在前不久举行的 “光明科学城?2020 工程生物创新大会暨《麻省理工科技评论》中国生命科学创业大赛决赛” 上，美国加州大学伯克利分校化学工程和生物工程的 Jay Keasling 教授做了以《基因工程生物，解决全球挑战》为题的演讲。

图 | Jay Keasling 教授（来源：UC Berkeley 官网）

以下根据演讲实录整理：

大家好，很荣幸今天能给大家做演讲。我的演讲题目是《基因工程生物，解决全球挑战》，在我的演讲中，我不仅会讲述几点这些挑战，还会讲合成生物学如何被用于解决其他的挑战。

截至 2050 年，全球人口预计将达到 96 亿，为了满足人口需求，农业生产力需要增加 60%；同时，截至 2050 年，预计气候变化将使作物产量下降 40%。截至本世纪之交，作物产量预计将减少 80%；此外，未来 30 年里，预计全球能量需求将增长超过 50%，这会导致大气中的二氧化碳增多，进而加剧气候变化；最后由于气候的变化，疾病治疗会变得更加困难，因为越来越多的病原体对现有药物具有耐药性，但缺少新药的加入。

当今年代的主要问题来自食物、水、能源、环境和健康，接下来我先谈一下我们在健康领域的工作。这里要特别提及一种疾病 — 疟疾，大约 30 亿人口处于感染该疾病的风险中，约 2 亿人遭受感染，另外，每年死于疟疾的人口数量超过 50 万，大部分是 5 岁以下的孩子。

一种名为青蒿素的药物可以治疗疟疾，它是一味中药，来源于名为黄花蒿的植物。关于它的历史和价值，我相信很多观众比我更清楚，它最先出现在一本医术著作中，用于治疗痔疮，后来被用于治疗可能由疟疾引起的发烧，青蒿素在之后很长一段时间里被遗忘了，直到越南战争时，屠呦呦翻看古医学书籍文献，找到了关于生产青蒿素的描述，并成功分离了活性成分青蒿素。

2004 年，世界卫生组织建议采用该疗法治疗无并发症的疟疾。青蒿素的使用也面临了很多挑战，首先是价格和可用性，其次是质量，最后是虐原虫对青蒿素的耐药性。这是目前青蒿素的生产流程，它由植物合成，然后从植物中提纯，再用化学方法将其转化成各种不同的衍生物，用于青蒿素联合疗法中的制剂。

我们在几年前提出，用酵母来源的青蒿素药物来代替植物产出的青蒿素药物，工程酵母可以产生青蒿素，也可以被转化成与植物来源一样的衍生物，这是我们和一个初创公司合作的项目，该公司是由我们的实验室孵化的，名字叫 Amyris。其生产流程很简单，我们把生产青蒿素的基因从植物中提出来，导入酵母，让酵母在大规模发酵中，从简单的糖类生产出青蒿酸，然后提纯并将其转化成青蒿素联合疗法中的衍生物。

青蒿素是在黄花蒿叶片的油囊里合成的，我们推断，既然青蒿素是在油囊中合成的，油囊细胞一定富含合成青蒿素的酶和编码青蒿素的 mRNA，那我们可以在这里克隆用于生产青蒿素的基因。所以，我们克隆了基因并将其放入了酵母的染色体中，当这些基因表达时，酵母就会产生青蒿素。我们编辑酵母来生产青蒿酸，这项技术被授权给赛诺菲。

这是意大利的生产设施，用于将青蒿酸转化为青蒿素，这些准备制成药片青蒿素，这是用酵母来源的青蒿酸制成的最终药片，约 5100 万次治疗用药已被送至非洲，我们每年能够生产 1 亿至 1.5 亿次治疗用药，大约占全球总需求的一半。

Amyris 没有利用这一技术挣钱，加州大学放弃了这一知识产权，Amyris 通过这一过程生产青蒿素，在编辑酵母的过程中还能产生许多其它分子，目前，Amyris 有大约 9 种不同的分子，被用于目前市场上的商品和消费品中，更多的产品即将出现，他们都来自用于生产青蒿素的工程酵母。

下面我讲另外一个我实验室的故事，是关于生产大麻素的。大麻素来源于大麻植物，THC 和 CBD 是 2 个更为人所知的大麻素，如右图所示，它们被广泛用于治疗疼痛和减轻癌症治疗的副作用，从大麻植物提取大麻素很困难，如果通过化学合成的方法进行生产，每 1kg 就将花费 4-7 万美金。

目前，FDA 批准了几种大麻素处方药，最新批准的药物是 Epidiolex，它由 CBD 制成，用于治疗小儿癫痫。目前大麻素市场正在急速增长，在接下来的 10 年里，到 2026 年可能增长至 500 亿美元，而到 2030 年，可能达到 1000 亿美元。