本文是北京蓝晶微生物U技有限公司创始人兼 CEO 李腾参加DeepTech 旗下青年U学家剧场式演讲栏目演绎inSiteW三期节目“是时候重新认识微生物?jin)”演讲文字稿?/span>
李腾Q清华大学合成生物学与生物材料博士，Bluepha蓝晶微生物联合创始h、CEO
大家好，我是李腾Q今天想跟大家聊聊微生物Q给各位讲一个微生物拯救生命Q或者说是拯救地球的故事?/span>
U石炭U：(x)参天大树(wi)与巨大昆虫的时代
我们知道Q地球至今已?6 亿年的历Ԍ如果要你I越回去Q你?x)去向哪个时期？大家可以?gu)展开无尽惌Q恐龙时代、中生代、侏|纪、白垩纪……各U各栗但是有一个时代，我徏议大家尽量避免，因ؓ(f)那可能是整个地球历史上最恐怖的时期——距?3 亿年左右的石炭纪?/span>
之所以说它恐怖，是因为石炭纪有个别称Q叫做“巨虫的时代”?/span>
q个时代?3 c长的蜈蚣、翼?1 c的蜻蜓、巨型的蟑螂、还有巨型的苍蝇Q现在空气中的氧气约?21 %Q而石炭纪则是?35 %左右Q最高的时候更是达C(jin) 40 %以上?/span>
囄来源QBBC《Walking with Monsters?/span>
Z么那个时候地球氧气含量那么高呢？
因ؓ(f)在石炭纪的早期，植物q来?jin)极大发展，地球上所有生物都开始进化，植物的进化让植物变得非常J盛Q那个时候地?99 %是被植被覆盖的大陆，植物的光合作用o(h)它们一M停地吸收二氧化碳q放氧气，所以空气中的氧气含量非常的高?/span>
那时植物疯狂发展q有一个特别重要的原因Q是因ؓ(f)q化Z(jin)高等乔木Q植物之间也开始竞争，也就是在那个时候自然界q化Z(jin)“参天大?wi)”的状态，之以能够如此高耸入云，是因为植物们q化Z(jin)新的l构叫做“木质素”，一U结合强度非帔R的聚合物Q将有机质以一U极其致密的方式l合之后Q植物就可以源源不断地向上生长；但问题(sh)接踵而至Q木质素l构异常致密Q这意味着没有M生物可以吃它、消化它Q导致植物死掉之后根本无法腐烂，一直沉U直到变成了(jin)q_厚度 30 c_的煤炭层Q这导致了(jin)煤炭易燃Q再加上I气中的氧含量?30%?40%Q这个时候是非常Ҏ(gu)着火的?/span>
?| 史前巨型节胸蜈蚣在《Prehistoric Park》中的造型Q图片来源：(x)BBC《Prehistoric Park》）(j)
q就是ؓ(f)什么这个时候叫做石炭纪Q因时地球上几乎全都是煤炭。现在h们用的煤炭很大一部分都来自于石炭U，如今大家总说“家里有矎(k)，但如果穿回石炭U，那就不是安有矿Q而是全世界都有矿Q你可能整个家族都徏在矿上?/span>
所以，在石炭纪的末期，地球q来?jin)一ơ生物大灭绝Q据说那场火烧了(jin) 30 q_(d)因ؓ(f)燃烧旉攑֤量有x(chng)体，所以媄(jing)响了(jin)整个地球的生态环境长辑և千年之久。碳元素无法q行正常循环Q如果这个问题(sh)解决的话Q可能地球上的所有生命都?x)就此灭l?/span>
?| 石炭U部分甲壳类动物Q图片来源：(x)作?MickeyRayRexQ?/span>
Z么说微生物拯救了(jin)世界Q?/span>
是因ؓ(f)那时地球上突然进化出?jin)一U微生物可以非常高效地降解木质素Q让_@环重新正常运转v来。慢慢地Q大气中的二氧化的含量得以提升Q这个危Z随之解除了(jin)?/span>
