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世界首例人造生命  

2010-05-24 14:41:56|  分类: 鲜艳热点 |  标签: |举报 |字号 订阅

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2010年5月20日,美国私立科研机构克雷格·文特尔研究所宣布世界首例人造生命诞生。这是一种完全由人造基因控制的单细胞细菌,被科学家称之为地球上第一个能自我复制的人造物种,其‘生身父母’是计算机。项目负责人J·克雷格·文特尔为它起名“辛西娅”(Synthia,意为“人造儿”)。这项里程碑意义的实验表明,新的生命体可以在实验室里“被创造”,而不是一定要通过“进化”来完成。此项实验历时15年,耗资4000万美元。

实验成果宣布之后,立刻引起世人的关注。

批评者认为,人类无论如何都不可以充当“造物主”,也没有资格像“上帝”那样创造生命,破坏自然界的平衡;更多人则担心此研究成果会被居心不良者用来合成生化武器,制造恐怖威胁。而赞成者认为,这项技术可以为人类带来诸多好处。比如制造能产生生物燃料的细菌、特殊高效的药品、能吸收二氧化碳或其他污染物的细菌,甚至制造合成疫苗所需要的蛋白质等等。

尽管有种种争议,文特尔的研究仍然具有划时代的意义。美国宾州大学生物伦理学家亚瑟·卡普兰说:“研究成果可以彻底平息有关生命到底需不需要特殊力量才能被创造和生存下来的争论,甚至可以颠覆人类长久以来对于生命本质的看法,让人们重新审视自身和人类在宇宙中的地位,其深远意义堪比伽利略、哥伦布、达尔文和爱因斯坦等先贤对人类发展做出的贡献。”

世界首例人造生命 - vividscience - VividScience

                                                                   1.0版本的人造生命 “辛西娅” (一种支原体小细菌)

对遗传学来说,解决迅速对于基因组测序仅仅是跨出的一小步,然而克雷格·文特尔却在这一领域跨出了一大步。

这项突破的生物性意义在于它广泛的应用前景,因为它本质上打开了一道通往生物工程的大门,可以让科学家在实验室为所欲为。研究人员已经开始创造一种特别设计的藻类,能够捕捉二氧化碳并将其转换为生物燃料。其他的应用领域可能包括医药制造、环境清理和能源生产。

虽然本次实验的最终产品是细菌细胞,但真核酵母是这一过程中的主角。文特尔与公司合成蕈状支原体细菌的基因组,是通过截取DNA片段(目前的技术一次只能得到短小的序列),然后把它们插入酵母中,因为酵母所含的酶具有超强的DNA修复功能,而且会把短小的DNA片段组合起来。

酵母首先会把短小的基因片段连接起来(每个片段仅1000多个碱基对),组成含10,000个碱基对的长链,然后移走。如此重复。当长链达到10组时,一起重新放回酵母中作进一步组合,连接成有10万个碱基对的长链。经过三轮的操作之后,研究人员完成了全基因组的制造,碱基对达到100多万个。为了便于区别合成基因组与自然基因组,不至于把前者错当成自然物种,DNA中添加了特殊的 “水印”序列。

接着,把这种合成好的基因组植入另一种细菌:山羊支原体(Mycoplasma capricolum)。于是合成基因组开始在那里产生新的蛋白质,结果山羊的原基因组要么被支原体酶摧毁,要么在细胞复制过程中丢失。无论存在何种方式,当细胞增殖时,都仅从合成基因组产生,于是奇迹在培养皿中诞生:世界上第一例完全产自合成DNA的人造细胞问世。

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   打造合成山羊支原体细胞的程序图

“该细胞的每一个组成部分均来自合成基因组,”文特尔介绍说。“而且它的世袭门第是一台计算机。不过该细胞的问世纯粹是一次我们对合成基因基本认识的概念验证过程。“

然而,对于人类的这项成就,并不是每个人都欣喜若狂。消息公布之后,马上有研究者对该“合成细胞” 的有效性提出质疑,因为尽管该基因组是由电脑制作完成,但整个过程只是对现有生命体的修改,而非全新意义上的创造。毫无疑问,对这项技术的进步将带来什么后果,未来数月肯定会产生很多伦理或法律上的争议。

然而,不容争议的是文特尔与公司实现了一项空前的技术壮举,他们在实验室成功链接起100万个碱基对,创建了一个完整的基因组。神奇之处不仅在于此,还在于他们神机妙算地让细胞接受了DNA。

“也许我们99%的实验都失败了,”文特尔在谈到他们几十年的漫长探索时总结道。“从一开始,这就是一个不断调试、不断解决问题的过程,因为我们没有现成的蓝图。”

小知识:支原体(mycoplasma):又称霉形体。在支原体细胞中,唯一可见的细胞器是核糖体(支原体是原核细胞,原核细胞的细胞器只有核糖体)。支原体的发现是在1898年,也是到目前为止,人类发现的最小最简单的原核生物。其大小介于细菌和病毒之间,结构也比较简单,多数成球形,没有细胞壁,只有三层结构的细胞膜,故具有较大的可变性。

克雷格·文特尔是谁?

克雷格·文特尔(John Craig Venter)是一名极具争议的生物学家,同时也是一名财产过十亿的企业家。科学界一些人质疑他将基因组研究活动变成一种相互竞争的比赛。他1946年出生,曾在越南服役,在照顾伤兵时决心从医。1992年成立了私人的基因组研究所。约3年后,成功分析出一种导致幼儿脑膜炎的生物体的基因组序列。2005年他成立了一家Synthetic公司,期望研究出能生产可替代燃料的生命形式。在2007年和2008年入选《时代》影响世界的100人。

实验室追踪: http://www.jcvi.org/

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