撰文 《環(huán)球科學(xué)》記者 丁家琦

“國(guó)內(nèi)合成生物學(xué)的路，一開(kāi)始就走偏了?！?/p>

“很多大學(xué)的生物系不是在做education，而是在做de-education。”

“用現(xiàn)在的方式培養(yǎng)出來(lái)的生物學(xué)家來(lái)推動(dòng)21世紀(jì)的科技革命，那差得太遠(yuǎn)?！?/p>

北京大學(xué)教授、中科院院士歐陽(yáng)頎以直率、敢說(shuō)著稱，但他的這些犀利評(píng)論，不能說(shuō)不是反映了國(guó)內(nèi)該領(lǐng)域科研和教學(xué)的一些現(xiàn)狀。出身清華大學(xué)化學(xué)系，現(xiàn)在北京大學(xué)物理學(xué)院做生物學(xué)相關(guān)研究的他，在系統(tǒng)生物學(xué)與合成生物學(xué)研究方面都走在中國(guó)乃至世界前列。

近期，他受“未來(lái)論壇”之邀，在中國(guó)科學(xué)技術(shù)館做了一場(chǎng)題為《科學(xué)、科學(xué)家和科學(xué)前沿》的主題演講，講座結(jié)束后，《環(huán)球科學(xué)》就合成生物學(xué)研究、科研和教育等方面的問(wèn)題，對(duì)他進(jìn)行了專訪。

歐陽(yáng)頎院士在講座上。圖片來(lái)源：未來(lái)論壇

《環(huán)球科學(xué)》：我們一直非注合成生物學(xué)的發(fā)展，在近十年來(lái)該領(lǐng)域也取得了非常多的進(jìn)展，像人造生命、合成酵母染色體等，這些都是很重要的成果。但是，從公眾層面來(lái)講，很多人對(duì)這門學(xué)科了解還不夠，能不能首先介紹一下合成生物學(xué)及其要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)？

歐陽(yáng)頎：合成生物學(xué)大概是在2000年左右出現(xiàn)的。合成生物學(xué)主要的觀點(diǎn)是什么呢？就是我們可以用理性設(shè)計(jì)的方法來(lái)創(chuàng)造或者改造生命體，以為人類服務(wù)。在當(dāng)時(shí)的情況下，合成生物學(xué)有三個(gè)主要發(fā)展方向：

一個(gè)方面是基因合成，比如美國(guó)科學(xué)家文特爾（J.Graig Venter）合成了病毒、合成支原體的基因組，現(xiàn)在中國(guó)也參與合成了酵母菌的染色體。今年又有一些科學(xué)家開(kāi)會(huì)說(shuō)要合成人類基因組，這引起了很大的恐慌，后來(lái)科學(xué)家解釋說(shuō)不是合成人類基因組，而是研究人類基因組。實(shí)際上，我們合成基因組，摸索出合成基因組的最佳方法，并了解合成條件和成本，實(shí)際上也是在為以后的合成生物學(xué)做準(zhǔn)備。這是合成生物學(xué)的一支。

“科學(xué)狂人”文特爾。圖片來(lái)源：www.handsthatshape.com

另外一支就是以凱斯林（Jay D. Keasling）為代表的，對(duì)生物的代謝系統(tǒng)做改造，讓生物產(chǎn)出原來(lái)不產(chǎn)的東西，這方面的比較典型的工作有兩個(gè)。一個(gè)是凱斯林的代表作——合成青蒿素前體。青蒿是一種植物，之前為了得到青蒿素，我們必須種青蒿，然后提取，屠呦呦因此獲得諾貝爾獎(jiǎng)。凱斯林所做的，就是用細(xì)菌去大量生產(chǎn)青蒿素前體。他一直在做這個(gè)，自稱花了2000個(gè)“博士后年”才把這個(gè)東西做出來(lái)，最終真的能用酵母菌產(chǎn)生青蒿素前體了，這是一個(gè)很大的突破。最近一個(gè)是有位叫斯莫爾克（Christina Smolke）的研究人員用酵母菌生產(chǎn)可卡因，她這個(gè)研究也是在對(duì)生物的代謝系統(tǒng)做改造。

