書名：未來的造物者：從消滅癌症、設計嬰兒到製造猛瑪象肉排，合成生物學將如何改寫我們與全球生物的未來？

作者簡介

姓名：艾美．韋伯Amy Webb
美國知名未來學家、紐約大學史登商學院教授、牛津大學賽德商學院客座研究員。入選《富比士》（Forbes）「改變世界的女性」、BBC 2020年「全世界具啟發性與影響力」的百位女性，以及Thinkers50雷達「最有可能塑造組織管理與領導未來的三十位管理思想家」。

　　韋伯致力於研究人工智慧、新興科技、數位媒體，以及科技帶來的影響和契機。她對未來的預測已經被《紐約時報》、《哈佛商業評論》、《華爾街日報》等媒體特別報導，並著有多部關於科學與科技未來，屢獲殊榮和備受好評的書籍。



姓名：安德魯．海瑟Andrew Hessel
遺傳學、合成生物學領域的先驅及專家，亦是企業家與科學普及者。他是Humane Genomics的共同創辦人，專門設計針對癌細胞的人造病毒；亦與人合力創辦了Genome Project-Write，旨在推進人類基因組等大型基因組織的設計、建造與測試。他目前致力於生物科技與區塊鏈科技、線上生物工廠，以及封閉式可永續發展生態系統。

譯者簡介

姓名：朱崇旻

曾在美國居住九年，畢業於臺灣大學生化科技系，是以小說為食的謎樣生物，時時尋覓下一本好書。喜歡翻譯時推敲琢磨的過程，並認為無論是什麼題材的書，譯者都應該忠實傳達作者的立場。興趣包含寫小說、武術、室內布置和冬眠。

　　欲聯絡請洽：[email protected]

相關作者簡介

姓名：陳瀅州（審訂者）

國立陽明交通大學
生命科學系暨基因體科學研究所
助理教授

書籍目錄

導讀
前言、生命該是機率遊戲嗎？

第一部分：起源
一、拒絕壞基因：創世機器的誕生
二、往起跑線的賽跑
三、生命基石
四、上帝、教會與（有點長毛的）長毛象

第二部分：現在
五、生物經濟
六、生物學時代
七、九種風險
八、黃金米的故事

第三部分：未來
九、探索短期可行的未來
十、情境一：和優裔公司攜手創造你的孩子
十一、情境二：取消老化的結果
十二、情境三：明金的二ま三七年「美食指南」
十三、情境四：地下
十四、情境五：備忘錄

第四部分：前進之路
十五、新開端
後記

致謝
註記
參考書目

推薦序/導讀/自序

推薦好評紀錄:

「一部關於生物科技的現在與未來，令人眼前一亮的調查。」
——《自然》（Nature）雜誌

「探索合成生物學機遇與風險的一份路線圖。」
——《紐約客》（New Yorker）雜誌

「一本值得令人深思的合成生物學導論。這是一門令人又驚又畏的科學，究竟是誰在掌控一切，我們有煞車可踩嗎？」
——《書單》（Booklist）雜誌

「一部深入但容易理解的著作……對於不久的將來提出了很多讀者可能未曾思考過——但值得深思——的新觀點。」
——《科克斯書評》（Kirkus）

「《未來的造物者》是兩位深有遠見的作者合力撰寫的精采作品，從各方各面探討活用生物學改善世界的方法。」
──珍．梅特卡夫Jane Metcalfe╱《連線》（Wired）雜誌共同創辦人、NEO.LIFE執行長

「《未來的造物者》是一部極富趣味的作品，講述DNA世界從解讀遺傳密碼到編輯與編寫密碼的變遷。艾美．韋伯與安德魯．海瑟接著帶領讀者展開探索之旅，探討新科技可能造就的種種全球革新。」
──J．克雷．文特博士J. Craig Venter，《生命速度的生命》（Life at the Speed of Life）作者、JCVI執行長

「這是本出色又平易近人的書。只有在瞭解我們與未來世代能如何運用合成生物學工具，改變內在與周遭世界之時，我們才稱得上是能夠控制自身未來的二十一世紀有識之士，而《未來的造物者》正是帶我們認識這一切的必讀指南。」
──傑米．梅澤Jamie Metzl╱世衛人類基因組編輯專家委員會成員、《駭入達爾文》（Hacking Darwin）作者

