5月20日,美國(guó)科學(xué)家宣布世界首例“人造生命”――完全由人造基因控制的單細(xì)胞細(xì)菌誕生。 　　被冠以“人造生命之父”的克雷格•文特,只是認(rèn)為其團(tuán)隊(duì)成功改造了新種類的細(xì)胞而已。
　　
　　15年來,克雷格•文特(J. Craig Venter)博士一直追逐著一個(gè)夢(mèng)想:從零開始構(gòu)建出一個(gè)基因組,然后用它創(chuàng)造合成生命�，F(xiàn)在,他和Craig Venter研究所(JCVI)的成員們終于讓夢(mèng)想成為現(xiàn)實(shí)。文特博士的研究團(tuán)隊(duì)在最新一期的《科學(xué)快訊》(《Science Express》)上發(fā)表了他們的研究論文,詳細(xì)介紹了怎么制造出一條細(xì)菌染色體,然后把這條染色體移植到一個(gè)細(xì)菌體內(nèi)以取代它原有的DNA(脫氧核糖核酸)。在這個(gè)合成基因組的驅(qū)動(dòng)下,這個(gè)微生物細(xì)胞開始自我復(fù)制,并制造出一種全新的蛋白質(zhì)。
　　科學(xué)雜志《人造生命》(《Artificial Life》)主編以及里德學(xué)院的哲學(xué)教授馬克•貝道(Mark Bedau)說,“這是生物學(xué)和生物科技?xì)v史上的決定性時(shí)刻�！奔s翰霍普金斯大學(xué)醫(yī)學(xué)院的酵母菌生物學(xué)家杰夫•博伊科(Jef Boeke)也認(rèn)為它代表了合成基因組學(xué)這一新領(lǐng)域的重要技術(shù)里程碑。
　　文特博士的團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造的合成基因組和自然細(xì)菌體內(nèi)的基因組幾乎完全一致。而這個(gè)基因組也稱得上是造價(jià)不菲,前后耗資將近四千萬美元,花了20名研究人員超過十年的時(shí)間。盡管如此,制造能生產(chǎn)燃料或者藥品的更加復(fù)雜的基因組,并讓它像在單細(xì)胞中一樣自我繁殖仍然是個(gè)不可企及的計(jì)劃。要想從頭開始組合,配對(duì)和設(shè)計(jì)一個(gè)生物體的基因組,基因工程師要做的事情還多得很。
　　合成細(xì)菌的想法源于文特博士、JCVI成員克萊德•哈奇森(Clyde Hutchison III)和漢密爾頓•史密斯(Hamilton Smith)負(fù)責(zé)的一個(gè)項(xiàng)目:確定微生物所必須的最少基因?qū)��?在此基礎(chǔ)上,增加能夠促使一個(gè)細(xì)菌轉(zhuǎn)變成可供人類利用的化合物的基因。1995年,這三人領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)研究小組對(duì)生殖支原體(Mycoplasma genitalium,一種細(xì)菌)染色體的60萬個(gè)堿基完成了基因排序。這是自由生存有機(jī)體中最小數(shù)量的基因組。這種微生物含有500種左右的基因,研究人員發(fā)現(xiàn),刪掉其中的100種基因并不會(huì)帶來任何不良影響。
　　要證明實(shí)驗(yàn)暗示的最小基因組,就必須完成這兩個(gè)步驟:合成一整條的細(xì)菌染色體,然后將其植入一個(gè)受體細(xì)胞內(nèi)。但制造和控制整條染色體的技術(shù)當(dāng)時(shí)還未出現(xiàn)。直到2007年,文特、史密斯和哈奇森才最終實(shí)現(xiàn)把自然染色體從一個(gè)微生物移植到另外一個(gè)微生物體內(nèi)。一年之后,他們又成功制造出一條人造染色體。這條染色體和生殖支原體染色體相稱,但同時(shí)又包含“水印”DNA序列,以便于兩者之間的區(qū)分。
