地球唯一的非碳基生物_人造生命

　　一項實驗結(jié)果立即引起全球的關(guān)注。有人認(rèn)為它預(yù)示著生命科學(xué)可能進(jìn)入新紀(jì)元,也有一些嚴(yán)厲的批評者指責(zé)實驗的操縱者“想扮演上帝的角色” 　　 　　“辛西婭”來了
　　總有人試圖解答生命的起源。如今,這個星球上信仰上帝的人們,或是堅定的達(dá)爾文主義者,可能遭遇一個突然“闖入”的強(qiáng)敵
　　□ 王家敏
　　
　　2010年5月21日,《科學(xué)》雜志報告
　　 了世界上首例“人造生命”的誕生―― 一種由人工合成的基因組所控制產(chǎn)生的單細(xì)胞生物――絲狀支原體,由美國克雷格?文特爾研究所的科學(xué)家“制造”出來,它被該研究所的“老板”克雷格?文特爾命名為――辛西婭(synthia,意為“合成體”)。
　　這項實驗結(jié)果立即引起全球的關(guān)注。有人認(rèn)為它預(yù)示著生命科學(xué)可能進(jìn)入新紀(jì)元,但一些嚴(yán)厲的批評者則指責(zé)文特爾“想扮演上帝的角色”。
　　美國總統(tǒng)奧巴馬很快致信總統(tǒng)生物倫理問題委員會主席古特曼,要求在一周內(nèi)評估這項研究在醫(yī)學(xué)、環(huán)境和安全等領(lǐng)域的影響。
　　
　　15年“制造”出最簡單生命體
　　聽證會是一次正面交鋒。
　　美國時間5月27日上午10點,文特爾出現(xiàn)在國會山,為引發(fā)倫理擔(dān)憂的“人造生命”研究作證。他向聽證會提交了36頁的說明文件,涉及人工合成基因組控制生命的技術(shù)核心、研究過程、應(yīng)用前景、倫理風(fēng)險等關(guān)鍵問題,他回答,“我們的研究是一個概念證明,這些工具和技術(shù)將有望用于更多的關(guān)鍵領(lǐng)域�！�
　　的確,“辛西婭”僅證明了“人造生命”這個概念,這種由人工合成基因組控制的單細(xì)胞生物,離復(fù)雜的生命形式還相去甚遠(yuǎn)。而“辛西婭”的技術(shù)核心在于其基因組完全由基本化合物人工合成,并被證明移植到近似細(xì)胞內(nèi)后,仍能控制細(xì)菌的正常繁殖,因而被指“具有完全的生命特征”。
　　文特爾小組的技術(shù)路線包含三步:第一,對一種名為絲狀支原體的微生物進(jìn)行基因組測序,以解碼其DNA的排序;第二,根據(jù)這種自然生命的DNA排序,用基本化合物合成基因組;第三,為了證明這種經(jīng)過人工排序的基因組能否準(zhǔn)確表達(dá),需要把它植入到與其近似的山羊支原體中,觀察它能否使細(xì)胞正常工作。
　　文特爾在聽證會上表示,上述三個步驟耗用了研究小組15年的時間。
　　然而,一些科學(xué)家卻并不看重這一成果。早在2007年,就在文特爾的構(gòu)想初步實現(xiàn)的時候,英國劍橋大學(xué)生物化學(xué)系細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)專家尼克?蓋伊在《衛(wèi)報》上撰文認(rèn)為,文特爾小組的工作是建立在其他科學(xué)家的研究成果之上的。完成這樣一個實驗,需要了解化學(xué)合成核酸的方法,需要利用DNA復(fù)制、遺傳信息轉(zhuǎn)錄、翻譯到蛋白質(zhì)合成的多個步驟。而文特爾小組并非這些方法的發(fā)明者,“他們的工作只是利用這些現(xiàn)有的技術(shù)‘裝配’出一個人工生命體�！�
