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科學家成功移植細菌基因組人造物种有望問世
2007-06-30
在世界各國的神話傳說里，都有一個制造世間萬物的造物主。生物學家在証明它也許并不存在之后，又嘗試由自己來扮演這一角色。美國科學家日前宣布，他們首次實現了完整的基因組在物种間的移植，這一“里程碑式”技術的成功為首個“人造物种”的降生奏響了序曲。***試驗成功：細菌大“變心” 綜合英美媒体報道，負責實施首例“細菌基因組移植”的是曾在破解人類基因組計划中起到重要作用的美國科學家克雷格.文特爾和他領導的研究小組。他們先利用特殊生物↓將一种名為Mycoplasmamycoides的蛋白質破壞，得到其完整的“裸DNA”。然后將這個基因組注入另一种剔出了遺傳物質的近親細胞Mycoplasmacapricolum中，并加入一种化學物質幫助“裸DNA”与它的“寄主”更好地融合。 29日發表在美國《科學》雜志上的報告指出，研究人員在“移植手術”后發現，經過改造的capricolum細胞幵始在植入的基因組的控制下，產出其特定的蛋白質，具有了与mycoides完全相同的生物特性。 文特爾說：“我們不能确定被植入的基因組是如何發揮作用的，但唯一清楚的是這個技術成功了。”為了這項試驗，文特爾和同事們進行了長達10年的研究，期間該項目數次因接受主管机构的審查而暫停。 《科學》雜志編輯稱贊這是“生物工程領域的里程碑”。從上世紀70年代幵始的“遺傳工程”衹是從某种生物体提取攜帶特定指令的基因，然后植入另一种生物体內，進行基因改造，但這次的技術是首次將完整地遺傳指令系統──包含著數百萬DNA片段的基因組──在物种間進行移植。 ***造物關鍵：合成基因組 文特爾說，這次成功讓他向著制造出首個“人造物种”又邁進一步，他將在“几個月內”利用人工合成的基因組展幵類似的移植試驗，實現科研史上零的突破。如果試驗成功，文特爾就能宣布他造出了全球第一個“合成生命”形式。 科學家們表示，人造生命在本質上應該具備以下三個方面的基本要素：第一，必須有一种細胞膜來容納細胞物質﹔第二，要能進行新陳代謝，即細胞結构內營養物質的補充及更新能力﹔第三，具有自己的基因。如果說1953年DNA雙螺旋分子結构的發現讓分子生物學家意識到，基因与細胞的關系就像計算机的軟件和硬件，那么文特爾等合成生物學正在做的就是“編程”，然后進行安裝和啟動，也就是造物三部曲，合成、移植然后激活。 這次細菌間的DNA移植試驗的成功為后面兩步掃清了技術障礙，剩下就是合成基因組的工作了。据悉，文特爾領導的人工合成基因組的工作已經接近完成。在此前的研究中，他的小組找到了激活Mycoplasmagenitalium細菌的最小、最簡單基因組──58萬個DNA片段，他們目前正在利用化學物質進行合成。 ***前景無限：醫學+環保 文特爾表示，他的最終目標是制造出一种合成微生物，它可以吸取大气中二氧化碳的細胞，并排放出可以當作燃料用途的甲烷。這种成就將有助於降低人類對化石燃料的依賴，并幫助減少全球變暖問題。文特爾說：“我們期盼10年內，或甚至衹要一半的時間，就能從合成生物學中取得這种燃料。” 在此之前，合成生物學已經取得了一些令人矚目的成就，并讓人看到這一領域廣闊的前景，最值得一提的莫過于在制造特效抗瘧葯方面取得的突破了。瘧疾是人類的老冤家，現在每30秒鐘就有1名兒童死于瘧疾，每年死亡人數多達300萬。西方最早發現的抗瘧葯是↓宁。但由于長期使用，這种葯的療效一降再降。1972年，中國在中葯青蒿中提取出了有效物質青蒿素。但由于植物提取成本高，無法大規模普及。 加州大學伯克利分校的杰伊.凱阿斯林運用生物合成的方法使青蒿素增產降价成為可能。2003年，杰伊將一個青蒿基因植入大腸桿菌，改造后的大腸桿菌制造出一种中間化合物，這种化合物經過數步處理就能成為青蒿素的原料──青蒿酸。2005年，杰伊把一种特殊的↓植入酵母后，酵母把前面提到的中間化合物改造成了青蒿酸。可以說，通過微生物工業生產青蒿素的技術鏈條已經基本成形，衹剩下最后一層“窗戶紙”了。杰伊在2006年的《自然》雜志上說，這一目標將在2009年實現，屆時青蒿素的成本將從1美元/克降至10美分/克，下降90％。 加州大學舊金山分校的克里斯.沃伊特領導的小組則在設計一种能隨著血流游走并發現身体里癌變腫瘤的微生物。這种微生物將植入4种功能不同的“生物部件”，一种負責氧气水平低的腫瘤區，一种向癌細胞發起進攻，一种產生能殺死癌細胞的毒素，一种則負責保衛胜利果實，觀察癌細胞是否會發起反擊。這一切都在病人毫無察覺的情況下進行，最終，這种“細胞衛士”將能夠監控并調節血液中葡萄糖和膽固醇等重要物質的水平。這一研究目前正處于初期階段。 合成生物學、人造物种究竟有怎樣的前景？生物机器人？還是實驗室中有控制的進化？恐怕連狂熱的預言家也無法想象！這就像指望上世紀60年代的計算机先驅們預測出后世的互聯網和Youtube一樣。“有一天，我們現在思考的事情將顯得如此短視，”麻省理工學院的薩曼莎.薩頓說。***質疑并存：倫理+生化 然而与計算机技術根本不同的是，合成生物學的大門后面不是一個虛擬世界，它通向的或許是造物主的后花園。雖然從零起步創立新生命形式的實現面臨許多問題，但不少人已經表達了倫理上的擔憂，并發出“叫停”的呼吁。他們認為，這是在試圖縮短几百萬年的進化歷程，創立自己的生物起源版本。 普林斯頓的韋斯教授對這种看法嗤之以鼻，他認為，生命并非魔法，怀有宗教情結的老一代生物學家已經跟不上科學的發展。而大多數合成生物學家也持有這种唯物的生命觀。而DNA雙螺旋結构發現者沃森教授說得更加大膽：“如果我們不扮演上帝的角色，誰能扮演呢？” 而更多的科學家擔心的是潛在的生物恐怖和環境問題，因為目前還沒有生物合成監管的相關規定。生物恐怖主義分子完全可能利用生物合成技術制造致命病毒或生化武器，而實驗室中炮制的人造細菌是否會給環境和人類帶來更大的風險也令人憂心忡忡。2004年，研究人員曾人工合成了1918年造成全世界上千萬人死亡的流感病毒，這一生物學壯舉更加深了世人的焦慮。對這一點，文特爾教授反駁得很輕松。他認為，恐怖分子不會借助于复雜的分子生物學來實施生物恐怖行為，他們可以從任何一家醫院獲得傳染性試劑，可以從任何一家農場獲得炭疽病菌﹔至于環境就更不用擔心，因為這些實驗室合成的細菌极其脆弱，流失到野外將難以生存。（康娟）
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