「21世紀是生物的世紀，但千萬別進生物系」
撰文 《環球科學》記者 丁家琦
「國內合成生物學的路，一開始就走偏了。」
「很多大學的生物系不是在做education，而是在做de-education。」
「用現在的方式培養出來的生物學家來推動21世紀的科技革命，那差得太遠。」
北京大學教授、中科院院士歐陽頎以直率、敢說著稱，但他的這些犀利評論，不能說不是反映了國內該領域科研和教學的一些現狀。出身清華大學化學系，現在北京大學物理學院做生物學相關研究的他，在系統生物學與合成生物學研究方面都走在中國乃至世界前列。
近期，他受「未來論壇」之邀，在中國科學技術館做了一場題為《科學、科學家和科學前沿》的主題演講，講座結束後，《環球科學》就合成生物學研究、科研和教育等方面的問題，對他進行了專訪。
歐陽頎院士在講座上。圖片來源：未來論壇
「合成生物學主要的觀點，就是用理性設計的方法來創造或改造生命體。」
《環球科學》：我們一直非注合成生物學的發展，在近十年來該領域也取得了非常多的進展，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，從公眾層面來講，很多人對這門學科了解還不夠，能不能首先介紹一下合成生物學及其要實現的目標？
歐陽頎：合成生物學大概是在2000年左右出現的。合成生物學主要的觀點是什麼呢？就是我們可以用理性設計的方法來創造或者改造生命體，以為人類服務。在當時的情況下，合成生物學有三個主要發展方向：
一個方面是基因合成，比如美國科學家文特爾（J.Graig Venter）合成了病毒、合成支原體的基因組，現在中國也參與合成了酵母菌的染色體。今年又有一些科學家開會說要合成人類基因組，這引起了很大的恐慌，後來科學家解釋說不是合成人類基因組，而是研究人類基因組。實際上，我們合成基因組，摸索出合成基因組的最佳方法，並了解合成條件和成本，實際上也是在為以後的合成生物學做準備。這是合成生物學的一支。
另外一支就是以凱斯林（Jay D. Keasling）為代表的，對生物的代謝系統做改造，讓生物產出原來不產的東西，這方面的比較典型的工作有兩個。一個是凱斯林的代表作——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，然後提取，屠呦呦因此獲得諾貝爾獎。凱斯林所做的，就是用細菌去大量生產青蒿素前體。他一直在做這個，自稱花了2000個「博士後年」才把這個東西做出來，最終真的能用酵母菌產生青蒿素前體了，這是一個很大的突破。最近一個是有位叫斯莫爾克（Christina Smolke）的研究人員用酵母菌生產可卡因，她這個研究也是在對生物的代謝系統做改造。
第三條路，就是從理性設計的角度出發來重新搭建生物，即用可預測的方法來從下到上地構建一種生物。類比到電子工業，電子工業的基礎元件是三極體，在三極體的基礎上搭建邏輯門，在邏輯門的基礎上再來搭建模塊，在模塊的基礎上再發展計算機網路等等。那麼，生物學上有一部分人就想用電子工程的設計理念來搭建模塊，這是我主要從事的工作。目前的情況，可以基本上說有些元器件可以做到定量運算了，對於簡單的邏輯門，我也可以做到定量運算，但再往上就不行了，這是目前的程度。國際上現在也是這個程度，可以說在這方面，我們和國際上處於同一水平。
《環球科學》：如果拿一天24小時作類比的話，24時表示學科已經發展得比較完全了，那麼合成生物學現在的發展程度相當於什麼時刻？
歐陽頎：凌晨四五點鐘吧。就是說，我們還沒有掌握合成生物學所需的基本方法，對這門科學的內在規律的掌握還不是很完善，但是我們已經積累了經驗。在原核細胞中，在今後10到20年內可能會實現定量操作，也就是說，設計和生產能夠實現分家。
