培育油虫

这可能是一张石油泄漏的航拍照片：液球汇聚、渗出，使一片狼藉的景象显得矮小。我几乎以为镜头会放大中毒的海豹幼崽或拖着浸满石油的羽毛的水鸟。但这个场景太微小了。“景象”是由大肠杆菌构成的。而实际发生的事情与表面看起来的完全相反。这些小虫子并没有淹死在燃料里。它们制造了燃料。

我在加利福尼亚州埃默里维尔的阿米瑞斯生物技术公司电脑屏幕上看到这张图片，公司创始人之一、生物学家杰克·纽曼正在带我参观。我面前的这些基因改造大肠杆菌是经过精心设计的工业生产单元，阿米瑞斯公司正在利用它们将糖转化为新型汽油、航空燃料和柴油——换句话说，就是世界上已经使用的燃料。阿米瑞斯是为数不多的年轻生物燃料公司之一，它们对绿色的未来进行了精彩而又奇怪的诠释。它打赌，在细菌的帮助下，解决我们汽油问题的长期答案实际上是……汽油。

因为就目前情况来看，石油的主要替代品乙醇（一种酒精）问题重重。乙醇无法通过现有的基础设施输送，因为它容易腐蚀管道。明尼苏达大学经济学家杰森·希尔表示，即使美国种植的所有玉米都转化为乙醇，也只能替代我们每年使用的 1460 亿加仑汽油中的 12% 左右。纤维素乙醇（从植物茎秆而不是种子中含有的纤维素物质生产的燃料）可以解决这个问题，但大规模生产乙醇的技术仍然遥遥无期。此外，乙醇的能量密度不如石油基燃料。

这就是为什么越来越多的科学家开始在微生物世界寻找新的、环保的方法来制造优质老式汽油。如果微生物可以被操纵，将甘蔗转化为碳氢化合物燃料——并且每茬新甘蔗作物都能吸收燃烧前一茬作物产生的燃料所排放的大部分二氧化碳——那么你就得到了无油、几乎碳中性的汽油。这听起来可能有些牵强，但证据就在这幅图中；油性碳氢化合物团块在细胞周围聚集，形成一种看起来像熔岩灯屏保的图案。“所以这就是你要拯救世界的方法？”我问纽曼。“帮助拯救世界，”他纠正道。

激进但实用

纽曼的回答很有说服力。他和他的同事明白，没有哪一种技术能够解决我们的能源问题。加入研究乙醇的科学家大军，用他们的导师、加州大学伯克利分校化学工程教授杰伊·基斯林的话来说，“就像在圆周率上再加一位数字。”相反，阿米瑞斯公司从另一个方向来解决我们对石油的依赖：利用合成生物学——一种新兴的基因工程形式，将来自不同生物的基因植入微生物——将植物物质中的葡萄糖转化为碳氢化合物燃料。

该项目基于一个务实的认识：汽油不会很快消失。而且在很多方面，碳氢化合物都非常好用。它们很容易通过管道输送到加油站。它们的能量非常丰富。而今天的汽油发动机是经过数十年工程和创新精心调校的强大机器。如果我们不必放弃它们，为什么要放弃它们呢？

问题在于，虽然大自然擅长通过发酵将糖转化为乙醇，但它并不擅长将糖转化为碳氢化合物。但正如基斯林所说，“我们不必依赖大自然赐予我们的东西。”他相信我们可以创造更好的东西。因此，阿米瑞斯公司改变了大自然，以不同的方式进行发酵。通过向细菌中添加基因，使微生物产生不同的酶，阿米瑞斯公司建立了一条途径，以进行将糖转化为碳氢化合物所必需的一系列化学转化。他们将一种普通微生物变成了一个微型加油泵。

Amyris 已在实验基础上实现了这一目标。但将这些实验扩大到部分替代美国每天进口的 2000 万桶石油则是另一回事。

啤酒厂
阿米瑞斯公司是一个气氛欢快的公司。11 月下旬的这个下午，在基因测序仪、微阵列、显微镜、烧瓶、移液器和嗡嗡作响的冰箱中间，一排排装饰着笑脸的迷你南瓜摆放在桌子上。实验室工作服上绣着“大豆”和“野生型”等绰号。纽曼指出，阿米瑞斯公司几乎就像一个大学实验室，但又不完全是——“每个人都太开心了。”

