合成生物学的科研设备。
正在实验室里的司同。
文、图/广州日报全媒体记者王纳 通讯员冯春
“这是合成生物学界的一次‘登月’行动，我们想探索人类构建生命的上限。”近日，中科院深圳先进院司同研究员接受记者采访时表示。深圳先进院正在积极开展合成生物学界的“登月”计划。司同所说的“登月”，离不开位于深圳光明区的合成生物大设施。他在大设施建设中担任总工艺师。他的目标是：“将来能像编程一样，在计算机上输入一些指令，就能设计出一个全新的生物体。”“如果说合成生物学是像搭积木一样搭建生物，那合成生物设施就是将这一技术从传统的‘手工作业’，转变为大规模自动化的机器作业。”司同表示，“这将为我们面临的资源、能源、健康、环境和安全等重大挑战，提供全新的解决方案。”
从概念机到全球首个大设施
由于生命高度复杂性，目前合成生物学还无法进行理性设计，意味着需要海量实验和不断“试错”，合成生物大设施应运而生。
据悉，深圳于2018年启动筹建大设施，总投资近8亿元（不含基建）。今年8月，由深圳先进院牵头建设的脑解析与脑模拟、合成生物研究两大市级重大科技基础设施项目总概算获批复。“目前大设施已经进入开工建设阶段，我前期主要工作是细化科学和应用目标，明确大设施要做些什么；设计并优化工艺路线（即怎么做），然后在预算内，最大化地去构建一个性能好的大设施。”司同表示。
合成生物设施的效率到底有多高？据悉，目前美国伊利诺伊大学香槟分校的合成生物设施，每天可建造多达1000个特定序列蛋白，每个造价不到3美元，成本仅为人工制造的千分之三。
值得一提的是，学术界首个全自动合成生物设施的概念机，正是司同在香槟分校开展博士和博士后研究期间参与研发的。“我们的实验需要经常构建突变体库，大家每天都在筛选突变体，于是就想能不能设计一台设备，来帮忙做这件机械化的事。”司同表示，“然后就有了合成生物大设施的第一台概念机。”此次深圳的合成生物大设施，规模将是概念机的30倍以上。
创造全新的“已知” 探索过去的未知
合成生物学家们要做的，则是对自然界中已有的生物细胞，甚至对生命进行“理性设计”，为人们解决实际问题。比如司同团队与中粮集团合作，关注粮食安全问题。下雨天后作物很容易发霉，尤其在南方，而由此造成的真菌毒素污染，已成为我国食品安全和饲料安全的重要隐患。“降解毒素的一个潜在方法是利用酶进行生物脱毒，但大部分天然酶降解效率低、稳定性差，难以大规模应用。”司同说，“此时就需要经工程改造的人工降解酶登场了。”
如何快速合成最有效的那个酶？依托合成生物大设施，可以大规模地构建并快速自动筛选。据悉，目前测试速度从30分钟缩短至5秒左右，单个样品的处理成本从200元降低到了0.1元以下。“酶的定向进化于2018年获得了诺贝尔化学奖，这一技术本身已非常成熟，但检测速度和成本是瓶颈。而我们是在原有基础上进一步提高了开发的效率。”司同表示。
合成生物学除了创造全新的“已知”，还能探索过去的未知。据司同介绍，其团队目前在和南方科技大学海洋系合作，团队用合成生物学方法将古老已经灭绝的生命过程“复活”，为探索生命的起源提供实验证据。
从香槟分校到深圳先进院
去年4月，司同从美国伊利诺伊大学香槟分校启程来到深圳先进院。合成生物大设施的项目建设正等待他的加入。“从2018年大设施启动筹建，我就一直有关注，这是合成生物学界一件令人激动的事。”司同表示。
选择来到深圳，也是对这里的信息产业和智能制造业有信心。“有一次实验室的一台进口设备‘罢工’了，跟国外厂家联系后只能整机更换，费用很高，经排查发现其实只是里面的一个元器件出了问题，”司同告诉记者，“后来我们的工程师在深圳定制国产元器件进行更换和维修，解决了问题。”目前，国产高性能医疗设备正在打破国外垄断的局面，部分已实现并跑甚至领跑。
“从事合成生物学的人最大的梦想就是，将来能像编程一样，在计算机上输入一些指令，就能设计出一个全新的生物体。”司同表示，“未来我们也会探索合成动物和植物。”