　　文特爾在5月27日的聽證會中也坦陳,20世紀(jì)80年代以來,科學(xué)界開始大規(guī)模轉(zhuǎn)基因?qū)嶒炁c基因組測序,形成大量基因庫,也為自己的研究提供了技術(shù)環(huán)境。盡管如此,文特爾仍對自己研究的意義充滿信心,“即使我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了人類基因組的所有基因,但還是不能理解最簡單的細(xì)胞,這就是我們繼續(xù)研究的原因。我們必須制定新的工具和技術(shù)用于構(gòu)建大片段基因代碼,并學(xué)習(xí)如何將基因組轉(zhuǎn)換到另一個物種。”
　　2007年的研究成果發(fā)表后,文特爾認(rèn)為,“一旦完成了支原體人工合成基因組的準(zhǔn)備工作,將能在很短的時間里合成第一個細(xì)菌。”他們預(yù)計這一過程大概需要數(shù)周或數(shù)月。而實際上,他們用了超過兩年的時間。在新發(fā)表的研究結(jié)果中,文特爾團(tuán)隊最終完成了人工合成基因組,并將之植入活體細(xì)胞,重新啟動受體細(xì)胞的生命程序:
　　研究小組將絲狀支原體的(供體細(xì)菌)DNA解碼,然后按照DNA序列,利用基本化合物合成了四條人造DNA鏈,并依靠酵母把四條DNA鏈聚合起來,最后形成關(guān)鍵的人工基因組。隨后,通過基因組移植方法將人造DNA植入山羊支原體(受體細(xì)菌)中。為了讓兩種支原體交換基因組,研究人員把絲狀支原體包裝到一個膠囊內(nèi),并用酶來分解它們和摧毀它們的蛋白質(zhì),然后剩下裸露的基因組。
　　然后,科學(xué)家把這個裸露的基因組與山羊支原體混合在一起,并添加一種能把兩者融合在一起的化學(xué)物質(zhì),產(chǎn)生同時擁有兩個基因組的細(xì)胞。在這個雜交細(xì)胞分裂時,一種基因組(山羊支原體的天然DNA)應(yīng)當(dāng)在子細(xì)胞中完全死亡,而另一種基因組(絲狀支原體的合成DNA)應(yīng)留下來,才能檢驗合成的DNA是否具有復(fù)制和產(chǎn)生新生命的功能。由于供體絲狀支原體的基因組中包含了一種耐受特殊抗生素的基因,研究小組用抗生素進(jìn)行篩選,殺死受體基因組,存活的人工合成基因組就會指令細(xì)胞新陳代謝與繁殖。
　　
　　尚未打開的“黑匣子”
　　這項研究證明了文特爾的重要的觀點,即人工合成的基因組被植入活體細(xì)胞后可以重新啟動生命的復(fù)制程序。從根本上說,這也是合成生物學(xué)“重塑生命”的核心:生命的所有“零件”都能由化學(xué)方法合成,進(jìn)而通過工程化的方式“組裝”成實用的生物組織。對此,文特爾在聽證會上表示,“將生命密碼轉(zhuǎn)換為計算機(jī)語言的0和1,人們就可以像編程一樣控制基因和表達(dá)�！�
　　早在2002年,文特爾就有強(qiáng)大的支持者。他接受了美國能源部300萬美元的經(jīng)費,計劃在其馬里蘭州的生物能源替代品研究所,以基本化合物合成的DNA來創(chuàng)造一種新的微生物。這種微生物可以產(chǎn)生硫化氫用以燃燒,或者吸收和貯藏二氧化碳,以便除掉大氣中過量的溫室氣體。
　　這一合成生物學(xué)技術(shù)向人們描繪了美好的前景。人類將攻克生命起源和生物進(jìn)化等根本性難題,有能力影響植物和動物的生命過程,改變農(nóng)業(yè)和生態(tài)環(huán)境,能夠合成攻克疾病所需要的蛋白質(zhì),甚至改變?nèi)祟惖闹虏』�因�?