正如人们所料，一家初创公司的全部净资产几乎都基于其知识产权，Amyris 的人不会详细介绍他们的技术操作。他们也不会说他们到底在制造什么分子。事实上，在我访问的那天，他们非常谨慎。当纽曼和我走过一个装有核磁共振仪（用于确定化学结构）的实验室时，我提到我曾经在化学实验室工作过，他有点紧张，赶紧把我带到了隔壁的房间。

但我们知道的是：使用一种叫做电穿孔仪的装置，它使用短暂的电流在细胞壁上打出临时的孔洞，可以将任意数量的生物基因添加到细胞中。用正确的基因制造细菌，它们会大量生产从药物到食品添加剂再到燃料等各种化学前体。因此，为了将这些细菌变成微型燃料工厂，Amyris 为大肠杆菌和其他微生物添加了基因，使它们在消化甘蔗等生物质中的葡萄糖后分泌碳氢化合物。

当然，说起来容易做起来难。在阿米瑞斯实验室，我看到几十名年轻的科学家在“研究”微生物——测试经过改造的微生物，看看它们将糖转化为燃料的效果如何，然后再进行一些调整。纽曼说，这个过程就是“想出一个微生物，制造一个微生物，然后测试很多微生物”。

测试和调整主要通过对微生物的计算机分析来完成。当我站在一位名叫兰斯·凯泽 (Lance Kizer) 的生物学家身后时，他指着他的屏幕向我展示了每种细菌的哪些基因被激活以及激活程度如何。每种基因的活动在屏幕上都以上升和下降的曲线形式出现。“这是消除瓶颈的重要部分，”纽曼说。为了高效地生产燃料，你需要一种微生物，它能积极地将糖转化为你想要的化学物质，但不会产生不必要的副产品和毒素，因为这些副产品和毒素会积聚并杀死细胞。凯泽的分析有助于确定哪些基因改变可以让 Amyris 更接近其理想微生物。

接下来，我们进入一个宽敞的开放式房间，一小群科学家正在用装有改良微生物和糖的烧瓶进行实验。他们搅拌烧瓶中的物质，直到油腻的燃料液滴浮到表面。阿米瑞斯公司的研究人员每天都会进行数百次这样的实验。

最后，我们来到了“酿酒厂”，这是一间有裸露的铜管、几个钢发酵罐和一个高耸在一侧的大桶的房间。“一旦你有了可以工作的东西，你就来这里，”他说。这是他们研究过程中最棘手的部分——评估微生物在更大规模上将如何运作。让这些细菌足够坚强，能够在燃料制造微生物的残酷生活中生存下来是关键。在工业规模上，微生物要承受极端的压力和高温，因为许多产热细菌挤在一起。“当你培养微生物用于生产高成本的药品时，你可以小心呵护它们，”另一位联合创始人金基德·雷林说。“对于燃料来说，这很粗糙。这是一个古老的发酵罐。你甚至不想清洗它，因为这会增加成本。这是一个不同的世界。”

从制药到燃料
Amyris 成立于 2001 年，当时 Newman、Renninger 和 Reiling 都是 Keasling 伯克利实验室的博士后。当时，Newman 在实验室里研究生物传感器，这是一种检测特定分子存在的设备。Renninger 的博士学位也是在 Keasling 的指导下获得的，他专注于生物修复——利用微生物来清洁环境。晚上，Renninger、Newman 和 Reiling 会去 Keasling 家集思广益，提出创业想法。（当时在场的还有另一位名叫 Vince Martin 的博士后，Renninger 称他为“披头士第五人”。）“我们每人带一瓶酒，点一些难吃的披萨或中餐，然后喝上一大杯，”Renninger 说。一晚上下来，“这些会议的效率不断提高，然后突然下降。”

