灭绝花卉可“芬芳重现”？美科学家让微生物跨界造香水

2016-08-23王琪峰

环境与生活 2016年7期

◎王琪峰

◎王琪峰

用酵母这样的微生物来制造玫瑰香水？听起来有点不靠谱，但位于美国波士顿的“银杏生物工作室”却将它变成了现实。这家公司将玫瑰的基因组排好序后移植到了酵母身上，产生新的微生物，并用其酿造出了新型玫瑰香水，成功上市。这种生物合成方法不像传统工艺那样，为了得到一瓶香水就要“摧残”成千上万朵玫瑰，而是一种可以多次重复、低成本的做法。那么问题来了，这种生产方式安全吗？

供不应求催生商机

它能为俊男靓女平添几分魅力，也能使珍馐美酒多一点诱人芬芳；它曾经因有限的自然产量而引发战争，也曾因极大的需求而催生一次又一次的制备工艺与技术变革；它虽然不是“柴米油盐酱醋茶”的成员，却已走进人们生活的各个角落：洗护、化妆、医药、食品……它，就是香料。当下，由于纯天然香料的供应远远不能满足需求，使得香料生产者对利用生物技术制取香料的兴趣越年的全球市场价值约6亿美元，需求量高达1.8万吨。但是这里边，人们消费的“纯天然”香草和香兰素只有很小一部分，因为天然香兰素的提取受香兰豆产量的影响太大。

马达加斯加出口全球80%以上的香兰豆，但受热带飓风、政局动荡、劳工薪酬、病虫灾害等因素的影响，价格波动极大，2003年前曾高达400美元/千克，而2003年又一度跌至32美元/千克。而利用丁香油酚、木质素和乙醛酸等化学原料人工合成的香兰素，每千克仅需16美元。不过，消费者大多只对“纯天然”香草感兴趣。

另一种重要的香料——檀香油也存在类似的尴尬局面。历史上，全球约90%的檀香油产自印度，20世纪70年代的年产量超过了100吨。然而，由于过度采伐檀香树、政策失误和非法走私，檀香油产量急剧下滑。2005年，印度仍是檀香油的净出口国，而2013～2014年，印度经过合法途径出口的天然檀香油仅有420公斤。据估计，全世界对檀香油的年需求高达80～120吨，其中除了20吨左右是“纯天然”生产的，其余都只能以化学合成品代替。看准天然檀香油巨大市场的业界巨头，纷纷开始扩大檀香树的种植规模，但树木的成长需要时间，远水难解近渴。

危机的存在往往酝酿着商机。被誉为“合成生物学教父”的美国科学家汤姆·奈特，决心用基因技术，解决天然香料供不应求这个难题。来越浓厚，以香草和檀香为例，就可看出端倪。

为了得到一瓶香水，传统工艺得“摧残”成千上万朵玫瑰。

香草又名香荚兰、香兰，有“食品香料之王”的美称，它原产于非洲马达加斯加热带雨林，是一种大型兰科香料植物。香兰的果荚里含有香兰素，广泛用作名酒、奶油、咖啡、可可、巧克力等食品的调香原料。香草和香兰素每

人工智能跨界合成生物

汤姆·奈特由于家里离麻省理工学院很近，他14岁上高中时就开始到这所大学旁听计算机和有机化学方面的课程。长大后的奈特成了麻省理工学院人工智能实验室的研究人员，他上世纪六七十年代发明了阿帕网（APPANET）（互联网前身）；20世纪80年代发明了首个单片机光学鼠标等，取得了30多项技术专利。

奈特是人工智能领域的专家，却对合成生物学抱有浓厚兴趣。据奈特回忆，耶鲁大学著名物理学家和生物学家哈罗德·莫洛惠兹所著《全面理解生命》一书，对他产生了极大的影响。此后，已然是泰斗级计算机专家的他，竟和他的学生一起学分子生物的大学课程，做起了生物实验。