　　當(dāng)然,也有人認(rèn)為在醫(yī)療、環(huán)境等方面,合成生物的作用被夸大了。
　　“這一研究仍有多處尚未打開的黑匣子。” 中國科學(xué)院北京生命科學(xué)研究院副院長高福說,在設(shè)計、合成、裝配及移植基因組的環(huán)節(jié)中,還存在兩個瓶頸,“在解決這些問題之前,人類只能改造生命,而非真正意義上的創(chuàng)造”。
　　在設(shè)計環(huán)節(jié),人類還沒有能力像編程一樣寫出全新且能夠準(zhǔn)確表達(dá)的基因序列,只能是對自然基因進(jìn)行模仿或者加強(qiáng);在移植環(huán)節(jié),人類還難以制造基因組生存的環(huán)境――細(xì)胞。這與克隆生物、試管嬰兒等技術(shù)所遭遇的瓶頸一樣。無論是從細(xì)胞里提取出來的基因,還是體外受孕的受精卵,都需要回到合適的生長環(huán)境,比如細(xì)胞或胎盤中。
　　高福表示,“現(xiàn)在還很難評估文特爾團(tuán)隊研究的實際應(yīng)用前景,目前經(jīng)典的應(yīng)用技術(shù)是青蒿素、胰島素等‘半合成’生物技術(shù)。”
　　“合成生物學(xué)在中國還處于建設(shè)學(xué)科的階段,文特爾團(tuán)隊用了15年,花掉了7000萬美元,其他國家的科學(xué)家是否需要進(jìn)行同樣的基礎(chǔ)研究?”高福說,“我們需要考慮的是,如果不進(jìn)行基礎(chǔ)研究,有可能面對未來的專利壟斷問題,但我們也有更為緊迫的任務(wù),諸如解決中國眼前的醫(yī)療、環(huán)境問題�！�
　　
　　“窺視”生命本質(zhì):從“多利”到“辛西婭”
　　人類應(yīng)不應(yīng)該制造新的生命體?20世紀(jì)90年代,克隆技術(shù)在全世界掀起巨大爭論。這一次,文特爾有了更大的麻煩,“人造生命”不僅挑戰(zhàn)上帝的創(chuàng)造,也遭到了達(dá)爾文主義者的詰難。
　　1996年,第一個真正意義上的克隆哺乳動物“多利羊”的誕生,就引起過這種爭論。在“多利羊”之后,克隆貓、克隆猴等相繼誕生,意大利甚至有克隆嬰兒的報道,但至今未獲證實。克隆實質(zhì)上是一種無性繁殖技術(shù),它是將體細(xì)胞中完整的基因組提取出來,注入一個卵細(xì)胞空殼中,由此培育出基因型完全相同的后代。與克隆不同的是,文特爾采用的基因合成技術(shù)是根據(jù)DNA排序,通過人工合成排列堿基而組成基因。
　　“這項研究涉及公共健康和安全問題,需要從哲學(xué)層面上加以關(guān)注。”聽證會上,黑斯廷斯中心的生物倫理學(xué)家格雷戈里認(rèn)為,“美國聯(lián)邦政府應(yīng)該在更高層面完善現(xiàn)有的監(jiān)管框架”。
　　隨著20世紀(jì)70年代出現(xiàn)的重組DNA技術(shù),在這一領(lǐng)域工作的研究人員開始擔(dān)心可能招致的風(fēng)險。1975年2月,美國科學(xué)界在加利福尼亞州阿西洛馬爾召開會議,討論潛在的生物危害和生物技術(shù)管理制度,擬訂了確保DNA重組技術(shù)安全的自愿原則。2007年6月,多位科學(xué)家在《自然?生物技術(shù)》雜志上發(fā)表題為《DNA合成與生物安全》的文章,提出了由合成公司、研究機(jī)構(gòu)及政府管理機(jī)構(gòu)相互配合、共同遵守的框架。
　　“科學(xué)界的規(guī)范并不能阻止不負(fù)責(zé)任的研究者,” 華中科技大學(xué)哲學(xué)系教授殷正坤在接受記者采訪時說,“真正發(fā)揮作用的是有關(guān)轉(zhuǎn)基因技術(shù)的嚴(yán)格審查和準(zhǔn)入法規(guī)、有關(guān)輔助生殖的法規(guī)、以及禁止生殖性克隆的國際共識等。盡管中國的合成生物學(xué)研究剛剛起步,學(xué)界與政府還是應(yīng)該盡早考慮嚴(yán)格的規(guī)范與審查。”
　　文特爾團(tuán)隊表示,他們的研究不會為任何恐怖分子所利用,他們已經(jīng)故意制造缺陷,使生物在實驗器皿外不可能生存。
　　實際上,更大的爭議在另一個維度。
