文特尔披露“人造生命”诞生内幕
【美国《华尔街日报》5月26日文章】题:我们是如何创造出第一个合成细胞的(作者 克雷格文特尔 丹尼尔吉布森)1995年,我们公布了两个细胞基因组的DNA序列。如今,获取基因组序列——内含有机体的基因指令——存入计算机数据库是很平常的事。
上周,我们宣布,这个过程可以颠倒。支原菌的数字化DNA信息现在可以制造出生命。
为此,我们25名研究人员必须破译这种细菌的基因指令,进行合成,然后在受体细胞内表达出来。有许多技术障碍要克服。但历时15年时间、耗资4000万美元,我们终于把所有这些步骤贯穿起来,在实验室里制造出合成细胞。
那么,我们所做的一切有什么新颖与独特之处呢?合成细胞的过程从一台计算机开始。我们从丝状支原菌基因指令的百万余字母入手,对其DNA序列稍加修改。首先,我们删除了4000个字母,使两个基因的功能作废。接下来,我们用4个“水印”序列替换了10个基因。这几个水印序列各有1000多个字母长,破泽出来是人名、名言和一个网址。然后,整个DNA字母序列被分成1100段,各自用四瓶不同化学品进行合成,制出DNA。这些DNA的片断经过精心设计,相邻片断有80个字母是重叠的,这就提供了让合成片断连接起来的独特区域,从而方便了组装过程。把相互重叠的DNA的片断加入酵母,就可以组装出合成的丝状支原菌基因组。
创造合成细胞的最后一步是在受体细胞内激活这个化学合成基因组。我们将合成基因组植入一种相关细菌(山羊支原菌)的细胞内。3月26日,合成基因组“启动”了,可自我复制的JCVI-syn1.0型丝状山羊支原体细胞产生了。
【英国《泰晤士报》网站5月25日报道】一位获得诺贝尔奖的科学家说,不应授予第一个人造生命形式广泛专利权,因为新的基因工程研究方法会因此受到严重限制。
公共部门人类基因组排序工程的领军人物约翰萨尔斯顿教授说,克雷格文特尔声称他的人造生命技术拥有的知识产权过于昂贵,这会使他有效地垄断未来的研究。
文特尔为自己用来创造新的有机体的方法申请了专利。
萨尔斯顿在接受采访时说,如果授予这些专利权,那会对生物学“极为有害”。
背景阅读:
“我们将其称之为第一个人造细胞,这是真正的细胞。这是地球上第一个父母是电脑、却可以进行自我复制的物种。”
——美国基因组学先锋克雷格·文特尔
把无生命的化学物质变成有生命的有机体,美国一个私立研究所的科学家们称已成功地做到了。世界首个“人造生命”在美国诞生。项目的负责人克雷格·文特尔将“人造生命”起名为“辛西娅”。
美国私立研究所克雷格·文特尔研究所的研究人员周四宣布他们已首次创造了一个完全由人造基因指令控制的人造细胞。这向人造生命的目标又迈进了一步。
这项实验预示着生物学可能将进入新纪元,同时对生命的本质提出了意义深远的问题。而它也很可能会再次激起伦理、法律和公共安全界人士对人造生命的质疑。一些批评者称,实验的领导者克雷格·文特尔“想扮演上帝”。
研究
所有基因都来自实验室
美国基因组学先锋人物文特尔宣布,在他位于马里兰州和加州的实验室,科研人员在为期15年、花费4000万美元的研究项目中,已成功制造出全球首个“合成细胞”,一种称为蕈状支原体的细菌。蕈状支原体是一种简单的微生物。
文特尔说,这一人造细菌的基因均在实验室内构建。他们用“四瓶化学物质”为他们的“人造细胞”设计了染色体,然后把这个基因信息植入另一个修改过的细菌细胞中,而这个合成的细菌细胞成功地进行了包括分裂在内的活动,就像天然细菌一样。
著名的《科学》杂志收录了此项研究成果。
合成的细菌仅是一个示范项目,这种技术眼下没有实际用途。但文特尔研究小组的人员称,这项实验室技术可以被用于合成其他具有商业价值的菌株,例如疫苗。而他们特别感兴趣的是,设计能够从空气中捕捉二氧化碳,然后产生碳氢化合物燃料的藻类。合成基因组公司正在资助这项研究。
评价
操控生命的另一种可能?