第三條路，就是從理性設(shè)計(jì)的角度出發(fā)來(lái)重新搭建生物，即用可預(yù)測(cè)的方法來(lái)從下到上地構(gòu)建一種生物。類比到電子工業(yè)，電子工業(yè)的基礎(chǔ)元件是三極管，在三極管的基礎(chǔ)上搭建邏輯門，在邏輯門的基礎(chǔ)上再來(lái)搭建模塊，在模塊的基礎(chǔ)上再發(fā)展計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等等。那么，生物學(xué)上有一部分人就想用電子工程的設(shè)計(jì)理念來(lái)搭建模塊，這是我主要從事的工作。目前的情況，可以基本上說(shuō)有些元器件可以做到定量運(yùn)算了，對(duì)于簡(jiǎn)單的邏輯門，我也可以做到定量運(yùn)算，但再往上就不行了，這是目前的程度。國(guó)際上現(xiàn)在也是這個(gè)程度，可以說(shuō)在這方面，我們和國(guó)際上處于同一水平。

《環(huán)球科學(xué)》：如果拿一天24小時(shí)作類比的話，24時(shí)表示學(xué)科已經(jīng)發(fā)展得比較完全了，那么合成生物學(xué)現(xiàn)在的發(fā)展程度相當(dāng)于什么時(shí)刻？

歐陽(yáng)頎：凌晨四五點(diǎn)鐘吧。就是說(shuō)，我們還沒(méi)有掌握合成生物學(xué)所需的基本方法，對(duì)這門科學(xué)的內(nèi)在規(guī)律的掌握還不是很完善，但是我們已經(jīng)積累了經(jīng)驗(yàn)。在原核細(xì)胞中，在今后10到20年內(nèi)可能會(huì)實(shí)現(xiàn)定量操作，也就是說(shuō)，設(shè)計(jì)和生產(chǎn)能夠?qū)崿F(xiàn)分家。

《環(huán)球科學(xué)》：現(xiàn)階段合成生物學(xué)的發(fā)展存在瓶頸嗎？瓶頸是什么？

歐陽(yáng)頎：瓶頸在系統(tǒng)生物學(xué)上。怎樣定量預(yù)測(cè)一個(gè)像細(xì)胞一樣的復(fù)雜系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，這個(gè)我們做不到。這不是合成生物學(xué)的任務(wù)，是系統(tǒng)生物學(xué)的任務(wù)。系統(tǒng)生物學(xué)做的主要是科學(xué)上的事情，主要關(guān)注生命體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律是什么；合成生物學(xué)的主要任務(wù)是我怎樣用這些規(guī)律來(lái)設(shè)計(jì)一個(gè)生命體或者改造一個(gè)生命體，來(lái)完成我們希望它完成的任務(wù)，主要是工程方面的。

《環(huán)球科學(xué)》：上述工作大多是其他國(guó)家的科學(xué)家做的，那么國(guó)內(nèi)的合成生物學(xué)有何進(jìn)展呢？

歐陽(yáng)頎：國(guó)內(nèi)合成生物學(xué)是從七八年前開(kāi)始的，可能還要更早些。雖然開(kāi)始的時(shí)間和國(guó)際上相差無(wú)幾，但是一開(kāi)始這條路就走偏了。

為什么呢？因?yàn)橐郧皼](méi)有多少人在做合成生物學(xué)，更沒(méi)有多少人知道合成生物學(xué)的精髓是什么。對(duì)于合成生物學(xué)的先導(dǎo)項(xiàng)目，國(guó)家給了一大筆錢，一部分給了做結(jié)構(gòu)的，另外1/3到2/3給了做代謝工程的。給了這些領(lǐng)域的科學(xué)家之后，他們基本還是用傳統(tǒng)的方法來(lái)改造細(xì)胞，很少有合成生物學(xué)的意思。所以，雖然現(xiàn)在國(guó)內(nèi)的合成生物學(xué)看起來(lái)有了很多成果，但很多都只是酶工程、代謝工程、微生物工程方面的工作，這只是一條路，也就是凱斯林走的那條路，但是凱斯林也提倡理性設(shè)計(jì)。所以我認(rèn)為合成生物學(xué)的路在中國(guó)從一開(kāi)始就走偏了，合成生物學(xué)基礎(chǔ)研究明顯不足，我實(shí)際上一直在糾偏。

