生物積木（生物積木）

概念

生物積木（BioBricks）

據(jù)說，湯姆·奈特關于生物積木的靈感，來自一種名叫“樂高”的游戲。這種發(fā)源于丹麥的塑料積木游戲，不同形狀和顏色的積木之間，可以通過凹凸接口連接起來。發(fā)揮兒童的想象和創(chuàng)造才能，可以拼裝出各種各樣的造型，因此被稱為“魔術塑料積木”。

而所謂的“標準生物積木”，是一些簡單拼裝好了的，具有特定功能的DNA小片段——也可以看成具備某種性狀的積木單元。

研究歷史

早在20世紀90年代中期，文特爾就開始和同事籌劃如何把生命分解到最基本的單元，然后重新拼裝出新的生命來。所謂的“最小化基因組工程”，就是其最著名的研究計劃之一?？茖W家克萊格·文特爾建立了以自己名字命名的私營研究機構——位于華盛頓郊區(qū)的克萊格·文特爾生物技術研究所。

在此情況下，恩迪和奈特以及雷帝·賴特貝格、格納德·蘇斯曼在2003年共同創(chuàng)立了“國際合成生物學大賽（IGEM）”，用以鼓勵利用生物積木拼裝“智能”的生命系統(tǒng)。

2005年舉行的第一屆合成生物學大賽上，參賽選手利用生物積木創(chuàng)造出了很多令人稱奇的新鮮事物。包括人造血液，一種探測砷的生物傳感器，以及能夠在培養(yǎng)皿中像“有生命的計算機”那樣解開數(shù)學難題的細菌。

2006年，一隊本科生選手利用生物積木為大腸桿菌重新編程，讓它們在生長過程中聞起來像冬青樹，而成熟之后氣味如香蕉。他們把該拼裝成果命名為“香水菌”。

2008年，參賽者多達1000余名，來自2 1個國家。斯洛文尼亞的獲勝團隊利用生物積木重新拼裝，制造出了幽門螺桿菌的疫苗。幽門桿菌是一種寄生在胃部的細菌，它可以引起胃癌，現(xiàn)在還沒有找到適用于人類的此種疫苗。

截至2008年，文特爾和他的同事一起，已經(jīng)“拼接”出了無數(shù)的DNA片段——這是“生物積木”的最初原型。

2009年的盛況更是空前，最后的獲勝者是來自劍橋大學的設計團隊。他們發(fā)明了一種稱為“E.變色桿菌”的東西，這是通過大腸桿菌重新拼裝“生物積木”而得出的新生命體，它可以應激外界環(huán)境的不同毒素，呈現(xiàn)五種不同的色彩來。

原理

生物積木的拼裝誤差和計算機元件的組裝有所不同，前者是活的，具有生物進化的傾向，因此在繁殖的過程，其誤差是不可預測、不可控制。

打造方式

HST研究人員將細胞封裝在具備諸多醫(yī)學應用的聚合物聚乙二醇（PEG）中，打造出“生物積木”。他們采用的是液態(tài)形式、光照下變?yōu)槟z的聚合物，所以當涂敷聚乙二醇的細胞見光時，聚合物固化并將細胞包裹在其中，形成邊長100到500微米的立方體。

一旦細胞形成立方體形式，就可以用模板將其布置成特定形狀，模板由聚合物硅橡膠（PDMS）制成，該材料在多種醫(yī)療設備中均有應用。模板和細胞立方體一起再次涂敷聚乙二醇，隨著聚合物自身牢牢附著在模板表面，它就像膠水一樣將細胞立方體粘和在一起。

應用

由麻省理工學院—哈佛大學健康科學與技術系打造的聚合物立方體的半球。

長久以來，生物組織工程學一直誓言要打造出新器官，以取代壞損肝臟、血管和其他身體部件。然而，如何使得細胞在實驗室培養(yǎng)皿中長成三維形狀而不是平層成為一個主要障礙。麻省理工學院—哈佛大學健康科學與技術系（HST）的研究人員已經(jīng)提出了一個新方法來克服這一挑戰(zhàn)：將活體細胞封裝在立方體內(nèi)然后布置成三維結構，就像孩子用積木搭建房屋那樣。

這項被稱為“微砌體（micromasonry）”的新技術采用一種類似混凝土的凝膠樣物質(zhì)，使得細胞隨著它固化一同成為“磚塊”。這種微細胞磚具備打造人工組織或其他類型醫(yī)療設備的潛力。這項新技術則不需要任何特殊設備，可以在任何一間實驗室復制應用該技術。

用此方法可實現(xiàn)毛細血管功能的管狀組織，或有助于克服人造器官工程最持久的問題之一，即缺乏及時的血液供應。

要使得這些人造組織得以臨床應用，短期內(nèi)的下一步就是要關注不同細胞類型和組織生長的可行性。研究人員現(xiàn)在正在這樣做，而且他們還探索了不同聚合物的應用，用以替代聚乙二醇并對細胞定位提供更多的控制。

擔憂

生物積木所面臨的一個困難是它所固有的生物進化傾向。一個電器部件，一旦設計完成，就可以在工廠中可靠地制造出來；而生物積木需要繁殖，而非制造，這個過程中可能產(chǎn)生一定范圍的誤差。同時，其他研究人員熱衷于同那些更為天然的“部件”打交道，盡管，他們采用不那么傳統(tǒng)的方式來組合這些天然部件。

此外，生物積木開放的形式，一旦落入黑客之手，制造出前所未有的超級細菌，給人類帶來的影響或許是毀滅性的。合成生物學以及其初級形式——轉基因技術，帶給人類的倫理爭議基本相同。