起初，该团队考虑使用藻类来制造生物柴油。但很快，他们的注意力就转移到了 Keasling 实验室正在进行的一个项目上——利用合成生物学来制造一种名为青蒿素的廉价抗疟药。“这项技术当时非常火爆，”Newman 回忆道。“它的效果超出了我们的想象。”尽管如此，他们还不确定如何扩大生产规模或将药物推向市场。“于是，我们想出了向盖茨基金会申请巨额资助的想法，”他说。

该计划奏效了。2003 年，加州大学伯克利分校与 Amyris 和一个名为“世界健康研究所”的非营利组织联合提交了一份提案。一年后，比尔和梅琳达·盖茨基金会向该联盟提供了 4260 万美元的资助，用于青蒿素的研究。Amyris 同意以非营利的方式开发这项技术。纽曼说：“头一年半，我们只是埋头苦干，思考如何实现”青蒿素。（Amyris 预计今年将向一家制药公司提供其青蒿素制造技术。）

随着青蒿素的研发，该团队开始考虑第二个项目——这一次，他们想要一个赚钱的项目。Amyris 的核心技术可用于制造数千种不同的分子，包括廉价的维生素、香精和香料。有一段时间，该团队曾考虑制造廉价的草莓调味料，但这个想法并没有真正激发人们的兴趣。

正是在那时，他们又重新将目光转向生物燃料。当时距离电影《难以忽视的真相》上映还有几个月的时间。风险投资家开始对生物燃料产生兴趣。于是，阿米瑞斯团队坐在办公室里，拿出废纸，开始绘制化学结构。他们的目标是设计出“完美的燃料”分子——稳定的化合物，不易冻结，每个分子中蕴含的能量足以制造出具有成本效益的燃料。其中一些分子恰好看起来有点像青蒿素。有了候选结构，他们开始测试并进一步修改细菌以制造新分子。突然之间，阿米瑞斯进入了能源行业。

成为赌徒有帮助

伦宁格可能比团队中的任何成员都更能体现环保主义者和资本家的碰撞，而这正是此类项目所必需的——该项目理想主义、冒险且可能非常有利可图。在麻省理工学院读本科时，他研究过内燃机和空气污染控制。他研究过生物修复，梦想着有朝一日创办一家能源公司。但与此同时，他靠打二十一点来维持生计。

1994 年，伦宁格加入了臭名昭著的麻省理工学院 21 点团队，该团队在 20 世纪 90 年代通过算牌和统计分析在拉斯维加斯赚了数百万美元。伦宁格被他的一个兄弟会成员招募，开始在周末飞往拉斯维加斯，赌博到凌晨，有时还伪装成赌徒。在一些周末，伦宁格为团队带来了超过 10 万美元的收入。

纽曼喜欢追问伦宁格他当牌王的日子。“问问他被扔进多少个垃圾箱，”纽曼在旧金山一家名为 Rubicon 的餐厅吃晚餐时说道。“我没有被扔进任何垃圾箱，”伦宁格说。“我被关进过几次密室。但我的态度是，如果他们打断我的腿，我就要起诉，这样赚的钱比我玩 21 点赚的钱多得多。”

我问他是否认为他的赌博天赋与阿米瑞斯有关。纽曼插话道：“这是我加入这个团体的唯一原因。我当时想，‘好吧，至少有人懂点钱。’”伦宁格笑着说。“这是经过深思熟虑的冒险，对吧？它肯定会让你更乐于承担风险。”他说，拉斯维加斯给科学家带来了很多教训。“当你被打倒后，要重新站起来，因为你知道自己走在正确的道路上。我输掉了很多 10,000 美元的赌注，后来又下了 15,000 美元或 20,000 美元的赌注。这种动力在科学界很常见。因为有时事情就是行不通。”

