他“启动”自己创造的遗传机器时，它也会工作得很好。辛西娅是生物制造史上一项空前的杰作，但是演化的力量早已替文特尔完成了全部的设计工作。
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恩迪很喜欢说，如今的合成生物学家已经能轻易合成一段DNA，其长度就像一篇《纽约时报》社论那么长，也就是大约1000个英文单词。到目前为止，科学家设计合成的具有特定功能的最大基因组中包含大约20000个DNA字母，或者说是“碱基对”。现在，生物工程师就快能合成长度近似一篇科学论文的基因组了，这至少有30000个单词，该目标远远抛离了我们今天达到的水平。放眼未来，一个合理的短期抱负可以是大约一个独幕剧剧本长度，比如让·保罗·萨特（Jean-Paul Sartre）的《禁闭》，长约100000个单词左右。至于要合成像大肠杆菌这样的微生物，下一代合成生物学家得找到顺手的工具，它的基因组长度相当于一部俄国小说，即350万碱基对。
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为了能建造出打字机一样的合成利器，恩迪认为“标准化”是BIOFAB要走的第一个关键步骤。为了解释自己的观点，他回顾了一下历史。恩迪对一群聚集在BIOFAB的生物工程师说，在西班牙的塞戈维亚，他参观了一个罗马水渠，这个水渠历经两千余年的岁月仍旧屹立不倒。它的多层结构是石质的，恩迪将这些石头称作“标准岩石”，在整个设计中具有相同功能的每个石块，其大小形状完全相同。正是这一点，使这座庞大的建筑即使没有任何泥浆的粘合，都能历经两千年而没有散架。恩迪说，水渠的坚固源于标准化的规格。标准化让建设水渠的人能够始终协调工作。管理者只需告诉继任者这些石块的建造规则，以便替换那些坏掉了的，而并不需要给继任者留下一块真正的石头。标准化也让不同区域的不同团队之间可以协同工作，能立刻上手的独立团体也可以同时参与配合。这正是因为，每一个团队都能根据事先制定好的相同规则，去建造合适的石头。
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为了创造持久、实用、复杂的遗传工程机器，恩迪表示，BIOFAB将会需要向诸多工厂以外的人求助。“你是否能完成一些看似不可能的任务，取决于你是否能让身处不同方位的人长期共事。”
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每当恩迪想到几乎不可能的事情的时候，他就会想起乞拉朋齐村，印度东北部一个高悬在卡西山草木丛生的峭壁上的村落。这个村落是世界上最潮湿得地方，年均降水量高达480英寸。不过，乞拉朋齐也因为具有更让世人大吃一惊的生物制造案例，而吸引了不少游客。到处是水的地方一定都会有桥。而在乞拉朋齐，桥正是一大鲜活的亮点。〔14〕
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在这一地区很多河流的沿岸，印度榕树会依附在岩石表面和其它地表结构，生长出浅浅的根系。当地居民发现，利用其它树的树干，就能引导这些榕树根系又长又直地延伸，一直抵达对岸。紧接着，它们就又在对岸的泥土里扎下根来，这就在两岸之间形成了一个坚固的跨梁。随着根系的生长，这些桥变得愈发坚固。经过10-15年的生长，它们最终成型。此后，工匠们有时还会在上面铺上土和石板，让行人更容易通过桥梁。
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恩迪说，乞拉朋齐的这些活生生的桥梁让他非常兴奋，因为它们证明人类可以用生物技术完成实用而且可持续的工程项目。（他指出，这些桥将自己固定在岸边的同时，也抑制了全球变暖，而不是像其他桥梁那样会加剧全球变暖。）他说，利用目前的技术，合成生物学家几乎无法创造出类似让人惊叹的作品，这让他由衷地恭敬大自然。这些桥用15年的时间就生长成型，而BIOFAB工厂不远处，新近完工的旧金山-奥克兰跨海大桥则用了几十年的时间才建设完成，前者的建造周期显然要短得多。
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BIOFAB的办公室坐落在一栋豪华写字楼里，楼下几层的办公室则是阿米瑞斯公司（Amyris Inc.），这个公司最早成立时是在生物燃料领域寻求机会的。在公司发展的过程中，阿米瑞斯的创办者杰·科斯林（Jay Keasling）发现，研究者正在开发的可以生产生物燃料的遗传机器，也能改造一下用来生产青蒿素。众所周知，青蒿素可以用来治疗疟疾。这种物质本身并不是什么新鲜玩意儿，长久以来，草药医生和制药开发人员都在从青蒿中提取这种化合物。
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但是，有了能够生产青蒿素的新型细胞，阿米瑞斯公司就可以在爱莫利维尔的几个金属罐中发酵生产青蒿素，而且产量不少于农耕方式所获的产量。利用合成生物学技术，这家公司可以稳定地生产这种药物，不再受制于不利于农业生产的自然条件。他们可以控制产品质量，因为每一批细胞的产物都是一样的。由于这些“青蒿素工厂”能够自我复制，理论上讲，产量是无限的。一些热衷合成生物学的人称赞，阿米瑞斯公司是合成生物学潜力的最佳证明。但是，即便阿米瑞斯公司能够生产史无前例地为世界上最贫穷的一部分人生产高品质的抗疟疾药物，这也不意味着所有人都能从中获益。因为，有一部分世界上最贫穷的人同时也依靠制售青蒿素为生。
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在爱莫利维尔市的这座蓝色玻璃办公楼里，白色房间里安装着的几只大罐子成了进步观念的神像。在这样的背景下，生物学给人的感觉就像是下一个伟大的产业技术。它同样感觉起来像是史诗般心智成果的顶峰，是对理性力量的赞颂。但是，这些罐子也存在于和世界其他部分完全隔离的地方。这显然是必要的，因为生物反应器在敞开的窗户旁边不能稳定工作。不过，在很大程度上，一些综合因素把与遗传工程有关的谈话限制在了从业者这个小圈子里。这意味着，一些像青蒿素农民这样的话题或主体可能会因此被忽略。
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