那么合成生物學(xué)在中國(guó)是什么狀況呢？從我剛才講的可以看出，我們與世界頂尖水平的距離還有擴(kuò)大的趨勢(shì)。

《環(huán)球科學(xué)》：是因?yàn)槁纷咂怂圆罹嘣絹?lái)越大？

歐陽(yáng)頎：至少有一部分不理解合成生物學(xué)的人占了合成生物學(xué)的資源，所以我對(duì)中國(guó)的合成生物學(xué)是擔(dān)憂的。

《環(huán)球科學(xué)》：在中國(guó)，真正在做合成生物學(xué)的有哪些團(tuán)隊(duì)呢？

歐陽(yáng)頎：我的團(tuán)隊(duì)算一個(gè)，我是研究基本問(wèn)題的（我也不需要多少錢，不給我合成生物學(xué)的錢我也可以做）。另一個(gè)是趙國(guó)屏院士，他是真正做了一些事情。我認(rèn)為他做的最值得稱道的事情是做了一個(gè)信息平臺(tái)，可以把世界前沿的合成生物學(xué)資源及時(shí)介紹到中國(guó)來(lái)。另外，他還想建立一個(gè)合成生物學(xué)的元件庫(kù)，但還不是十分成功，當(dāng)然，他自己也做了很多基礎(chǔ)的東西。還有鄧子新院士，他在代謝系統(tǒng)基因模塊化方面有獨(dú)到的工作。

清華大學(xué)的陳國(guó)強(qiáng)也在用合成生物學(xué)的理念來(lái)改良他的細(xì)胞。他主要是用細(xì)菌來(lái)生產(chǎn)一種工程塑料前體，這是一種很重要的材料。外界的評(píng)論也認(rèn)為，陳國(guó)強(qiáng)做的研究最像合成生物學(xué)。另外就是中國(guó)科學(xué)院微生物研究所的婁春波，他是我的學(xué)生，他在研究一些基礎(chǔ)問(wèn)題的同時(shí)，也關(guān)心合成生物學(xué)成果的轉(zhuǎn)化。

《環(huán)球科學(xué)》：在合成生物學(xué)領(lǐng)域，iGEM大賽有著廣泛影響力（大賽全稱是“國(guó)際遺傳工程機(jī)器設(shè)計(jì)大賽”，主要面向全球的大學(xué)本科生，旨在培養(yǎng)合成生物學(xué)人才，并促進(jìn)交流與合作），國(guó)內(nèi)有很多高校隊(duì)伍參加，并且取得了非常好的成績(jī)，因此走上合成生物學(xué)的道路的優(yōu)秀學(xué)生多嗎？

2015年iGEM北京大學(xué)團(tuán)隊(duì)，歐陽(yáng)頎、婁春波、張浩千任指導(dǎo)教師。圖片來(lái)源：2015.igem.org

歐陽(yáng)頎：我從2007年就開(kāi)始帶北大的iGEM隊(duì)伍。婁春波就是2007年iGEM隊(duì)伍的隊(duì)員，他現(xiàn)在在中國(guó)科學(xué)院微生物研究所的主要研究方向就是合成生物學(xué)，而且做得非常好，這是一個(gè)例子。還有一個(gè)例子也是我的學(xué)生（張浩千），他今年年底博士畢業(yè)，2009年參加了一屆，2010年作為領(lǐng)隊(duì)又參加了一屆。婁春波那屆是得了世界第一的大獎(jiǎng)，2010年那次北大學(xué)生是得了第二名，比第一名只差一票。張浩千現(xiàn)在已經(jīng)建立了一個(gè)合成生物學(xué)的公司了，而且他現(xiàn)在開(kāi)始盈利了，這些都是做合成生物學(xué)的。

當(dāng)然，不是說(shuō)所有參加iGEM的同學(xué)都從事合成生物學(xué)，但是確實(shí)有做得好的，在研究和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)領(lǐng)域做得比較好。

