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生物工程總體可歸結(jié)成兩類：自上而下（top-down）和自下而上（bottom-up）的方法。自上而下方法是對現(xiàn)有生物的全部基因組進(jìn)行量身定制，制造出一個類似的具備一種或幾種不同的特征或性質(zhì)的生物。一種生物的基因材料與一種或多種來源的基因材料相結(jié)合成為一個從來沒有的新生物的重組DNA代碼。自下而上的方法是指將DNA片段連接起來重新制造一個全新的生物部件。一些科學(xué)家認(rèn)為合成生物學(xué)只限于稱呼自下而上的方法，雖然通常情況下，這個稱呼也被用于自上而下的方法。

DNA片段重組是一種自上而下的方法，可以用來生產(chǎn)轉(zhuǎn)基因食品和藥品。最早發(fā)明的重組藥品是合成胰島素，大大降低了治療糖尿病的藥物成本。以前，大多數(shù)奶酪都是用牛犢的胃內(nèi)膜生產(chǎn)，但是現(xiàn)在世界上大部分的奶酪都使用合成凝乳酶（胃內(nèi)膜的活性成分）。

轉(zhuǎn)基因作物具有抗蟲害、抵御寒冷天氣、生長快、高產(chǎn)、色澤好、營養(yǎng)價值高、貨架時間更長等優(yōu)點，美國市場上很容易買到。甚至有一些常見的轉(zhuǎn)基因谷物品種可以用來生產(chǎn)低價的抗生素。但是，因為擔(dān)心它們會攪混和污染原生物種，美國對于農(nóng)場生產(chǎn)抗生素的谷物方面的測試制定了嚴(yán)格的限制。

美國的消費者很少知道他們吃的食物來自轉(zhuǎn)基因作物。歐洲的科學(xué)家和消費者擔(dān)心轉(zhuǎn)基因食物對健康造成的風(fēng)險可能在幾代人之后會顯現(xiàn)。這種擔(dān)憂有一定的道理。轉(zhuǎn)基因作物具有的一些特征比如抗雜草和抗害蟲，對于農(nóng)民而言十分具有吸引力，但是對于人類的長期影響還不得而知。

歐盟限制轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的進(jìn)口和銷售，導(dǎo)致美國和歐洲之間的貿(mào)易緊張。在美國，有人呼吁給轉(zhuǎn)基因食物添加標(biāo)簽，這樣消費者至少可以避免選擇轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品。但是說來容易做起來難。比如，一個農(nóng)民對于地里種的是否是轉(zhuǎn)基因種子根本不清楚。農(nóng)民購買的種子可能是非轉(zhuǎn)基因的，但也可能是鳥兒從轉(zhuǎn)基因玉米地里銜來種子落到了原生玉米地里。

雖然很多人害怕轉(zhuǎn)基因食品，但是目前仍然缺乏實質(zhì)性的證據(jù)表明轉(zhuǎn)基因食品會比傳統(tǒng)食品危險。在某些情況下，轉(zhuǎn)基因食品消除了常規(guī)生長的谷物或蔬菜帶來的風(fēng)險。比如，轉(zhuǎn)基因作物能抗疾病或害蟲，生長過程需要的化肥更少，因此對環(huán)境更友好。因為減少了化肥使用，人吃了未洗的水果和蔬菜中殘余的化學(xué)品導(dǎo)致生病的可能性也減少了。問題是，美國和加拿大有明確的證據(jù)表明抗害蟲的轉(zhuǎn)基因作物會導(dǎo)致抗害蟲的野草滋生，這就需要噴灑藥性更強(qiáng)的除草劑。

歐盟已經(jīng)批準(zhǔn)了種植一種轉(zhuǎn)基因玉米，但是也要求歐盟成員國政府對于本國種植轉(zhuǎn)基因作物設(shè)定限制。歐洲特別關(guān)心轉(zhuǎn)基因作物污染高價值的原生作物的可能性，當(dāng)?shù)厝烁�加看重自然生長的水果和蔬菜的口感和質(zhì)量。轉(zhuǎn)基因作物味道更好的論點在味蕾更加挑剔的歐洲人那里行不通。因此，爭論仍在繼續(xù)，能產(chǎn)生長期影響的判決仍懸而未決。