“我们穿越了一道关键的心理障碍。”文特尔说,“这在科学和哲学两个层面上改变了我自己对生命及其机理的思索。”
文特尔研究所的最新成就被许多独立科学家和哲学家誉为一个标志性突破,因为它开创了前所未有的操控生命的方式。多年来,科学家一直在改造DNA的片段,并创造出了各种各样的基因工程植物和动物。而创造完整生物体的能力为人们提供了新的掌握生命的权力。
“此举向创造具有能力的生物和构建永远不可能自然进化的‘自然界’迈出了一步。”英国牛津大学的伦理学教授朱利安·萨乌莱斯说。
美国罗格斯大学分子生物学家埃布赖特也将其评价为“人与自然关系的一个转折点”。
波士顿大学生物医学工程师柯林斯说:“这项成果破坏了我们有关生命属性的基本信念,而这种信念对我们如何看待人类自己、如何看待我们在宇宙中的位置显得非常重要。”
前景
制造药物 定制有益细菌
由于染色体上的基因携带了遗传信息,“人造生命”技术的诞生,意味着人类可以创造出携带特定遗传信息的生命体。文特尔表示,有了这项技术,人们能根据自己的目的设计创造出新生物,电脑将按人类的意图进行具体操作。
据《泰晤士报》报道,应用这种技术,“生命工厂”可批量生产出人造有机体,制造出可以产生清洁能源的细菌或者可以从大气中吸收二氧化碳的细菌。它还可用于制造吸油的细菌,以此拯救受到墨西哥湾漏油危害的生物,还可以生产诸如流感疫苗等药物。
争议
生化武器?变种怪物?
然而实验成功的消息公布后,还是招致许多人的批评。据《信息时报》报道,有人称无论如何人类都不可以充当“造物主”;更多人则担心此研究成果会被用来合成大量生化武器,造成恐怖威胁。更有人预言,这项技术如果运用得不好,可能导致一场人类浩劫,重现好莱坞电影《我是传奇》中的恐怖情节。影片中,威尔·史密斯饰演的军方科学家与一群长得像人类的食肉怪物做斗争,这群怪物原本就是人类,他们被一种无名病毒侵袭,从人变成另一物种。不少人担心,文特尔在培植“人造生命”中若稍有差错,很可能制造出无法控制的奇怪生物。
人物
越战后专注科研 文特尔树敌无数
据《卫报》报道,克雷格·文特尔是一名具有争议的生物学家,同时也是一名财产过十亿的企业家。文特尔是越战退役老兵,曾目睹过士兵被一枪毙命,也目睹过士兵恐怖的创伤,因而对医疗科学产生兴趣,返回大学后奋起直追,终于扬名立万,同时树敌无数。
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。文特尔1946年出生。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。
他精彩的人生经历足可写成一本书——曾经的越战老兵、现在的亿万富翁,同时身兼帆船运动发烧友、探险家等多重身份。他带领一支私人研究团队与拥有强大公共资金支持的英美科研机构竞争,以快速、创新的研究方法获得成果。
回应
奥巴马
下令评估
美国总统奥巴马也注意到了这项成果。他很快致信负责生物伦理问题研究的一个总统委员会的chairman、宾夕法尼亚大学校长埃米·古特曼,要求委员会评估这项研究在医学、环境、安全等领域的影响。
事实上,近年来,克隆技术、干细胞技术和基因工程等飞速发展,但它们引发的伦理和道德之争从未止息。对待人造生命,在看到其巨大应用前景时,也要时刻警醒其可能带来的危害。
奥巴马在致信古特曼时也表示,需要确定这类技术的合适伦理界限,将其危害控制到最小程度。环保组织“地球之友”也认为,必须确保相关法规到位,以保护环境和人类健康免受这项有潜在危险的新技术伤害。
链接
《经济学人》
探讨伦理风险
20日出版的新一期《经济学人》杂志封面文章预测,将来有一天,新的细菌、动物或者植物等生命体将被电脑设计,最后被人类制造出来。在某种程度上,这种创造生命的举动比第一颗原子弹爆炸更能证明人类掌控自然的能力。
与此同时,也有相当一部分科学家的评价比较谨慎,认为文特尔研究所只是部分合成了现有细胞,并未跨越“无中生有、创造生命”的界限。波士顿大学生物医学专家詹姆斯·柯林斯表示,他不认为上述合成的单细胞生物体意味着一种人造生命形式的诞生,它只是一个带有人造基因组的生物体,而非人造生物体。
《经济学人》杂志认为,人造生命看起来是一件令人惊奇的事,这种技术具有众多优势。就短期而言,可以应用于制造更好的药物、农产品、绿色燃料以及促进化学工业的发展;但从长期来看,谁也不知道它可能带来什么样的后果,这种技术与生俱来地存在着危险,如果滥用可能导致恐怖的灾难。
该刊因此提出了这样的问题:如何控制这些能自我复制的人造生命?谁能拥有人造生命基本工具的专利权?这些问题的答案无疑在于各国政策制定者如何保持理性,对此类技术加强管制。
“人造生命”原理
1. 科学家选取一种名为丝状支原体的细菌,将它的染色体解码。然后利用化学方法一点一点地重新排列DNA。
2. 将重组的DNA碎片放入酵母液中,令其慢慢地重新聚合。
3. 将人造DNA放入另外一个受体细菌中。通过生长和分离,受体细菌产生两个细胞,一个带有人造DNA,另外一个带有天然DNA。
4. 培养皿中的抗生素将带有天然DNA的细胞杀死,只留下人造细胞不断增生。
5. 几个小时之内,受体细菌内原有DNA的所有痕迹全部消失,人造细胞不断繁殖。新的生命诞生了。
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