生物積木

生物積木（BioBricks），也稱為“生物零件”，這個概念最早由美國麻省理工學院人工智慧實驗室湯姆·奈特教授提出的。標準生物積木就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。

基本介紹

• 中文名：生物積木
• 外文名：BioBricks
• 別名：生物零件
• 提出者：湯姆·奈特

研究歷史

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，然後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畫之一。科學家克萊格·文特爾建立了以自己名字命名的私營研究機構——位於華盛頓郊區的克萊格·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“智慧型”的生命系統。

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，一種探測砷的生物感測器，以及能夠在培養皿中像“有生命的計算機”那樣解開數學難題的細菌。

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，而成熟之後氣味如香蕉。他們把該拼裝成果命名為“香水菌”。

2008年，參賽者多達1000餘名，來自2 1個國家。斯洛維尼亞的獲勝團隊利用生物積木重新拼裝，製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，現在還沒有找到適用於人類的此種疫苗。

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

2009年的盛況更是空前，最後的獲勝者是來自劍橋大學的設計團隊。他們發明了一種稱為“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，它可以應激外界環境的不同毒素，呈現五種不同的色彩來。

打造方式

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。

HST研究人員將細胞封裝在具備諸多醫學套用的聚合物聚乙二醇（PEG）中，打造出“生物積木”。他們採用的是液態形式、光照下變為凝膠的聚合物，所以當塗敷聚乙二醇的細胞見光時，聚合物固化並將細胞包裹在其中，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，模板由聚合物矽橡膠（PDMS）製成，該材料在多種醫療設備中均有套用。模板和細胞立方體一起再次塗敷聚乙二醇，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。

套用範圍

搭建人工器官構架

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。

2010年5月15日，據麻省理工學院新聞報導，生物組織工程師們創造出一種組裝人造組織的新方法：利用‘生物積木’——細胞磚塊進行堆砌，搭建人工器官構架。

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）的研究人員已經提出了一個新方法來克服這一挑戰：將活體細胞封裝在立方體內然後布置成三維結構，就像孩子用積木搭建房屋那樣。

這項被稱為“微砌體（micromasonry）”的新技術採用一種類似混凝土的凝膠樣物質，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複製套用該技術。

用此方法可實現毛細血管功能的管狀組織，或有助於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。

其他

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

外界爭議

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製造出來；而生物積木需要繁殖，而非製造，這個過程中可能產生一定範圍的誤差。同時，其他研究人員熱衷於同那些更為天然的“部件”打交道，儘管，他們採用不那么傳統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，製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。