《環(huán)球科學(xué)》：那么如果我們可以留住這些優(yōu)秀的年輕科學(xué)家的話，我們能不能縮小差距？

歐陽(yáng)頎：這個(gè)我就不太清楚了?？峙虏皇且淮说氖聝海F(xiàn)在的話，剛才那兩個(gè)就是例子。

《環(huán)球科學(xué)》：我們來(lái)聊一聊你的故事吧。你出身化學(xué)系，然后學(xué)習(xí)生物學(xué)，后來(lái)加盟物理學(xué)院，這樣多樣化的背景是怎么形成的？

歐陽(yáng)頎：興趣！就是你對(duì)某一個(gè)方面的問(wèn)題感興趣，這個(gè)問(wèn)題可以從化學(xué)、物理、生物學(xué)角度去探索，從哪個(gè)方面去探索更好就去哪里。從化學(xué)層面到物理層面簡(jiǎn)化后，你發(fā)現(xiàn)還有復(fù)雜的東西，就到生命科學(xué)方向去探索。

《環(huán)球科學(xué)》：所以是你對(duì)交叉學(xué)科的問(wèn)題感興趣，還是你感興趣的問(wèn)題使你選擇了交叉學(xué)科？

歐陽(yáng)頎：我覺(jué)得任何一個(gè)真正的問(wèn)題都不只是一個(gè)學(xué)科的問(wèn)題。就是說(shuō)一個(gè)問(wèn)題，我們可以從各個(gè)層面去研究它。你可以從物理的角度去研究它，比如從基本的原理出發(fā)怎樣做出經(jīng)典物理模型；你可以從化學(xué)的角度出發(fā)，從化學(xué)熱力學(xué)、化學(xué)動(dòng)力學(xué)的角度去探究；你也可以從生物的角度來(lái)研究。哪個(gè)角度的研究方便，你就到哪個(gè)方面去，這是問(wèn)題驅(qū)動(dòng)的。

《環(huán)球科學(xué)》：在北大物理學(xué)院，有非常優(yōu)秀的本科生（比如年級(jí)第一）找你當(dāng)導(dǎo)師，做本科生科研。你認(rèn)為能做好科研的學(xué)生應(yīng)該具備哪些素質(zhì)呢？

歐陽(yáng)頎：其實(shí)還是我所說(shuō)的，要有好奇心。好奇心就是他覺(jué)得這個(gè)東西好玩兒，就是玩兒心。一個(gè)好的科學(xué)家就是能把做科研看成玩兒。別人打游戲的時(shí)候覺(jué)得好玩，我覺(jué)得做科研也很好玩。這是最重要的，他對(duì)這個(gè)感興趣就去做。

另一方面，是必須要有一定的基礎(chǔ)科學(xué)知識(shí)，這個(gè)基礎(chǔ)實(shí)際上高中是不具備的，高中的教育實(shí)際上是扼殺這種基礎(chǔ)的。我說(shuō)的基礎(chǔ)知識(shí)不是說(shuō)我學(xué)的是物理，我只了解物理，還是需要有一個(gè)比較全面的素質(zhì)。可以說(shuō)，做任何的科研工作都不是說(shuō)我應(yīng)用自身的專業(yè)知識(shí)就夠了，你的知識(shí)結(jié)構(gòu)里面對(duì)任何知識(shí)都應(yīng)該有一點(diǎn)兒，大部分都需要學(xué)習(xí)。如果你的知識(shí)面比較廣泛的話，你要學(xué)的東西可能就稍微少一點(diǎn)，上手稍微快一點(diǎn)。我?guī)П究粕臅r(shí)候好的學(xué)生都有這個(gè)特質(zhì)。

第三個(gè)是他的學(xué)習(xí)不能太差，在學(xué)校里面被分?jǐn)?shù)壓得喘不過(guò)氣，那也不行。

《環(huán)球科學(xué)》：那么科研所需要的素質(zhì)可不可以訓(xùn)練出來(lái)？需要一些什么樣的訓(xùn)練呢？

歐陽(yáng)頎：訓(xùn)練越早越好。中國(guó)就是到大學(xué)才開(kāi)始訓(xùn)練，可能有點(diǎn)太晚了。當(dāng)然，我也做過(guò)一些訓(xùn)練，主要是啟發(fā)學(xué)生自己思考。比如說(shuō)，本科生到我這里來(lái)，我不告訴他們做什么，我問(wèn)他們自己想做什么，給一個(gè)很大的方向，讓他們自己想題目，這樣來(lái)調(diào)動(dòng)他們自己，他們總會(huì)做一個(gè)自己感興趣的東西，啟發(fā)自己的想法。