「你也許還沒發現，你的生命──以及全世界的生命──都將改頭換面，合成生物學將透過改寫基因與客製化藥物改變一切。《未來的造物者》是本親切好讀，卻也相當犀利的書，引領我們認識未來美麗世界的各種機會、風險與道德難題。」
──史蒂芬．斯托加茨Steven Strogatz╱紐約時報暢銷書《無限的力量》（Infinite Powers）作者

「艾美．韋伯與安德魯．海瑟藉由這部不可或缺的指南，帶我們瞭解生物科技的新疆界，並提出我們現在就該考慮的重要問題與解決方法。本書是企業領袖們的必要讀物。」
──貝絲．康斯塔克Beth Comstock╱奇異公司前副總裁、《勇往直前》（Imagine It Forward）作者

「《未來的造物者》是一部傑作！艾美．韋伯與安德魯．海瑟巧妙地揭露了推動人類下一步大變革的多股力量──個人、研究室、電腦系統、政府機構與企業。他們推導出極為有趣（同時也令人生畏）的結論──人類生態系統是可以人為設計的，這將觸及我們未來生活的所有面向。這是國防專家與防禦規劃者必讀的優秀作品，能幫助讀者瞭解未來生物科技爭霸賽中種種複雜的因素。」
──傑克．索堤亞蒂斯博士Jake Sotiriadis╱美國空軍首席未來學家

「我們現在可以用類似電腦編程的方式改寫生物系統的程序了，人工智慧與機器學習更是加速了合成生物學的創新與應用。《未來的造物者》以易讀又有趣的文字，描繪了結合多領域的合成生物學，並講述它對我們生命造成的永久改變。」
──雷娜．埃卡劉比Rana el Kaliouby╱Smart Eye副執行長、《解碼女孩》（Girl Decoded）作者

「合成生物學最近期的創新，究竟是終結災難的奇蹟，還是導向全新生活方式的大突破？這是未來學家艾美．韋伯與微生物學家安德魯．海瑟在這本有趣的書中為我們探討的問題。」
──伊恩．布雷默Ian Bremmer╱紐約時報暢銷書《危機的力量》（The Power of Crisis）作者

「《未來的造物者》實為佳作，將基因編碼比喻為撰寫未來故事的字母。艾美．韋伯與安德魯．海瑟將合成生物學這極為複雜的主題寫得清晰易懂，並以犀利的文字與一針見血的剖析了科學之神祕及二十一世紀人道主義。」
──亞歷克．羅斯Alec Ross╱《未來產業》（The Industries of the Future）與《大失衡》（The Raging 2020s）作者

文章試閱

第6章　生物學時代

請想像一個與現在不同的世界，在那個世界，蝦子都是在實驗室生產出來的，不須由船隻拖著巨網在海底打撈（還有破壞海底環境）後帶到市場上販售，因此其他容易被巨網撈上來的魚與海洋生物不必受捕蝦船影響。請想像一個能在室內栽植水果的世界，販賣蔬果的超市就能在地下室種植作物，而且一年四季都可以生產新鮮水果。如此一來，我們就不必在莓果未成熟時進行採收，不必用控溫清洗的方式殺蟲，不必將它們裝入貨櫃之後運到地球另一個角落——如果能在室內栽種蔬果，那你直接從樹叢採下莓果就能吃了。

或者，請想像與現在不同的未來世界，在那個世界，健康生活的重點並不是種種限制，而是人體的升級與最佳化。那個世界裡沒有人會宿醉，因為在出門喝酒前你可以吃下特別的益生菌保健食品，預防喝酒所造成的不適。請想像一個人們不必忌食的世界，你可以憑計量生物學測試檢測身體的種種代謝數值、食物過敏及其他數據，你完全瞭解自己能吃喝哪些食品與飲料，也知道該在何時飲食。請想像一個能在產前預防遺傳疾病的世界，嬰兒不必因鐮狀紅血球貧血症（sickle cell anemia）與肌肉萎縮症（muscular dystrophy）而受苦或死亡。

