生物积木

生物积木（BioBricks），也称为“生物零件”，这个概念最早由美国麻省理工学院人工智能实验室汤姆·奈特教授提出的。

据说，汤姆·奈特关于生物积木的灵感，来自一种名叫“乐高”的游戏。这种发源于丹麦的塑料积木游戏，不同形状和颜色的积木之间，可以通过凹凸接口连接起来。发挥儿童的想象和创造才能，可以拼装出各种各样的造型，因此被称为“魔术塑料积木”。

而所谓的“标准生物积木”，是一些简单拼装好了的，具有特定功能的DNA小片段——也可以看成具备某种性状的积木单元。

早在20世纪90年代中期，文特尔就开始和同事筹划如何把生命分解到最基本的单元，然后重新拼装出新的生命来。所谓的“最小化基因组工程”，就是其最著名的研究计划之一。科学家克莱格·文特尔建立了以自己名字命名的私营研究机构——位于华盛顿郊区的克莱格·文特尔生物技术研究所。

在此情况下，恩迪和奈特以及雷帝·赖特贝格、格纳德·苏斯曼在2003年共同创立了“国际合成生物学大赛（iGEM）”，用以鼓励利用生物积木拼装“智能”的生命系统。

2005年举行的第一届合成生物学大赛上，参赛选手利用生物积木创造出了很多令人称奇的新鲜事物。包括人造血液，一种探测砷的生物传感器，以及能够在培养皿中像“有生命的计算机”那样解开数学难题的细菌。

2006年，一队本科生选手利用生物积木为大肠杆菌重新编程，让它们在生长过程中闻起来像冬青树，而成熟之后气味如香蕉。他们把该拼装成果命名为“香水菌”。

2008年，参赛者多达1000余名，来自2 1个国家。斯洛文尼亚的获胜团队利用生物积木重新拼装，制造出了幽门螺杆菌的疫苗。幽门杆菌是一种寄生在胃部的细菌，它可以引起胃癌，现在还没有找到适用于人类的此种疫苗。

截至2008年，文特尔和他的同事一起，已经“拼接”出了无数的DNA片段——这是“生物积木”的最初原型。

2009年的盛况更是空前，最后的获胜者是来自剑桥大学的设计团队。他们发明了一种称为“E.变色杆菌”的东西，这是通过大肠杆菌重新拼装“生物积木”而得出的新生命体，它可以应激外界环境的不同毒素，呈现五种不同的色彩来。

生物积木的拼装误差和计算机元件的组装有所不同，前者是活的，具有生物进化的倾向，因此在繁殖的过程，其误差是不可预测、不可控制。

HST研究人员将细胞封装在具备诸多医学应用的聚合物聚乙二醇（PEG）中，打造出“生物积木”。他们采用的是液态形式、光照下变为凝胶的聚合物，所以当涂敷聚乙二醇的细胞见光时，聚合物固化并将细胞包裹在其中，形成边长100到500微米的立方体。

一旦细胞形成立方体形式，就可以用模板将其布置成特定形状，模板由聚合物硅橡胶（PDMS）制成，该材料在多种医疗设备中均有应用。模板和细胞立方体一起再次涂敷聚乙二醇，随着聚合物自身牢牢附着在模板表面，它就像胶水一样将细胞立方体粘和在一起。

搭建人工器官构架

2010年5月15日，据麻省理工学院新闻报道，生物组织工程师们创造出一种组装人造组织的新方法：利用‘生物积木’——细胞砖块进行堆砌，搭建人工器官构架。

长久以来，生物组织工程学一直誓言要打造出新器官，以取代坏损肝脏、血管和其他身体部件。然而，如何使得细胞在实验室培养皿中长成三维形状而不是平层成为一个主要障碍。麻省理工学院—哈佛大学健康科学与技术系（HST）的研究人员已经提出了一个新方法来克服这一挑战：将活体细胞封装在立方体内然后布置成三维结构，就像孩子用积木搭建房屋那样。

这项被称为“微砌体（micromasonry）”的新技术采用一种类似混凝土的凝胶样物质，使得细胞随着它固化一同成为“砖块”。这种微细胞砖具备打造人工组织或其他类型医疗设备的潜力。这项新技术则不需要任何特殊设备，可以在任何一间实验室复制应用该技术。

用此方法可实现毛细血管功能的管状组织，或有助于克服人造器官工程最持久的问题之一，即缺乏及时的血液供应。

其他

要使得这些人造组织得以临床应用，短期内的下一步就是要关注不同细胞类型和组织生长的可行性。研究人员现在正在这样做，而且他们还探索了不同聚合物的应用，用以替代聚乙二醇并对细胞定位提供更多的控制。

生物积木所面临的一个困难是它所固有的生物进化倾向。一个电器部件，一旦设计完成，就可以在工厂中可靠地制造出来；而生物积木需要繁殖，而非制造，这个过程中可能产生一定范围的误差。同时，其他研究人员热衷于同那些更为天然的“部件”打交道，尽管，他们采用不那么传统的方式来组合这些天然部件。

此外，生物积木开放的形式，一旦落入黑客之手，制造出前所未有的超级细菌，给人类带来的影响或许是毁灭性的。合成生物学以及其初级形式——转基因技术，带给人类的伦理争议基本相同。