研究生的話不太一樣，因?yàn)槲铱傄屗麄儙臀彝瓿梢恍┛蒲腥蝿?wù)，但我還是給他們最大限度的自由度，讓他們自己愿意干什么就干什么。這是一個(gè)興趣上的訓(xùn)練，就是別到博士畢業(yè)后還不知道怎么做科研。做科研最重要的就是要找前沿方向，要建立興趣。我每周會(huì)開(kāi)一個(gè)討論會(huì)，每個(gè)人討論的題目絕對(duì)不能是自己熟悉的東西，一定得是跟我們科研無(wú)關(guān)的東西。

我每周找一名本科生或者研究生，對(duì)一個(gè)科學(xué)前沿，一篇Nature文章或者幾篇文章做一個(gè)綜述，方向基本和我現(xiàn)在研究的東西無(wú)關(guān)。這么兩點(diǎn)訓(xùn)練，一個(gè)是怎么組織思路，就是訓(xùn)練怎樣看懂一篇文章，并把這篇文章講出來(lái)，另一方面這樣還能拓寬學(xué)生的眼界，看到外面還有別的東西，說(shuō)不定和我們的東西就有連線。

《環(huán)球科學(xué)》：到現(xiàn)在為止，有連線的例子出現(xiàn)過(guò)嗎？

歐陽(yáng)頎：現(xiàn)在還沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)。就是打一個(gè)基礎(chǔ)，這就是我現(xiàn)在大概的想法。以后也希望研究生能這樣，他想干啥干啥；現(xiàn)在不行，現(xiàn)在的研究生還得讓他完成任務(wù)。以后我們可能會(huì)把完成任務(wù)的工作交給博士后，對(duì)研究生以教育為主而不是科研勞動(dòng)力為主，這以后慢慢會(huì)改變的。

《環(huán)球科學(xué)》：你似乎說(shuō)過(guò)這樣一句話，21世紀(jì)是生命科學(xué)的世紀(jì)，但是不能進(jìn)生物系。為什么有這樣的觀點(diǎn)呢？

歐陽(yáng)頎：觀點(diǎn)分幾個(gè)層面。首先，大學(xué)生物系的教育需要做深刻的改革，我有一個(gè)論斷：很多大學(xué)的生物系不是在做education（教育），而是在做de-education（“去教育”）。

為什么這么說(shuō)呢？你從生物系學(xué)生入校的精神狀態(tài)和畢業(yè)的精神狀態(tài)就知道了。這完全是de-education，生物系的課程設(shè)計(jì)幾乎全是背，但實(shí)際上你背得再多，等你畢業(yè)的時(shí)候全忘光了。所以生物系培養(yǎng)出來(lái)的人不可能在系統(tǒng)、定量這些問(wèn)題上對(duì)生物有巨大貢獻(xiàn)。

此外，生物學(xué)需要把一些科學(xué)上的東西工程化、規(guī)?；Ｊ裁唇泄こ袒?？就是你的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)應(yīng)該要能分開(kāi)，其標(biāo)志，就是你的理論能夠定量地預(yù)測(cè)你所設(shè)計(jì)的東西的行為，什么樣的input就一定有什么樣的output。你的預(yù)測(cè)能力越高，設(shè)計(jì)能力越強(qiáng)，就越可以放心地把設(shè)計(jì)藍(lán)圖放到生產(chǎn)車間，按這個(gè)計(jì)劃生產(chǎn)一定沒(méi)有問(wèn)題。現(xiàn)在的生物根本就沒(méi)有定量運(yùn)算，怎么做預(yù)測(cè)？所以想用現(xiàn)在的方式培養(yǎng)出來(lái)的生物學(xué)家來(lái)推動(dòng)21世紀(jì)的科技革命，那差得太遠(yuǎn)。

