【环境】新手执笔

五月上旬，我受邀前往印尼茂物农业大学 （Institute Bogor Agriculture）出席与合成生物学 （synthetic biology）相关的能力建设课程。该课程由印尼茂物农业大学、挪威生物经济研究所 （Nibio）与挪威生物安全中心 （Genok）主办，活动资金由挪威外交部资助。

为期一星期的课程包括理论课、实践课（实验室做实验）与参观印尼科学研究所等等。我希望把学到的相关知识简述一下，盼读者能从中获益。

何谓合成生物学？至今还未有国际公认的定义。“合成生物学”这一用语在2000年初被使用。合成生物学与基因工程的最大差异，在于其进行的方式与复杂性。合成生物学不局限于基因剪接 （gene editing），其主要特点包括应用现代生物科技来设计与组装新的生物元件和系统，其中包括最新的精准基因改造技术 CRISPR-CAS 9。

2011年合成生物学有了重大的突破——克雷格文特 （Craig Venter）将细菌的DNA序列解码，并拷贝至电脑，再用基因打印机将拷贝后的DNA 序列打印出来，并称为合成DNA （synthetic DNA）。

合成DNA无法独立操作，它还需要其他部分的工作细胞，被添加到另个细胞中并激活它。细胞分裂后，其中一个新细胞里头有合成基因组 （synthetic genome）。文特创造的新细胞名为Synthia，而Synthia的“母亲”则是电脑和基因打印机。

合成生物学背后的经济

全球合成生物学市场估值在2012年达到21亿美元；2013年提高至27亿美元。预计相关市场将在2018年持续增长至118亿美元。目前大部分的合成生物学研究项目在美国与欧盟国家进行，其他主要研究地点也包括中国、巴西、印度、墨西哥、阿根廷、南非与新加坡。

研究机构和企业是合成生物学的研究开发的主要推动者，重点关注医药、精品化学、生物燃料、农业等领域。合成生物学迅速的发展有赖于近年来DNA测序 （sequencing）技术和DNA合成 （synthesis）生产率的提高（见下表，资料参考自此网页）

另外，值得一提的是云顶集团主席林国泰是合成基因组学公司 （Synthetic Genomics Inc.）董事会成员之一。合成基因组学公司由克雷格文特领导，主要目的是商业化由基因组驱动的生物科技。而云顶集团旗下的子公司 Asiatic Center for Genome Technology（ACGT）与合成基因组学公司合作进行棕油基因组测序，以研发棕油生物燃料。

已有合成生物学产品？

市场上已有合成生物学产品，但碍于合成生物学在国际上还未有明确定义，所以有的机构否认合成生物技术产品已经面市。合成生物学产品包括香草口味的食物，如冰淇淋等。其中的香草口味并非提炼自香草 （vanilla bean），而是从云杉树 （spruce tree）或石化产品中提炼并合成的香草精（vanillin）。

2013年，瑞士公司 Evolva 以合成生物学改造酵母，通过发酵来收集香草精。由于改造酵母没有出现在成品中，该公司以“天然”标签来推销该产品。Evolva计划以同样方式在今年以合成生物学和发酵工程手段，来生产全球最值钱的香料—— 藏红花以及甜叶菊。

在制药业中，最著名的是制药公司Sanofi在2013年与合成生物技术公司Amyris合作，以合成生物学手段改造酵母，来生产对抗疟疾的青蒿素 （artemisinin；本地俗称 daun ulam raja）。

从转基因到合成生物学

20年前，我们被告知转基因农作物能减低农药的使用量，且得以避免粮食短缺以应付日益增加的人口。可是，從科学家及我們所掌握的有限知识，对自己又有多大的自信呢？20年后的今天，饥荒问题还是存在，但并不是因为粮食短缺，而是因为资源分配不均。

同时，转基因农作物反而增加农药的使用量，因为害虫的生命周期短，转基因农作物所转入的有机农药 （BT Toxin）导致害虫有可能进化成超级害虫。转基因农作物也对其他非目标生物造成影响——以食物链来解释，A害虫数量减少，那么它的捕食者，比方说鸟类的数量也会受影响。

