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在Twist Bioscience的办公室，Twist创始人兼CEO艾米莉·勒普罗斯特拿出两个小巧的东西解释了自家的技术创新，一个是传统合成DNA用的塑料96孔板，一个是比前者更小一些的硅片。传统合成DNA之所以昂贵且缓慢，是因为所有人都在使用塑料96孔板，用它制作一个基因确实很方便：制作一个基因需要有上百个小的DNA片段，只要在每个孔里先制作被称之为寡核苷酸（Oligos）的DNA小片段，然后将所有96个寡核苷酸放到一个孔里，再加入一些酶和缓冲剂，化学反应就会将96个寡核苷酸“缝合”到一起，一个基因就制作完毕！问题是，用一个96孔板一次只能制作一个基因，但客户往往需要几百个乃至成千上万个。于是，Twist研发的硅片横空出世，如同半导体公司能够在薄薄的硅片上刻画复杂的电路制造计算机芯片，这个小小的硅片上密布着10 000个孔，相比原来的96孔盘，速度和成本上的优势不言而喻。
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“青蒿素的合成是合成生物学力量的第一个成功证明，自那之后的十多年里，有三股力量的崛起正在改变这个领域，即自动化、微型化（如Twist的核心技术）和信息化，三者的汇集和融合让我们能做的事情大大增加。”说到合成生物学的现状，勒普罗斯特认为，得益于这三股力量，像Twist这样的公司正在降低合成DNA的成本，像Genecode这样的公司正在降低测试DNA的成本。可以预见，以往那种少见、昂贵的DNA实验将被一种大规模、程序化、工业化的方法取代，意味着人们可以在实验室快速进行多次尝试，结果自然也会越来越好。以生物科技领域热门的基因编辑工具CRISPR来说，CRISPR实际是一个DNA剪切和粘贴工具，它需要的向导RNA和供体DNA都可以由Twist大规模制作，从而让更多的基因编辑实验成为可能。“如果以前每5年实验室能有一个新突破，现在每个月都会有，以后每周，乃至每天都会有。”
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总之，Twist的出现让低成本、高通量的DNA合成成为可能，改变了合成生物学的游戏规则，也将加速DNA合成在药物开发、生物燃料、化学品生产、农业、生物检测以及数据存储等多个领域的应用。不少致力于生物技术应用的企业已经在向Twist大量订购DNA。2015年11月，生物设计公司Gingko Bioscience与Twist签署协议，计划在未来一年内里购买至少1亿个碱基对合成DNA，相当于2015年DNA合成市场总量的10%。
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Twist本身比较感兴趣的合成DNA应用是数据存储，随着“大数据时代”的到来，人们对大量数据的长期存储需求日益上升，而DNA存储信息不仅存储密度大，使用空间极小，而且可轻易存储几千年不会损坏。2016年5月，微软向Twist购买了一千万个DNA用来研究数据存储技术。2个月后，微软宣布在DNA存储技术上完成了重大突破：它成功将约200MB的数据保存存储进了合成的DNA中，其中包括《战争与和平》以及99部经典文学作品。而之前DNA数据存储的研究者最多只存入了22MB的数据。华盛顿大学和Twist也参与了这个项目。
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Twist还在2016年收购了来自以色列的基因设计公司Genome Compiler Corporation，通过该公司研发的设计工具，所有人都能通过电脑或移动设备对DNA进行混合和匹配，培养有趣的新“生物”。勒普罗斯特的考虑是，生物学和合成生物学的区别是，人们将工程学中设计、制造和测试的方法引入了生物学。Twist擅长制造DNA，人们设计好DNA，从Twist购买，进行测试，根据测试结果继续改进设计，再购买……如此循环。但这种模式对用户来说并不是最方便的，通过增加DNA设计工具，“我们将告诉人们，你不需要自己设计，再从我们这里购买，你可以用我们提供的工具更容易地一站式设计和制作DNA”。这种做法无疑将让更多人感受到合成生物学的革命性风暴。
