編者按
“以合成生物學(xué)、基因編輯、腦科學(xué)、再生醫學(xué)等為代表的生命科學(xué)領(lǐng)域孕育新的變革，...科學(xué)技術(shù)從來(lái)沒(méi)有像今天這樣深刻影響著(zhù)國家前途命運，從來(lái)沒(méi)有像今天這樣深刻影響著(zhù)人民生活福祉?！绷暯娇倳?shū)記在《求是》雜志指出。
合成生物學(xué)作為近些年新興的研究方向，已經(jīng)吸引了一批不同學(xué)科背景如生物、物理、化學(xué)等的科學(xué)家們加入，他們匯聚在一起做研究，雖然有著(zhù)自己不同的原由和目標，但都毅然走在這條充滿(mǎn)未知和荊棘的科研之路上。為此我們特意邀請了身邊的合成生物學(xué)科學(xué)家們，希望可以通過(guò)這些科學(xué)家們的人生經(jīng)歷，能窺探出一點(diǎn)屬于我們自己的人生哲學(xué)。
本期嘉賓--江寅迪老師
世界上已知的植物大約有 27 萬(wàn)種，其中藥用植物在醫藥中占有重要地位，其資源的保護和開(kāi)發(fā)利正在逐步受到重視。
現代科學(xué)則專(zhuān)注于尋找藥用植物中的關(guān)鍵活性分子，并用化學(xué)或者生物合成手段更高效、更低價(jià)地生產(chǎn)，其中合成生物學(xué)手段正在逐漸展現其巨大潛力。
圖丨江寅迪（來(lái)源：受訪(fǎng)者）
江寅迪，2014 年獲得美國得克薩斯大學(xué)達拉斯西南醫學(xué)中心博士學(xué)位，2015 年至 2021 年先后在美國哈佛大學(xué)化學(xué)與化學(xué)生物學(xué)系 Emily Balskus 教授和德國馬普化學(xué)生態(tài)學(xué)研究所 Sarah O’Connor 教授實(shí)驗室從事博士后研究。
加入合成所后，江寅迪課題組主要研究以下幾類(lèi)天然產(chǎn)物：一、藥用植物中具有精神活性的天然產(chǎn)物和高價(jià)值的天然產(chǎn)物 ; 二、人體微生物組從頭合成的次級代謝產(chǎn)物和經(jīng)過(guò)微生物組修飾的植物代謝產(chǎn)物。
如果把合成生物學(xué)比喻成一個(gè)工程項目，項目的圖紙就是某一物質(zhì)自然合成的基因線(xiàn)路，畫(huà)出圖紙正是江寅迪在做的事情，他介紹道：“我的研究主要是找出一個(gè)分子在生物體內是如何產(chǎn)生的，在整個(gè)合成生物學(xué)里是偏上游的，而下游的工作就是在底盤(pán)細胞里去生產(chǎn)這些分子?！?nbsp;
具體的研究?jì)热菔沁\用生物學(xué)、化學(xué)等多種手段，解析自然界中各種來(lái)源的天然產(chǎn)物的生物合成途徑及其作用機制，并通過(guò)合成生物學(xué)方法調控代謝途徑。
揭示天然產(chǎn)物作用的 “因果”
在江寅迪博士后期間，關(guān)注的還不是動(dòng)植物，而是腸道微生物的天然產(chǎn)物。
2019 年他連續以第一作者身份，在 Science 和 JACS 上發(fā)文，提出了一種大腸桿菌引發(fā)腸癌的機制。
江寅迪介紹到，“關(guān)于腸道微生物的大部分研究都是相關(guān)性的研究，并不是因果性的。一些研究在腸癌組織中發(fā)現了某些細菌，但這些細菌不一定導致了腸癌的發(fā)生，也有可能只是寄生在腸癌組織中的?！?nbsp;
“所以，我們希望找出具體是哪一種細菌導致了癌癥的發(fā)生。前期生信的分析發(fā)現大腸桿菌產(chǎn)生的許多小分子，但是不知道具體作用?！?/p>
（來(lái)源：研究論文）
于是，該團隊與美國明尼蘇達大學(xué)公共衛生學(xué)院教授 Silvia Balbo 合作，開(kāi)發(fā)了一種專(zhuān)門(mén)的質(zhì)譜技術(shù)，從感染了大腸桿菌的人細胞系中分離出了一種復合物，這種復合物由人源 DNA 和大腸桿菌產(chǎn)生的小分子結合而成。該團隊還解析了這一分子的生物合成以及與人體 DNA 的結合過(guò)程。