而今天的科学家告诉我们，转基因技术存在不稳定性，我们需要比较精准的合成生物学。那会不会下一个20年，科学家又告诉我们另一个新的技术，来替代合成生物学呢？ 美国理论物理学家理查德费曼（Richard Feynman）是这么形容科学的：“科学是一群无知专家的知识（或信仰）”。

对于这句话，我的解读是他在自谦，感叹大自然的伟大和多彩，科学家以为能掌握大自然，可往往事与愿违。印尼茂物农业大学生物防治（biological control）教授达玛彦迪（Damayanti Buchori）表示，合成生物学对人类最大的挑战，是我们并不了解基因与基因，或基因与环境之间的复杂关系 。

以转基金技术的发展演变为前车之鉴，合成生物学也有可能带来负面影响。这包括对生物多样性、基因流动及原住民与农民生计的影响。

1. 对生物多样性的影响

合成生物学技术下的改性活生物体（LMO）能替代现存的物种，因为改性活生物体有较强的优势与侵略性。同时，改性活体也会是新一轮的污染体。举个例子，酵母改造成能生产生物燃料的个体，如意外释放到环境中便会导致环境污染。尽管改造的工程中，酵母不能存活很长时间，但还是可以扰乱原本的生物系统。

2. 对基因流动的影响

1999年的研究证实，基因改造甜菜的DNA，能存在土壤中长达两年。由此证明改造基因的元件能存活在自然环境中，将改变生物多样性的基因水平或传播不良特征，那改性活生物体的风险评估者，在为由现代生物科技或合成生物学技术下的改性活生物体，进行风险评估时需得做相关的考量。

3. 原住民与农民生计受影响

藏红花是全球最值钱的香料，一公斤约1500美金。伊朗供应全球近90%的藏红花，在采集藏红花时，每天可提供270个就业机会。伊朗在2010年出口近57吨的藏红花至全球41个国家。预计瑞士公司Evolva以发酵工程生产的藏红花主要化合物，将会降低藏红花的市价，也可能导致伊朗采集藏红花的就业机会消失与国家收入的损失。

另一方面，全球将近80%的青蒿素产自中国。来源于种植或野生植物的青蒿素涉及亚洲与非洲将近10万小农户。青蒿素主要的买家是制药公司，用以生产抗疟疾药物。制药公司与合成生物学技术公司配合，称以该技术来研发的青蒿素药物价格，比起天然的青蒿素更加大众化。可是，事实上半合成青蒿素市场价格是每公斤370至400美金，而天然青蒿素则是每公斤250至270美金，相对低廉。

由此可见，原住民和地方社区的居民，不见得可从合成生物学中的植物遗传基因资源获益。合成生物学的专利驱动与开源的方式，也将导致小农户在获取资源与利益共享上承受极大的生计影响。

国际舆论如何看待？

科技日新月异，人类若能妥善利用它，来研发安全的科技以解决全球粮食系统，或其他与环境相关的问题。可往往，企业与政府机构联手或独立研发新的科技或旧科技的“加强版”，总是专注在以投资回报为主，解决社会难题为辅。

举例说，我参观印尼科学研究所时发现，其中一项研究项目是研发药性食品——含乙型肝炎疫苗的香蕉（见上图），研究人员称其目的是让该疫苗在发展中国家更普及。可预见这产品在行销上可带来的问题包括，非病患的消费者如果食用会导致什么影响？消费者又如何知道该食用的剂量是多少呢？这种种问题，研究人员表示，之后的行销不属于他们的范畴，无从回答。

另外，如上文提及的一些企业，已在公司产品上使用转基因的“进阶版”——合成生物学。由于国际上对于合成生物学还未有公认的定义，也还未有管制，其科技的安全性将成为质疑，如同纳米科技。

那谁为此风险买单？是企业、政府，还是消费者？2015年12月，联合国召开了合成生物学特设小组，为各国政府建议全方位的生物多样性保护措施，预料合成生物学很快会纳入《卡塔赫纳生物安全议定书》的范畴。

王佩君，相信、实践与发现生活中更多的可能性，可关注部落格及推特。