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植物能长的,我们就能合成_Kzgq2
来源:http://www.dongfangyaofang.com  时间:2022-09-25
摘要:为了利用微生物来合成青蒿素,吉斯林的团队先在青蒿上找到与制造青蒿素有关的基因,把它分离出来,并植入啤酒酵母菌。瑞士一家制药公司目前已经研制出一种转基因酵母菌,能生
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我们现在的生活,已经须臾离不开各种合成材料,例如尼龙、塑料等。它们都是通过化学合成得到的。不过,化学合成所涉及的,仅是一系列无生命的工艺流程:反应、催化、蒸馏……合成生物学在此基础上又进了一步,它把一些有机生命当作一部部活的机器,经适当改造之后,利用它们就可以合成我们想要的东西。青蒿素的合成就是最具代表性的例子。

青蒿素的发现

青蒿素的故事始于1967年。当时中国政府为了帮助在越南战争中饱受疟疾折磨的解放军战士,发起了寻找抗疟疾药物的计划。经过艰苦的攻关,一位叫屠呦呦的研究人员在尝试传统中医治疗发烧的配方时,无意中遇上了青蒿。

1979年,当青蒿中的活性成分——青蒿素被公之于众的时候,国际上普遍对此持怀疑态度:青蒿素看起来太不稳定了,不可能成为神奇的良药。而它的发现的中医背景,更加重了人们的疑虑。

直到1999年,当一家瑞士的制药公司开始出售含青蒿素的抗疟疾药物时,局面才发生了戏剧性的变化。人们发现,若把青蒿素和其他类型的抗疟疾药物混和使用,疟原虫就很难进化出耐药性。自此,青蒿素才被大家刮目相看,并被世界卫生组织推荐为首选的抗疟疾药物,全球范围的使用量从2002年的60万次飙升到2004年的500万次。依靠种植来生产已经远远满足不了需求。

让微生物来合成

差不多与青蒿素的发现同一时间,一门新兴的学科——合成生物学正在发展起来。一些生物学家试图让人相信,微生物也可以被转变为合成各种材料的“化工厂”。美国生物学家简·吉斯林就是其中的一位。为了证明这种设想并非空中楼阁,他决定先从合成一类叫做“类异戊二烯”的有机分子入手,因为这类分子具有广阔的商业前景,而且常见于植物和动物。

但类异戊二烯是一个很大的家族,具体选择哪一个好呢?一天,吉斯林的一名学生把一篇有关青蒿素的论文拿给他看。吉斯林眼睛一亮,心想:好,我们要合成的就是它——青蒿素!

为什么青蒿素会让吉斯林眼睛一亮?因为青蒿素可以从另一种叫“紫穗槐二烯”的有机物衍生而来,而这种有机物恰好是类异戊二烯家族的一个成员。

为了利用微生物来合成青蒿素,吉斯林的团队先在青蒿上找到与制造青蒿素有关的基因,把它分离出来,并植入啤酒酵母菌。一开始,这个基因移植之后并不工作,但是经过多年的改进,到2006年,酵母菌终于生产出了青蒿酸。有了青蒿酸,把它转变为青蒿素是很容易的事。

通过这种办法生产青蒿素,不仅可以保证产量,还极大地降低了价格,这为全世界上亿人口抗击疟疾提供了有力的帮助。据统计,2013年酵母菌生产的青蒿素大约是35吨,占到全世界年产量的1/3。2014年的产量是50~60吨,足可治疗8千万~1.5亿疟疾患者。

合成生物学走向生活

除了制药业,食品工业也将极大地受益于合成生物学。很多从植物中提取的化学物质,从香精、调味品到食品添加剂,如今也已经能利用转基因微生物大规模生产。事实上,其中的某些东西说不定你已经在享用了。

例如,桔烯原本是从产于西班牙瓦伦西亚地区的桔子中提取的一种柑橘类香精。由于受产地的限制,产量有限。但自2010年以来,已有两家公司通过微生物来酿制桔烯,产品被销往世界各地,用于各种饮料和香水。

另一个例子是香草精。大多数香草精原本是从树木或煤中用化学方法提炼出来的。香草精在大自然中存在于香草兰的荚果中,而香草兰荚果的生产和提炼,费时费力,产量低下,这使得香草精成了全世界第二名贵的香料。但现在,一家瑞士制药公司已经用转基因的酵母菌生产香草精了。据称,这样获得的香草精品质更优良。

合成生物学甚至还可以弥补自然的缺陷。譬如我们知道,所有生物的DNA“大书”都是用4个碱基“字母”书写的。由于在DNA指导合成蛋白的过程中,每3个碱基对应1个氨基酸分子,而3个碱基的排列组合数十分有限,所以自然界中仅存在20种氨基酸。但前些年,生物学家给DNA的碱基“字母”一下子扩充到了6个。扩充之后,能合成的氨基酸种类一下子增加了152种。把新碱基添加到细菌的DNA上,它们就能为我们制造出无数自然界原先不存在的新蛋白。

有了合成生物学,我们可以有把握地说:任何一种名贵的东西,只要植物能长,我们就有办法合成。

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很多在植物中发现的名贵的化学物质,很快都将可以通过转基因的微生物来制造。这里是另外几个例子:

藏红花素:世界上最昂贵的香料,提取自原产于希腊、小亚细亚一带的藏红花,可用作食物的香料和染料。瑞士一家制药公司目前已经研制出一种转基因酵母菌,能生产藏红花素中的三种主要成分。“细菌版”的藏红花素有望在未来几年内上市。

香柏酮:一种发现于柚子皮中的柑橘类香料,常用于食品和香水以及杀虫剂。香柏酮通常是从柚子皮中提取的。荷兰的一家公司计划利用基因改造的微生物,以较为低廉的成本大规模生产。

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甜叶菊精:一种越来越受欢迎的天然甜味剂,提取自甜叶菊。甜叶菊是发现于巴西的一种菊科植物,用它提取的糖甙,其甜度大约为糖的300倍。甜叶菊是理想的甜味剂,具有热量低的特点,它的含热量只有蔗糖的三百分之一,吃了不会使人发胖,对肥胖症患者和糖尿病人尤为适宜。因此,甜叶菊发现后,许多国家都相继引种栽培,但产量还是赶不上需求。现在瑞士一家制药公司已研制出能生产甜叶菊糖甙的酵母菌。

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白藜芦醇:发现于红葡萄和其他植物中的一种成分。动物试验表明,这种成分有助于延缓衰老,现在正被当作保健品高价出售。2010年,丹麦一家公司已经研制出可生产白藜芦醇的酵母菌,不过产品价格还是居高不下。2012年,瑞士一家公司买下了这种转基因酵母菌的专利,并希望在进一步改进之后,未来可以生产出人人都可以买得起的白藜芦醇。

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