合成生物学

生命再设计

合成生物学的希望与风险

在过去大约40亿年的时间里,地球生命生成基因这种DNA序列的唯一方法就是复制自身已有的遗传DNA序列。有时基因会被破坏或扰乱,复制也会出现缺陷或重复。正是基因这种原材料成就了物竞天择的伟业。但归根结底,基因源自基因。

而这已发生改变。如今,基因就像文字处理软件中的文本,可以被从无到有地编写出来并反复编辑。这样就能改变生物的基因结构,并从根本上改变人类与地球上其他生命的互动方式。过去各种难以甚至不可能制造出来的东西都能被制造,药品、燃料、织物、食品和香水等现在都可以一个分子一个分子地构造出来。还可以通过改变细胞的基因结构来决定细胞的功能和生长结果。可以让免疫细胞听从医生的指令;可以更好地引导干细胞生成新组织;可以编辑受精卵,使之成长为与亲本大不相同的生物。

这种“合成生物学”的初级阶段已经在改变很多工业生产过程,变革医学,并开始影响消费领域。进步可能缓慢,但在各种新工具和大量机器学习的帮助下,生物制造最终可能会带来变幻无穷的技术。合成木材或珊瑚也许可被用来建造房屋。或许还可通过编辑大象细胞的基因结构让猛犸象“复活”,阔步穿过西伯利亚。

似乎难以想象未来究竟会有怎样翻天覆地的变化。但是回顾历史,人类与生物世界的关系经历了三次重大转变:化石燃料的开采、欧洲人征服美洲后世界生态系统的全球化,以及农业发端时期对农作物和动物的驯化。三次转变都带来了繁荣和进步,同时也带来了破坏性的副作用。合成生物学预期将带来类似的转变。为把握好机遇并将风险降到最低,有必要汲取前车之鉴。

新生物学让一切充满变数

先从三次转变中距今最近的一次说起。化石燃料的使用释放了过去存储在煤和石油中的生物生产力,大大推动了当今人类经济的发展。但大片荒野不复存在,碳原子上一次充斥于大气是在亿万年前,如今它们的存在大大加重了地球的温室效应,甚至可能导致灾难性后果。在这方面,合成生物学可以有所贡献。它已被用来取代一些石油化工产品,假以时日可能还会取代一些燃料。最近,汉堡王在其部分餐厅推出了一款无牛肉皇堡,其中的肉味来自一种转基因植物蛋白。此类创新可以让人类向更环保饮食方式的转变变得轻松许多。同时,创新还有事半功倍的效果。植物及其土壤微生物可以制造出自身所需的肥料和杀虫剂,反刍动物可以减少排放温室气体。当然,要确保合成生物学达成如此值得称道的环境目标,还需要公共政策以及市场的指引。

生物变化席卷世界的第二个例子是哥伦布大交换——16世纪新生成的全球贸易网络将新旧大陆的生物糅合到了一起。马、牛和棉花被引入美洲;玉米、土豆、辣椒和烟草被引入欧洲、非洲和亚洲。人类赖以生存的生态系统前所未有地实现了全球化,为各地提供了更高产的农业,为许多人提供了更丰富的食物。但它也带来了灾难性的后果。麻疹、天花和其他一些病原体像森林大火一样在新大陆肆虐,夺走了数千万人的生命。欧洲人将这场灾难当作武器,用以征服因疾病而衰乱的土地。

合成生物学可能会被利用来蓄意制造这样的武器:能使人衰弱的、致残或致命的病原体,或许还能被限定于攻击特定目标。这确实值得担忧,但眼下还不必恐慌。因为研制这样的武器就像其他前沿合成生物技术那样,需要高技能团队和大量资源。再者,军队已经有很多方式来夷平城市和实施大规模杀戮。疾病在大规模杀伤方面很难匹敌核武器。更重要的是,相比很多旧领域,如今的合成生物学界更符合开放和公共服务的理想原则。若能加以维系和培育,这种文化应该能成为抵御破坏分子的强大免疫系统。

最早的生物大转变,即驯化,带来了迄今为止人类生活方式的最大变化。从无心到有意,人类将谷物培育得更丰产,让牲畜更温顺,狗更听话,猫更友善(这最后一项充其量只算取得了部分成功)。这促成了更高的聚居密度和新的社会组织形式:市场、城市和国家。人类不仅驯化了农作物和动物,也驯化了自己,让自给型农业的苦役和压迫性的政治等级制度成为可能。

合成生物学将产生类似的级联效应,改变人类彼此之间的关系,还有可能改变人类自身的生物学特性。对胚胎重新编辑的能力是如今大多数伦理担忧之所在,对此确实也有担忧的理由。未来,这些担忧可能进一步蔓延:我们该如何看待那些拥有像大猩猩般上肢力量的人,或者那些不知悲伤为何物的人?很难说人类会以何种方式改变自身的生物学特性,但毫无疑问有些选择会引发争议。

这就引出了此次转变与上述三次转变的主要不同。前三次转变的意义都只是事后的发现。而这一次,我们可以事先预见。这次转变不会完美无缺——肯定会有出人意料的影响。但对预期和期望目标的追求将驱动合成生物学的发展。合成生物学将挑战人类的智慧和远见。或许它会超出人类的能力。但如果精心发展它,却也可能提升人类的这些能力。