現在，請回想你過去不小心撞裂的螢幕、撞斷的指甲，還有摔破的各種鏡片與鏡頭——請想像一個這些表面都加上了生物塗層的未來，東西不論以何種方式撞破了都能自動癒合。無論你倒車入庫時發生幾次失誤，汽車烤漆仍會像全新的一樣。你還可以塗上有機指甲油，不必使用有害的紫外線就能快速乾硬成形，也不必再把刺激性化學物質做的護甲油往身上塗。

這些「異世界」的基礎現在就已經存在了，甚至隨大眾目光逐漸聚焦在生物經濟的潛力上，一些創新技術開始從邊緣轉而變為主流了。

人類進步的許多關鍵階段，都與我們用以改變人造環境的材料息息相關。在石器、青銅器與鐵器時代，人類創造了日常生活、農業、建設與戰爭用的基礎科技，後來我們學會製作玻璃器具，造出玻璃飾品、瓶罐、窗戶、鏡片與醫療器材。我們用鋼鐵興建摩天大樓，用塑膠大規模製作拋棄式容器，造就了全球性食物、藥品與水等產品的供應鏈。而在此時此刻，我們正學習操縱分子、設計微生物及建造生物電腦系統，這就是文明演進的新紀元——我們來到了生物學時代的開端。人類在這個新時代建造的事物，將會解鎖新的商機、改善甚至是逆轉環境損傷，並在無數層面上改善人類的生命——包括地球上與外星球殖民地居民的生活都將得到改善。

合成生物學會改變我們人生中三個關鍵領域：醫藥、全球糧食供應，以及環境。

醫藥

接下來二十年內，人類將利用合成生物科技消滅致命疾病，並依照每個人特定的遺傳狀況開發個人化藥品。研究者將用遺傳工程改造病毒來治療癌症，還會在實驗室裡培養人類組織做器官移植之用，或者用以測試新療法。新式醫療科技可以時時刻刻監測我們的身體狀態，醫師不必再做傳統的身體檢查了。更重要的是，我們還能設計出更加健康的人，在嬰兒出生前先行預測與排除遺傳疾病，或許還能額外進行一些強化。

實驗室培養的客製化人體組織
即使在開發出mRNA癌症疫苗或客製化病毒後，還是得做嚴謹的測試，而試驗速度當然是越快越好。這類臨床試驗成本相當高，也須經過漫長的管制審查，因此在沒有COVID-19等緊急事件的情況下，新藥或疫苗通過所有審查之前可能得等上十年甚至更久。此外，科學家要研究人類活體組織對病毒與藥物的反應，這不僅困難，還十分危險。舉例而言，我們不能取用活人的大腦或心臟組織，所以得設法開發輕鬆測試新療法、降低時間成本的方法。

在這些方面，我們可以從合成生物學著手。舉例而言，我們能用合成生物學方法設計並培養「類器官」（organoid）——用人類幹細胞培育出的小團組織。此時此刻，已經有人用實驗室培養的肺臟與大腦組織，研究SARS-CoV-2造成的長期影響了。6另外也有人培養迷你消化系統與肝臟，在高度安全的實驗室用這種病毒感染組織，進行病毒的研究。威克森林再生醫學研究所（Wake Forest Institute for Regenerative Medicine）主導了聯邦政府的二千四百萬美元研究計畫，這獨特的計畫旨在開發「人體晶片」（body on a chip），做出組合多種類器官的晶片。你可以把它想像成電腦晶片，不過這是一片透明的電路板，連接到能為它注入血液的泵系統。有了人體晶片，研究者就能用新型病毒、致命化學物質或其他毒物損害模擬版呼吸系統，觀察人體可能的反應，然後用活生生的人體組織測試潛在療法，過程中完全不對人類或其他動物造成傷害。