《環(huán)球科學(xué)》：所以需要跨學(xué)科的知識(shí)背景嗎？

歐陽(yáng)頎：主要是因?yàn)樯飳W(xué)不行，所以需要其他學(xué)科。如果想建立生物世紀(jì)的話，你必須把定量科學(xué)拉入到生物學(xué)中。不光是國(guó)內(nèi)，國(guó)外生物學(xué)的主流都不知道什么叫定量科學(xué)。現(xiàn)在的生物學(xué)缺乏定量的概念。目前生物學(xué)在簡(jiǎn)單的功能程度上大概可以實(shí)現(xiàn)定量化，比如適應(yīng)性（adaptability）。搞清楚了功能以后，我們相應(yīng)地就可以自己設(shè)計(jì)相關(guān)的功能，以達(dá)到特定的目的，但一旦涉及到多個(gè)功能結(jié)合在一起時(shí)，我們就不清楚了，我們還沒(méi)能掌握它們互相耦合的規(guī)律。就像我剛剛說(shuō)的，剛到凌晨四五點(diǎn)的階段。

《環(huán)球科學(xué)》：現(xiàn)在公眾對(duì)轉(zhuǎn)基因問(wèn)題偏見(jiàn)很深，可能合成生物學(xué)比傳統(tǒng)的生物學(xué)更激進(jìn)一些，未來(lái)合成生物學(xué)會(huì)不會(huì)引起更多爭(zhēng)議呢？

歐陽(yáng)頎：這個(gè)好像不太容易回答?，F(xiàn)在已經(jīng)有不少爭(zhēng)議了。比如前幾年哈爾濱獸醫(yī)研究所在Science上發(fā)了一篇文章，把兩種病毒雜交起來(lái)，得到了一個(gè)感染率極強(qiáng)、致死率極高、通過(guò)空氣傳播的病毒。這個(gè)工作被壓了半年不讓發(fā)表，最后還是發(fā)表了。

《環(huán)球科學(xué)》：你認(rèn)為這樣的研究是不應(yīng)該做的？

歐陽(yáng)頎：他們說(shuō)這是為了研究病毒雜交的規(guī)律，但是可能再過(guò)五十年，一個(gè)高中生在自己的廚房里就能做。那就不得了！我想看看我們的病毒多厲害，就像現(xiàn)在計(jì)算機(jī)病毒會(huì)在網(wǎng)上傳播一樣，我把病毒放到地鐵里，看看它傳播多厲害、殺死多少人?，F(xiàn)在沒(méi)有一個(gè)權(quán)威機(jī)構(gòu)說(shuō)哪些事不許干，哪些事可以干，全世界都沒(méi)有，都是靠道德來(lái)約束，這是不行的。我們中國(guó)因?yàn)檗D(zhuǎn)基因問(wèn)題專門成立了一個(gè)“農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物安全委員會(huì)”，所有的轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品必須經(jīng)過(guò)安全委員會(huì)的批準(zhǔn)才能商業(yè)化，我覺(jué)得這還挺好。

《環(huán)球科學(xué)》：說(shuō)到轉(zhuǎn)基因，你怎么看轉(zhuǎn)基因技術(shù)遇到的困境？

歐陽(yáng)頎：轉(zhuǎn)基因作物吃起來(lái)和普通的作物并沒(méi)有什么區(qū)別，這是非常簡(jiǎn)單的事情，吃到肚子里的東西都被消化了，你讓他們看看細(xì)胞生物學(xué)都明白了。但反對(duì)轉(zhuǎn)基因的很多人就一直鼓吹陰謀論。我看到有文章講，清朝才引進(jìn)火車的時(shí)候，當(dāng)時(shí)人們都認(rèn)為是怪物，到哪里都撬鐵軌，破壞火車，說(shuō)是斷了大清的龍脈。你說(shuō)沒(méi)有龍脈，他就讓你證明怎么沒(méi)龍脈，說(shuō)到底就是愚昧！他跟你不在一個(gè)思維水平上，是沒(méi)辦法交流的。

這種現(xiàn)象，當(dāng)然可以通過(guò)教育來(lái)慢慢改善，但是如果因?yàn)檫@個(gè)而讓中國(guó)在種子上長(zhǎng)期依賴于國(guó)外，每年花那么多錢，我們自己能做的事情我們不敢做，那這又是政策層面上的事情了，需要國(guó)家出面。