“這些復合物證明了大腸桿菌產(chǎn)生的小分子能夠直接與人體 DNA 反應，造成 DNA 損傷，進(jìn)而導致腸癌的發(fā)生?！?江寅迪表示，“當時(shí)這一研究發(fā)表后，引起了轟動(dòng)，因為這項研究罕見(jiàn)地提出了一個(gè)直接證據，證明了腸道微生物和疾病的關(guān)系?！?nbsp;
研究后續正在和一些研究所合作，篩選一些針對這種小分子的抑制劑；而上文中的復合物也被作為生物標志物，用于腸癌的篩選和預防，相關(guān)研究還未發(fā)表。
江寅迪還補充道，同樣的研究方法和思路也可以用于植物的研究，因此他回國后也確立了藥用植物天然產(chǎn)物的研究方向。
植物研究的難點(diǎn)
盡管方法和思路是相通的，但江寅迪也提出了研究植物和微生物的不同之處，“微生物的生物合成過(guò)程的基因是成簇存在的，通過(guò)測序的方法很容易定位，但是植物的大部分基因并不是成簇的，而是分散在不同位置，所以研究植物的一大難點(diǎn)就是找到某一個(gè)生物合成過(guò)程的全部基因?！?nbsp;
“我此前也在德國有一段研究植物天然產(chǎn)物的經(jīng)歷，我們當時(shí)的團隊運用轉錄組、基因組、代謝組等多組學(xué)的方式開(kāi)展研究，能更加快速、有效地去鑒定生物合成過(guò)程?！?nbsp;
圖丨藥用植物天然產(chǎn)物研究（來(lái)源：Jiang Lab）
相比微生物，植物還有更復雜的演化過(guò)程，“橘生淮南則為橘，生于淮北則為枳”，同一種植物在不同的年代、地域所產(chǎn)生的演化都是不同的，受環(huán)境因素影響較大。
“通過(guò)研究比較基因組，就能夠分析出影響藥用天然產(chǎn)物產(chǎn)量的因素，有利于后續生物合成的穩定性?！?江寅迪表示，“每個(gè)國家都有傳統的草藥，而我國更是地大物博，草藥的品種繁多，文獻報道很繁雜。關(guān)于后續具體研究哪一類(lèi)植物，我也正在和一些學(xué)者探討?！?nbsp;
而結合此前在腸道微生物領(lǐng)域的研究，江寅迪也提出了一個(gè)與其他學(xué)者不同的研究方向，植物中的活性分子與腸道微生物的相互作用機制。通過(guò)研究一些共性分子，反向推導出含有這些分子的蔬菜和水果，闡明這些食物對腸道微生物以及其他組織的作用，后續可能還會(huì )涉及一些營(yíng)養學(xué)的研究。
（來(lái)源：Jiang Lab）
而研究的最終目的還是產(chǎn)業(yè)化，就如同合成所 “樓上創(chuàng )新樓下創(chuàng )業(yè)” 的理念，江寅迪也表示非常樂(lè )意將自己的成果產(chǎn)業(yè)化。
更廣的研究范圍
近年來(lái) , 隨著(zhù)國家 “振興中醫藥事業(yè)” 多重戰略的實(shí)施，傳統草藥與中醫藥的重要性逐漸被人們熟知，同時(shí)促進(jìn)中醫藥走向世界也是 “一帶一路” 的重點(diǎn)規劃之一。
但大部分國家也面臨著(zhù)野生草藥資源正在減少的問(wèn)題，保護瀕危資源十分重要，因此，開(kāi)發(fā)新的草藥種植或生產(chǎn)方法也是業(yè)界的研究方向之一。
其中，最經(jīng)典的例子就是青蒿素，過(guò)去青蒿素的供應完全依賴(lài)于從植物青蒿中提取，受天氣等外部因素影響較大，2013 年加州大學(xué)伯克利分校 Jay Keasling 教授利用合成生物學(xué)技術(shù)將基因線(xiàn)路移植到工程微生物中，實(shí)現了青蒿素前體的生物合成。項目的成功正是得益于青蒿素生物合成途徑的鑒定。
江寅迪表示，能夠以合成生物學(xué)方法生產(chǎn)的不僅僅只有草藥，他也正在考慮做昆蟲(chóng)藥和動(dòng)物藥等。
（來(lái)源：Luisa Rivera）
動(dòng)物藥是用動(dòng)物制作成的藥材，例如鹿茸、蟾酥、地龍、蜈蚣和穿山甲等。
“蟾酥是一種名貴的中藥材，價(jià)格十分昂貴。一般是通過(guò)大量養殖蟾蜍的方式獲取，避免不了資源的浪費。而通過(guò)研究蟾蜍是如何產(chǎn)生蟾酥中起主要作用的化學(xué)成分，再通過(guò)合成生物學(xué)的手段去生產(chǎn)，這樣就可以減少蟾蜍的養殖?！?br/>江寅迪還補充道，“只要找出明確的天然產(chǎn)物，同樣的思路還可以擴展到更多的生物體系中?！?/p>