我們可以用神經系統的微小部分，製作出一團團迷你腦組織。在二○○八年，研究者創造出了最早期的大腦類器官，有助於瞭解特定的大腦功能。自此之後，研究者利用大腦類器官進行了自閉症與茲卡等疾病的研究。如果將實驗室培養的肌肉與大腦類器官相連，還能建立神經路徑，用以處理資訊。史丹佛大學的研究者在進行自組裝組織（self-assembling tissue）的研究，這種稱為「類組裝體」（assembloid）的組織能夠在被刺激時產生反應。研究者先是讓人類幹細胞在培養皿裡自行組裝起來，做成能夠代表大腦皮質、脊髓與骨骼肌的神經細胞迴路，以此為進一步研究的原型。在皮質細胞遭受刺激時，訊息一路傳送到了肌肉部分，培養皿中的肌肉抽搐了一下。另一篇研究中，研究者製作出人類前腦類器官——前腦是大腦當中負責思考、感知與評估周遭環境的區域。而在別處也有人進行類似的大腦研究，試圖將小塊的人腦類器官移植到大鼠體內，不過這會引發複雜的倫理爭議，也有人擔心他們做出資訊處理能力媲美人類的超級老鼠。我們在下一章會接著討論這些倫理道德問題。

全球糧食供應

胡佛水壩一度阻截了水量豐沛的科羅拉多河，而如今，由於都市與農地長期用水過量，再加上嚴重的旱災與氣溫高升，科羅拉多河發生了水源短缺的問題。此時此刻，科羅拉多河最大水庫——米德湖（Lake Mead）——的水量只有全盛時期的百分之三十七，數百萬英畝的農田遇上了缺水困境。我們用以栽培糧食作物的現代化農業系統，也是造成地球氣候與生態系統不穩固的元凶之一。面對這樣的處境，我們可以用合成生物學的方法取代需大量資源的農耕與畜牧模式，並汰換我們用以將易腐壞食品運輸到全球各地所需的冷鏈（cold chain）。

肉品的末日
也許到了二○四○年，食用傳統方法生產的肉品與乳製品將會成為社會眼裡的不道德行為。早在多年前就有一些大人物懷抱這樣的信念了——在一九三一年出版的文章〈五十年後〉（Fifty Years Hence）中，溫斯頓．邱吉爾提出：「我們將逃避僅為食用雞胸或雞翅而養一整隻雞的荒謬，改而用適當媒介分別培養這些部位。」

研究者在二○一三年測試了邱吉爾的理論，那年，第一份實驗室培養的漢堡問世了。荷蘭幹細胞研究者馬克．波斯特（Mark Post）在Google共同創辦人謝爾蓋．布林（Sergey Brin）的贊助下，於馬城大學（Maastricht University）一間實驗室培養牛的幹細胞，最後做成漢堡。幸好有億萬富翁願意資助這項計畫，因為光是製作一塊漢堡肉的成本就高達三十七萬五千美元。然而到了二○一五年，在實驗室生產一份漢堡的成本降到了僅僅十一美元。二○二○年末，新加坡批准了屠宰場的競爭對手在當地營業，而這個競爭對手竟是美國公司吃正（Eat Just）的生物反應器（bioreactor）——用以培養生物的高科技大缸——專門培養雞塊。在吃正公司的生物反應器中，取自活雞的細胞會和取自植物的液體混合，然後培養成可食用的產品。新加坡現在已經有人販售以這種方式生產的雞塊了，該國雖然管制嚴格，卻也是全世界最重要的創新開發熱點之一。隨著產品人氣上升，公司還有機會在其他國家開拓新市場。

以色列公司超級肉品（Supermeat）開發了所謂「酥脆培養雞肉」，而加州的無鰭食品公司（Finless Foods）則致力開發可在實驗室培養的藍鰭鮪魚肉——由於市場對藍鰭鮪魚肉的需求量高，該魚種長期被過度捕撈，現在已成瀕危物種。還有其他公司——包括荷蘭的莫莎肉品公司（Mosa Meat）、加州的優食品公司（Upside Foods，原名曼非斯肉品公司〔Memphis Meats〕）及以色列的阿列夫農場（Aleph Farms）——都在工廠規模的培養實驗室裡，開發牛排等具紋理的肉品。目前超越肉類公司（Beyond Meat）與不可能食品（Impossible Foods）販售的植物蛋白質替代肉品並不是真肉，而用動物細胞培養的肉品就不同了，這些動物細胞能培養成分子層級與牛肉、豬肉無異的肌肉組織。