与“基因王”竞赛
使用合成生物学生产燃料的公司数量仍然相对较少，但竞争正在加剧。石油巨头英国石油公司和杜邦公司已经开始利用转基因微生物小规模生产丁醇。

1998 年，叛逆的生物学家 J. Craig Venter 宣布打算用私人资金对人类基因组进行测序，他也参与了这一游戏。2005 年，Venter 和诺贝尔奖得主微生物学家 Hamilton Smith 创立了 Synthetic Genomics 公司，该公司旨在创造能够将植物物质转化为生物燃料的生物体。Venter 喜欢说他正在从“基因之王”变成“石油之王”。

他对燃料的研究方法与他创造合成生命的动力相一致。（今年 1 月，他宣布已经生产出世界上第一条合成染色体，当将其植入细胞中时，将产生世界上第一种合成生命形式。）在文特尔看来，从头开始构建新的燃料生产生物比对现有微生物进行基因改造更好。

然而，他计划在实际使用之前制造出一种所谓的“最小”生物，这可能会减缓他在燃料方面的进展。“即使他说他创造了一种合成生物，也需要很多年才能投入使用，”凯斯林指出。“我们创造的微生物现在就可以使用了。”（文特尔反驳说，他还在研究一种使用现有微生物改良版的喷气燃料。）

改造现有微生物也是位于加利福尼亚州圣卡洛斯的一家小型初创公司 LS9 的策略。LS9 成立于 2005 年，与 Amyris 一样，该公司正在改造细菌以生产生物柴油和其他燃料（但使用不同的化学途径）。此外，该公司正在研究一种原油产品，这种原油产品需要送往炼油厂才能使用。LS9 的研发副总裁 Stephen del Cardayré 表示，该公司正在“积极扩大”其柴油产品，并在其新实验室空间内建造一个试点设施，以在今年测试更大规模的生产。

试点工厂将是对所有这些公司的重大考验。“所有生物燃料的问题都是规模问题，”文特尔告诉我。“我们必须以压倒性的规模进行生产。这将是一个工程挑战，也是生物学挑战。”例如，当你在进行工业规模生产时，你如何将燃料与制造燃料的微生物分开？你如何防止微生物被它们生产的燃料淹没？

规模问题更加严重：几家小型生物燃料公司如何取代美国人每年燃烧的数十亿加仑汽油？LS9 的 Cardayré 直言不讳：“在这个领域工作的每一家公司都可能取得超出其最大胆目标的成功，而埃克森美孚却永远不会知道这一点。”

下一步
无论埃克森美孚是否注意到，今年 Amyris 将开始建设一个能够生产工业数量燃料的试验工厂。该公司正在与巴西糖供应商进行“深入谈判”，以便获得大量低成本甘蔗，并与 Costco 和其他公司就可能的分销协议进行初步谈判。伦宁格说，该计划是在未来两到三年内建立“从糖到消费者的完整生产线”——首先是生物柴油，然后是航空燃料，然后是汽油。（生物柴油为何首先进入市场是 Amyris 的另一个商业秘密。）

在创始人中，Reiling 和 CEO John Melo 是花最多时间在业务细节上的。

“我喜欢说自己是个现实主义者，”雷林说。当被问到详细问题时，他也容易分心。当我催促他告诉我公司计划在试验工厂进行哪些测试以及工厂将建在何处时，他转过椅子，带着一丝笑意问我是否想听一张名为《Desolate Messiah》的 CD，这是一支德国重金属乐队的唱片，而这支乐队的名字恰好就是 Amyris。“你觉得 80 年代的长发乐队怎么样？”他继续说，把 CD 放进电脑里。接下来是一首多愁善感、情绪化的歌曲，可能是 Mötley Crüe 乐队拒绝的歌曲，而且据我所知，这首歌与试验工厂毫无关系。

不过，在我离开之前，他向我展示了他办公室里的一幅画。画中是一个小男孩从一座悬崖跳到另一座悬崖。小男孩的双臂伸展开来，头向前伸。“他甚至没有看悬崖边缘。他看向悬崖边缘之外，”雷林说。“他百分百地专注于这一跳。当你追求某样东西时，你必须这样做。”

阿曼达·谢弗 (Amanda Schaffer) 是《Slate》杂志的专栏作家，也是《纽约时报》科学版的常客撰稿人。