上图为银杏生物工作室的工作人员在忙碌中；下图为用于制造香水的微生物。

美国科学家汤姆·奈特被誉为“合成生物学教父”，他想用基因技术解决天然香料供不应求的难题。

在实验室里，奈特创造性地提出了“生物积木”（biobricks）的概念，也称为“生物零件”，简单地说，就是指一些经过加工的、具有特定功能的DNA小片段。利用“生物积木”进行排列，可以搭建新的生命系统。奈特由于在合成生物学上的卓越贡献，而被称为“合成生物学教父”。

用“学以致用”这个词来形容奈特真是再恰当不过了，他研究计算机时就曾开过公司，如今跨界搞合成生物，他又想到将这些技术投入到实际应用中去。于是，“银杏生物工作室”（Ginkgo Bioworks）诞生了。

用特殊微生物生产香水

2008年，奈特与4位刚从麻省理工大学博士毕业的年轻人“老少结合”，在美国波士顿创办了“银杏生物工作室”公司。促成这家公司诞生的一个重要原因，是基因排序的成本大幅下降。从上世纪70年代开始，人们合成、组装和测序DNA序列，改造生物功能的能力不断增强。据奈特介绍，在他学生时代那会儿，合成一个碱基对的价格是1美元，合成一条基因需要5000美元；而现在合成一个碱基对的价格已经下降到了几美分，这使基因合成经济成本大幅下降。

“银杏生物工作室”本质上是一家“生命工厂”，根据订单来“制造”客户所需要的生物有机体。它的第一桶金是与美国国防先进研究项目局（DARPA）合作带来的，合作内容是利用基因技术制作一些特殊的生物体，包括能够捕捉空气中的碳元素并将其转化为燃料的微生物、能防止被病菌感染的“好”微生物等。

考虑到天然香水的稀缺性，“银杏生物工作室”将研发目光转向香水。受发酵这个古老食物制作工艺的启发，“银杏生物工作室”开始利用基因工程和计算机技术，对天然花卉或树木的基因进行“拼接”和“改造”，移植到酵母身上，最终“制造”出作用类似酒曲（酒曲和麦芽等原料混合，经过发酵，酒曲就会分解掉麦芽中的糖而产生酒）的微生物。当然，这种特殊微生物分解营养物质、发酵后产生的不是美酒，而是散发奇特香气的“玫瑰香水”。

生产周期短资源消耗少

由于使用了机器自动排序，生产速度快，10天左右就能将微生物“制造”出来。这与改良一种花卉品种所需要的时间显然不可同日而语。这种生物合成方法不像香水的传统制作工艺那样，为了得到一瓶香水就要“摧残”成千上万朵玫瑰，是一种可以多次重复、低成本的做法；也不会像化学香水那样被追求“纯天然”的消费者唾弃。

“银杏生物工作室”制造的玫瑰香水，是150年来香水市场上第一种用微生物制造的玫瑰香水，全球十大香精香料公司之一法国罗伯特香料公司已经在销售这款香水了。自然界中带有这种香味的玫瑰花十分稀有，只有土耳其和保加利亚有种植，而且只能靠手工采摘，十分辛苦。

如今，“银杏生物工作室”已经获得维京全球投资、法利思投资公司等众多风投公司的支持。它将8种微生物进行注册，除了用于香水生产，还可以用于烘焙、调味等产业，一年的业务合同金额超过千万美元，可为客户节约50%的成本。2016年，“银杏生物工作室”在现有近1700平方米车间的基础上，建造了第二个更先进的香味制造车间。为了打消公众对转基因、微生物的顾虑，还将“车间”定期向社会开放，邀请人们目睹香水的生产过程。

“银杏生物工作室”的产品都是装在试管里的，公司创意总监克里斯蒂娜笑称，将来希望能有100种试管，也就意味着100种香型，没准还能让在自然界已经灭绝的古老花卉“芬芳重现”！