本文发表于《大众科学》的前博客网络，仅反映作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点
据《纽约时报》报道，合成生物学正在凭空创造 DNA。最近一篇关于合成生物学和消费品的文章将 DNA 合成描述为一个过程，其中“DNA 在计算机上创建并插入到生物体中”。计算机非常酷，在合成生物学实验室中非常有用，但这不仅仅是计算机就能将装满 A、T、C 和 G 的文本文件变成 DNA 的。
我不想仅仅挑剔科学记者，因为对计算机和其他“未来”设备的过度类比在合成生物学中比比皆是，用比特和电路的语言掩盖了生物工程的现实。2010 年，克雷格·文特尔宣布，他的研究小组已经对一种小型细菌的基因组进行了测序和重新合成，创造了他所谓的“地球上第一个父母是计算机的自我复制物种”。后来，文特尔宣布 DNA 合成就像“3D 打印”生物体，他们正在研究一台“传真机”来复制火星上的生命。
这些类比使得生物体和 DNA 序列文件之间的翻转看起来像点击“打印”一样简单。有时它实际上就是这样描述的——在Grist网站上，纳撒尼尔·约翰逊说，合成生物学就是从零开始创造基因：“你输入你想要的 DNA，打印出来，然后将其剪接到酵母中”。实际上，对于普通实验室工作人员来说，从合成公司订购定制 DNA 序列已成为一项例行任务：我们在在线表格中输入序列，几天后就会收到邮件中的 DNA。但是，我们如何弄清楚要输入什么 DNA，以及在点击“立即订购”和收到邮件中的 DNA 之间发生了什么？DNA 来自哪里？
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— Patrick Boyle (@p_maverick_b) 2014 年 4 月 1 日如果您希望“从零开始”制造 DNA 序列，您可能无法让您的蛋白质折叠。实际上，很少有属于合成生物学范畴的研究人员真正致力于完全“从零开始”设计基因，或者像科学家所说的那样，“从头”——而不是基于在其他生物体中发现的任何现有基因。对于一个 100 个氨基酸的肽，可能的序列比可观测宇宙中的原子还要多。在这些可能的序列中，只有极小一部分能够折叠成三维蛋白质形状，而在这些序列中，只有极小一部分具有生物学功能。在过去的二十年中，该领域已经使用计算方法预测小规模蛋白质折叠和组合化学来选择具有任何功能的肽，从而确定了“几个”从头序列。
大多数合成生物学家并非以这种方式设计基因序列；该领域建立在这样一个理念之上，即我们不应该完全从零开始构建新的基因工程项目。相反，合成生物学家希望在文库中现有基因之间建立新的联系，这些基因已被其他生物学家和工程师测序和表征。合成生物学家混合和匹配来自不同生物体的基因，或改变基因的某些部分以改变蛋白质的表达方式或它们在活细胞中的功能。这种 DNA 序列的混合和匹配可以使用“传统”的基因工程工具（使用酶切割和粘贴 DNA）来构建，或者外包给合成公司，该公司将使用化学方法来创建 DNA 分子。
如果您希望从零开始制造 DNA 分子，您必须首先创造一些原子。DNA 是一种有机化学分子，由碳、氢、氮、氧和磷原子组成。与在活细胞内部制造的许多其他有机分子一样，DNA 也可以使用有机化学工具在试管中合成。在大多数对 DNA 合成技术的描述中，我们听到 DNA 序列可以通过简单地将 A、T、C 和 G——构成扭曲的 DNA 梯子阶梯的“碱基”——加在一起制成。但是这些碱基来自哪里？制造 DNA 的供应链是什么？
自动化DNA 化学合成从 DNA 碱基开始，这些碱基经过化学修饰以保护分子的高度反应性部分，使其免于相互结合并产生不必要的副产物。这些碱基及其保护基团均由其他分子的组合构成，每个分子都有自己的一系列化学反应、原料和供应链经济学。例如，腺嘌呤（“A”）和鸟嘌呤（“G”）的“碱基”部分是嘌呤环，它是通过在 160-200 摄氏度下加热甲酰胺化学合成的。甲酰胺是通过一氧化碳和氨的反应生产的。氨是通过将空气中的氮气加热到高温高压并与氢气混合生产的，氢气是通过燃烧天然气产生的，天然气是通过高压液体压裂岩石从地下储层中提取出来的。
在合成生物学中，DNA 作为化学物质的物理现实类似于构成计算机芯片的晶体管，其原始碱基序列是“汇编代码”。这些是大多数程序员在设计软件时不必考虑的层次，就像大多数合成生物学家在设计代谢途径时不必一定考虑 DNA 是如何制造出来的一样。但是，工程层次结构中的这种抽象并不意味着较低的层次不重要或以某种方式自行发生，当然也不是“从零开始”。
关于正在《纽约时报》和Grist的版面上进行的关于不断发展的合成生物学产业的辩论与了解我们消费品中的化学物质来自哪里、谁制造它们以及如何制造它们有关。这些文章开始为更广泛的公众阐明合成生物学的过程如何成为极其复杂的全球化学品供应链的一部分。当我们揭示合成生物学在工业中日益增长的作用时，让我们不要用掩盖合成生物学本身是如何制造出来的语言来定义该领域。