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勒普罗斯特认为，合成生物学的前景和巨大价值主要将体现在四个领域：第一是药物，目前所有的药品，抗癌药品、疫苗等都是从DNA开始研发的。尤其是在抗生素领域，现在人类几乎是正在输给细菌，我们迫切需要新的药物来“作战”。随着越来越多的大制药公司开始使用合成生物学技术，人们会得到更好的药物来保持健康和延长寿命。第二是食品。人类需要应对越来越频繁的极端天气（今年是洪水，下一年又是干旱）以及新的正在袭来的各种疾病的挑战，如博卡病毒和登革热。与此同时，植物也在面临各种疾病。我们需要用科技手段保障农作物的产量，合成生物学能帮助人类给每个人都提供足够多的食物。第三是化学工业领域。我们每天都用到大量化学用品，消耗着不可再生的石油也带来了诸多污染，我们完全可以利用合成生物学转而使用基于植物的化学用品，更便宜，也更绿色。第四则是学术领域，接下来人们对生物学的理解会日益深入。
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“在合成生物学领域如今有三个大国：英国、中国和美国，三个国家都认为合成生物学是未来发展的关键，它们都非常睿智地认识到了下一个价值创造点主要将来自哪里，就好像70年代是半导体，80年代是软件行业，90年代是互联网，如今则是生物学”，勒普罗斯特说。她表示，过去30年里，大的制药公司是生物技术领域唯一的赢家，因为它们承受得了研发的高成本，也知道如何应对这个行业的种种规则。然而，合成生物学能应用的领域远远不止药物，接下来，哪个国家能首先制定出适合这个产业发展的规则，它就会让生物技术迅速应用到多个领域并创造出巨大的经济和社会财富。
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约翰·康博斯：合成生物将引发第五次工业革命
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跟约翰·康伯斯（John Cumbers）的采访约在帕罗奥图的一处小咖啡馆。作为iGEM（国际基因工程机器大赛）的创始人之一，自2008年以来，约翰一直在美国NASA研究中心从事有关合成生物的相关研究，现在他的身份则是Synbiobeta公司创始人兼首席执行官，这家公司是全球合成生物学产业的活动中心，每年都会召集行业内创业者、投资人、学者、学生等一起开会。
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再论转基因
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见到约翰时，巴西寨卡病毒疫情肆虐的消息铺天盖地。Intrexon的英国子公司Oxitec研发出转基因雄蚊子“杀手”的消息（雄蚊子携带了一种基因，和携带寨卡病毒的雌蚊子交配后，其子孙后代达到生育年龄前就会死亡）自然成了聊到的第一个话题。当时，我对合成生物学像这种“挑战上帝”的行为感到十分震惊。到目前为止，人类还在探索宇宙和世界的真相，但我们其实所知甚少，人类整体属于比较无知的状态，如果我们冒太大的风险，或者在这条路上走得太远的话，我不确定这样做到底对不对。归根到底，人类会比创造一切的“上帝”更聪明吗？
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约翰一边喝咖啡，一边淡定回答：“你觉得上帝在创造这个世界时有一个计划吗？”然后，他从宇宙大爆炸一直说到地球上第一个生命的诞生，结论是，在地球生物的进化史上，DNA的变化是随机的，蛋白质和酶的变化也是随机的。为了让这些随机的DNA变化符合自己的需要，人类已经有了大约1万年的动植物培育、驯化历史。玉米、橙子和苹果最初都不是现在的样子，世世代代的人们通过千万次实验进行基因控制，改变DNA来培育这些物种，现在我们才有了各种好吃的食物。“我觉得我们都是‘自然主义’谬误的受害者：我们认为任何自然的东西就是好的或者更好的，但是自然充满了随机性，自然产生的东西可能是好的，也可能是坏的。同样，我们人类创造出来的东西，也是可好可坏。”
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约翰显然支持转基因蚊子。“我觉得这种发明棒极了，如果不消灭寨卡病毒，感染者的孩子的脑袋就会是畸形的，你想要看到这些吗？何况实验已经证明这些转基因蚊子暂时不会带来什么后果。”不过，他又补充说，也并非所有的基因改造生物都是好的，就好像不是所有的食物都有益身体健康一样，需要具体案例具体分析。
