DNA 製造已经进入了大量生产的时代

247人参与 |来源: |时间:2020-06-06
DNA 製造已经进入了大量生产的时代

你能想像吗?DNA 竟然也能像其他工业产品一样大量生产!身为 Twist Bioscience 执行长以及共同创办人,Emily Leproust 总是这样提醒公司的同仁们:「我们是製造公司,我们製造 DNA。」

日益成熟的合成生物学

Twist Bioscience 倚赖在最近几年发展的合成生物学,才能夸下海口。合成生物学是生物科学近年来发展出的新兴分支,能够和生物科学之外的其他科学结合,例如电脑科学、资讯科技、能源科技等,应用範围也非常广泛,在未来很有可能成为重要的发展方向。

在这项产业之中,生物就是他们的工厂。科学家们製造 DNA 做为组装生命基因密码的基本材料,进而创造出前所未见的生物样貌。这些新的生物型态能够为人所用,创造出极高的实用价值。举例来说,能够分泌出人类药物的酵母菌,以及能够产出飞机燃料的藻类,这些基因被调整过的物种早已被运用在医疗、食品、能源等不同产业,贡献良多。

合成生物学的原理,和撰写电脑程式有着异曲同工之妙,只不过使用的程式语言是由大自然所创造,人类只是学会了这种语言的编写方式,加以修改重新设计,进而造成生物的改变。这种「语言」就是我们熟知的「基因」。组成基因所需要的材料叫做核硷基(nucleobase),在 DNA 中共有 4 种,分别以英文字母 A(腺嘌呤)、T(胸腺嘧啶)、C(胞嘧啶)、G(鸟粪嘌呤) 表示。这 4 种核硷基经过排列之后形成一连串的密码,根据这些密码,生物能够各自拥有不同的组合型态及功能。以人类来说,这串密码共有 32 亿个字母那幺长,如果你改变某些字母的顺序,就相当于改变了该生物内的系统指令。合成生物学家所做的事就是设计出新的小片段密码,嵌入到酵母菌的 DNA 之中,让酵母菌根据这串密码开始製造我们所需要的物质,像是鱼油的成分 omega-3 脂肪酸,或者原先只有玫瑰花能够产生的芳香精油。

DNA 的组装技术,也就是生物技术中的 DNA 合成与变更,往往需要由受过专业训练的人员来操作,训练的时间以及成本都使得这项新兴产业的发展受到限制。有鉴于此,现今几家新创公司积极的将 DNA 组装推展到自动生产线上,藉由这项创新进而降低建构 DNA 链的成本,能够同时降低价格,并且扩大应用的市场。未来 DNA 的组装技术在市场上的竞争将以价格为主,总部在旧金山的 Twice Bioscience 将在 2016 年开始营运,在接下来的低价竞争中亦不会缺席。

劳力密集的 DNA 建构程序将可望由机器代劳

想要建构新的 DNA 链其实不难,事实上这项技术在全世界的相关研究室之中都非常常见,但通常得一步一步由研究者亲手操作才行。Twist 公司的 Leproust 以劳力密集来形容做微生物学研究的情形:研究者整天忙着将液体从一个试管中移到另一个,日复一日,除了耗费精力之外,也使得研究进展缓慢。有鉴于此,Leproust 和其他共同创办人发明了能够自动执行这些建构步骤的机器。

这台机器的核心是一个表面布满一万个小凹槽的硅盘,结合了电脑晶片製造所使用的光刻技术,蚀刻出这些凹槽之后,这些 600 奈米宽的小凹槽就能分别用于建构出不同的 DNA 链。这台机器所做的事情,事实上和研究者在实验室中所做的是完全相同的化学反应,只不过体积小了 100 倍,同时也节省了时间和人力。

Twist 所贩售的并不是他们的机器,而是他们製造 DNA 的服务,这项服务能够帮助正在寻找改良新基因的研究者或企业,使研究进行得更顺利。Twist 已经在 2015 年开始为特定的客户生产 DNA,在 2016 年,Twist 将会全面开始营运。Twist 提供业界中最划算的 DNA 组装服务,将以每个核硷基做为单位,以每个硷基 0.1 美元计价。儘管如此,Leproust 依旧希望让价格再更低一些,期待能够达到每个硷基只要 0.02 美元的低价。在这个价格之下,研究者们能够进行一定规模的实验而不会受到 DNA 成本的限制。

合成生物学领域将成为生技新创厮杀的战场

另一家也是位于旧金山一带的合成生物公司 Zymergen 则是提供了多样的套装服务,他们不仅以低价建构 DNA 小片段,还能帮你把成品插入微生物 DNA 中并监控结果。得到的结果可以提供许多有用的资讯,除了可以做为下一次 DNA 设计的参考,并且在同时使用多种微生物表现该 DNA 的情况下,客户也能够快速地找到用来表现此段基因的理想微生物种类。

像这样的例子使得合成生物学产业这种「以生物为工厂」的特性引起了各方精采的讨论,但并非人人都被大量生产 DNA 的展望所打动。同时身为生技顾问以及 BioEconomy 创投基金总裁的 Rob Carlson就提出质疑,他认为 DNA 的低价合成会导致希望以有经济价值的微生物获利的新创公司大量出现。製造测试大量的 DNA 并不难,但事实上,成本中高达 90% 是来自把技术从小小的试管扩大至商业规模的过程。举例来说,一家公司想要利用酵母菌来生产药物,他们必须要面对的将是好几大槽内满满的微生物,其中管理及成本控管都不是简单的任务。与此相比,最初建构 DNA 所省下的钱根本不值一提。因此,Carlson 对于大量生产 DNA 所能带来的经济效益究竟能有多大的影响力仍然存疑。

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