微生物决定你的胖瘦？
微生物可能^时ƈ不引人注目，但其实它一直扮演着非常重要的角艌Ӏ?/span>
其实每个人都携带着大量与我们共生的微生物，q些微生物大部分是在我们的消化道里，以肠道、口腔、皮肤等居多Q分布在我们w体的各个角落；微生物对人的影响Q从基本的生理层面出发，如今甚至到达?jin)精层面的影响?/span>
如果大家单看一个hl胞(yu)数量的构成，大约?25 %人类l胞(yu)Q?75 %的共生微生物Q其中所有构成细?yu)的基因都是一模一L(fng)?/span>
人类大概?20000 个左右的有效基因Q但是跟我共生的微生物大概有 10000 U，q些微生物的基因数量大概是hcd因数量的 100 倍左叻I如果从基因角度去l计的话Qhc遗传信?99 %来自微生物，剩下?1 %才是自己Qh体内的微生物l胞(yu)数量大概是hcȝ?yu)数量?3 ?10 倍；Z微生物的基因数量大概是自w基因数量的 100 倍?/span>
Z发现 90 %的疾病都直接或间接与微生物有兟?/span>
拿小鼠实验D例：(x)长期不同的饮食习(fn)惯会(x)改变其肠道的微生物结构，q而直接媄(jing)响小鼠的胖瘦Q如果把一个体态丰腴胖鼠的肠道微生物移植到瘦鼠体内的话Q那q个瘦子׃(x)变胖?/span>
q有很多代谢cȝ疄也跟微生物有养I比如p尿病?/span>
p尿病h和健康h的肠道微生物菌群l成是很不一L(fng)Q更奇怪的是诸多精类的疾病都?x)受到微生物的?jing)响，比如Q抑郁症、焦虑症、狂w症Q这些都跟微生物有关pR?/span>
99 %的天然微生物都是无法在实验室内被培养的，q种天然微生物包括h体内的微生物和自然界中的微生物。现在利用的微生物都是徏立在仅有?1 %基础之上Q可是q?1 %Q都已经Zhcd来了(jin)很多有趣的东ѝ?/span>
现在只要大家提到发酵q两个字Q其实都是微生物的作用，只不q是q?200 qh们才意识到这一炏V?/span>
比如说面包、酿酒、啤酒、酸奶、咸菜、酱沏V醋……所有需要发늚东西Q其实都是h们y妙利用微生物的结果，人类有意识地d用微生物的历史距今已有约 5000 q之久?/span>
5000 q以来，Z都用微生物做?jin)什么事Q?/span>
C(jin) 20 世纪中叶Qh们开始更高层ơ地d用微生物Q由此诞生了(jin)一个新的业方向，是工业微生物，卛_工业条g下去有意识地培养微生物，让它d我们合成或生产一些东ѝ?/span>
标志性的事g是在二战前后Qh们发C(jin)抗生素，于是传染性的疄H然可以被治愈了(jin)Q后来，Z开始开始用微生物去合成青霉素，至今大部分的抗生素都是用微生物去生的；Z(jin)d量地获取抗生素，Z发明?jin)这U工业微生物的技术，从那时候开始，世界日新月异?/span>
同时期，日本人发明了(jin)味精Q日语翻译过来叫味之素，q其实是一U}基酸Q直到现在，所有的氨基酔R是用微生物去生的?/span>
1978 q_(d)Z开始知道了(jin)微生物基因与微生物行Z间的关系Q开始尝试去攚w微生物的基因，其中标志性的事g是胰岛素的出现。大家知道胰岛素是目前唯一可以降血p的药物Q其实它本质上是一U蛋白质Q你可以把这个蛋白质的基因放C个微生物里，让这个微生物像酉K啤酒一样去酉K胰岛素?/span>
