創(chuàng)造“辛西婭”

編譯 林聲

創(chuàng)造“辛西婭”

編譯 林聲

沒有神秘的城堡，沒有電閃雷鳴，沒有駝背助手，今天的科學(xué)家在實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)瓶里創(chuàng)造出了首個(gè)人造生命形式——“辛西婭”，將瑪麗·雪萊的科幻小說《弗蘭肯斯坦》中的幻想變成了現(xiàn)實(shí)，開創(chuàng)了合成生物學(xué)的新時(shí)代。

文特爾在顯微鏡下觀察“辛西婭”，上面的屏幕顯示的細(xì)胞就是“辛西婭”。

2010年5月，曾參加了人類基因組測序的美國科學(xué)家克雷格·文特爾宣布，他和他的研究小組創(chuàng)造了一個(gè)新物種：一個(gè)新種類的細(xì)菌。此消息一出，立即在全世界引起轟動，新聞媒體紛紛以 “科學(xué)家創(chuàng)造人造生命”、“文特爾扮演上帝”等爆炸性大字標(biāo)題予以報(bào)道，引起人們的廣泛關(guān)注，“合成生物學(xué)”和“基因工程”也隨之成為熱點(diǎn)話題。

文特爾給他創(chuàng)造的這個(gè)人造生命編號為“JCVI - syn1.0”，而媒體則賦予了它一個(gè)更好聽的名字——“辛西婭”（Synthia，意為“人造兒”）。“辛西婭”的誕生無疑是一個(gè)重大科研成就。不過，與你想象的可能不同，“辛西婭”甚至都不能算是一個(gè)全新的基因組，科學(xué)家所做的只是對某個(gè)物種現(xiàn)有的基因組稍作修改，去除一些基因，加上一些基因，然后移植到另一個(gè)物種的細(xì)胞內(nèi)，成為一個(gè)新的人造物種。嚴(yán)格地說，“辛西婭”并非真正意義上的人造生命。不過，即使這樣還是有很多人提出了質(zhì)疑：人造生命是否為明智之舉？如果這項(xiàng)新技術(shù)落入壞人手中會產(chǎn)生怎樣的后果？

“辛西婭”的誕生

在瑪麗·雪萊的科幻小說《弗蘭肯斯坦》中，生物學(xué)家維克多·弗蘭肯斯坦利用電化學(xué)方法，在他的城堡里，在駝背的實(shí)驗(yàn)室助手的幫助下，用死人的器官拼湊出了一個(gè)怪物。而在現(xiàn)實(shí)生活中，沒有神秘的城堡，沒有駝背助手，也沒有電閃雷鳴，文特爾和他的同事，在實(shí)驗(yàn)室的試管里創(chuàng)造出了首個(gè)人造生命形式“辛西婭”，將瑪麗·雪萊的科幻小說中的情景變成了現(xiàn)實(shí)，開創(chuàng)了合成生物學(xué)的新時(shí)代。

就像瑪麗·雪萊的小說中所描述的那樣，文特爾等人也需要利用機(jī)體的一些“零部件”來讓他們的創(chuàng)造物擁有生命，但與小說不同的是，他們不是利用電流來賦予創(chuàng)造物以生命實(shí)質(zhì)的，而是利用實(shí)驗(yàn)室里現(xiàn)成的化學(xué)物質(zhì)，合成出了載有約1000個(gè)基因的DNA片斷，創(chuàng)造了自萬物起源以來第一個(gè)沒有祖先的生命，它的存在完全取決于科學(xué)家的設(shè)計(jì)。

在這項(xiàng)研究中，文特爾等人將一種叫做“絲狀支原體”的細(xì)菌的整個(gè)基因組稍作修改后，移植到一種叫做“山羊支原體”的細(xì)菌的細(xì)胞內(nèi)。在植入合成基因組后，山羊支原體細(xì)胞“忘記”了自己本身的特性，在外觀上和特性上幾乎都與供體絲狀支原體無異。

為了容易辨別新生菌種，文特爾還使用了一種被他稱作“嵌入水印”的技術(shù)——在新誕生人造細(xì)胞的遺傳序列里隱藏信息。具體來說就是，剔除絲狀支原體中被認(rèn)為不需要的14個(gè)基因，然后加入新設(shè)計(jì)的一些DNA信息。這為枯燥的實(shí)驗(yàn)增加了一點(diǎn)有趣的東西。文特爾他們嵌入的“水印”是用DNA字母“寫”的一段簡短化學(xué)信息，是一個(gè)網(wǎng)站的網(wǎng)址，“水印”的明文部分表明它屬于文特爾的一個(gè)編號：JCVI-syn1.0。這個(gè)“水印”還將成為文特爾生物技術(shù)集團(tuán)財(cái)產(chǎn)的標(biāo)記而得到保護(hù)。

以修剪與嫁接為主的園藝技術(shù)，是人類與自然交流的一種傳統(tǒng)方式，生物技術(shù)在某些方面與園藝技術(shù)相似，所不同的是，生物技術(shù)中“修剪”與“嫁接”的是從別處轉(zhuǎn)移來的具有某種特性的基因（當(dāng)然后者在技術(shù)上非常復(fù)雜）。在這個(gè)意義上，文特爾就像一個(gè)聰明的園丁，為細(xì)菌互換了“零部件”并獲得了巨大的成功。