加州還有兩間公司推出創新產品：克拉拉食品公司（Clara Foods）在實驗室培養口感綿滑的雞蛋、從沒在水裡游動過的魚，以及用酵母菌生產的牛奶。完美日子公司（Perfect Day）則專門生產實驗室培養的「乳製品」——優格、起司與冰淇淋。同樣在加州發跡的，還有二○一四年iGEM競賽中崛起的非營利草根計畫「真純素起司」（Real Vegan Cheese）。該計畫致力開發開放來源的DIY起司，不過他們的起司並不是從動物生產的乳品製成，而是用酪蛋白（casein，奶類中的蛋白質）製成。他們將酪蛋白基因轉型入酵母菌與其他微生物群，利用微生物生產蛋白質，接著將蛋白質純化後用取自植物的脂質與糖類做進一步加工。投資培養肉品與乳製品的名人包括比爾．蓋茲（Bill Gates）與理查．布蘭森（Richard Branson），以及全球最大傳統肉品生產商嘉吉公司（Cargrill）與泰森食品（Tyson）。

到了今天，實驗室培養的肉品仍然所費不貲，但隨著科技成熟，價格想必會持續下降。不過在那之前，也有些公司想出了折衷方案，生產混合動植物蛋白質的食品。英國幾間新創公司忙於開發混合豬肉產品，其中包括百分之七十培養豬肉細胞混合植物蛋白質製成的培根。甚至連肯德基（Kentucky Fried Chicken）也在探索販售混合雞塊——百分之二十培養雞細胞與百分之八十植物蛋白質——的可能性。

隨著食品業重心轉移，逐漸遠離傳統農牧方法，環境也會受到巨大的正面影響。根據牛津大學（University of Oxford）與阿姆斯特丹大學（University of Amsterdam）的估算，和用傳統方法養殖肉用畜牲相比，生產培養肉品所需的能量少了百分之三十五到六十，占用的土地面積少了百分之九十八，而產生的溫室氣體則少了百分之八十到九十五。此外，若將農業重心轉移至合成生物學技術，我們還能縮短供應鏈中必要步驟之間的距離。到了未來，大城市附近將設有大型生物反應器，生產學校、政府機關與醫院等機構所需的培養肉品，甚至為當地餐廳與生鮮雜貨店供應肉品。我們不再需要將海上捕獲的鮪魚大老遠運送至美國中西部，可以省下複雜冷鏈所需的大量能源——我們能改為在實驗室培養魚肉，即使是內陸州份也能自行生產魚肉。請想像一下這樣的未來：全世界最細膩、最美味的藍鰭鮪魚壽司並非源自日本附近的海域，而是在內布拉斯加州黑斯廷斯（Hastings）的生物反應器生產出來的。

除此之外，合成生物學還會改善全球食品供應的安全性。根據世界衛生組織的數據，每年約有六億人因食品汙染而患病，每年因此喪命的人數則高達四十萬人。在二○二○年一月，受大腸桿菌汙染的蘿蔓萵苣導致美國二十七州一百六十七人被感染，其中八十五人入院治療。而在二○一八年，一些食品遭環孢子蟲（Cyclospora）——一種會造成嚴重腹瀉的腸道寄生蟲——汙染，麥當勞（McDonald’s）、喬氏超市（Trader Joe’s）、克羅格（Kroger）與沃爾格林（Walgreens）都被迫下架部分商品。垂直農業能大規模減緩這些問題。合成生物學的助益不僅於此——很多時候，我們很難追蹤汙染食品的來源，光是追蹤這項任務就可能花上數週，但哈佛大學一位研究者提出了「基因條碼」（genetic barcode）這種新方法，可以在食品進入供應鏈之前先行標記，日後若出問題就能輕鬆追蹤食品來源了。

