2020 年 11 月 25 日，Ginkgo Bioworks 公司宣布，其獲得了隸屬於美國政府的官方機構 —— 美國國際開發金融公司（DFC）批准的高達 11 億美元的貸款，這一筆資金的其中一個重要用途在於幫助 Ginkgo 提升新冠疫苗必需原料的生產能力。
這意味著，Ginkgo 成為了繼 「相機巨頭」 柯達之後，又一家獲得美國政府高額資助以抗擊新冠疫情的公司。在今年 7 月，柯達也曾獲得來自美國政府的 7.65 億美元貸款用於成立 Kodak Pharmaceuticals 業務部，當時美國有關部門稱，柯達藥業部門開工後，美國新冠藥品所需的 1/4 藥物活性成分都能在這裡生產出來。消息一出，柯達股價暴漲，但是半個月後這個貸款協議就遭到擱置，原因是美國政府接到 「對不當行為的指控」，引得美國證券交易委員會介入調查。
和 「半路出家」 的柯達不一樣，Ginkgo 雖然不是一家製藥公司，但在過去的十年中一直在致力於利用合成生物學技術生產各類藥物和疫苗中的活性成分。疫情爆發以來，Ginkgo 將主要精力都放在了新冠疫情相關的工作上，它推出了 SARS-CoV-2 試劑盒 「Ginkgo Concentric」，與 Totient 合作進行治療性抗體發現和優化，並與 Synlogic 合作開發新型疫苗平臺。此外，Ginkgo 還和包括 Moderna 在內的數家疫苗開發商合作，優化生產工藝，從而可以在相同資源下生產更多劑量的疫苗。
尤其是在今年 4 月，當 Moderna 得知可能需要數億劑疫苗時就已經主動找上 Ginkgo 尋求合作，希望利用 Ginkgo 的技術來幫助 Moderna 生產 mRNA 疫苗所需的酶。Ginkgo 執行長 Jason Kelly 也曾向媒體表示，mRNA 疫苗研發的瓶頸曾經是監管和安全性，但現在這兩大瓶頸已經慢慢消失，新的瓶頸則是在生產環節。因為 mRNA 疫苗的製造工藝非常特殊，且需要高度專業化的供應鏈，此前的產量從來沒有滿足疫情的需要。
本次獲得的這筆貸款，將 「直接支持疫苗的發現、開發和製造」。Ginkgo 在通稿中表示，公司正在利用自有平臺優化生產抗新冠 mRNA 疫苗所需的關鍵原材料的流程，縮短生產時間並提高疫苗產量。
清華大學合成與系統生物學中心研究員謝震博士認為，原材料 —— 也就是酶 —— 的產量影響到 mRNA 疫苗的產量，而 mRNA 疫苗的產量又和疫情防控息息相關，這可能是 Ginkgo 先後與 Moderna 達成合作、獲得美國政府貸款的關竅所在。
神奇的 「全自動造酶工廠
為什麼 Moderna 在意識到需要生產數億劑 mRNA 疫苗時會主動找上 Ginkgo？這要從 Ginkgo 運用生物合成法和菌株工程平臺大量生產酶的技術說起。
mRNA 疫苗的生產通常分為以下幾個步驟：pDNA 的製備、體外轉錄、mRNA 的製備、無菌過濾 / 製劑，尤其是在體外轉錄環節中需要用到多種酶。
化學合成法是酶的其中一種生產方式，這種方法需要按照酶的化學結構中氨基端或者核苷酸的排列順序，通過化學反應將一個一個的單體連接起來而獲得所需的酶。這種方法就像用人力來拼一張複雜的 「拼圖」，所需時間很長，從而也就限制了酶的產量，因此這種方式沒有被大規模採用。而且據一位合成生物學領域的業內人士表示，RNA 合成酶目前有很多家供應商，但質量參差不齊，「對最終產品的影響就像 70 分和 100 分的區別」。
用生物合成法來生產酶的過程完全不同於化學合成法。首先，科學家需要找出能夠產生相應酶的微生物，在找出能夠產酶的微生物之後，科學家會將這種微生物大量複製，這一步就相當於造出了千萬個 「全自動造酶工廠」，隨後再向這些 「工廠」 提供 「電力」，也就是向微生物們提供特殊的營養物質，比如糖，這樣，這些 「工廠」 就會自動製造出我們所需要的特定的酶。在生產過程中，還可以添加特定的誘導物來增加酶的產量。
