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想当厨子的生物学家是个好黑客 第12章 生命可以编写
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在基因先生网站（Mr. Gene）上，顾客能够以“不可思议的低价格”买到搭建生命大厦的基本砖石在该网站上键入他们想要定制的一串A、C、G、T组成的序列，就像更新自己的脸谱网状态一样容易。
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在那些不懂行情的人看来，陆续现身的DNA合成公司，让他们感到像是在充满科幻气息的未来世界中眼花缭乱地游历一番，却浑然不知这样的未来世界其实已经到来了。在这里，你能买到组合生命的基本物质，把它添加到在线购物车里，每个碱基只要39美分。这种场景看起来像是身处于一个荒唐的反面乌托邦之中。在明码标价的情况下，用不着委婉的隐喻，我们都看得出来21世纪的生命实在是太便宜了。
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当然，对于全世界成千上万的生物技术公司里那些百无聊赖的实验员，这种高雅的修辞肯定会让他们直翻白眼。摆弄DNA是他们每天的全部工作。尽管他们每天都在扮演上帝的角色，可没有人会在周一早上驶入办公室停车场时，对此心怀敬畏。他们只想让这件事情不那么无趣。
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在这种情况下，基因先生应运而生。生物合成公司现在允许生物技术研究人员将平淡的重复性实验工作外包出去，这些工作以前可都是些苦差事，研究人员为了得到新成果而不得不在这上面花费大量的时间、金钱。但是，总得有人去合成这些一切实验室的每个实验都需要用到的DNA。现在，有了基因先生这样的服务商，科学家们能够点点鼠标就把繁重的工作指派出去，只专心治疗癌症就行了。
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廉价DNA合成技术的兴起，从另一侧面推动了由基因测序引发的遗传革命。编写DNA序列的技术成本正逐步降低，虽然并不像读取DNA的成本那样低廉，但是二者之间的差距正在日渐缩小。因此，从零开始合成一段DNA链，只需要通过计算机编程，就能引导一台小型机器以适当的流程调配适当的试剂。这种将碱基逐个拼凑起来合成DNA的技术让一些科学家畅想不已，也许不远的未来，他们就能够用这种方法打造出自然界中从未出现的生物了。但目前来讲，遗传工程通常意味着从微生物、老鼠或者青蛙体内复制出一两个基因，再嵌入到另外一个细胞中，比如细菌。我们想当然地认为，基因源自现有的物种，如今，合成生物学家渴望打破这种观念的束缚。他们希望自己能够只根据基因自身的功能将它们拼凑起来，不管它们是来自于自然中的哪个物种。
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有些家长非常希望自家孩子能成长为一个举足轻重的人，而给孩子起一个如雷贯耳的大名，比如克里斯·安德森（Chris Anderson），就再妙不过了。一个叫克里斯·安德森的家伙成为了《连线》杂志的主编，并给大众普及了“长尾”观念。这一概念是指，在互联网时代，商家将数目众多的小型市场作为目标和将少数大型市场作为目标，收益总量相当。另一个叫克里斯·安德森的家伙组织了TED大会，这是在加州举办的独家系列讲座，每年春天都会吸引全球知识分子的关注。第三位了不起的克里斯·安德森可能不如前两位那么出名。但绝不是因为脑子不如前两位好使。
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这位克里斯·安德森名为J. 克里斯·安德森。他正在开发一个软件以驱动机器人，以期有朝一日它能创造出自然界从未孕育出的生命形式。
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安德森的实验室建立在加州大学伯克利分校，位居校园中宏伟崭新的生命科学大楼之一隅〔7〕。尽管当初紧张的预算，甚至让这一全国最知名的公立大学体系都风雨飘摇，但求贤若渴的校方还是建造了这栋大楼。如果你在斯坦利大厦中拥有一间自己的实验室，这意味着学校对你的工作寄予厚望。尽管资金紧张，伯克利大学仍旧是合成生物学的中心。斯坦利会堂坐落于山脚下，正是在这座山上，欧内斯特·劳伦斯（Ernest Lawrence）首次轰碎了原子，从而导致了原子弹的发明。起初看起来并不起眼的发现，后来被用来改变历史，伯克利就是发生这种事的地方。
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周二下午，安德森穿着卡哈特牌工装裤和格子法兰绒衬衫来到了自己的办公室。他的桌子上杂乱地堆满了纸屑和一摞《创造者》杂志，这本杂志是加州DIY极客圈子的圣经。他一边讲话，一边摆弄一个由很多大小一致的小磁铁组成的长方形。在我们聊天的这两个多小时中，他下意识地将这个长方形扭曲、折叠成各种迷人的形状。他坐在桌子后面，显然安德森并不常坐在这一位置他身上无法用言语适当表达的那剩余的智慧，全部被手中的玩物吸收了。作为前任美国宇航局阿波罗号工程师的儿子，这位33岁的科学家手中显然总得玩儿点什么。
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安德森最早是以蛋白质工程师的身份开始自己的生物玩客事业的。生物技术领域中大部分的讨论都集中在DNA上，因为它是引导构建各种生命的指令代码。但是，那些指令都有一个终极目的——合成蛋白质，以使其能组合成一种生命体。蛋白质工程师扮演的角色刚好夹在DNA及其编码的蛋白质中间，以期创造出前所未有的生命形态。设计成功的蛋白质“能够实现完全非自然的功能。”安德森说。但是，在21世纪来临之际，他发现蛋白质工程并没有让这些伟大的前景成为现实。