　　英國牛津大學(xué)倫理學(xué)教授朱利安?薩烏萊斯庫評論說,“文特爾推開了人類歷史上最重要、最基礎(chǔ)的那扇大門――窺視生命的本質(zhì)。他直接扮演了上帝的角色,創(chuàng)造出自然界原本不存在的新生命�！�
　　“對他們來說,反對合成生命是一種信仰的直覺,這種直覺相信生命只能由上帝創(chuàng)造,或是在自然界中經(jīng)過長期進(jìn)化形成,只有順應(yīng)自然發(fā)展規(guī)律的行為才是符合倫理的。”殷正坤認(rèn)為,“尊重生命確實是一條基本的倫理原則,但尊重生命并不意味著我們對地球上任何生命形式都不能利用和改造,況且,目前也只做到了改造這一步�！�
　　
　　基因牛仔
　　暢游在風(fēng)險投資的海洋中,科學(xué)天才克雷格?文特爾一次次用他的經(jīng)歷證明:真正的科學(xué)研究不用非要請政府“埋單”
　　
　　對于世界上眾多深居簡出的科學(xué)家來說,在實驗室里的發(fā)明創(chuàng)造若能發(fā)表在《科學(xué)》和《自然》等頂尖學(xué)術(shù)期刊上就足夠名垂青史了;而到了讓政府興師動眾、主動質(zhì)詢的程度,許多人或許就覺得過分了。
　　但克雷格?文特爾似乎不這么認(rèn)為。
　　迫于來自總統(tǒng)奧巴馬和全社會的壓力,美國國會眾議院能源和商務(wù)委員會5月27日邀請文特爾就合成生物學(xué)技術(shù)的倫理問題接受聽證。而就在“辛西婭”這一人工合成生命體成果面世當(dāng)日,奧巴馬就通過書面形式敦促美國生物倫理委員會督察這一項目的“安全”并向聯(lián)邦政府匯報,語氣不無擔(dān)憂。
　　“生物合成技術(shù)能最終幫助人類擺脫對原油的饑渴�！边@位63歲的科學(xué)家在美國國會山堅決地表示�！拔覀�?nèi)斯ず铣傻募?xì)胞并非無中生有的生命。只不過,它的母體來自電腦工程�！�
　　文特爾不是第一次面對政府的質(zhì)疑,因此,如今的他比任何時候都更在意自己的發(fā)言平臺。自從以他個人名字命名的研究所宣布那個具有生命甚至擁有“個性簽名”基因的絲狀支原體誕生之時起,這位倔強(qiáng)的美國人只在紐約接受了路透社的一次專訪,他言辭謹(jǐn)慎。
　　
　　“單挑”人類基因組計劃
　　1990年,全球人類基因組計劃啟動,美、英、日、法、德和中國相繼加入。這一動用全球30億美元的項目原計劃用15年來完成人類全基因組測序。當(dāng)時的文特爾還是美國國家衛(wèi)生研究院的研究員。但在此期間,他已經(jīng)掌握了快速辨識細(xì)胞基因的技術(shù),并將其應(yīng)用在人類大腦基因的辨認(rèn)上。此后,這項技術(shù)還成為他在1993年獨自創(chuàng)建的基因組研究院的開山之作。
　　癡迷工業(yè)化生產(chǎn)的文特爾逐漸覺得人類基因組項目是在愚公移山。用他的話說,這樣耗時的速度慢得“令人心碎”。
　　“我們把傳統(tǒng)基因技術(shù)用數(shù)十年才能完成的工程縮減到數(shù)月、數(shù)周甚至數(shù)天完成�！蔽奶貭柦忉�。而他的新創(chuàng)造和傳統(tǒng)技術(shù)的主要區(qū)別就在于電腦科技的運用:文特爾用電腦程序模擬基因排序,而不再通過手工操作測序。這個方法把一個細(xì)胞的所有基因粉碎成無數(shù)個DNA片段,提供給測序機(jī)“破譯”。電腦處理由此生產(chǎn)的瑣碎數(shù)據(jù),并把密碼一點點拼接成完整的基因組序列。文特爾把這一發(fā)明叫做“霰彈測序法”,一股要打破生物工程舊傳統(tǒng)的氣勢。
　　雖然這種方法只是對以往“快速標(biāo)簽測序法”的一種改進(jìn),但當(dāng)科學(xué)家把大量工作交給電腦后,則大大提高了測序工作的速度。
　　“正是人工操作的費用造成基因測序這個項目居然需要耗費數(shù)十億美元�！蔽奶貭柕挠嬎悴荒苷f不精準(zhǔn)。
　　自從文特爾得到風(fēng)險投資商華萊士?斯坦伯格的7000萬美元的投資,他就帶領(lǐng)自己麾下的數(shù)百名科學(xué)家進(jìn)行著通過融資實現(xiàn)研究,通過研究吸引更多融資的循環(huán)。
　　在文特爾的帶領(lǐng)下,他所創(chuàng)辦的塞雷拉基因組公司居然展開了與全球人類基因組計劃的競爭。這項具有商業(yè)目的的研究計劃一經(jīng)報道便激起非議,因為塞雷拉研究計劃的目的是要建立一個需付費才能使用的基因組數(shù)據(jù)庫。因此,雖然文特爾一戰(zhàn)成名,但他的“企圖”在遺傳學(xué)界完全不受歡迎。
