深受資本青睞的合成生物學研究

編輯/梅娣

深受資本青睞的合成生物學研究

編輯/梅娣

在美國的硅谷，風險投資家們一度曾對是否支持合成生物學研究猶豫不決。而今，他們對工程化細胞計劃的投資開始迅速上升。

什么是合成生物學？

那么，究竟什么是合成生物學？它與傳統(tǒng)的生物學研究相比，有何獨到之處呢？合成生物學是在21世紀剛剛出現(xiàn)的生物學分支學科。與傳統(tǒng)生物學通過解剖生命體以研究其內(nèi)在構(gòu)造的辦法不同，合成生物學的研究方向完全是相反的，它是從最基本的要素開始一步步建立零部件，與基因工程把一個物種的基因延續(xù)、改變并轉(zhuǎn)移至另一物種的做法不同，合成生物學的目的在于建立人工制造的生物系統(tǒng)，讓它們像電路一樣運行，也就是說將“基因”連接成網(wǎng)絡，讓細胞來完成設計人員設想的各種任務。例如把網(wǎng)絡同簡單的細胞相結(jié)合，可提高生物傳感性，幫助檢查人員確定地雷或生物武器的位置。再如向網(wǎng)絡加入人體細胞，可以制成用于器官移植的完整器官。美國波士頓大學生物醫(yī)學工程師科林斯已研制出一種“套環(huán)開關(guān)”，所選擇的細胞功能可隨意開關(guān)。美國加州大學生物學和物理學教授埃羅維茨等人研究出另外一種線路：當某種特殊蛋白質(zhì)含量發(fā)生變化時，細胞能在發(fā)光狀態(tài)和非發(fā)光狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換，起到有機振蕩器的作用，打開了利用生物分子進行計算的大門。

合成生物學的領(lǐng)軍人物之一讓?維斯和美國加州理工學院化學工程師阿諾爾一起，采用“定向進化”的方法，精細調(diào)整研制線路，將基因網(wǎng)絡插入細胞內(nèi)，有選擇性地促進細胞生長。維斯另一項大膽的計劃是為成年干細胞編程，以促進某些干細胞分裂成骨細胞、肌肉細胞或軟骨細胞等，讓細胞去修補受損的心臟或生產(chǎn)出合成膝關(guān)節(jié)。盡管該工作尚處初級階段，但卻是生物學調(diào)控領(lǐng)域中重要的進展。

四年前不受待見的研究項目逐漸開發(fā)

2012年，美國Twist Bioscience公司還在苦苦籌款，該公司的目標就是用比當時批準的更快捷便宜的方法合成DNA。但是，那時候許多投資者都被合成生物學的概念嚇跑了。雖然利用合成生物學可制備有用的產(chǎn)品，例如藥品、食品成分以及各種原料。但人們認為，這東西太玄乎，似乎不會轉(zhuǎn)化成利潤。

時過境遷。三年之后，硅谷的大亨—擁有數(shù)十億美元處置權(quán)的技術(shù)投資者們—最終開始逐鹿合成生物學的這塊小天地。這源于過去一段時間內(nèi)，傳統(tǒng)生物技術(shù)開發(fā)藥品表現(xiàn)出的高成本、高風險，使得投資者們從開始敬而遠之，轉(zhuǎn)而被他們所見到的合成生物學——市場潛力巨大、運作成本急劇下降、商業(yè)模式得到改進，以及逐漸側(cè)重于數(shù)據(jù)處理—所深深吸引。

美國加利福尼亞州舊金山某投資公司的負責人Nan Li表示，合成生物學所倚仗的工具與兩年前相比已鳥槍換炮，目前正步入數(shù)字化和自動化的歷程。為此，Li提出了一個詞“生物生命科學”，用以形容合成生物學的現(xiàn)狀。他表示，他們發(fā)現(xiàn)，合成生物學看上去更多地像是一種數(shù)據(jù)或者軟件問題，不僅能夠讓人理解，而且還令人興奮。

首先，軟件工具和機器人技術(shù)降低了所有處理部分的成本，其中包括增加基因“程序”，以將其嵌入某種微生物并進行實驗室測試。例如，位于加利福尼亞州愛莫利維爾市的合成生物學初創(chuàng)公司Zymergen就利用機器學習 （即為響應數(shù)據(jù)而開發(fā)的計算機算法）來引導真菌和細菌工程，以進行更高效的工業(yè)化處理。另外，公司的實驗室還特別依賴機器人自動化技術(shù)，以減少高級人工的使用。

