如果 J. 克雷格·文特尔 如愿以偿，微生物将成为未来（人类）的食物和燃料制造者。这位负责人之一，负责人类基因组原始序列以及带领团队为您带来首个在人造DNA上运行的活细胞的人，现在希望利用藻类来制造人类所需的一切。 这只需要一点基因组工程。
“无需发明任何新事物。我们只需要以自然界以前从未做过的方式组合[基因]。我们正在加速数十亿年的进化，”文特尔在华盛顿特区新美国基金会10月18日举行的能源会议上表示。“很难想象人类的哪个部分不会受到重大影响。”
文特尔在为期两年的海洋DNA采样巡航之后，将注意力转向了藻类的基因操作。目标是为未来生物学收获构建基块，这种生物学已从碱基A、C、G和T转换为1和0——一种数字生物学。他发现，收集到的数百万个基因大多来自藻类，藻类是地球上较小的生物之一，但已经对地球产生了巨大的影响，提供了我们呼吸的三分之一以上的氧气。
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文特尔希望进一步扩大这种影响。他重新设计的具有光合作用的细胞将吸收二氧化碳和阳光，并喷出可供埃克森美孚炼油厂使用的碳氢化合物（这家石油巨头已向文特尔的公司合成基因组公司提供了迄今为止3亿美元的资金）。在这个过程中，藻类将把一个问题——二氧化碳导致气候变化——转化为一个解决方案——可再生燃料和减缓全球变暖。“试图捕获二氧化碳并将其掩埋是愚蠢的；它将成为未来的可再生原料，”他说。
他的商业企业合成基因组公司现在还与墨西哥投资公司Plenus成立了一家名为Agradis的新公司。鉴于藻类在光合作用和基因实验方面拥有数十亿年的记录，Agradis的目的是将这种基因宝库转化为农业作物的改良，无论是玉米还是油菜籽——以及将藻类用作测试各种新基因组合的模型。孟山都和藻类公司Sapphire Energy之间的类似合作将“利用我们开发的藻类平台来挖掘可以转移到其核心农产品中的基因，”Sapphire公司负责企业事务的副总裁蒂姆·曾克在之前接受 大众科学采访时解释说。“当您在藻类中进行基因筛选时，您会在筛选中获得数亿个性状，这加快了找到可以转移的东西的机会。”
如果这还不够，文特尔看到了合成生物学在作物和牲畜之外的食品领域的作用——特别是全球对肉类日益增长的需求。“生产一公斤牛肉需要10公斤谷物，获得一公斤牛肉需要15升水，而且这些牛会产生大量甲烷，”文特尔观察到，甲烷是另一种强效温室气体。“为什么不摆脱牛呢？” 替代品：通过合成生物学，从微生物在试管中生长的肉类。
您不太可能在近期购买微生物肉类，但同样清楚的是，不应忽视生物学作为未来解决方案的源泉。“现有生物学的问题在于您一次只能改变一到两个基因，”他指出现今的基因工程。“我们正在建造一个每天制造一百万个染色体的机器人，并且能够自我学习。……唯一的限制是我们对生物学的了解。”
大众科学与文特尔谈论了他对藻类和合成生物学的期望。
[以下是采访的编辑稿。]
为什么选择藻类？
纵观不同农作物的产量，与[替代石油]需要做的事情相比，没有一种令人印象深刻。然后您再看看藻类的潜在产量，它比最好的农业系统高出一到两个数量级。如果我们试图制造液体运输燃料来替代美国的所有运输燃料，并且您尝试用玉米来做到这一点，那将需要一个相当于美国大陆三倍大小的设施。如果您尝试用藻类来做到这一点，那将是一个大致相当于马里兰州大小的设施。一个可行，另一个荒谬，但我们没有藻类游说团体。
以前有人尝试过，可以追溯到上个世纪之交。使用藻类尝试做某事并不是一个新概念。但是没有人达到必要的生产水平。每个人都在寻找一种天然存在的藻类，它将成为拯救世界的奇迹细胞，经过一个世纪的寻找，人们仍然没有找到它。我们希望我们有所不同。[基因]工具为我们提供了一种新方法：能够重写遗传密码，让细胞做我们想让它们做的事情。
主要的障碍是什么？
每个试图种植东西的人都面临着相同的挑战。在生长方面，我们在[合成基因组公司]埃克森项目中所做的工作是，我们实际上正在测试生长方面的每项技术。然后是细胞生物学方面，制造方面。如何在数平方英里的设施和数十亿加仑的液态碳氢化合物的规模上进行制造，这些碳氢化合物可以进入埃克森美孚炼油厂？6亿美元资金中的一半将用于主要的工程测试和概念。
仅仅是规模，费用——数十亿美元以上的设施。获得真正强壮的藻类，能够在商业基础上承受真正的工业条件。您不能承受因污染而关闭工厂。大多数藻类种植者必须以相当频繁的速度这样做。
在细胞生物学和菌株开发方面，我们在拉霍亚[加利福尼亚州]有一个大型温室测试设施。我们不声称有即时答案。我们正在谈论一种系统的科学方法，尝试过去的所有技术和具有新转折的新技术。能够有所作为的是工程细胞，即可以产生10到100[倍]产量的细胞。我们拥有的相同基因工程和基因组工程可以使细胞具有抗病毒能力。
我们早期取得的科学突破——吸引了埃克森公司——我们设计了[一种]细胞，将碳氢化合物泵出细胞。藻类是一个农业问题：生长、收获、提取。这是一个正在进行的工作，我们正在努力。
这需要多长时间？
