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人造生命  

2009-07-01 12:53:07|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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人造生命 - 新发现 - 《新发现》杂志官方博客人造生命 - 新发现 - 《新发现》杂志官方博客

 

 

美国著名生物学家克雷格·文特尔宣称他即将完成人类的一个古老梦想——创造新的生命体。

编译 陈舒君

 

    大厅里人头攒动,无数记者和科研人员焦虑地等待着。在正前方的展台上,一个神秘物体被黑布遮得严严实实。主持人拿起话筒,发表了一个简短的演讲,接着在一阵眩目的闪光灯照耀下揭开了那块黑布。众人大失所望:台上只有一个盛着一些液体的广口瓶……就在这个时候,大屏幕亮起,向在场人士展示了瓶内玄机。那是用显微摄像机拍到的一个放大千倍的图像:一个奇怪的细胞,表面布满了细丝,缓慢地在液体中游动。“这是一种细菌。”主持人说道,“但是,各位请注意,这可不是普通的细菌,它从里到外,全都是在座科研人员发明、制造的结晶。”
    这么说,他们成功了?完全由人类设计并创造的第一个生命体终于走出实验室了?那倒没有,但最终的成功只是个时间问题。至少美国著名生物学家克雷格·文特尔(Craig Venter)是这样宣称的,他雄心勃勃地要创造新的生命体,把科学引入一个崭新的时代。他的近期目标并不缥缈。他计划首先创造出一些最基本的、可以发育并完全自主繁殖的单细胞生命体。“这是些按科学家意愿组装,并能为人类服务的生命体。”克雷格?文特尔如是定义。我们能否相信他呢?人类真的可以制造出新的物种吗?这样做会有什么危险吗?

 

复制生命语言
    对于有些人来说,克雷格?文特尔是全世界最伟大的生物学家,但对另一些人而言,他就像恐怖电影中的弗朗肯斯坦教授一样疯狂。不过,有一点是肯定的,那就是他的一举一动吸引着所有人的目光。克雷格?文特尔曾是一个成绩平平的学生,比起上课,他更喜欢去冲浪。不过那都是上世纪70年代他投身于生物学领域之前的故事了。很快,他就开始对各种生物的基因组产生了浓厚的兴趣。我们可以简单而形象地把基因组比作一个信息程序,里面写满了完成所有生命活动所必须的代码。这个程序存在于所有生命体的细胞之中,根据物种的不同而有微小差异。
    在那个年代,人类对基因组几乎一无所知,而克雷格?文特尔却乐在其中。他决定破译基因组,先从一种基因组较为简单的细菌入手,并在1995年获得成功。但这不过是牛刀小试,更辉煌的成就还在后面。2000年,他与国际人类基因组计划的研究团队同时破译了人类基因组!但对他来说,这似乎还远远不够,他可不满足于阅读这些现成的基因“程序”,他的追求在于创造!创造新的基因组!创造新的生命体!
    然而那时,还没有人能够制造,甚至复制足够多的基因用以创造生命。个别实验室虽然成功地复制出一些基因,但从未复制过整个基因组,因为它们真的是太脆弱了。就拿微小的细菌来说,别看它们的基因组看上去像个圆环那样简单,操作起来难度却相当大。但有些人就是为挑战而生,越难就越要一试!
    生殖支原体(mycoplasma genitalium)是一种极其微小的细菌。克雷格?文特尔首先对其基因组进行解码,随后借助“DNA合成器”忠实复制了该基因组的每一个片段,最终获取101段各含4~6个基因的丝状合成物。难的是接下来要做的事。因为要使这些片段相互协调并形成一个程序,必须使它们首尾相接持久地串连在一起——你该不会以为只要把散装的发动机零件一股脑儿扔进引擎室,就能顺利发动汽车吧?为此,克雷格?文特尔的团队先是以酶为工具,对这些基因段进行精确地剪切和粘贴。
    但粘贴到一定阶段后,操作变得越来越困难,只要再粘就会使已经组装的整个基因链解体,前功尽弃。于是研究人员决定采用另一种工具——酵母。把需要组装的剩余基因段交给酵母,由它们进行几十次地复制后,按照正确顺序完成最后组装。2008年2月,克雷格?文特尔终于成为完成整基因组组装的第一人,他庄严宣布:“对基因密码,我们完成了从读取到书写的伟大转折!”
    现在就剩最后关键的一步了,那就是开动这个人造基因“发动机”,为细胞带来生命!也就是说,把人工复制的基因组导入某一细菌,完成对其控制。恰恰在这最后一关,工作陷入僵局。“我们试了很多回,但还从来没有成功过。”克雷格?文特尔的生活伴侣以及工作伙伴希瑟·科瓦尔斯基(Heather Kowalski)似乎脸上也有些挂不住。导入复制基因组控制细菌的工作已经不懈地进行了一年,但还是毫无起色。
    “克雷格?文特尔团队好比是成功地复制了一份乐谱,将其刻录到了CD上,又把CD插入了播放器,可就是放不出音乐来。”法国合成生物学专家菲利普·马尔利耶(Philippe Marlière)解释道,“可能乐谱里还有些错误,但估计很快就能修正。”或许是酵母的介入在这张CD上留下了人所不知的痕迹,使得“乐谱”不能被细菌正常读取。这就是目前克雷格?文特尔团队正在着力弄清的事情。

