一次科技革命的起点，人类全基因组合成

人类基因合成计划的最大受益者应该就是这家名为Gen9的马萨诸塞州创业公司了，这家公司与人类基因组合成相关专利的所有者联系密切。两周前，超过130位科学家，论理学家以及政府基金的管理者相聚于哈佛大学，共同探讨人类基因组计划的后续是否需要人工合成人类全基因组，而不仅仅局限于对其解读。这一事件被称为人类全基因组编写（HGP Write）会议，意味着学界将发动所有合成生物学研究者的力量合成人类基因组60亿碱基并使用这些合成结果进一步创造一个细胞。

为了实现这一远大的目标，科学家们需要新的技术以及更多的DNA，“我们正逐渐发展成为使这一切都能实现的一家公司。”Gen9 CEO  Kevin Munnelly说。Gen9成立于2009年，致力于DNA的合成。该公的合伙人包括哈佛医学院基因组编写计划中心遗传学家George Church。“我觉得没有一家公司在DNA的合成领域能够超过我们，虽然我们只有6位技术员和15000平方米的厂房。”分析人士认为人类全基因组的人工构造将耗费三倍于全球每年天然合成人类DNA的总时间，总共需要总价值9000万美元的DNA作为原料。

图为Gen9马萨诸塞州剑桥实验室的移液机器人，该公司为生物技术公司合成DNA。

参观Gen9剑桥实验室的游客一眼就能看见这家公司悬挂在大厅的Church真人1：1海报，“预测未来的最佳方式就是改变未来。”海报下的标语如是说。由于技术的商业化，DNA合成成本不断降低。Church表示其希望Gen9更够成为生物行业的因特尔公司。

目前，只有部分药企和诸如Syngenta的农业巨头需要精确合成的基因，使用基因工程植物或细菌生产诸如人胰岛素的药品。然而现在用于工业的人工合成基因仅仅只有1000多b的长度，远不能跟人类基因组相比。

更好和更便宜的DNA合成技术将使得全基因组的合成成为可能。想要一种吃碳合成石油的微生物吗？在不远的未来这样的生物可能就会真的出现在你我的生活中。对于Church来说，包括MIT工程师Joe Jacobson和斯坦福合成生物学家Drew Endy在内的Gen9其他科学家合伙人在该公司内都与Church有着同等地位。“Gen9现在还是一个婴儿，人类全基因组的合成主要还是他们的想法，这也就是他们想要让这一计划长期执行的原因。”Munnelly如此描述Church等三位Gen9合伙人。“Gen9的创立初衷是通过降低难度的方式传播与发扬合成生物学。”

得益于Gen9的创新，目前长链DNA的合成以逐渐成为可能。2001年，实验室合成DNA每添加一个额外碱基就需要12美元的成本。最近几年，DNA合成的价格逐步降低，今年3月，Gen9的DNA合成报价已经下降至每对碱基3美分。

DNA合成价格的下降速度与计算机技术的发展呈摩尔相关，根据该定律，DNA合成的下降速度每两年将提高一倍。然而由于DNA合成的成本仍然与测序成本不相上下，从根本上提高DNA合成效率的技术仍然是不可或缺的。目前，归功于一系列测序技术的发展，人类全基因组的测序价格已经下降至1000美元。按照今天的发展速度，DNA合成的发展水平要想赶上DNA测序的发展水平只能等到2066年，这对于现在已经两鬓斑白的Church来说是不可能的。

由于市场对DNA的需求有限，DNA合成价格的逐步下滑也将面临一个经济困境。Munnelly表示现在Gen9的大多数设备是闲置的，事实上，Gen9的同类公司Codon Devices已经因为DNA的出售价格太低而亏损倒闭。

秘密会议

在这种情况下，政府对项目的支持便显得尤为重要。相关政策的出台将刺激市场对于DNA的需求，鼓励现有技术向染色体DNA研究领域扩张。“政府态度的改观将使人们对DNA合成的认识产生更多市场无法带来的改变。”Munnelly表示，“我认为在诸如此类的政府项目背景下相关技术将会得到爆炸式的发展。”