除了剛才在討論的植物和種子以外，魚是什么情況呢？2010年美國食品和藥品管理局（FDA）評估了供人類食用的首個轉(zhuǎn)基因魚案例。美國一家叫作水邦提（AquaBounty）的公司將一條太平洋Chinook三文魚體內(nèi)的生長激素控制基因轉(zhuǎn)移到大西洋三文魚中。Chinook比大西洋三文魚生長速度快。該公司還在新魚種中添加了第二種基因確保生長激素持續(xù)有效。

水邦提公司希望將這些生長周期短的轉(zhuǎn)基因三文魚推向市場以補(bǔ)充“壽司熱”造成的三文魚短缺。轉(zhuǎn)基因動物可能比轉(zhuǎn)基因植物危險更大，因為動物具有將疾病傳導(dǎo)到人身體的能力。但是轉(zhuǎn)基因動物與注射激素的牲畜（歐洲和美國幾乎所有的牲畜都注射了生長激素）相比，究竟哪一種對人體健康造成的危險更大，目前還不清楚。

這種名字叫作水優(yōu)勢(AquaAdvantage）的轉(zhuǎn)基因魚在內(nèi)陸的水池中生長。但是，環(huán)保主義者擔(dān)心如果這些魚逃到了海洋并與其他魚類雜交，對其他的三文魚物種會造成不利的影響。FDA自1995年以來對水邦提公司提交的關(guān)于允許轉(zhuǎn)基因魚進(jìn)入市場銷售的申請進(jìn)行審核。2010年專家組發(fā)現(xiàn)這種三文魚對于環(huán)境沒有明顯影響，可以食用。但是截至2014年秋天，F(xiàn)DA沒有發(fā)布最終審評報告。也許他們有所顧慮，因為2008年他們批準(zhǔn)了一個類似的審核，允許食用克隆動物產(chǎn)的奶和肉，招致成千上萬的公民提出反對。

對于自下而上的基因工程方法，了解的人更少一些，因此安全性的爭論聲音也更小一些。但是這種方法帶來的風(fēng)險值得認(rèn)真考慮，因為一些業(yè)余人士也能夠親手制造基因產(chǎn)品。自下而上的基因工程可以將標(biāo)準(zhǔn)的生物部件（生物磚塊）組合起來制造一些承擔(dān)具體任務(wù)的簡單有機(jī)物系統(tǒng)。

生物磚塊是具備獨特結(jié)構(gòu)的DNA序列，一些生物磚塊與生物中的某些特別性狀相對應(yīng)。生物磚塊基金已經(jīng)注冊了數(shù)千種生物磚塊，該基金會也建議這些仍屬于公開使用范圍。這些標(biāo)準(zhǔn)的生物磚塊相當(dāng)于數(shù)千塊不同的生物樂高積木塊。生物磚塊的使用正在將新生物系統(tǒng)制造轉(zhuǎn)變成某種DIY工程。

每年，一群群大學(xué)生和教授通過國際基因工程機(jī)器大賽（IGEM）學(xué)習(xí)合成生物技術(shù)。參加大賽的每一個隊都分到一個標(biāo)準(zhǔn)的生物部件工具箱，利用這個工具箱以及其他的部件，他們可以自己設(shè)計，整個團(tuán)隊要制造一個能夠在活細(xì)胞中運行的生態(tài)系統(tǒng)。無害的實驗室大腸桿菌株是這些新的生物系統(tǒng)最佳載體。

大腸桿菌存在于人體和所有溫血生物中的腸道中，用于研究的菌株已經(jīng)喪失了在腸道中生長的能力。大腸桿菌能夠迅速繁殖，一夜之間就能長成，因此是研究最多，最容易理解的單細(xì)胞生命形式。有一個參加IGEM的團(tuán)隊制造了一個大腸桿菌新變體，能夠改變其pH值。pH值被用來衡量一個物質(zhì)的酸堿性，從而判斷是否檢測到砷的存在。換句話說，這個細(xì)菌可以作為有毒物質(zhì)的探測器。

選擇自下而上方法的合成生物學(xué)家的愿望是能夠組裝足夠多的生物磚塊，將生物學(xué)變成類似于電子組裝的工程學(xué)。但是活細(xì)胞內(nèi)部的更加復(fù)雜的活力是否可以通過簡單的零部件組裝流程來實現(xiàn)仍然不得而知。

圍繞自下而上方法合成生物相關(guān)的倫理問題爭論聲音并不大，部分原因可能是這門科學(xué)還很年輕，而且也沒有使用人類胚胎。正如下一章中所討論的，任何使用人類胚胎以及胚胎細(xì)胞的項目都是一個敏感的底線問題，在美國尤為如此。