 

组装生物即将问世
    只要第一个人造生命体成功存活,人类创造生命体、发明新生物的可能性便将得到证明。届时,克雷格?文特尔团队就将告别现有基因组的复制工作,而开始新基因组的设计编写,以创造出前所未有的全新物种。
    为了达到这个目的,先得选择合适的基因。首先自然是生命必需的基因,如那些负责生命体成长和繁殖的基因。其次是赋予细胞一定能力的基因,如确保其能源物质生产的那些。
    接下来就得把所有这些元件组装成细菌基因组那样的环状物件,这工作有点像乐高积木游戏。然后将全新的基因组整个地移植到一个细胞空壳中,等待细胞解读这份新的“乐谱”。“我们将制造出一系列从未有过的微生物,利用它们把二氧化碳转化为生物燃料,制造新的药品,降解污染物……”提到未来,克雷格?文特尔团队成员们便异常兴奋。
    “事情绝不会如此简单。”菲利普·马尔利耶更为冷静,“究竟哪些‘乐谱’能被读取并获得表达?在通向真正人造生物的障碍跑中,我们目前所越过的不过是最容易的障碍。”克雷格?文特尔并不是孤军作战,菲利普·马尔利耶也试图书写新的基因乐谱,只是他采用了另一方法,借助于一种类似DNA的物质。

 

第一乐章,谁来谱写?
    “改编生命语言的目的在于创造前所未有的、绝不可能通过自然机制产生的细菌。”菲利普·马尔利耶解释说,“因此,它们的遗传信息绝不会被其他生物读取,在自然环境中杂交及扩散的风险便可得到控制。”
    美国生物工程师德鲁·恩迪(Drew Endy)也在这个未知的领域摸索,他希望能像发动机制造或集成电路生产那样,在最大程度上使装配基因组所需的零部件得到简化与标准化,从而方便生命体的制造。他推出了一套“生物砖”,那是一组功能确定的DNA片段,供用户在组装基因组时选用。
    除此之外还有更大胆的构想。以皮埃尔·路易吉·路易兹(Pier Luigi Luisi)为首的一批意大利生物学家不但准备创造新的基因组,而且还打算为他们所要创造的生命体自造细胞!他们可不愿像克雷格?文特尔那样利用细胞空壳——一切都得人工制造,包括用脂类小滴生成细胞壳。
    总而言之,全世界的研究人员你追我赶,人人都在为制造第一个人造生命体而争分夺秒。按照科学家们的说法,这是为拯救地球而进行的伟大探索之一。风帆已经扯起,迎接我们的将是未知的汪洋……

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