合成新生命的轨迹和意义

作者:admin 时间:2014-04-18 点击数:

来自我国、澳大利亚、新加坡、英国和美国等国的研究人员组成的研究小组在3月27日的美国《科学》杂志发表文章,宣布他们成功合成了第一条能正常工作的酵母染色体。我国深圳华大基因研究院、天津大学、清华大学负责了部分染色体合成工作。

这一研究历时7年。研究人员利用计算机模拟出酵母菌16个染色体中最小的一个染色体synⅢ,这是对酵母菌的染色体Ⅲ进行了500多处修改后获得的版本。另外,研究人员剔除了近4.8万处重复片段以及垃圾DNA,并在DNA上添加了标签,以便将天然DNA和合成DNA区分开来。该成果被誉为合成新生命的新高峰,也是向合成人造微生物等生命体迈出的一大步,其意义“就像第一个人类基因组测序完成一样”。

当然,要理解合成酵母染色体的意义,就要弄清人工合成生命的历史和轨迹。合成新生命现在跨过的一个最大鸿沟是,从合成原核生物迈向合成真核生物。在此之前,研究人员只能人工合成,或者说只能组装原核生物的基因组(如病毒和细菌),却尚未合成真核生物(如酵母)的基因组。

2002年,美国纽约石溪大学的埃卡特·温默(Eckard Wimmer)等人就合成了脊髓灰质炎病毒。这种人工新生命获得验证的标志是,将其感染老鼠会如同自然的脊髓灰质炎病毒一样令老鼠在感染的一周后瘫痪。但是,人工合成的脊髓灰质炎病毒没有自然病毒的毒性大,杀死一只老鼠需要1000~10000倍的合成病毒,温默等人认为是一个或多个标记阻碍了病毒的毒性。

之后,美国文特尔研究所(JCVI)又合成了一个完整的细菌基因组。这一研究成果以《由化学合成的基因组所控制的细菌细胞的创造》为标题在线发表在2010年5月20日的美国《科学》杂志上。论文详尽报告了从数字化的基因组信息开始,设计、合成和组装了一个1.08兆碱基对的蕈状支原体基因组,将其移植进一个山羊支原体受体细胞,创造出一个仅由合成染色体控制的新的蕈状支原体细胞。新细胞内仅有的DNA是人工设计合成的DNA序列,具有所预期的表型性质,有连续自我复制的能力。这个新细胞在学术上被命名为JCVI-syn1.0,其通俗的名称是辛西娅(Synthia,意为人造儿)。

当人工合成新生命由原核生物过渡到真核生物时,既意味着未来的高级生命可以被人工合成,也体现出人工合成的基因组可以应用于工业、食品、疾病治疗、新药研发等多个领域,同时还让人类能逐步了解生命的奥秘,即作为生命核心的基因组是如何构建的,又是如何组织的,以及是什么让它们运作,即拥有生物功能的。例如,在医药领域,合成酵母基因组能为研制青蒿素、乙肝疫苗等提供酵母菌菌株,也可以用其合成机理来治疗遗传病。

但是,合成新生命的另一个问题可能被忽略了,即合成新生命是否会给人类社会带来隐患。例如,被用于制造生物武器或创造怪物和超人。早在2010年文特尔等人创造出辛西娅时,美国就进行过多个领域和部门的听证会,包括国土安全办公室、科技政策办公室、国家生物安全科学顾问委员会、能源部、国家卫生研究院等,听证会要求文特尔等人全面解释这一新生命正反两方面的意义和应用。

当时,对合成新生命提出的问题概括为12个方面:合成基因组与标准的分子生物学、基因工程有何不同?为何要构建合成细胞?这个研究所创建的合成细菌细胞是“从头创造生命”吗?合成细胞的潜在用途是什么?在科学及其所产生的技术领域有什么样的影响?与合成生物相关的风险有哪些?这些技术的风险能使其潜在的利益黯然失色吗?合成基因组以人类或人为对象做过任何什么工作吗?有什么保护、控制措施准备妥当以防止其偶然地向环境释放?这种工作已经被美国政府或任何其他组织评审检查过吗?如果有的话,什么样的法律法规或调控措施应当用于这种研究领域?JCVI下一步将做什么?该研究已经申请专利了吗?

对此,文特尔和其他专家一一做了回答。其中,就人工合成新生命的安全问题,美国国家过敏和传染病研究所所长安东尼·福西(Anthony S. Fauci)表示,合成生物学与很多基因组技术一样,既能产生有益的工程微生物,也有可能创造对人类及环境有害的微生物,即通常所说的“双刃剑”问题。尽管文特尔等人的技术非常复杂和昂贵,但也有可能被拥有广泛资源的邪恶者所利用。不过,自然本身就是一名已经存在的“专家”,它也能创造对人类具有极大危害的微生物,合成生物学的最新进展并不一定会把人类带到比现有技术或自然本身更接近伤害的道路。现在,面对合成生物学或合成生命并不比自然生命有害的观点,还是有相当多的专业人员表示了担忧。例如,石溪大学的温默就认为,其存在着不幸误用的可能性。

今天,当更高级的新生命和越来越多的人工生命被合成出来后,不仅是美国,包括我国在内的国际科学界都应当对此展开生命伦理和安全性的讨论与论证,至少应当就新合成的酵母染色体进行一个听证会,并且向公众解释清楚;管理部门也应当及时建立适当的调控政策。

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