今后，我们的衣食住行会否主要来源于合成生命的“生物制造”？人工智能在蛋白质预测领域的成功，会使它在合成细胞上大放异彩吗？11月5日举行的世界顶尖科学家国际联合实验室论坛聚焦近年来大热的合成生物学，中外专家带来了设计疫苗、人工细胞、细胞体内编程等前沿进展，并对该领域的未来发展提出前瞻性思考。

能否在实验室外生存是“合成细胞”面临的第一关

在实验室里设计并合成出一种抗原受体，并将它嵌入细胞，通过CAR-T疗法使癌症小鼠体内的肿瘤得到抑制。2012年拉斯克基础医学研究奖得主、美国艺术与科学学院与美国国家科学院院士罗纳德·维尔饶有兴致地介绍着这项由他领衔的基础研究成果，“我们还想尝试在体内对骨髓细胞进行‘编程’，希望可以在体内生成一些因子，杀死癌细胞”。

自合成生物学兴起，人工设计蛋白质、合成基因，为人类了解生命本质推开了一扇新大门。论坛上，2013年诺贝尔生理学或医学奖得主詹姆斯·罗斯曼讲述了神经突触囊泡上的一个蛋白是如何抓住并释放分子的，这个蛋白是他利用冷冻电镜发现的。2014年诺贝尔化学奖得主斯特凡·赫尔则展示了由他创建的一套精准“追踪”生命分子的体系——时间可短至毫秒级，空间分辨率可高达纳米级。

有了这些尖端手段，人类是否离“合成细胞”不远了？罗斯曼认为，真正的合成细胞一时还无法实现，或者说为时尚早。尽管现在科学家已经能够合成DNA片段，对微生物的基因组进行编辑，但细胞如同一个复杂社会，除了房舍道路，还有各司其职的“打工者”。因此，人工合成细胞要过的第一关就是，是否具有足够的稳定性与自然细胞竞争并存活下来，尤其是要面对实验室外严苛的环境。在德国工程院院士、西湖大学教授曾安平看来，“这在目前还做不到，因为我们对细胞运行的规律还需更深入的了解”。

1/3的衣食住行需求或可通过“生物制造”来满足

虽然离合成细胞路途尚遥，但合成生物学引发的“生物制造”探索热潮已在路上。罗斯曼认为，合成生物学对于人类应对目前的生存困境大有可为。

曾安平表示，未来百年，人类社会1/3的衣食住行需求将可能通过“生物制造”来满足。“我们最新的探索是想用二氧化碳来取代糖，作为生物制造的原料。”他说，这是一条雄心勃勃的“从一碳到三碳”的合成之路，因为二氧化碳很稳定，要让它“变身”需要注入能量，而且要充分利用其产物，这需要系统性的解决方案。

通过合成生物学手段来设计蛋白质，已在工业、农业、环保等领域得到大量应用，成为目前炙手可热的研究领域。而“阿尔法折叠2”在预测蛋白质结构上的巨大成功，使得大量人工智能人才涌入蛋白质设计领域。

清华大学和北京大学访问教授许锦波认为，人工智能在蛋白质设计上的作用不容小觑。他的研究团队已经设计出超过200个氨基酸的蛋白质，这种蛋白可在极端高温下保持功能不丧失，“人工智能设计出的蛋白更稳定、亲和力更强”。

不过，尽管人工智能改变了微生物学家的工作方法，但蛋白质科学本身的问题并不能依赖人工智能来解决。许锦波指出，一些“孤儿蛋白”的结构就很难预测，多个蛋白结合的构象也超出了“阿尔法折叠2”的预测能力，“尤其当我们需要构建大自然中不存在的蛋白质时，就会面临更多挑战。”

作者：许琦敏

图片：受访者提供