　　雖然最終文特爾私有化的意圖并未實現(xiàn),本人也遭董事會解雇,但他的出現(xiàn)讓人類基因組計劃提前五年完成。文特爾本人也和他的老領(lǐng)導(dǎo)、美國國家衛(wèi)生研究院院長弗蘭西斯?柯林斯一起登上2000年7月《時代》周刊的封面,并出席了由美國總統(tǒng)克林頓在白宮主持的人類基因組計劃測序成功的儀式。
　　
　　合成生物學(xué):我的地盤我做主
　　這次幾乎是個人英雄主義的成功讓文特爾更大膽地抨擊美國的科研資助體制。“政府每到撥款的時候都顯得那么謹(jǐn)小慎微。其實真正杰出的想法是需要有勇氣的人來投資的,因為人類未來的生存很大程度上取決于新科學(xué)的發(fā)展,我們已經(jīng)不能再用一種常規(guī)的眼光來看科學(xué)的發(fā)展了�！蔽奶貭栐�說。
　　“到目前為止,我的所有突破性的發(fā)現(xiàn)統(tǒng)統(tǒng)不是源自政府投資的項目。當(dāng)我們用快速方法給人類基因組測序的時候,政府不相信我們,直到后來我們的技術(shù)被承認(rèn),政府的資金才開始進(jìn)來。但對于很多科學(xué)家來說,等到政府回心轉(zhuǎn)意之時,可能早已經(jīng)晚了。”文特爾言語中不無遺憾。
　　現(xiàn)在的文特爾繼續(xù)在尋找投資合作伙伴完成自己的三個未來目標(biāo):制造能實現(xiàn)碳中和的細(xì)菌、為生產(chǎn)燃料電池制造能產(chǎn)生氫氣的細(xì)菌,以及創(chuàng)新藥物的發(fā)明。如今,他在三方面都取得了進(jìn)展。
　　他的團(tuán)隊和石油公司合作,通過二氧化碳制造甲烷,并且利用地殼表層黏土、水、石油和瀝青的混合物油砂來制造新燃料。此外,在馬來西亞,文特爾的團(tuán)隊還在研究如何利用當(dāng)?shù)氐臋壚朴秃吐槟緲鋪碇谱鳝h(huán)保燃料的原料。
　　關(guān)于創(chuàng)新藥物的開發(fā),文特爾更是抱有極大的熱情�！拔覀冊谘芯恐扑帉W(xué)方面的新路徑。我認(rèn)為人類的未來在于創(chuàng)新科學(xué)的運用,在今后的藥物領(lǐng)域,生物科學(xué)的使用將成為制藥者的常規(guī)動作�！�
　　
　　從越戰(zhàn)老兵到科學(xué)奇才
　　文特爾出生在充滿爭議的摩門教圣城――鹽湖城。即便后來全家遷居到西部城市舊金山,在親戚們的眼中,文特爾的童年依然是不思進(jìn)取。
　　中學(xué)畢業(yè)后,文特爾參加了海軍醫(yī)療兵團(tuán),接受了醫(yī)護(hù)兵的訓(xùn)練,并被派往越南戰(zhàn)場。有文章曾指出,文特爾的冒險精神來自他1967年在越南戰(zhàn)場上的死亡之旅。在越南峴港,文特爾見過怯弱怕死的年輕人,也見過誓死不屈的英雄,跨越了生死的他倍感在生命中冒險的意義。文特爾回國后就攻讀圣迭戈大學(xué)的生物化學(xué)學(xué)士學(xué)位,幾年后又獲得生理學(xué)和藥理學(xué)博士學(xué)位,從此走上了生物科技之路。
　　文特爾去年4月為英國《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》雜志撰文,高調(diào)發(fā)表了自己對基因工程的態(tài)度。
　　“在人類10萬年的演化史中,我們獲取知識的渠道就是收集、解讀生命信息。如果人類只是接收信息,而不成為信息的提供者,我們就不可能取得任何進(jìn)步。如今,我們的社會存在沉淪的可能,這就是因為在基因技術(shù)逐步成熟的背景下,我們?nèi)祟愡�未學(xué)會如何利用基因來傳遞生命知識�！蔽奶貭枌懙�,“人類靠性來遺傳自己的基因,卻只能依靠后天教育來傳遞前輩積累的生命信息�！�
　　“人類已經(jīng)到了可以匯集各自的基因,并構(gòu)成種族的共同記憶從而創(chuàng)造人類未來的時刻了�！蔽奶貭栒f。(崔曉火)
　　(本組文章摘自《中國新聞周刊》2010年第20期,作者為該刊記者)

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