據(jù)某基金創(chuàng)始人John Cumbers所言，Zymergen和Twist Bioscience公司都是世界級別的合成生物學公司，它們今年的籌款再創(chuàng)新高，達到了5.607億美元。其中有2.27億美元用于公司大范圍普及基因編碼技術(shù)。整體來看，2015年已有24家新創(chuàng)建的合成生物學公司籌措到了資金，而在2012年還不到6個。

目前，開發(fā)某種合成生物學產(chǎn)品的大部分工作都轉(zhuǎn)交給了計算機和機器人完成。這意味著隨著部門的發(fā)展，投入的每一塊美元都能產(chǎn)生更多的效益。對此，數(shù)據(jù)集合基金會的聯(lián)合經(jīng)理人、同時也是投資者之一的Matt Ocko表示，這對已投入資金的投機資本家而言，成本降低了。

值得注意的是，新一代的合成生物學公司還擁有經(jīng)驗的優(yōu)勢。當今，許多公司的創(chuàng)始人都是奮力打拼過的公司成員，因為他們把眼光放在了龐大而高度控制化的工業(yè)上，其壁壘如同研制新藥和新燃料一樣難以攻破。

相形之下，這些初創(chuàng)公司關(guān)注一些具有商機的領(lǐng)域，以利于他們迅速將產(chǎn)品帶入市場。例如，特制化學品、食品、化妝品以及服裝工業(yè)。同時，他們期望出現(xiàn)更多新的機會，以完成其他更大的目標。

比如，Industrial Microbes公司致力于改變酵母菌的基因結(jié)構(gòu)，使之能利用甲烷作為原材料合成化學物質(zhì)。它的共同創(chuàng)始人Derek Greenfield表示，人們已經(jīng)想出了更多機智的方法，以更快地產(chǎn)生收益。比如，愛莫利維爾市的Bolt Threads公司通過改變酵母菌的細胞代謝通路，使之模擬蜘蛛吐絲的過程，從而制造出織物。

此外，還有公司致力于利用微生物制備出更便宜、合格率或者質(zhì)量更高的橡膠、卵蛋白、犀角、香草調(diào)味料及玫瑰香提取物或咖啡。比如，利用改變了基因的微生物發(fā)酵咖啡，就能替代咖啡豆，從而避免在某種被視為非人道的條件下制備高端飲料。

馬薩諸塞州波士頓微生物工程公司Ginkgo Bioworks的共同創(chuàng)始人Jason Kelly表示，從長遠來看，合成生物學研究者有能力做出比社交媒體網(wǎng)站或者云儲存服務更有意義、利潤更高的業(yè)績。它正如電動汽車制造商特斯拉或者航天商業(yè)公司SpaceX，能夠改革富有創(chuàng)新能力的經(jīng)濟領(lǐng)域，甚至能夠創(chuàng)造出新的工業(yè)。

合成生物學研究融資的最新進展

果然，到2016年10月，上述創(chuàng)新生物技術(shù)公司Zymergen宣布完成1.3億美元B輪融資，本輪領(lǐng)投方為孫正義領(lǐng)銜的軟銀集團。

相比傳統(tǒng)生物技術(shù)的醫(yī)藥產(chǎn)品研發(fā)，“合成生物學”具有市場潛力大、運作成本低、商業(yè)模式側(cè)重數(shù)據(jù)處理等優(yōu)勢。

具體而言，合成生物學的產(chǎn)品基本上都可以交給計算機來生產(chǎn)，這將隨著產(chǎn)量的增加而降低更多的成本，具有極大的經(jīng)濟價值。據(jù)某市場研究報告預計，到2020年，全球合成生物市場規(guī)模將會增至387億美元。

Zymergen創(chuàng)始人兼CEO喬什?霍夫曼透露，Zymergen利用機器學習來引導真菌和細菌工程，以進行更高效的工業(yè)化處理。通過機器人的自動化技術(shù)，來節(jié)省人工等傳統(tǒng)生產(chǎn)成本，以擴大產(chǎn)品利潤。

但也有相關(guān)人士認為，如轉(zhuǎn)基因食品一樣，合成生物學可能會有相應的環(huán)境風險及倫理風險；隨著“生物黑客”等行業(yè)的興起，合成生物學相關(guān)公司也將面臨同質(zhì)化嚴重、技術(shù)壁壘降低等問題，最終合成生物學將會成為下一個“基因測序”行業(yè)，市場競爭更加激烈。