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像编软件一样创造新物种 |
| 作者： 来源：新浪 时间： 2007-06-03
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在过去这些年里，科学家一直在尝试从零开始制造全新的生命形式——用化学物质造出合成ＤＮＡ（脱氧核糖核酸），由ＤＮＡ合成基因，再由基因形成基因组，最终在实验室造出全新生物体的分子系统，而这种生物体在自然界从未出现过。
从1953年美国生物学家詹姆斯·沃森与弗朗西斯·克里克共同发现了脱氧核糖核酸（ＤＮＡ）分子结构的双螺旋模型到包括人类在内的各种生物的基因组图谱纷纷出炉，生物遗传密码正在迅速揭开神秘面纱。但是新一代的特立独行的科学家已经不满足于解码和修补的工作，他们已经发现新的战场——重写遗传密码。
目标：重写36亿年遗传密码
36亿年前，一个微小的生命细胞在地球的荒野中诞生，它自我复制，它的后代们继续复制自我，就这样，随着遗传基因一代代变异，延续数十亿代。今天，每个生物体——每个人、植物、动物和微生物——都能从第一个细胞找到自己的起源。迄今为止，地球的生物大家族是我们在宇宙发现的唯一存在的一种生命。
不过现在，将会有一些新成员加入到这个生物大家族。在过去这些年里，科学家一直在尝试从零开始制造全新的生命形式——用化学物质造出合成ＤＮＡ（脱氧核糖核酸），由ＤＮＡ合成基因，再由基因形成基因组，最终在实验室造出全新生物体的分子系统，而这种生物体在自然界从未出现过。
这些向“造物主”的垄断地位发起挑战的人包括工程师、计算机学家、物理学家和化学家。他们以有别于传统生物学家的视角看待生命，并在2003年开创了一个全新的研究领域——合成生物学。
理念：为细胞编写“基因软件”
自然演化的有机体（即生物学家所谓的“生命1．0版本”）的基因组图谱正在以前所未有的速度被绘制完成，而其中的遗传密码也将被逐渐解开。合成生物学家认为，他们可以利用这些已知信息来设计、打造新生命形式。
在过去，遗传工程一直拘囿于对已有的遗传密码进行简单修补改造，比如从一种细菌中提取一个基因，然后植入玉米或猪的染色体。而合成生物学所要打造的生命种类是全新的——它不是任何一个原始母细胞的后裔，也没有哪个物种是它的祖先。其实在本质上，这是一个逆自然的过程。
如果说1953年ＤＮＡ双螺旋分子结构的发现让分子生物学家意识到，基因与细胞的关系就像计算机的软件和硬件，那么合成生物学正在做的就是设计新“软件”、开发新“硬件”。
普林斯顿大学的计算机科学家罗恩·韦斯正从事为细胞编写“基因软件”的工作，他相信自己很快就能设计细胞的行为，就像编程控制计算机一样。他说：“我们大可把细胞视作可编程的物质。”
基础：制造核心“生物部件”
到目前为止，研究者还没能做到“从无到有”地合成出一个可以自我复制的全新生物体。但他们采取了“曲线救国”的方式。与计算机革命相比，今天的合成生物学最不利的因素就是基础。“苹果电脑起步时，已经有很多商业电子零件，并不需要连电源都要从原料开始制造。”麻省理工学院合成生物学教授德鲁·恩迪说。但这就是合成生物学在开创之初的现实。
2004年6月，麻省理工学院举办了首届国际生物合成学大会，研究者展示了他们在实验室培育出的具有特定功能的“生物部件”，把它们与剔除了某些遗传物质的自然细胞相结合，就能合成一个混合生物体，类似于“旧瓶装新酒”。虽然不是完全人造的，但经过“编程”的细胞分子已经能精确制造出人们需要的氨基酸、核酸、多肽等复杂化学物质，如同一个微型化学工厂。
与传统的生产过程和材料来源相比，“生物部件”在成本和效率都具有无可比拟的优势。而且，科学家可以按照需求进行无限复制，用于大规模生产。由麻省理工学院于2003年发起了“国际基因工程机器设计大赛” ，并在2005年迅速升级为世界范围的比赛。哈佛、剑桥等世界知名学府参赛者充分发挥创意，用生物系统中的基本组件（基因、蛋白质等）合成了许多功能各异的“生物部件”。2007年，北大、中科大等高校也代表中国参加了这项赛事。
同步：清理细胞冗余基因
与此同时，合成生物学家也在努力驯服“生物部件”所寄居的细胞。由于人工合成的“生物部件”无法实现自我复制，因此必须与现有细胞相结合。但是，科学家还无法完全了解该细胞本身携带的自然基因的功能，这就让生产出的合成生物体的功能变得有些难以捉摸。
合成生物学家们要做的就是把寻找生命所需要的最小基因片段——即培养出最简化的完整细胞，里面剔除了所有具有复杂功能的基因，只留下维持细胞生存和复制所需的基因。 哈佛大学教授乔治·丘奇走在该领域研究的前列。经过仔细分析，他认为一个拥有151个独立基因、11．3万段ＤＮＡ遗传密码的基因组足以保证细胞实现自我复制的功能。丘奇教授表示，培育最简化细胞的工作已经完成了80％。
前景：无法预言的天地
加州大学旧金山分校的克里斯·沃伊特领导的小组则在设计一种能随着血流游走并发现身体里的癌变肿瘤的微生物。
曾经在破解人类基因组计划中起到重要作用的塞拉昂生物公司创始人克雷格·文特尔和丘奇教授则联手向更加激动人心的目标发起了冲击。他们要培育出一种自给自足的高效生物体，它能把太阳光转化为清洁的生物燃料，实现温室气体的“零排放”，把对环境污染降到最低。
合成生物学究竟有怎样的前景？生物机器人？还是实验室中有控制的进化？恐怕连狂热的预言家也无法想象！
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