《環球科學》：現階段合成生物學的發展存在瓶頸嗎？瓶頸是什麼？
歐陽頎：瓶頸在系統生物學上。怎樣定量預測一個像細胞一樣的複雜系統的運動規律，這個我們做不到。這不是合成生物學的任務，是系統生物學的任務。系統生物學做的主要是科學上的事情，主要關注生命體的運動規律是什麼；合成生物學的主要任務是我怎樣用這些規律來設計一個生命體或者改造一個生命體，來完成我們希望它完成的任務，主要是工程方面的。
「國內合成生物學的路，一開始就走偏了。」
《環球科學》：上述工作大多是其他國家的科學家做的，那麼國內的合成生物學有何進展呢？
歐陽頎：國內合成生物學是從七八年前開始的，可能還要更早些。雖然開始的時間和國際上相差無幾，但是一開始這條路就走偏了。
為什麼呢？因為以前沒有多少人在做合成生物學，更沒有多少人知道合成生物學的精髓是什麼。對於合成生物學的先導項目，國家給了一大筆錢，一部分給了做結構的，另外1/3到2/3給了做代謝工程的。給了這些領域的科學家之後，他們基本還是用傳統的方法來改造細胞，很少有合成生物學的意思。所以，雖然現在國內的合成生物學看起來有了很多成果，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計。所以我認為合成生物學的路在中國從一開始就走偏了，合成生物學基礎研究明顯不足，我實際上一直在糾偏。
那麼合成生物學在中國是什麼狀況呢？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大的趨勢。
《環球科學》：是因為路走偏了所以差距越來越大？
歐陽頎：至少有一部分不理解合成生物學的人佔了合成生物學的資源，所以我對中國的合成生物學是擔憂的。
《環球科學》：在中國，真正在做合成生物學的有哪些團隊呢？
歐陽頎：我的團隊算一個，我是研究基本問題的（我也不需要多少錢，不給我合成生物學的錢我也可以做）。另一個是趙國屏院士，他是真正做了一些事情。我認為他做的最值得稱道的事情是做了一個信息平台，可以把世界前沿的合成生物學資源及時介紹到中國來。另外，他還想建立一個合成生物學的元件庫，但還不是十分成功，當然，他自己也做了很多基礎的東西。還有鄧子新院士，他在代謝系統基因模塊化方面有獨到的工作。
清華大學的陳國強也在用合成生物學的理念來改良他的細胞。他主要是用細菌來生產一種工程塑料前體，這是一種很重要的材料。外界的評論也認為，陳國強做的研究最像合成生物學。另外就是中國科學院微生物研究所的婁春波，他是我的學生，他在研究一些基礎問題的同時，也關心合成生物學成果的轉化。
《環球科學》：在合成生物學領域，iGEM大賽有著廣泛影響力（大賽全稱是「國際遺傳工程機器設計大賽」，主要面向全球的大學本科生，旨在培養合成生物學人才，並促進交流與合作），國內有很多高校隊伍參加，並且取得了非常好的成績，因此走上合成生物學的道路的優秀學生多嗎？
2015年iGEM北京大學團隊，歐陽頎、婁春波、張浩千任指導教師。圖片來源：2015.igem.org
歐陽頎：我從2007年就開始帶北大的iGEM隊伍。婁春波就是2007年iGEM隊伍的隊員，他現在在中國科學院微生物研究所的主要研究方向就是合成生物學，而且做得非常好，這是一個例子。還有一個例子也是我的學生（張浩千），他今年年底博士畢業，2009年參加了一屆，2010年作為領隊又參加了一屆。婁春波那屆是得了世界第一的大獎，2010年那次北大學生是得了第二名，比第一名只差一票。張浩千現在已經建立了一個合成生物學的公司了，而且他現在開始盈利了，這些都是做合成生物學的。
當然，不是說所有參加iGEM的同學都從事合成生物學，但是確實有做得好的，在研究和產品開發領域做得比較好。
