听音乐可降血糖？细胞工厂“无细胞”？未来“造物时代”除了技术还需要什么

更新时间：2024-09-09 16:35  浏览量：19

2024浦江创新论坛“国际合成生物学创新论坛”圆桌对话现场

小鼠趴在音箱上听音乐就能降血糖，不用细胞的“细胞工厂”能合成更复杂的蛋白质，19升废水回收后可以生产一支圆珠笔……在昨天举行的2024浦江创新论坛“国际合成生物学创新论坛”上，来自全球的合成生物学新进展令人脑洞大开。

作为一门2000年后才兴起的学科，飞速发展的合成生物学已开始在应对全球环境、能源、健康等挑战上，为众多领域和行业赋能。站在未来“造物时代”的门槛上，合成生物学的发展、成熟和应用，还需要什么？对此，与会专家展开了头脑风暴。

“音乐降糖”会让传统降糖药卖不动吗？

“我们把音乐播放器植入高血糖小鼠腹腔中，当音乐响起，小鼠的胰岛素分泌提升、血糖下降。后来，我们让小鼠趴在音箱上，发现也能起到同样的作用。”巴塞尔苏黎世联邦理工学院生物系统科学与工程系教授马丁·富森埃格展示的“小鼠降糖音乐厅”，在现场引起了一阵小小的轰动。

根据他的研究，流行乐也能诱导胰岛素分泌，但贝多芬的交响乐和钢琴曲疗效不明显；听新闻广播也能对内分泌造成影响，60赫兹左右的频率在治疗上最好用，从起效到释放，时长达4小时——这是否意味着听场演唱会就能降血糖？不！在音箱周边行走，就没有“音乐降糖”的效果了。

马丁的新研究不禁让在场的药企高管泛起一丝“降糖药会不会卖不动”的担忧。作为哺乳动物合成生物学的一个新兴领域，马丁所从事的电遗传学研究是电子学和遗传学的结合，通过远程编程控制细胞内的电刺激，以产生所需的输出，比如激发或抑制某个基因的表达。

事实上，用光、电、声音各种手段来精准控制蛋白的转录、降解、翻译，在合成生物学界几乎每年都有不少新进展。2021年，华东师范大学生命科学学院副院长叶海峰就曾开发出一种可用特殊红外光激活的“光开关”，提前将基因元件植入细胞，只需1秒光照，就可“唤醒”基因开启表达。他透露，目前科学家已开发出一系列智能活体药物，“这或许会彻底改变人类的给药方式，重塑生物医药产业”。

“细胞工厂”省去细胞运转反而更高效？

改造底盘细胞，让细胞变成人类物质合成的车间与工厂，多年来一直是合成生物学发展的基座。然而，美国康奈尔大学史密斯化学与生物分子工程学教授马修·迪利萨却让细胞工厂“无细胞化”。

迪利萨发现，要让活细菌合成这么多分子，而且不少还是它们从来没合成过的，细胞也会“心情沮丧”，表现就是产量上不去。于是，他利用无细胞蛋白质合成技术，在体外条件下完成蛋白质的合成，“这种新技术高效、便捷、灵活、纯度高，我们已经用它产出了不少有价值的蛋白质产物”。

“如果有一天，我们能大规模、非常精确地生产人体内所有的蛋白质分子，世界会变成怎样？”迪利萨说，那可能就是合成化学与合成生物学真正融合在一起的时刻。

然而，目前这两个学科的融合几乎还是一片空白。中国科学院院士、上海交通大学校长丁奎岭提到，尽管合成生物学与合成化学的本质都是合成物质，但两者的协同创新仍是一片有待开垦的处女地——这两个学科各自发表的论文量都以百万篇计，但交叉部分的论文不足1000篇。“或许这片空白地中可以挖掘出新的金矿。”丁奎岭认为，通过人工智能等技术的介入，或可加速两者融合，“化学与生物的协同合成将会构筑起基础研究高地和技术创新策源地”。

合成生物学还有哪些“解题瓶颈”？

寿命长达三四十年的尼龙制品，能否在丢弃后快速分解？生物制造的燃油何时能实现对石油的替代？现实生活中，似乎有许多问题等待着合成生物学给出答案。

在美国麻省理工学院代谢工程实验室主任威拉德·亨利·道教授看来，要在未来几年为气候、环境等世界重大问题提供解决方案，合成生物学一方面要更深入地了解分子合成的机制与过程，另一方面要与工程技术进行深度整合，“尤其要打通细胞中分子合成通路的瓶颈，大幅提升代谢合成产物的效率”。

“有学生问我，代谢工程最重要的精髓是什么？我告诉他们，我们先要解决很多数学问题，才能最终回答代谢工程的问题。”威拉德认为，这是一个人类创造物质的重大方向性转型，合成生物学要实现可持续发展，还要被市场认可，并得到政府支持。

科思创集团高级副总裁雷焕丽举着一支圆珠笔说：“这是通过19升废水回收制造的。”尽管相关技术目前已有长足进展，但尚未能完全覆盖制造全过程。她说，工业需求会不断推动生物基化学品的跨行业合作，而要实现物质的完全循环，则需不断培育和完善产业价值链与社会生态圈。

作者：许琦敏

文：许琦敏图：袁婧/摄编辑：许琦敏责任编辑：任荃

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