小团子带你走近科学之合成生物学

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　　你有没有想过有一天，你伴着女神/男神在玉带河畔漫步、在情人坡上嬉戏、在图书馆里消磨时光，在一片星空的幕布下互诉衷肠，不用担心匆忙早餐中的那个韭菜饼、一天奔波中的淋漓大汗给你带来难言的气味，打破眼前的浪漫。因为饱和脂肪酸早已被体表细菌化为香奈儿五号般的芬芳。

　　你有没有想过有一天，晴朗明媚的早晨，你从实验室的花盆中摘下几个浆果，在榨汁机中一通搅拌，便流淌出清香明澈的浆汁。你如往常一样将它灌入油箱，听着发动机嗡嗡的轰鸣，你感觉生命像清晨一样无限美好。

什么是合成生物学？

　　合成生物学便是实现以上图景的钥匙，它是这样一门科学：试图重设计现有的天然的生物系统，或是设计和构建人工生物组件和系统，其目的在于通过了解天然生物体系的运作机理来创造全新的生物体系。[1,3] 简单地说，按照人的意愿改造现有的生命、创造全新的生命。而方式，就好比用一堆电子元件组装一台收音机，合成生物学用的是DNA.

　　据了解，SCAU—China参赛队的参赛项目为“遗传改造微生物电池获取更多淡水和清洁能源”。核心内容是通过遗传改造微生物电池中的细菌代谢途径，提高细菌在无氧条件下产生电子载体物质的总量，从而提高微生物电池中细菌的产电能力以获得更多清洁电能；同时，将微生物电池与海水电解脱盐耦合，形成更为高效率且无需消耗外加电能的微生物海水淡化系统，以满足更多低成本淡水资源的需求。

　　实例一：细菌计算机

　　一个美国科学家团队利用经巧妙设计的大肠杆菌，制成了可解决复杂数学问题的细菌计算机，且速度远快于任何以硅为基础的计算机。此项研究证明，细菌也可用于解决如“汉弥尔顿路径问题”这样的复杂数学难题。

　　然而，对这种细菌计算机进行编程可不是一件容易的事。研究人员通过改变大肠埃希菌的DNA，将该数学问题简化为只有3个城市的版本并加以编码。这些城市由一系列会令细菌发出红光或绿光的基因组合代表，而城市间可能的途径由DNA的随机排序进行搜寻。产生正确答案的细菌会同时发出两种颜色的光，从而将之变成黄色。

　　除了证明了细菌计算的威力之外，该小组还为合成生物学领域做出了重要贡献。就像电子电路是由一些晶体管、二极管及和其他元件组成，生物电路也同样如此。

　　但是生物具有一个天生的缺陷——菌群易受外来干扰，感染后大量死亡。就像传统电脑中防御病毒、保护文件一样，科学家们不得不想办法来保护细菌。

　　而且，这种计算机目前也只是一种“概念性”的阶段，跟真正的计算机还有很大的差距。美国麻省理工学院的合成生物学家汤姆奈特说“这开启了应用广泛的生物计算之门，不过还并不会令你的Xbox运行得更快。”

绒泡菌芯片，由黏菌构建并操作的发散式生物态计算设备

　　小贴士:

　　汉弥尔顿路径问题是指:譬如有10个城市～从北京出发～以上海为目的地～不重复走遍所有10个城市的最短路线。这个看似简单的问题要解决起来其实超乎想象的复杂。因为从北京到上海的所有可能路线组合高达350万条～普通计算机要找出其中最短的路线需要花很长的时间～因为它一次只能尝试一条。而一台由数百万细菌组成的计算机则能同时考虑每一条路径。随着时间的推移～细菌的繁殖不断增加～其计算能力还能继续提高。

　　实例二：细菌记忆器

　　想象细菌是两个盒子，一个盒子里有两个球，但是另一个没有，现在用红光照一下两个盒子，其中一个球就滚到了没球的盒子里；再用蓝光照一下，刚才滚出去的球就回来了，整个体系恢复到了原来的状态。但这只是球不会分裂的状态，一旦考虑到细菌“球”的分裂，就可以让两种细菌来构建一个复杂的“有”和“没有”的体系，这时细菌便可以储存信息了。

　　这个创意是借助大肠杆菌的天然优势并加以改造，利用生物模拟计算机的二进制存储模式，探索生物记忆的实现方法。