科學(xué)家對基因修改的研究已有多年，但將完整的基因組從一個(gè)物種交換到另一個(gè)物種，是一個(gè)很了不起的創(chuàng)舉，代表了合成生物學(xué)的一個(gè)重要進(jìn)步。

世界上最小的生產(chǎn)線

文特爾的研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造“辛西婭”的目的，并不像一些媒體所稱的那樣，是要“扮演上帝的角色”，或者在科學(xué)界創(chuàng)造出某種轟動效應(yīng)（他們所取得的成就的確震驚了科學(xué)界甚至整個(gè)世界），他們的目的是要通過人造生命的誕生，去尋求更多的實(shí)際應(yīng)用，比如建立“微生物生產(chǎn)線”。

如果能設(shè)計(jì)一種微生物，其中包含能夠直接命令細(xì)胞做一系列事情的基因，那么這種微生物在工業(yè)上將有著廣泛的用途，例如讓細(xì)胞根據(jù)指令生產(chǎn)各種蛋白質(zhì)、碳水化合物及其他化合物。文特爾和他的團(tuán)隊(duì)的研究成果有可能建成世界上最小的生產(chǎn)線——“微生物生產(chǎn)線”。從理論上講，利用這種“微生物生產(chǎn)線”，可以大規(guī)模地生產(chǎn)生物燃料、疫苗、藥品、食品，以及遺傳工程師們利用基因編程技術(shù)獲得的任何東西。

當(dāng)然，文特爾的“微生物生產(chǎn)線”能否給我們帶來驚喜，還取決于文特爾和其他工作在這一領(lǐng)域的科學(xué)家如何來“裝備”這種小小的生產(chǎn)線了。有科學(xué)家指出，要實(shí)現(xiàn)文特爾所構(gòu)想的將合成生物體用于醫(yī)藥醫(yī)學(xué)和環(huán)境效益的想法，還有很長的路要走，因?yàn)槟軌蛐薷幕蚝铣苫蚴且换厥拢耆斫馍踔量刂苹畹挠袡C(jī)體內(nèi)這些修改產(chǎn)生的基因活動則是另一回事。

文特爾的研究小組在創(chuàng)建“辛西婭”時(shí)，利用的支原體是世界上已知最小最簡單的物種——單細(xì)胞有機(jī)體，它沒有細(xì)胞壁和細(xì)胞核，其基因組中只有485個(gè)基因。而要讓“微生物生產(chǎn)線”生產(chǎn)出更復(fù)雜的化合物，意味著需要建立更大更復(fù)雜的基因組，并將它們放入具有更復(fù)雜的基因調(diào)控系統(tǒng)的生物體內(nèi)，比如植物細(xì)胞和動物細(xì)胞，而越是復(fù)雜的系統(tǒng)，產(chǎn)生失誤的可能性越大。對一個(gè)生物體系統(tǒng)進(jìn)行大量修改之后，會產(chǎn)生什么樣的變化，結(jié)果會怎樣，是很難預(yù)測的。因此，生物科學(xué)的下一步研究任務(wù)之艱巨，遠(yuǎn)不是科學(xué)家目前進(jìn)行的研究所能比擬的。

利用傳統(tǒng)的DNA重組技術(shù)，在醫(yī)學(xué)上，已經(jīng)可以通過將人的胰島素基因插入大腸桿菌細(xì)胞中，產(chǎn)生人造胰島素；在農(nóng)業(yè)上，已經(jīng)可以通過“剪切”和“粘接”的方式將一些基因植入水果基因組內(nèi)，使水果加快成熟過程。那么，利用這些已經(jīng)擁有的基因修飾技術(shù)，再加上文特爾開創(chuàng)的整個(gè)基因組移植技術(shù)，我們最終能否產(chǎn)生一系列新的生產(chǎn)工藝，取代傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)過程，以更經(jīng)濟(jì)更有效的方式生產(chǎn)出更多更好的產(chǎn)品？有人認(rèn)為，文特爾所取得的成就類似于20世紀(jì)初亨利·福特建立的汽車生產(chǎn)線，福特創(chuàng)造性的發(fā)明最終幾乎讓西方的每個(gè)家庭都擁有了汽車，并為大規(guī)模生產(chǎn)提供了嶄新而高效的生產(chǎn)手段。目前，文特爾研究所的科學(xué)家已經(jīng)與埃克森美孚石油公司聯(lián)手，創(chuàng)建了一種能夠“吸食”二氧化碳并將其轉(zhuǎn)換成清潔燃料的微生物，他們的其他應(yīng)用項(xiàng)目還包括設(shè)計(jì)出能將廢水變成飲用水、能清理有害化學(xué)品泄漏的有機(jī)體等。

但也有人對此感到不安，他們擔(dān)心文特爾的研究成果，以及整個(gè)合成生物學(xué)的巨大潛力，如果落入壞人之手，就有被用來生產(chǎn)生化武器的危險(xiǎn)。電腦黑客制造的電腦“病毒”給人們帶來了很多的煩惱，未來的黑客們也許會利用合成生物學(xué)，制造出真正的病毒。

但無論如何，在合成生物學(xué)領(lǐng)域內(nèi)，人類已經(jīng)走出了重要的一步，這一步無疑是一個(gè)偉大的里程碑。