　　不過,對(duì)這兩個(gè)步驟的組合卻陷入僵局。部分原因在于生殖支原體生長(zhǎng)過于緩慢,一個(gè)單獨(dú)實(shí)驗(yàn)就可能耗費(fèi)上好幾個(gè)星期。研究小組中途決定更換微生物,對(duì)含有100萬個(gè)堿基但生長(zhǎng)迅速的絲狀支原體(Mycoplasma mycoides)進(jìn)行基因排序,并開始制造其染色體的合成復(fù)制品。到2009年,實(shí)驗(yàn)顯示他們已經(jīng)能夠分離出絲狀支原體的染色體,將其放在酵母菌中,修改它的基因組,然后把它移植到山羊支原體(Mycoplasma capricolum)中。他們下一步要做的就是,證明這種細(xì)菌DNA的合成復(fù)制品也可以達(dá)到一樣的效果。
　　為了打造合成染色體,研究人員開始求購DNA。他們從Blue Heron公司購買了1000多個(gè)DNA序列,每個(gè)DNA序列含有1080個(gè)堿基。每個(gè)DNA序列的末端有80個(gè)堿基與下一個(gè)序列重疊,以方便它們按正確的順序組合在一起。組合好的DNA序列中有四個(gè)序列含有獨(dú)特的堿基串。這些堿基代碼可以拼出一個(gè)電子郵件地址,參與到這個(gè)項(xiàng)目中的人的名字,以及一些名言警句。
　　合成DNA是在酵母菌中逐步完成的,利用的是酵母菌的DNA修復(fù)能力。研究人員首先會(huì)把短小的基因片段連接成含10000個(gè)堿基的長(zhǎng)鏈,然后以同樣方式連接成含100000個(gè)堿基的DNA序列,最后形成完整的基因組。但當(dāng)他們最開始把合成基因組植入山羊支原體中后,什么也沒有發(fā)生。就像計(jì)算機(jī)程序員調(diào)試出錯(cuò)軟件一樣,他們對(duì)合成DNA和自然DNA的組合進(jìn)行系統(tǒng)化地移植,3 個(gè)月后才最終找到了出錯(cuò)的一對(duì)堿基。
　　在經(jīng)過數(shù)個(gè)月移植試驗(yàn)失敗之后,有一天研究人員在實(shí)驗(yàn)室的一塊培養(yǎng)板上發(fā)現(xiàn)了一群快速生長(zhǎng)的藍(lán)色細(xì)菌菌落。藍(lán)色表明細(xì)胞使用了新的基因組。收到消息的文特博士立刻帶著攝像機(jī)趕到實(shí)驗(yàn)室,拍下了這塊培養(yǎng)板。
　　他們從這個(gè)菌落中提取了DNA進(jìn)行排序,確認(rèn)了這種細(xì)菌含有的是合成基因組,它制造的蛋白質(zhì)也具有絲狀支原體而非山羊支原體的特征。這個(gè)菌落的生長(zhǎng)模式也跟絲狀支原體一樣。文特說,“我們很明顯地將一種細(xì)胞分子改造成了另一種類�！蔽奶匕堰@個(gè)細(xì)胞稱之為“地球上第一個(gè)電腦制造的具備自我復(fù)制能力的物種�！�
　　范德比爾特大學(xué)的分子生物學(xué)家安東尼•福斯特(Anthony Forster)承認(rèn)這是個(gè)非常令人驚異的成就。但他強(qiáng)調(diào),這個(gè)項(xiàng)目并沒有創(chuàng)造一個(gè)真正的合成生命形式,因?yàn)榛�因組是被植入到一個(gè)現(xiàn)存的細(xì)胞分子中的。波士頓大學(xué)(Boston University)的生物工程師吉姆•柯林斯(Jim Collins)也認(rèn)為,文特制造出的實(shí)際是一個(gè)含有合成的自然基因組(synthesized natural genome)的有機(jī)體。而這并不能代表一種新的生命形式。
　　在許多生物學(xué)家看來,文特的“合成細(xì)胞”只是個(gè)驗(yàn)證項(xiàng)目,用于培育它的實(shí)驗(yàn)室技術(shù)將會(huì)很快被應(yīng)用于其它更具商業(yè)潛力的細(xì)菌種類。事實(shí)上,多家公司已經(jīng)試圖在合成生物學(xué)這個(gè)新領(lǐng)域發(fā)掘商業(yè)產(chǎn)品。文特博士建立的Syntheric Genomics公司跟Exxon Mobil集團(tuán)就簽訂了一份價(jià)值6億美元的合約,以幫助其制造一種可以將二氧化碳轉(zhuǎn)化成燃料的藻類。文特博士說他已經(jīng)著手為這項(xiàng)技術(shù)申請(qǐng)專利,盡管現(xiàn)在這種專利類別會(huì)面臨很大的法律挑戰(zhàn)。

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