现在的胰岛素是用大肠杆菌来生产的Q它是最常见的微生物之一Q最早发现在人的大肠里，所以叫大肠杆菌。单听名字大家可能会(x)觉得是个不好的菌U，但其实自然界中现存的大肠杆菌都基本上都是完全无害的，大肠杆菌有很多的亚种Q只有极其少数的亚种?x)致病。微生物产品U类J多Q比如用作美容用途的d酸、或者叫透明质酸Q也是典型的微生物的产品?/span>
21 世纪以来Q我们逐渐发展ZҎ(gu)的技术，叫做合成生物技术，可以理解成基因工E的升版。就是说基因工程本来只能操作微生物的其中一个基因，或者说很短的一?DNA 片段Q现在我们可以做几个基因、十几个基因、甚臛_十个基因的这U操作，q个是合成生物学的技术?/span>
你可以把微生物想象成一个很复杂的机器，也可以把它当做乐高积木一L(fng)它加一些模块进去，l它赋予一些新的功能，q些被赋予新功能的微生物q当于被定向且工程化地得以利用Q如同编E一般控制它的行为，q会(x)带来极大的学术意义与产业意义?/span>
微生物治愈癌症？告别攄化疗不是梦！
接下来给大家丄几个例子Q都是现在科学界利用合成生物学技术去优化?jin)微生物之后已经实现、或卛_实现的一些事情?/span>
W一件事Q增加了(jin)功能的微生物或许可以ȝ癌症?/span>
癌症是非怸重的疄Q同时也是一个极大的C会(x)问题Q目前我国有很多不同的\径在研究如何L疗癌症，q里只是千万U\U之中的一个，但这个\U是跟微生物直接相关的?/span>
癌细?yu)它之所以会(x)D人的MQ很多时候是因ؓ(f)它快速繁D之后抢占了(jin)Z大量的能量，所有治疗癌症的疄Q大部分都是要去惛_法杀ȝ?rn)l胞(yu)Q与此同时还?sh)?jing)响其他的健康l胞(yu)。杀ȝ?rn)l胞(yu)的方法其实有很多Q但关键问题在于如何准确定点靶向到癌l胞(yu)中去?/span>
比如说最常规的癌症治疗方式是化疗或放疗，它的原理是因为癌l胞(yu)生长旺盛Q所以要把h体内所有生长旺盛的l胞(yu)通通杀死；但与此同ӞZ内有q有很多同样生长旺盛的健L(fng)?yu)，比如造血q细?yu)，q就意味着如果要杀ȝ?rn)l胞(yu)Q那同时也必然会(x)影响造血q细?yu)的功能Q这也就是ؓ(f)什么化疗或者放疗时病h头发?x)掉Q就是因为头皮的生发l胞(yu)L?jin)?/span>
?| 全球h和x(chng)排名前十位的恶性肿瘤发病率Q外圈）(j)?qing)死亡率Q内圈）(j)
所以，很多时候h们在研究怎么ȝ癌症的时候，都是在研I怎么定点地靶向到癌细?yu)，q个时候微生物有作用?jin)?/span>
有一U微生物叫沙门氏菌，如果血破裂，沙门氏菌便有一定的概率q入Ch体的血液@环，一旦进入，免疫l胞(yu)?x)立卌动识别ƈ它杀歅R?/span>
但沙门氏菌不就此善|甘?sh)，它?x)自己一个免疫细?yu)无法攻ȝ地方去，然后在血液@环系l中四处游荡Q直到寻觅至癌细?yu)内部——也是免疫l胞(yu)无法d的地方；如果q时l这个癌l胞(yu)做工E化处理Q让它能够想办法Lȝ?rn)l胞(yu)的话Q那它就是一个非怼U靶向到癌l胞(yu)的定点药?jin)?/span>
微生物能解酒、还能制造“用q就消失”的可降解塑料！