我们对任何事情都没有最终答案。我们正在评估数千种菌株和大量的基因变化。长期的解决方案是从头开始制作整个遗传密码并控制所有参数。对我们来说，这是一个长期计划。这是一个十年计划。我们不承诺在未来18个月内为您的汽车提供新燃料。
那么人们需要多久才能用藻类燃料加油？
建造一个大规模设施来生产数十亿加仑燃料所需的时间；一旦我们知道要建造什么，仅建造设施就需要三到四年。我称之为生物学胡言乱语和炒作的东西在许多生物能源公司中都存在。我看不到它。这些都是巨大的挑战。据我所知，没有人能够获得使其经济的产量——而且，如果它不经济，它就无法竞争。这将是那些具有科学创新和资金雄厚的合作伙伴的人，他们可以预见到进行长期投资以到达某个地方。
您将如何获得营养物质，例如磷和氮，来刺激藻类生长？
除了拥有设施和炼油厂来转化所有这些东西外，我们需要三个主要成分：二氧化碳、阳光和海水。我们正在世界各地寻找拥有主要成分的地点。如果它靠近大型炼油厂，那将有所帮助，因为这限制了运输距离。运输数十亿加仑的碳氢化合物是昂贵的。但是炼油厂也是浓缩二氧化碳的良好来源。
这是整个过程的整合。[合成基因组公司]不打算成为一家燃料公司。您不会看到SGI加油站，我们将其留给埃克森美孚。我们将帮助他们将碳氢化合物的来源转移到从二氧化碳中回收的材料。
水呢？藻类生长需要大量的水。
我们认为我们可以回收我们正在做的很多事情。……用于回收废水的创新技术[例如微生物燃料电池]。水是一个问题，回收水和捕获所有营养物质。如果您必须每英亩添加数吨肥料，那么您实际上并没有解决任何问题。
更大的挑战是什么：人类基因组还是藻类？
细胞和系统中存在500个不同的参数。绝对是藻类是更大的挑战。我花了九个月时间完成了[人类基因组]。这绝对是一个更大的挑战。如果我们成功了，它对世界也有更大的影响。
合成生物学将如何发挥作用？
基因组设计和遗传密码合成起着巨大的作用。我们需要控制所有这些参数。我怀疑是否有任何天然存在的细胞能够以最佳方式组合所有这些。就自然进化而言，它没有任何价值。我们必须通过我们的计划使其发生并以合成方式进行。
合成方面不再是挑战。我们开始使用的细胞是山羊病原体。它有110万个碱基对。一些较简单的藻类甚至还不到这个大小的两倍。我们可以常规地制造兆碱基大小范围内的染色体。合成不再是这个问题的限制步骤。
世界上的生物学知识水平非常有限。即使是那些基因少于500个的支原体细胞，该细胞中仍然有200个功能未知的基因。没有一个生命系统，我们甚至了解细胞中的大多数基因以及它们的所有作用。这是我们最大的挑战：克服目前生物学知识的局限性。
现在我们通过我们的合成细胞知道的是，一旦我们能够设计我们想要的东西，我们就可以构建它。这不是我们五年前知道的事情。没有人制造东西。合成DNA的最大片段是30,000个碱基对。现在我们正在制造这些大型构建体，并且能够利用它们来测试生物学。
请告诉我为期两年的Sorcerer II 巡航，您在那里采样了大量的海洋DNA——如此之大，以至于您得出结论，您发现了科学界已知的95%的基因。
当时我们不知道我们会最终进入藻类业务。事实上，我们只是通过查看遗传密码来了解那里存在什么。我们对地球周围的遗传学和藻类的多样性有着比几乎任何人都更广泛的看法。这就是为什么我们对找到神奇的生物来做一切事情并不那么乐观的原因。 Sorcerer II 发现的50[百万]或6000万个基因是未来的设计组件。
为什么要这样做？动机是什么？
我们都生活在同一个星球上。糟糕的陈词滥调是：我们都在同一条救生艇上。如果有人拿起电钻在船底钻一个洞，我们都会完蛋。大气变化以及我们在地球上拥有的资源变化，来自耗尽我们的资源并从地下取出碳，无论某人的政治立场如何，都是不能长期持续下去的事情。即使那些不够聪明到了解科学及其含义的人也足够聪明到知道世界正在转向某种碳税。石油和煤炭行业迟早会别无选择。具有前瞻性的公司正试图现在就真正抢占先机。这些解决方案都不是您随便拿起一本书就能找到解决方案的东西。这是长期研究。
政府在推动可持续解决方案方面应该扮演什么角色？
它应该努力变得更聪明，这或许对政府要求过高了。如果我们成功了，其他人也成功地生产出替代碳氢化合物燃料的来源，最终我们可能会改变石油的供应和需求。这样做的后果将是我们不断降低我们主要竞争对手的价格。政府将在这项工作中发挥关键作用。如果政府不不断提高碳的价格，随着基于二氧化碳的燃料的出现，这将像吉米·卡特时代一样，各种各样的事情都开始了，但油价再次暴跌。
过去，科学家们花费了大量时间试图让藻类生产石油或解决其他问题，最著名的是国家可再生能源实验室[pdf]。但是政府在1990年代关闭了该计划，结论是由于生长系统的费用、营养需求和其他障碍，藻类将无法与石油竞争。鉴于藻类令人沮丧的过去，是什么让您对成功充满信心？
这就像对食砷细菌的说法一样：提出非凡主张的人有义务提供非凡的证据来证明他们的主张是真实的。我喜欢通过拥有数据来赢得辩论。目前，在这些领域中，没有人拥有数据。我们有一些新工具来解决这些相同的问题。藻类的历史很糟糕。也不能保证我们一定会成功。