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Sam Jaffe
合成生物学（synthetic biology）或许有一天会导致人造生物体的出现。对于James J.Collins 来说，合成生物学就像把人的细胞转变为传统的药物工厂一样，已经在制药学上给了人们无限的希望。
“通过正向工程的方法来研究细胞，就可以更加容易地揭示科学的秘密。”
美国波士顿大学James J Collins实验室里生长在培替氏培养皿中的细菌克隆第一眼看上去并没有什么特别之处。每一种大肠杆菌都通过遗传学的手段进行了改造，一旦克隆的密度达到一个预定的水平，就会生产出一种特定的蛋白质。
持怀疑态度的人或许已经不厌其烦了。毕竟，基因工程并不是什么新鲜玩艺。但是，这些细胞不仅仅是插入了一种外源基因，Collins插入的是一整个的基因网络——他把本身能相互作用并且和细胞内的遗传机器也有相互作用的许多基因放入了细胞中。在这里，他把来源于弧菌（Vibrio fischerii）细菌的菌落定量感应的网络插入到细胞中。如果说传统的基因工程只是改变一个螺丝刀的叶片的话，那么Collins的方法就像是一下子改变了整个工具箱里的全部工具。
39岁的Collins是新兴领域合成生物学的成员之一。从业者创造出全新的生命菜单的组分，包括核酸、氨基酸和多肽。他们中的一些人甚至希望创造出人工的生物体【参见本刊2004年7月号W. Wayt Gibbs所著《生命砖构建生命》一文】。合成生物学还是处于萌芽阶段的学科，许多优秀的青年科学家用证明概念性的实验相互称奇并且发表充斥着整页的数学公式的研究论文。而在另外一方面，Collins是创造出由合成生物学发展的先进商业化技术的第一人。更进一步，他证明合成生物学已经为市场做好了准备，这远远快于其他人的预期。
Collins在2004年第一次描述的最有前途的一项技术是一个RNA核糖调控子。它包含一段DNA序列，这段序列在经过基因工程改造过的病毒的携带下，整合到宿主细菌的基因组上。这段DNA接着产生一个环状的信使RNA，信使RNA结合到核糖体（细胞内蛋白质工厂）上，就可以阻断特定蛋白的生产。同样，调控子也可以干相反的事情。为了开始合成这种蛋白质，也可以命令调控子停止阻断核糖体。实际上，核糖体调控子使得科学家以接近100％的准确度和效率来控制蛋白质的生产。
其他的研究者也在迅速地改进核糖调控子。哈佛医学院的Richard Mulligan设计了一种核糖调控子，当一种特殊的分子加入到老鼠细胞中时，这种调控子将被激活。如果这种技术在人类身上也能够发挥作用，那么人类的细胞或许可能转变为制药工厂。药片的作用仅仅是打开或者关闭这些微型的工厂。如此光明的未来可能还比较遥远，但是目前的进展情况使Collins非常惊讶。他说：“我做梦都没有想到这项技术在一年之内就能在哺乳动物身上取得成功。”由Collins出资创办的公司，名叫Cellicon 生物技术公司，现在正和几家药物开发公司协商合作事宜。
核糖调控子并不是Cellicon公司唯一有着巨大商业潜力的技术。公司根据合成生物学原理编译的软件用来帮助筛选针对整个细胞而不是某一个蛋白靶点起作用的候选药物。“药物公司更加重视证明一种化合物对特定靶点起作用”，Collins说，“这样他们就没有必要预测这种化合物对细胞内其他的基因和蛋白的影响了。”
Collins在技术发展上的成功在于他可以毫不费力地跨越科学和技术的界线。“我不太确信传统的定义是否有益，”他说，“我现在更感兴趣的是我的工作成果最终可以帮助人类。如果我能顺路做出一些好的科学工作，那也非常棒。”其他人也完全同意Collins的看法。“Collins的科学研究给人留下深刻的印象，因为他做科学的同时也在做实际的技术工作。”哈佛医学院的生物学家George Church评论道。
Collins想成为一名电气工程师。但是当他获得罗德斯奖学金（Rhodes Scholar）进入牛津大学学习时，发现自己学的是非线性动力学——众所周知的混沌理论，导师是英国华威大学（Warwick University）著名数学家兼前《科学美国人》数学娱乐专栏作家Wan Sewart。“没有人能胜过Jim， Jim是多学科研究概念的象征，”Stewart这样说起他以前的得意门生，“有些人在交叉学科领域里不知所措，而Jim在这样的环境中表现出色。”
Collins在英国完成工作之后，来到美国波士顿大学（Boston University）成为生物工程系的一名职工。他开始对人的平衡感与随机感官输入（噪音）之间的关系着迷。“通常你会认为噪音妨碍你分辩信号，”Collins解释说，“但是也有一些情况，噪音可以增强信号。” Collins假设，高龄市民随着年龄增长而丧失平衡感的部分原因是他们对随机的刺激变得不敏感，比如说脚对鞋底压力的感受。他设计了装有电池的鞋垫。这种鞋垫可以产生足够的随机振动，从而可以把一个75岁高龄者的平衡感提高到25岁的水平。
在设计鞋垫期间，Collins接到他的系主任Charles R Cantor不同寻常的要求。Cantor让Collins利用他在非线性动力学方面的丰富学识给到访的基金划拨委员会做一个关于遗传网络的报告。基因通常不是单独起作用的，相反它们在一个相互依赖的遗传网络系统中发挥作用，并且单个的基因经常会改变网络中其他基因的行为。Collins在接下来的4天时间准备这个报告，当时他在分子生物学方面没有接受过特别的教育。虽然系里没有得到基金，但是Collins在他仓促的学习中比其他人更加清醒地认识到生物学正在向工程学科转变。“每个人都在试图用逆向工程的方法来研究细胞，但那是理解细胞最困难的方式，”Collins宣布，“通过正向工程的方法来研究细胞，就可以更加容易地揭示科学的秘密。”
Collins不久后在1999年领导的小组发明了一个遗传学牵拴开关。它包含两个外源基因，每一个基因所产生的蛋白可以抑制另外一个基因。取决于在细菌培养基中加入的化学物质，一种基因的蛋白被有效灭活，进而使基因功能丧失。“由于不需要进一步的调控，所以这种牵拴开关具有重大意义。”Cantor说。传统的基因工程为了使新基因发挥作用必须持续不断地加入刺激物，而牵拴开关只要生物还活着就可以一直保持打开或者关闭的状态。
Collins还在继续优化他的牵拴开关，象核糖调控子一样，牵拴开关已经引起了制药公司的的兴趣。从一定意义上讲，最具有发展潜力的是Collins的合成网络，这种合成网络可以帮助证实曾经非常复杂的试图模拟人类细胞的软件模型。但是Collins坚持认为这种在电脑上的模拟具有它的局限性。“我的圣杯并不是一个虚幻的细胞，”他说，他着重强调的一点是他深信合成生物学的整个领域必须和实验一致才能取得进步：“不管我们模拟的结果有多好，模型永远不能代替真实的实验。”
[程中军/译 李子/校]
| 最初发表时间：2005-11-24 |  | | 我是站长瀚海蓝月,我在家里以外的地方上网呢. |
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