那位研究者的團隊設計了一些細菌與酵母菌株，這些微生物的孢子被埋入獨特的生物條碼，孢子本身缺乏活性、可長久存活且對人類無害，可以噴灑在各種表面上，肉類與農產品也能噴上這些孢子。即使過了數月，就算商品經歷風吹雨淋、水煮、油炸與微波加熱，我們還是能偵測到這些孢子。（包括有機農場業者在內，許多農人已有對作物噴灑蘇雲金芽孢桿菌〔Bacillus thuringiensis〕孢子殺害蟲的習慣，所以你很可能已經吃下不少細菌孢子了。）基因條碼不僅有助於追蹤食品來源，還可用來減少標記錯誤與不肖業者販售假貨的情形。在二○一○年代中期，市場上出現不少假的特級初榨橄欖油，有了基因條碼技術以後，消費者就不怕買到假貨了。瑞士一所公立研究型大學——蘇黎世聯邦理工學院（ETH Zurich）——的功能性物質實驗室（Functional Materials Laboratory）開發了一種類似哈佛基因條碼的溶液，此溶液含有DNA條碼，記錄了橄欖油生產商等關鍵資訊。

健康的地球

現代社會所需的原料——燃料、纖維與化學物質——都消耗大量資源，同時產生不少環境廢料並排出二氧化碳。在過去，我們別無選擇，汽車與卡車需要石油燃料；時尚業需要傳統方式栽植的棉花、用牛皮製成的皮革，以及生產服裝所需的大量水資源；而減少溫室氣體排放量就只有管控各產業一途。然而到了新時代，生物經濟帶給我們利用生物工程方式取得原物料的替代選項，以及解決二氧化碳問題的新方法。

綠時尚
紡織與服裝產業所造成的環境汙染已是惡名昭彰，不過時尚產業也在努力改變生產模式，希望能用可永續發展的方式製造商品。話雖如此，即使到了今天，業者將棉花處理成纖維與製作服裝所需的紡織品，還是得仰賴煤炭這種能源，此過程貢獻了全球百分之十的碳排放量。此外，生產衣物需要大量水資源，而在清洗聚酯纖維衣料時也會排出大量超細纖維（microfiber），每年排入海洋的超細纖維多達五十萬噸，等同五百億個塑膠瓶。每年約百分之八十五的紡織品會落得埋在垃圾掩埋場的下場，其中一些是店內無人購買的衣服，業者會丟棄上一季的滯銷貨品，再進新一季的時裝；也有一些單純是人們不想再穿的衣物。光是一年丟棄的衣物，就足以填滿雪梨港——全世界最大、最深的天然港口。

那麼，如果我們能改在生物工廠培養超細纖維呢？閃電絲公司（Bolt Threads）用蜘蛛DNA開發了一種合成「微絲」（microsilk）布料，史黛拉．麥卡尼（Stella McCartney）將這種布料用於服裝設計，她的微絲服裝於二○一七年的時尚秀亮相。日本新創公司Spiber合成了足量纖維，製作成一件限定款派克大衣。我們可以用合成生物學手段處理菌絲——幫助真菌生長的絨毛及纖維狀構造——將它轉變為類似皮革的皺紋材質。若用傳統方法生產皮革，你得先花好幾年將一頭牛養大，宰殺後取牠的皮，而且這段期間你還得餵食、照料牠並提供生活的空間。至於菌絲皮革，你只需花數週將孢子培養成菌絲即可。以高級皮革包聞名的愛馬仕（Hermès）在二○二一年開始與新創的真菌工程公司（MycoWorks）合作，開發菌絲製成的永續紡織材料。假若利用合成生物學設計與培養衣料纖維，而不是從動植物身上採收與處理纖維，那我們又能開拓種種新的可能性了：舉例而言，我們可以編輯生物基因，生產布料染色用的生物性染料，做出顯色效果最佳、用水量少（甚至完全不須用水），且完全可生物分解的染料。

可以想見，合成生物學必然能為尼龍產業做出不少貢獻。尼龍生產成本低且耐用，所以日常生活中隨處可看到這種材料的蹤影：跑步鞋、橡膠輪胎、廚具、帳篷、行李箱、防彈背心、背包、網球拍等等，都會用到尼龍。每年生產尼龍的過程中，都會排放超過六千萬噸溫室氣體。然而現在，我們得以用基因改造微生物生產尼龍，Aquafil與Genomatica這兩家新創公司正致力於此。