2016年5月31日/生物谷BIOON/--合成生物学的逐渐成熟，让科学家和工业界能够基于微生物系统合成药物分子和其他高附加值的化合物。从前些年仅仅存留于概念，即如何进行大规模的基因改造和化学分子合成路径设计，到如今进入工业应用级别，合成生物学已经取得了巨大成就。 而今，合成生物学似乎已经开始全面发力了。比如，今天的科学家已经设计了诸多的合成生物学系统，可以生成很多奶制品，将来甚至有希望全面替代奶牛。
从野牛到奶牛的驯化
基因数据和考古学数据认为，现代奶牛大部分可以溯源到一万年前的共同的野牛先祖。现代考古学数据关于远古野牛化石的数据非常有限。发现化石的地区非常集中，这与远古羊类化石发现地域的相对分散相反，这显示远古野牛可能并不像羊群一样有很广泛的迁徙。
最早的化石数据要追踪到土耳其南部托罗斯山脉的新石器文化，化石被鉴定距今约10500年。研究认为， 化石的多样性更大的地区，往往被认为是动物的原始驯化区域，化石的遗传多样性少的地方，往往表明该物种是先在外地被驯化后再引入该地的。在土耳其发现的化石的遗传多样性较大，这可能意味着土耳其的托罗斯山脉可能是现代奶牛驯化的远古基地之一。然后，在距今5000年前，奶牛的化石开始出现在蒙古地区、中国中原地区和朝鲜半岛。
在一项研究中，英法德三国的科学家，采集了在如今的伊朗发现的牛骨化石，并提取遗传物质并测序，并比对了远古野牛和现代奶牛的基因组。研究者认为，远古野牛的一小部分被驯化后，扩散到欧亚大地，才繁殖出现代奶牛的群体。据估计现代奶牛数量已经达到了惊人的14亿头。
还有研究指出，现代奶牛还有一支是在远古（距今约7000年前）的印度河流域被驯化，并进入了中国东南部。另外一支则是在非洲被驯化，并在非洲扩散开来。
奶牛是工业生产链的关键原料
奶牛已经是现代食物系统的重要成分了。奶牛不仅提供了奶制品，还可以利用牛皮制作衣服，甚至还可以提取奶牛的胰岛素作为人类的药品。
现代的多种奶制品还依赖着奶牛。奶制品中，鲜奶一直是人们很重视的产品之一。除了鲜牛奶，奶制品还包括黄油、奶酪、酸奶和奶粉，以及诸多类型的调味牛奶或者舒化牛奶。这些制品在日常生活中也占到了重要地位。虽然如今消费羊奶也成了一种趋势，但是牛奶的消费比例仍然很大。统计显示，到2010年，全人类的人均牛奶消费量达到了惊人的102千克。过去十年，牛奶的消费量已经增加了10%。
此外，奶牛的皮也在皮革领域有着重要的用途，可以用于制作服装和鞋子。牛骨还可以做成牛骨粉，作为钙质的来源。此外，牛肉膏可以作为实验室的细菌培养基，小牛血清还可以作为细胞培养液。牛角可做成手工制品，比如老式的牛角象棋。可见，奶牛全身都可以作为工业原料，对人类的生活有着重要的影响。
纯实验室合成的“牛肉”
如果说合成生物学可以从试管和培养皿里面生产肉你还不知道的话，那说明你已经out了。
2013年，多家公司推出了所谓的“无牛肉馅汉堡”，即汉堡中的肉全从实验室合成，并非来自宰杀的牛肉。这些公司指出，实验室合成的肉可以有动物肉类似的口感和营养成分。今年二月份，美国旧金山孟斐斯肉制品公司推出了一种实验室组织培养得到的“肉丸”。孟菲斯肉制品公司在其官方网站上宣传，他们可以生成实验室组织培养得到的猪肉和牛肉。他们提到，培养肉可以像“真的”那样可口。
但目前，实验室组织培养肉还存在两个难题，其一是如何有效地控制生产成本，其二就是如何到真实牛肉的那种“有嚼劲”的效果。
从牛皮到胰岛素：人工全可合成
利用牛细胞的培养细胞系，现在研究人员在实验室已经可以合成牛皮了。只不过，在合成过程中多了烘烤和切割的步骤。人工合成的牛皮已经可以替代宰杀的牛皮，用于服装工业。
此外，基因工程的胶原蛋白KOD可以用于制药行业。KOD是一种类似于胶原蛋白的人工合成蛋白，可以帮助人类伤口停止流血，促进组织再生。由于遗传工程改造，该人工胶原蛋白类似物不会引起人类的免疫反应，因此相当安全。利用基因工程改造的牛膝盖细胞合成的软骨组织，还可以替代人类的关节软骨。
人工合成牛奶如今也已经实现了。生物工程初创公司Muufri利用合成生物学开发出了一种牛奶，比大豆和杏仁的产品更像奶制品。该公司通过将奶牛产奶相关的基因导入到酵母中，可以让酵母细胞合成奶牛产生的牛奶成分。生产的过程非常像生物发酵的过程，就像生产抗生素和啤酒那样。通过添加钙质和钾离子，发酵产生的混合物可以达到真“牛奶”的成分，甚至有类似的口感。
牛胰岛素的人工合成已经有很长的历史了。当年中国科学家完成的人工牛胰岛素，差点获得诺贝尔奖。利用牛胰岛素注射治疗人类的糖尿病也是治疗糖尿病的有效方法之一。美国麻省理工的科学家生产出了一种新型的胰岛素，可以替代牛胰岛素，能够在血液中停留时间更长，而且仅在高血糖浓度时被激活，相较牛胰岛素甚至效果更好。
建在发酵罐上面的“奶牛场”
科学技术的发展已经让实验室成了食品工厂。从牛肉、牛奶、牛胰岛素到牛胶原蛋白，所有的奶牛制品都可以在实验室细菌培养皿和细胞培养皿中合成出来。然而，从实验室的培养皿转向工厂的培养罐，还有几年甚至几十年，人类终将用实验室的发酵罐替代大量的奶牛农场。现在存在的问题在于，如果能够实现转化效率的增加和生产成本的下降，从实验室转向工厂，那么未来食品工业又将达到新的巅峰。
早在上世纪五六十年代，美国化学家就宣称他们能够合成出任何食物的任何口味，他们的食品添加剂带来了现代食品工业的繁荣。然而，食品添加剂的问题，给人类健康带来了很多潜在的危险，虽然至今只有很少的化学分子被发现导致了致癌风险，更多的未知的风险则是最大的隐患。
因而，在可预计的未来里面，合成生物学发展将带来的食品工业的高度繁荣，并将极大改善部分地区的饥饿和营养不良。然而，发酵罐中的食物从心里上给人们的冲击将会很大，如何克服人类的抵制感，同时如何严格确保食物的高度安全性将是未来食品工业需要考虑的重大问题之一。
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