这个办公室有点不同。
史蒂夫·旺德那张迷幻的墨镜从墙上《滚石》杂志的封面反射出光芒。旁边是一幅由帕特伦实验室成员组成的拼图框，他们的笑容透过镶嵌的碎片闪耀着。
窗户附近挂着卡伦·英格拉姆创作的一件几何艺术品，描绘了植物 Nicotiana benthamiana。实验室将 Nicotiana 变成一个活的工作室——一个用于生长医药或农业有用化合物的宿主。
这里就是工程学、生物学和艺术交汇的地方。
《Benthamiana作为生物工厂》是卡伦·英格拉姆受帕特伦实验室研究启发的艺术解读。
尼古拉·帕特伦博士就在这三个领域的交汇处。她坐在一瀑布般的魔鬼藤下，谈到了合成生物学、太空种子和抗真菌作物。她的声音柔和而精确。
在诺里奇的厄尔汉姆研究所创立了自己的实验室后，尼古拉将团队搬到了剑桥，现在她是植物科学的副教授和植物分子工程组的负责人。
尽管她有园艺的天赋，但尼古拉童年的梦想一直是成为一名天体物理学家。17岁时，她参与了一个公民科学项目，该项目将种子送上了国际空间站。尼古拉得到了返回地球的种子，并检查它们是否还能生长。
“这是我第一次获得实验数据。这太有趣了。同时，我还在一家无家可归者慈善机构做志愿者，这让我思考食品安全和分配问题。这两者的结合改变了我的想法：生物科学突然变得相关起来。”
年轻的尼古拉比生物工程的诞生早了几步，但她的直觉指向了这个方向。技术终于赶上了她的想法。尼古拉现在可以将工程原理应用于生物系统，并指导植物基因的表达。
换句话说，她可以让植物按我们的意愿行事。
提高抗性之路
“植物并没有进化成作物。我们需要作物做的事情与它们自然做的事情相当不同。”
长期以来，我们的农业一直致力于最大化产量。我们在选择作物时并未考虑其全部特征，而是随意选择了最大、最多汁的样本。我们现在知道，在我们最重要的作物的自然种群中，存在多样化的特征。这些有用的特征并未被带入农业。例如，抗病和抗真菌病原体的能力可能在我们将作物从野生环境中移出时被遗忘了。
那么，我们如何快速地将这些被遗忘的特征重新整合到当前的作物中呢？通过育种将具有优选特征的作物结合起来可能需要25年。但基因编辑可以在5年内完成。我们只需要弄清楚应该关注哪些基因。
尼古拉的实验室已经开始在这方面进行合作，与约克大学的凯瑟琳·丹比和约翰英纳斯中心的研究人员合作。他们正在研究英国最有价值的叶菜类蔬菜：生菜。
真菌病原体对生菜是一个巨大的风险，可能导致产量大幅下降。生菜对真菌的抵抗力各不相同。这种抵抗力不是由一个基因决定的，而是一个基因网络，其中基因以复杂且不透明的方式相互调节。
尼古拉希望找出哪些基因是成功抵抗的关键。野生生菜可能会激发化学物质的产生以对抗真菌，或者促使感染部分的植物死亡。但为了有足够的能量来对抗病原体，生菜也会抑制生长——这对作物来说不是一个好品质。
人类理想的生菜应该是抗真菌的，并且能够优先考虑生长：在最短的时间内给我们最大、最美味的叶子。尼古拉正在寻找可能激发这种生菜的基因。
为了加快这一搜索过程，她可以将候选基因发送给合作者，他们将这些基因插入数学模型，模拟如果该基因的影响增加，生菜会发生什么变化。基于这个模型，他们可以预测表型——如果允许生长，生菜会是什么样子和行为。
最后，尼古拉可以将这个配方编码成一段DNA，插入生菜基因组。由此产生的生菜将验证尼古拉的预测：他们找到了正确的基因吗？当他们找到时，成功了：抗真菌生菜。
成功的搜索结果对人类的食物生产可能具有变革性的意义。
“最终目标是找到不仅在生菜中保守的系统，而且在许多作物中也保守的系统。这样我们就能有一种方法来激发许多植物的抗真菌能力。”
植物作为药物
人类自古以来就一直在使用植物作为药物。植物产生的分子可以作为抗炎药或抗癌药。