生物合成法是主流的生產酶的方式，然而在新冠疫苗缺口巨大、全球疫情態勢嚴峻的情況下，需要更快、更大規模的產能，Ginkgo 的 「生命鑄造廠」 就派上了用場。
在細胞中使用標準基因產生新行為的想法出現在 2000 年，但這項工作是手工的，幾乎沒有自動化，最大的障礙就是 DNA 的生產和組裝。而 Ginkgo 主要利用合成生物學技術來篩選、進化相應的酶和菌株，擁有廣泛的代碼庫、高度自動化的菌種工程、蛋白質工程和發酵平臺，能夠高通量生產和評估菌株、為客戶定製微生物，它的 「生命鑄造廠」 每月可執行多達 15000 項自動化實驗室任務，每月可以測試數千種新的生物體設計，而無需執行大部分重複的實驗室工作。
事實上，像 Ginkgo 一樣利用菌株工程生產酶的公司很多，但 Ginkgo 在這一領域中位居世界領先水平。耗時短、產酶量高，是 Ginkgo 採用的菌株工程的顯著優勢，Moderna 會找上 Ginkgo 也是理所當然。
合成生物學 「崛起前夜」，理性設計仍需突破
既然合成生物學能夠給酶的生產帶來如此大的效率提升，那麼它有沒有可能成為酶工程中的主流技術？上述行業人士也告訴生輝，他認為合成生物學在酶工程裡的應用會是主要發展方向，目前市場份額也在逐步增加，但在從實驗室到工業化過程中還有很多問題需要解決。
北京大學教授、中科院院士歐陽頎曾在接受媒體採訪時表示，現階段合成生物學的發展的瓶頸在系統生物學上。「怎樣定量預測一個像細胞一樣的複雜系統的運動規律，這個我們做不到。這不是合成生物學的任務，是系統生物學的任務。系統生物學主要關注生命體的運動規律是什麼；合成生物學的主要任務是我怎樣用這些規律來設計一個生命體或者改造一個生命體，來完成我們希望它完成的任務，主要是工程方面的。」
在歐陽頎看來，酶工程只是合成生物學的其中一個運用方向，這種方向以凱斯林（Jay D. Keasling）為代表，對微生物的代謝系統進行改造，讓微生物產出原來不能生產的東西。而另一種技術路徑是從理性設計的角度出發來重新搭建生物，即用可預測的方法來從下到上地構建一種生物。「雖然現在國內的合成生物學看起來有了很多成果，但很多都只是酶工程、代謝工程、微生物工程方面的工作，也就是凱斯林的路徑，但凱斯林也提倡理性設計。所以我認為合成生物學的路在中國從一開始就走偏了，合成生物學基礎研究明顯不足。」
清華大學合成與系統生物學中心研究員謝震博士也肯定了理性設計的重要性，「合成生物學的理念就是根據已有的生物學知識抽樣出來一些工程化的原理，再根據這些工程化原理來設計我們所要希望達到的目標的生命系統。在其中，原理的抽象、以原理為基礎的理性設計的體系是非常重要的。」
但他同時指出，生物學本身是非常複雜的，酶工程是國內合成生物學領域研究較多的一個方向，但還是存在不少難點。「比如酶的 3D 結構預測仍是一種挑戰，包括如何去設計酶、使它性能優化，甚至有沒有可能從頭設計一個活性位點、產生新的化學反應，這些也都是很熱門的研究方向。」
「傳統的合成生物學方法大部分都是依靠篩選，也就是說大規模引入突變，並根據一些突變進行定向進化。對於理性設計，我們想我們作為合成生物學領域的人都想去這樣做，但是大家也離不開傳統的一些方法。以前業內對定向進化的研究和實踐相對多一些，隨著研究的越來越深入，理性設計也會慢慢跟上，將來兩方面都缺一不可。」
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