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蛋白质是由20种天然氨基酸所组成的氨基酸链构成的。DNA密码中每三个碱基组成的特殊序列对应一个特定的氨基酸。蛋白质是这样合成的：细胞先将这些密码转译成氨基酸，接着这些氨基酸共同组成一个特定的蛋白质。氨基酸的顺序和数量决定了这个蛋白质的结构，进而又决定了其功能。只有当氨基酸链被折叠成复杂的三维结构时，才能形成有特定功能的蛋白质。理解蛋白质是如何折叠的，是现代分子生物学中最具挑战性的课题之一。〔8〕想用人工方法合成蛋白质，需要先对错综复杂的折叠机制有细致、深入的了解。这个过程相当耗费时间，而且充满了失败的可能性。一旦这项艰难的工作完成了，这些经过折叠的蛋白质就可以让工程师驱使细胞来做点儿别的什么了。对安德森来说，这点儿改变可不能让他满足。恰在此时，合成生物学领域朝气蓬勃，有望让细胞同时实现几个新的功能，安德森被此吸引。
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安德森在合成生物学迈出的第一大步是一个雄心勃勃的项目。他想设计出一种细菌，能被医生安全地注射到人体血液中以定位癌细胞，并将它们消灭。在开发过程中，通过与其他工程学科进行类比，他可以直接体会到自己的进展如何。如果将合成生物学比作机械工程学，那么安德森现在还只是在努力搞明白如何让螺母跟螺栓匹配起来；如果比作电子工程学，那他还只是在尽力弄清楚该怎么把电线焊接起来，就别提寻找控制灯泡开关的那根电线这一步了。
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“在这个领域，工具的局限性太大了，做每一件事情好像都要花上一辈子的时间。太慢了。蛋白质工程之所以成本居高不下，主要就是因为项目进展太慢了。”安德森这样跟我说。他觉得这个过程“令人痛苦极了”。
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但是，如果你的目标是消灭肿瘤，你决不能放弃。
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为了接触到肿瘤，这些细菌需要在循环的血液中存活足够长的时间，以确保能抵达目的地。他读过一些相关的研究论文，这些研究表明，如果他能在细菌的基因组中插入一大套基因，他也许就能延长这些癌症炸弹的预期寿命。
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“这只是一条线索，并不能保证‘这肯定能成’。”安德森回忆说。但是他和自己的团队就开始着手改造细菌的基因组了。他们面对的最大挑战就是，如何让这些改造后的细菌能整合在一起。他把这个挑战称为“组装问题”。不像其他工程，你可以一次更换一个零件，直到你最后得到了一个能工作的机器；在蛋白质工程里，改造遗传机器的过程中出现了哪怕一个小小的失误，你就得从头再来。
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“这让你变得不敢尝试了，因为仅仅尝试一些新东西要付出的代价太大了。”安德森说：“组装工作特别消耗时间和资金。”最后，安德森的实验室用了两年的时间，才最终成功地解决了诸多技术问题，培养出他们所期待的具有延长微生物半衰期的基因的细菌。“整整两年，却只验明了一种特性。”安德森悲伤地说。
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“而两年后你发现，这东西竟然根本没用。”
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组装中最根本的难题解决之后，下一个问题就是如何调控了。在遗传学上，调控指的是细胞如何决定一个特定的基因何时激活或沉默，以及分别持续多久。研究者倾向于认为癌症就是一种调控疾病，细胞里的基因调控闸短路，导致细胞突变，乃至疯长。
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安德森实验室最近的一个研究项目涉及开发一种抗癌细菌，他将其称为“弹药输送器”（payload delivery device）。经过基因工程加工过的细菌会入侵癌细胞，让癌细胞用液泡将其包裹起来。另一项基因改造使细菌能够感受到自己被包裹在液泡当中，从而启动一系列连锁反应，最终使细菌、液泡依次破裂。理想状态下，破开的细菌会释放出能够杀死癌细胞的物质。而这当中主要的挑战是，如何调控特定蛋白质的表达量，以使细菌能够恰到好处地“爆炸”。
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“如果你让细菌表达了过量爆炸酶，细菌就会死掉。”安德森说，“可如果它表达得太少了的话，又无法在癌细胞里引爆。”于是，弄清楚如何在细菌中建立起恰当的平衡，就成了他面临的挑战。
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在其他更成熟的技术中，为了得到预期结果，人们通常要花几个世纪的时间来研究基础理论。安德森喜欢用灯泡作类比。比如，你希望灯泡能够达到一定的亮度，当你手头上有电池、灯泡和电阻，只需一个简单的数学方程，你就能精确地知道每一种元件分别需要多少，才能达到你所需的亮度。而合成生物学中没有这样的数学方程。想了解如何搭配遗传元件才能让肿瘤靶向细菌恰到好处地引爆，安德森必须试过所有能用的工具，而且每次尝试都要从零开始，直到最后找到最合适的那一个。
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安德森的实验室用两年的时间构建出500种不同的弹药输送器。“我们花了好多钱。”他说。幸好最后成功了。
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但是这个过程太痛苦了，以致安德森意识到在致力于治愈癌症这样的重要工作之前，有一些更基础的问题需要解决，让搭配基因变得更容易。。因此，他决定尝试创造出能胜任这种工作的器材。
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