在尼古拉工作的另一部分，她试图识别新型植物基药物及其可持续的生产方式。
“在某些情况下，负责天然药物的具体分子是已知的，”尼古拉说，“在其他情况下，它们从未被发现。”
一些植物产品具有医疗用途，但难以大规模生产。例如：马达加斯加夹竹桃会产生两种对治疗非霍奇金淋巴瘤（一种发生在淋巴系统的癌症）有用的分子。问题是，这些分子仅占夹竹桃重量的0.002%，因此很难大规模收获。因此，这种药物的价格很高。
另一种化疗药物来自红豆杉：紫杉醇。在1980年代发现后的10年内，红豆杉从一个不太受关注的物种变成了国际自然保护联盟红色名录上的高危灭绝物种。人们为了获得珍贵的紫杉醇，撕下了红豆杉树皮。幸运的是，随着技术的进步，我们能够培养红豆杉细胞，并更可持续地收获紫杉醇。
更广泛地说，合成生物学家正试图了解植物是如何制造这些具有医疗用途的分子的。当他们找到负责的基因时，可以编程另一种生物高效且低成本地生产这些分子。这是一种新的宿主——生物生产系统——其目的是将其资源集中在尽可能多地生产选定的分子上。
这就是尼古拉正在用 Nicotiana benthamiana 做的事情，它是烟草的近亲。她将这一过程描述为更像是“引导和培育”而不是建造机器。凭借足够的耐心和专业知识，她可以劝说植物专注于新目标。
“给植物一套新的指令相对容易。但要让它将能量投入到你想要的东西上，并忘记它通常做的事情，要困难得多。让植物忽略花朵和种子是很困难的。”
像尼古拉这样的科学家正在培养一种新的生物技术，我们可以读取自然的蓝图，并将它的能量引导到更强大的目标上。
成为植物科学领域的黑人
尼古拉来自赫特福德郡的海姆斯亨普斯特德。这一简单的事实使她在植物科学领域成为一个罕见的存在。
在这个国家，既在英国出生又是有色人种的植物科学毕业生非常少。事实上，正如尼古拉所说，如果我们排除从海外招募的学生，这个数字“几乎为零”。
“我几乎总是我们实验室或部门中唯一的有色人种。你可以在一个大型的国际植物科学会议上仍然成为唯一的黑人。”
针对这种情况，尼古拉与史蒂文·斯波尔和约斯林·贝尼特斯-阿尔丰索共同创立了“黑人在植物科学”组织。
该组织旨在建立一个社区，让黑人研究人员永远不会感到孤独。他们希望既能保留黑人人才，又能鼓励更多有色人种参与这一学科。
仅仅一年多的时间，“黑人在植物科学”已经建立了广泛的根系网络。新的资金使他们能够为本科生提供实习机会，帮助有色人种的年轻人获得研究经验，并为进一步学习做好准备。他们还与教育专家合作，研究人们在哪里以及如何学习植物科学的人口统计情况。
“我们希望了解障碍是什么，以及人们认为什么是威胁或排外的。”
“与其他‘黑人在植物科学’的成员聚在一起真是太好了。在一个房间里不是唯一的有色人种感觉很奇怪，也不那么不同。被周围理解你经历世界方式的人包围，感觉很好。”
在其他地方，尼古拉探讨了英国植物科学中黑人和亚裔学生代表性不足的可能原因。植物科学课程往往不在英国最多元化的地区提供。如果人们想学习，他们不得不搬到剑桥、达勒姆或华威等地方——这对来自城市内部的有色人种来说可能是一种文化冲击。
其他因素可能与黑人接触绿地的机会有关。
“在英国，黑人拥有花园或优质绿地户外空间的可能性是其他人的四分之一。”
在他们的导师计划和优秀表彰活动中，“黑人在植物科学”正在为所有背景的研究人员创造一个安全的空间。这样的团体将使学术体系更加智能、更具同理心和更加富有成果。
对于一个领域来说，错过像尼古拉这样的人的能量和专业知识是一种悲剧。像她这样的实验室正在使我们的食物更健康，药物更便宜。更不用说，正如史蒂夫·旺德可能会说的那样，生菜是如此可爱、美妙和珍贵。
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