《環球科學》：那麼如果我們可以留住這些優秀的年輕科學家的話，我們能不能縮小差距？
歐陽頎：這個我就不太清楚了。恐怕不是一代人的事兒，現在的話，剛才那兩個就是例子。
「我覺得任何一個真正的問題，都不只是一個學科的問題。」
《環球科學》：我們來聊一聊你的故事吧。你出身化學系，然後學習生物學，後來加盟物理學院，這樣多樣化的背景是怎麼形成的？
歐陽頎：興趣！就是你對某一個方面的問題感興趣，這個問題可以從化學、物理、生物學角度去探索，從哪個方面去探索更好就去哪裡。從化學層面到物理層面簡化後，你發現還有複雜的東西，就到生命科學方向去探索。
《環球科學》：所以是你對交叉學科的問題感興趣，還是你感興趣的問題使你選擇了交叉學科？
歐陽頎：我覺得任何一個真正的問題都不只是一個學科的問題。就是說一個問題，我們可以從各個層面去研究它。你可以從物理的角度去研究它，比如從基本的原理出發怎樣做出經典物理模型；你可以從化學的角度出發，從化學熱力學、化學動力學的角度去探究；你也可以從生物的角度來研究。哪個角度的研究方便，你就到哪個方面去，這是問題驅動的。
「做科研最重要的就是要有好奇心，一個好的科學家就是能把做科研看成玩兒。」
《環球科學》：在北大物理學院，有非常優秀的本科生（比如年級第一）找你當導師，做本科生科研。你認為能做好科研的學生應該具備哪些素質呢？
歐陽頎：其實還是我所說的，要有好奇心。好奇心就是他覺得這個東西好玩兒，就是玩兒心。一個好的科學家就是能把做科研看成玩兒。別人打遊戲的時候覺得好玩，我覺得做科研也很好玩。這是最重要的，他對這個感興趣就去做。
另一方面，是必須要有一定的基礎科學知識，這個基礎實際上高中是不具備的，高中的教育實際上是扼殺這種基礎的。我說的基礎知識不是說我學的是物理，我只了解物理，還是需要有一個比較全面的素質。可以說，做任何的科研工作都不是說我應用自身的專業知識就夠了，你的知識結構裡面對任何知識都應該有一點兒，大部分都需要學習。如果你的知識面比較廣泛的話，你要學的東西可能就稍微少一點，上手稍微快一點。我帶本科生的時候好的學生都有這個特質。
第三個是他的學習不能太差，在學校裡面被分數壓得喘不過氣，那也不行。
《環球科學》：那麼科研所需要的素質可不可以訓練出來？需要一些什麼樣的訓練呢？
歐陽頎：訓練越早越好。中國就是到大學才開始訓練，可能有點太晚了。當然，我也做過一些訓練，主要是啟發學生自己思考。比如說，本科生到我這裡來，我不告訴他們做什麼，我問他們自己想做什麼，給一個很大的方向，讓他們自己想題目，這樣來調動他們自己，他們總會做一個自己感興趣的東西，啟發自己的想法。
研究生的話不太一樣，因為我總要讓他們幫我完成一些科研任務，但我還是給他們最大限度的自由度，讓他們自己願意幹什麼就幹什麼。這是一個興趣上的訓練，就是別到博士畢業後還不知道怎麼做科研。做科研最重要的就是要找前沿方向，要建立興趣。我每周會開一個討論會，每個人討論的題目絕對不能是自己熟悉的東西，一定得是跟我們科研無關的東西。
我每周找一名本科生或者研究生，對一個科學前沿，一篇Nature文章或者幾篇文章做一個綜述，方向基本和我現在研究的東西無關。這麼兩點訓練，一個是怎麼組織思路，就是訓練怎樣看懂一篇文章，並把這篇文章講出來，另一方面這樣還能拓寬學生的眼界，看到外面還有別的東西，說不定和我們的東西就有連線。
《環球科學》：到現在為止，有連線的例子出現過嗎？
歐陽頎：現在還沒有出現過。就是打一個基礎，這就是我現在大概的想法。以後也希望研究生能這樣，他想幹啥幹啥；現在不行，現在的研究生還得讓他完成任務。以後我們可能會把完成任務的工作交給博士後，對研究生以教育為主而不是科研勞動力為主，這以後慢慢會改變的。
