合成生物学五大挑战(3)

挑战二：生物电路测试繁琐费时

即使每个生物零部件的功能都已知晓，但将它们组合在一起后，其功能也许不一定能如预期的那样。与其他可预测性更强的现代工程学科的设计过程相比较，合成生物学家往往不得不埋头于繁琐的试错过程中。

“我们仍像当年发明飞机的莱特兄弟那样，用木头和纸反复实验。”西班牙巴塞罗那基因组调控中心系统生物学家路易斯·塞拉诺说，“用一种东西制造的东西试飞一下，掉下来坠毁了，再用另一种东西试一下，也许飞得稍好一点。”

马萨诸塞州波士顿大学生物工程师吉姆·柯林斯和他的同事们在酵母实验中为了实现一个叫做“拨动开关”的系统，就经历了多次失败。他的团队想让细胞表达一种A基因，然后利用化学信号刺激关闭A基因，转而表达另一种B基因，但细胞一直拒绝表达B基因。柯林斯说，问题是控制这两种基因的启动子不平衡，因此A基因总是压过B基因。他说，他们将用3年时间的反复试验来进行调整。

计算机模拟可以帮助缩短这样的试错过程，2009年，柯林斯和他的同事创建了稍有不同几个版本的两个启动子，每一个版本都各自创建了一个基因定时器，即在一个特定的滞后时间后，系统将启动细胞的基因表达从一种基因转移到另一种基因。他们对定时器进行了测试，然后将结果反馈给计算机模型，预测其他版本基因定时器的表现。使用模型技术，研究人员可以利用计算机来进行优化测试，而不必对每一个版本逐一进行测试。

挑战三：生物系统构建复杂难测

随着生物电路越来越大，构建和检测过程也变得更为艰巨。科林斯的研究团队的抗疟药青蒿素前体物质化合物的研究项目，是合成生物学领域内经常被引用的一个成功例子。据科林斯估计，这一项目平均每年有150人参加，他们的工作包括发现和定义介入反应过程的所有基因，以及开发和完善控制这些基因表达的部件。例如，研究人员必须对之前产生的许多变异形式逐一进行测试，以寻找一种能充分提高产量的变异结构，达到清除有毒中间分子的目的。