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第五次工业革命来袭
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当然，合成生物的应用不仅是转基因，它能做的事情还很多。它可以合成DNA，基因编辑技术可用于疾病的基因组编辑，用来删除、添加、激活或抑制生物体的目标基因，还可以改造微生物如细菌或真菌，产生可持续发展的生物材料或燃料……用约翰的话说，从我们穿的棉质T恤到咖啡中的甜味剂，我们目光所及之处都在应用生物技术。“最让我感到兴奋的是，合成生物技术使得基因的改变、设计、制造和测试都变得更简单了！合成生物是基因工程的延伸，也是未来生物技术的发展方向”。
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约翰特别提到的一个例子是，美国Ecovative公司研制出了一种生态环保材料，这种材料的本体是真菌，外观像蘑菇，这家公司能用这些真菌“种”出不同形状和结构的材料，人们可以用这些材料铺地板、造隔热墙，甚至搭建整个房子。因为生物材料消耗二氧化碳，它们不仅绿色无污染，甚至还能帮助减缓气候变化。
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合成生物学无疑是一个快速发展的新产业。据约翰介绍，截至2015年底，全世界约有280家公司将自己定义为合成生物公司，这些公司仅在2015年筹集的资金就超过7.5亿美元。美国的合成生物公司有181家，让人吃惊的是，这其中有约120家位于加州。这首先是因为旧金山湾区在生物科技领域有着神奇的传承。比如，第一个基因重组产品胰岛素就是70年代诞生在旧金山南部的基因泰克公司。之后，围绕着斯坦福大学、加州大学伯克利分校和旧金山分校，该领域的新技术不断诞生。另外，湾区有着“每个人都想创业，风投们都想为下一件大事筹钱”的文化，而湾区几个曾经的科技巨头都在过去6个月里投资了生物技术。
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现在，全球每年都有超过20家新公司成立，大家都对这个领域抱有巨大的期待。“毕竟，现在我们不仅能够合成、读取和编辑DNA，接下来，我们还有望重新编程DNA，就好像我们用计算机语言写一款软件那样。”
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约翰断定，合成生物将在疾病治疗、环境治理、新药物、新材料、新能源以及许多其他领域产生重大影响，一场全新的第五次工业革命即将到来。这次革命会将我们需要的一切都更快、更好、更便宜、更可持续地制造出来。现在，我们衣、食、住、行所需的产品都大量依赖石油化工行业，石油和天然气是我们主要的能量来源，而生物技术的能量直接来自太阳，这是根本性的变革。接下来的20年里，合成基因组学将成为我们制造任何东西的标准。
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从硅谷到“DNA”谷
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如今正在发展的各项技术都在影响着生物技术的发展进程。比如大数据、机器人和纳米技术等，它们都会让生物学变得更简单也更强大，甚至有可能带来颠覆性影响。约翰颇为赞同，他认为，合成生物产业本身有五大发展趋势：一是云实验室和机器人应用带来的实验室自动化；二是虚拟生物；三是大数据；四是机器学习；五是基因编辑技术。
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可以预见的是，“未来20~30年内，我们将会看到硅谷到‘DNA谷’的转变，我们也会看到全球制造业会竞相运用生物学知识和技术。生物学（知识/技术）会更常见，人们对它的理解会更深入，它的产品和应用也会产生更大影响”。
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约翰认为，合成生物产业将引领未来经济发展的方向。美国、英国、中国等多个国家对合成生物的投资比例都在逐年增大，未来几年，大量的风险投资资金将会继续投入到合成生物产业。
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