W二个例子，也就是我现在正在做的事情?/span>
2016 q_(d)我在清华博士毕业之后p同事们成立了(jin)一家公司，我们惛_的就是去充分释放微生物的无尽潜力Q无论是在天然环境中找来的微生物、还是用合成生物学的方式M化改造的微生物?/span>
我们团队刚刚开始的时候，是拿微生物d成一U天然的高分子材料，q个材料跟塑料的性能十分相像Q但它跟塑料唯一的区别就是这U材料可以降解，所有的土壤微生物都可以吸收它；塑料至今为止发明?100 多年Q依然没有Q何微生物知道如何去降解它Q所以传l塑料是无法被降解的Q故而造成?jin)众所周知的白色污染?/span>
我们可以用微生物来合成一些聚合物Q这些化学物理性能跟塑料是很像的，但是它是微生物熟(zhn)的东西Q这意味着它就可以被吃掉，所以这是“用q就消失的塑料”，叫做生物可降解材料，化学名称叫做PHAQ聚基脂肪酔RQ?/span>
W三个例子，是不用吃的药?/span>
人类的肠道内有很多微生物Q如果把其中的一个微生物攚w成让它可以一边定植一边繁D自己，q且一边合成药品的话，那hcd能就不用吃药?jin)，我们只需要植入一ơ微生物Q它?yu)可以永q在那儿工作。有一些h只要喝牛奶就?x)拉肚子Q就是因Z内有一U酶的缺失，Dw体无法降解乳糖。如果有一U微生物把这个酶在体内表辑և来，那就可以随心(j)所Ʋ的摄入各种奶类?/span>
?| 世界范围内^p不耐受分布l计图（来源Q网l）(j)
再比如，很多Z谢酒_N常困难，喝完酒面色发U，是因ؓ(f)酒精无法代谢Q如果有一个微生物在胃里帮你解酒，遇到乙醇之后很快地把它降解成乙酸，q样的话Qh们就再也不用担心(j)醉酒?jin)?/span>
最后我要D一个同样非常有的例子Q叫做涂在墙上的萤火虫?/span>
萤火虫和水母之所以能够自发光亮，都是因ؓ(f)w体中含有蛋白质Q有人受此启发，利用化学能{化成为光能的原理Q把发光基因攑ֈ微生物中。将其养在一个富含充分养料、果冻般的固体培d内，然后再把“果冠Z和微生物的混合物把它涂在墙上?/span>
有一家法国的公司目前在做这个事——微生物发光涂料Q涂上去之后无需M额外?sh)能Q只需一个月旉卛_保证发光强度。比如，夜跑的时候把它涂在手臂上照亮、涂到救生上发光等{，相当于是一个很有趣的新型环保光源，既维持了(jin)旉的长效，又保证了(jin)极低的能量投入?/span>
我们现在研究人工Q想在电(sh)子业的基础之上l它赋予Q但其实M一个生命都是一个智能系l；所以合成生物学有点像给q些pȝ做h工的工程化，q就有点像是人工的反面，要给加上人工Q这个逻辑可能?x)是一个未来的势之一。就比如最q大家在讨论的“hcd因编辑”这U问题，技术的q步是很N挡的Q但是在q个q程之中Q我们一定要q好技术、安全性以?qing)道德u理的问题?/span>
所以，未来I竟是什么样子，我们可以在今天看到很多雏形，但是不管未来往哪个方向发展Q无论是人工q是合成生物学，我们现在都到达了(jin)一个时代的节点Qh工智能和合成生物学更像是一枚硬币的两面?/span>
U技在爆发，今天l大家讲?jin)微生物的话题，大家可能也能感觉到这些事很多都是发生在近几年Q技术的q步让很多新的东西变成了(jin)可能性。站在当下眺望远方，我相信未来可期。谢谢大Ӟ
清华校友M(x)服务?/span>
清华校友M(x)订阅?/span>