破壁:無細胞生物學前途無量

2020-12-05 中國生物技術信息網

生物的用處極大。農民飼養動物,從它們身上獲取肉、蛋、奶供人類食用。製藥公司對動物細胞進行基因改造,將它們放入容器進行培養,以便產生治病的藥物。但這裡存在一個潛在問題,獲取細胞和高等生物,使它們聽命於人類並非易事。

也許有一個更好的方法。大約一百年前,有人首次提出無細胞生物學概念,如今終於要在世人面前揭開面紗了。這項技術是從活細胞中提取蛋白生產機器,細胞壁、無用分子和生物自身的 DNA 被通通丟掉,在剩下的粘稠物中注入新 DNA,那麼科學家可定製生產蛋白質。本月在加利福尼亞州,蘇特羅生物製藥公司(Sutro Biopharma)從細胞中提取的 1000 升生產機器將生產癌症藥物成分,並將於明年接受美國食品和藥物管理局的測試。這將成為以此種方式生產的首款商業產品,其他公司正在研究以類似技術生產塑料、殺蟲劑等五花八門的產品。對於試圖不靠動物生產人造肉的公司,無細胞生物學也能提供幫助。

但現在為時尚早,這些技術的商業可行性有待於證明。在許多人看來,合成生物學頗有 " 扮演上帝 " 的味道:多久能採用該技術,監管機構有很大發言權。但將生物生產與生物相互分離是有道理的,這有三個原因。

首先是效率。生物的生存與繁殖是在進化中形成的,那樣會耗費精力。試想人類當初從豬的屍體中提取胰島素,如今利用基因改造的酵母或細菌進行生產。這些細菌(以及它們代替的豬細菌)利用有價值的養分製造胰島素和大量的其他蛋白質,它們不僅是細菌生存的關鍵,也對人體大有益處。科學家依靠無細胞生物學,能把更多養分轉化為目前生產的終端產品。

生物的脆弱性也令人傷腦筋。例如基因改造的細菌可用於製造燃料異丁醇,但它是一種溶劑,細菌沒等製造太多異丁醇就被殺死了。無細胞系統更為強大,想想健贊公司生產的治療罕見遺傳疾病的伊米苷酶和半乳糖苷酶,兩種藥物均由倉鼠卵巢細胞生產。2009 年,這些脆弱細胞感染了病毒性疾病,導致生產停滯一個多月,損失高達數億美元。正因為無細胞生產系統並非生物,所以不可能感染疾病。

無細胞生物學還有第二個益處,它有可能避免因依靠生物而導致的某些社會和環境問題。例如種植玉米作為生產乙醇的原料,其佔地本可用於種植糧食。畜牧業約佔地球四分之一的無凍土地,並導致氣候變化。在容器內生產燃料或糧食是個不錯的選擇。

文化轉變

第三個原因是道德問題,動物有承受痛苦的能力,而製造動物的細胞機器卻沒有。現代科技用合成物代替了許多天然產品,但人類仍依靠動物提供食物、紡織物和少數藥物。天然昂貴的蛇飼養場生產抗蛇毒血清,許多人反對工廠化飼養豬、雞、牛,用於製造皮草的動物皮毛一般是牲畜身上最具價值的部分。即使你不是素食主義者或動物權益保護者,也會歡迎以更人道的方式製造這些產品。

從實驗室到量產的過程存在諸多隱患,但我們應該對無細胞生物學感到高興。未來人類會經常需要大自然的恩惠,包括營養物、藥物、化學品,但也許不必總靠生物去生產這些東西。

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