《環球科學》：你似乎說過這樣一句話，21世紀是生命科學的世紀，但是不能進生物系。為什麼有這樣的觀點呢？
歐陽頎：觀點分幾個層面。首先，大學生物系的教育需要做深刻的改革，我有一個論斷：很多大學的生物系不是在做education（教育），而是在做de-education（「去教育」）。
為什麼這麼說呢？你從生物系學生入校的精神狀態和畢業的精神狀態就知道了。這完全是de-education，生物系的課程設計幾乎全是背，但實際上你背得再多，等你畢業的時候全忘光了。所以生物系培養出來的人不可能在系統、定量這些問題上對生物有巨大貢獻。
此外，生物學需要把一些科學上的東西工程化、規模化。什麼叫工程化呢？就是你的設計和生產應該要能分開，其標誌，就是你的理論能夠定量地預測你所設計的東西的行為，什麼樣的input就一定有什麼樣的output。你的預測能力越高，設計能力越強，就越可以放心地把設計藍圖放到生產車間，按這個計劃生產一定沒有問題。現在的生物根本就沒有定量運算，怎麼做預測？所以想用現在的方式培養出來的生物學家來推動21世紀的科技革命，那差得太遠。
《環球科學》：所以需要跨學科的知識背景嗎？
歐陽頎：主要是因為生物學不行，所以需要其他學科。如果想建立生物世紀的話，你必須把定量科學拉入到生物學中。不光是國內，國外生物學的主流都不知道什麼叫定量科學。現在的生物學缺乏定量的概念。目前生物學在簡單的功能程度上大概可以實現定量化，比如適應性（adaptability）。搞清楚了功能以後，我們相應地就可以自己設計相關的功能，以達到特定的目的，但一旦涉及到多個功能結合在一起時，我們就不清楚了，我們還沒能掌握它們互相耦合的規律。就像我剛剛說的，剛到凌晨四五點的階段。
「轉基因作物吃起來和普通的作物並沒有什麼區別，這是非常簡單的事情。」
《環球科學》：現在公眾對轉基因問題偏見很深，可能合成生物學比傳統的生物學更激進一些，未來合成生物學會不會引起更多爭議呢？
歐陽頎：這個好像不太容易回答。現在已經有不少爭議了。比如前幾年哈爾濱獸醫研究所在Science上發了一篇文章，把兩種病毒雜交起來，得到了一個感染率極強、致死率極高、通過空氣傳播的病毒。這個工作被壓了半年不讓發表，最後還是發表了。
《環球科學》：你認為這樣的研究是不應該做的？
歐陽頎：他們說這是為了研究病毒雜交的規律，但是可能再過五十年，一個高中生在自己的廚房裡就能做。那就不得了！我想看看我們的病毒多厲害，就像現在計算機病毒會在網上傳播一樣，我把病毒放到地鐵里，看看它傳播多厲害、殺死多少人。現在沒有一個權威機構說哪些事不許干，哪些事可以干，全世界都沒有，都是靠道德來約束，這是不行的。我們中國因為轉基因問題專門成立了一個「農業轉基因生物安全委員會」，所有的轉基因產品必須經過安全委員會的批准才能商業化，我覺得這還挺好。
《環球科學》：說到轉基因，你怎麼看轉基因技術遇到的困境？
歐陽頎：轉基因作物吃起來和普通的作物並沒有什麼區別，這是非常簡單的事情，吃到肚子里的東西都被消化了，你讓他們看看細胞生物學都明白了。但反對轉基因的很多人就一直鼓吹陰謀論。我看到有文章講，清朝才引進火車的時候，當時人們都認為是怪物，到哪裡都撬鐵軌，破壞火車，說是斷了大清的龍脈。你說沒有龍脈，他就讓你證明怎麼沒龍脈，說到底就是愚昧！他跟你不在一個思維水平上，是沒辦法交流的。
這種現象，當然可以通過教育來慢慢改善，但是如果因為這個而讓中國在種子上長期依賴於國外，每年花那麼多錢，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，需要國家出面。
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