目前，Church和其他科学家已经将有关基因组合成的论文提交至Science等知名杂志，由于论文尚未通过审核，HGP Write会议只能以非公开的方式进行。

另外，HGP Write会议以非公开方式进行的另一主要原因是由于Gen9合伙人Endy的反对意见。虽然Endy持有Gen9的股票并十分支持DNA合成工具的开发，但是他仍然对人类基因组合成的伦理性提出质疑。他认为科学家应该放弃人类基因组的合成，将注意力集中在微生物染色体的合成。

人类基因组的合成会牵扯到一系列的伦理和宗教问题。虽然这项技术的前景依旧模糊，但是在理论上人们是可以不通过生物学父母而由计算机设计并出生的。其他的反对者表示现阶段合成生物学的发展水平十分有限，尚未达到实现工业应用的程度。“DNA合成公司大有钱景，他们将会在不久的未来大肆盈利。”MIT Lincoln实验室的合成生物学家Peter Carr说。

Gen9目前已经在向包括Jef Boeke在内的人类基因组人工合成研究者出售大量的人工合成DNA。作为纽约大学医学院的研究员，Boeke目前正领导着一项跨国科研合作，致力于酵母染色体组的人工改造研究。

在这一方面，Church在哈佛医学院的实验室已经向合成公司下了百万个碱基的订单，对大肠杆菌的基因组进行修改。这项研究的相关论文仍处在审核过程中。

HGP Write的第三个组织者，软件公司Autodesk的未来主义者Andrew Hessel承担了这场合会议的主要费用。Autodesk已经向多个合成生物学实验室投入重金，开发用于生物学设计的各种软件。同时，Autodesk已经于Gen9达成合作协议，以Gen9作为其DNA供应方。

DNA文艺复兴

虽然不是一个mega级的项目，DNA合成产业仍然可能成为一个新兴的重量级产业并引起投资者的无限热情。目前，加州公司Twist Bioscience已经募集了超过1.4亿美元资金用于该领域的投资。Church表示他同时也是Twist Bioscience的持股人之一。Gen9和Twist正通过从信息技术领域到DNA合成领域的大肆收购而逐渐引起人们的注意。

Gen9DNA合成自动化设备极大地提高了该公司DNA合成效率。今年4月，Gen9开始以每对碱基0.03美元的低价出售DNA。

新型的批量合成技术已经逐渐取代了开发与上世纪70年代的传统，高成本合成技术。“合成生物学行业目前正经历着一场文艺复兴，这非常的激动人心。”Ginkgo Bioworks合伙人Jason Kelly说。Ginkgo今年向Twist下了10万个基因的订单，极大地领先于同类产品买家。

Ginkgo目前正在研究芳香类化合物和其他化合物的新型合成方法，为了实现他们的研究目的，Ginkgo需要大量化合物原料植物的基因。Ginkgo可以将这些特殊基因插入酵母中以生产他们的目的化合物。而这种对DNA的不确定需求也是DNA市场价格仍然处于浮动状态的另一个原因。

另外，全基因组合成的市场需求同时也是一个严重的问题。“任何一个人类全基因组合成计划都会耗时数年，即使是完成了人类全基因组合成，项目后继的商业化是否能顺利进行也是前途未卜。”合成行业咨询师Rob Carlson表示。失去了经济上的动机，Rob对于基因组编写在未来成为一项可被负担的技术表示出强烈的质疑。“目前市场上还从未有过对人工人类全基因组的需求。”Rob说。

然而，Church则认为这一观点可能使合成生物学的发展脱离其原有轨迹，“人们现在陷入的人类全基因组合成泥潭与1960年代的计算机泥潭并无二致，”Church说，“当时的计算机大到占满整个房间却没有任何用处。”那时的人们根本不会想到晶体管会在未来催生像是愤怒的小鸟和Facebook这样的伟大应用。

Church认为大自然已经使工程师们充分地了解到了技术的发展空间。一个化学家要花上3分钟的时间延长DNA的一个碱基，而细胞仅仅只需要1秒钟就能合成上千碱基长度的基因。一个人类细胞分裂一次就能完成人类全基因组的合成，而且这基本上这还是一个免费的过程。

“人类基因组合成具有广阔的发展前景，”Church说，“通过每一项技术创新，我们离这项技术的未来便越来越近。”