最后给大家举的例子可能有些朋友已经非常了解了,就是固氮。豆科植物的根部可以跟一些细菌共生,细菌把大气里面的氮气变成氨,作为营养物质供给植物。植物反馈给一些营养物质,两拨生物相互之间共生,还有一些细菌不需要豆科植物自己就能固氮。可以想像,如果我们要是能够把这些固氮功能转移到水稻或者小麦身上,那么我们的粮食生产第一可以摆脱化肥了,第二我们也可以避免化工厂带来的很多污染。
刚才给大家举的是一些很有趣的生物功能,但是大家心里面肯定有一个问题,这些生物功能到底能不能够应用于我们真正的生活中?我想告诉大家的是,其实我们是有一定的技术基础的,这里给大家展示几个例子,就是展现我们技术基础的例子。
第一个就是氨基酸。我们日常使用的味精是一种氨基酸,还有很多其他药品和食物里面都需要添加各种各样的氨基酸。构成细胞的21种氨基酸里面,有20种目前为止都是由图中这三种微生物来合成的。还有一种当然是化工合成,但是也是可以用生物做到的,只是成本有点贵,理论上来说21种都可以用生物来做。
还有就是我们现在吃的药,这些药物里面有1/3都是由细菌或者真菌这种微生物来合成。这是立普妥,年龄大一点的同志会比较了解,因为它是治疗心血管疾病的特效药,是由土曲霉合成的。
大学生朋友就更了解了,这是点外卖的时候会配送一些很脆的、稍微使点劲就容易断的刀和叉。这些刀叉也是微生物合成的,大家可能会觉得很神奇,这是怎么做的呢?玉米淀粉被微生物变成了乳酸,再经过适当的化工聚合,最终把它变成了我们想要的这种塑料,现在外卖里大量的刀叉都是拿微生物来制造的。
除了刚才给大家举的例子,还有一些例子可能大家更熟悉了,啤酒、酸奶、抗生素、胰岛素。这里面可能有两个例子大家比较震撼,一个是玻尿酸,女孩子们美容用的玻尿酸其实也是微生物合成的。还有一个是椰果,大家点的奶茶里的椰果其实不是从椰子刮下来的,是微生物木醋杆菌合成的。
所以如果把细胞看成工厂的话,其实它完美地契合我们对于工厂的定义,它是把原料变成我们想要的产品。除了这一点它还有自己的特性,第一,因为生物自己的生长和合成是不需要人管的,它是无人值守、全自动化的工厂;第二,因为生物是可以自我修复的,所以当它遇到不好的环境,受到不好的处理之后还可以自我修复;第三点是工厂能自我复制,每30分钟就能复制自己一次。
当然这个有好有坏,好的话复制这个工厂很便宜,不好就是知识产权保护不好的话,别人复制你的工厂也很容易。所以这是一个现在生物技术产业界大家面临的问题;第四点是它尺寸很小,所以可以把它局限在一个反应器里面,这样所有的废水、废气、废物都可以收集起来得到有效控制。
跟大家讲了我们现在关于细胞工厂的技术基础,我一开始举的几个例子能不能得到很好的应用呢?其实还是有点欠缺,原因在于这四种生物功能背后所涉及的通常都是几十到上百个基因之间的相互作用,而我刚才给大家举的几个是现在已经在我们生活中得到很好应用的案例,其实通常只涉及一到几个基因。
大家可以想一下,如果是你带着几十个甚至上百个人来干活,你还需要一个很复杂的协调和组织呢,更何况在细胞里面几十上百个基因一起合作,这背后需要写的程序是非常复杂的。
给大家举一个更形象的例子,左边这样图片是大肠杆菌,它在我们生活中无处不在。这个细菌可以看作是一个直径0.5微米、长度2微米的圆柱体。在这么小的空间内,它有400万的碱基对,更重要的是它有4400个基因在同时表达着,而且同时在发生不少于3000个化学反应。如果我们把这4400个基因中每个基因看做一个点,基因与基因之间如果相互作用就连成一条线,那就是右边的图。可以看到即便在这么小的空间,这么简单的一个生物,它内部的相互作用也是非常复杂的。