
克雷格·文特尔 (图片来源:网络)
准确地说,人造细胞“Synthia”唯一非天然的部分便是它依照蕈状支原体合成的基因组,但这1000多kb的DNA,如果不是借助酵母的细胞环境,仅靠化学合成仍然是不能完成的。
无论是两年前合成的生殖支原体基因组,还是这一次的蕈状支原体人造基因,除了几处极少的改动外,基本等同于这些天然细胞的基因序列。也就是说,目前的人造生命不可能完全脱离其天然范本和细胞环境。
□本报记者 刘欢
明星Synthia
2010年夏天的舞台中央,聚光灯下,Synthia独自舞蹈。光影之间,“上帝之手”忽隐忽现。
Synthia,意为合成体,是克雷格·文特尔私立研究所的一个20多人的科研小组创造的由化学合成基因组控制的细菌细胞,这是一个山羊支原体Mycoplasma capricolum细胞,但细胞中的遗传物质却是依照另一个物种即蕈状支原体Mycoplasma mycoides的基因组人工合成而来,产生的人造细胞表现出的是后者的生命特性。这是地球上第一个由人类制造并能够自我复制的新物种。
如果合成生物学需要一位形象代言人,人们首先想到的会是克雷格·文特尔;如果合成生物学需要一个吉祥物,Synthia应该也是首当其冲。正是文特尔团队创造的这个Synthia,把早在本世纪初就已经成为现代生命科学研究热点的合成生物学第一次带进大众视野,人们在关于Synthia的讨论中形成了对于合成生物学的复杂情绪。
像是任何被过度包装的明星一样,Synthia在一轮又一轮的转述中逐渐丢失了自己原有的样貌,还原Synthia在实验室中的真我风采已然成为一种必需。
Synthia幕后
中国科学院北京生命科学研究院副院长高福告诉记者,支原体是目前发现的最小、最简单的具有自我繁殖能力的细胞,其基因组也是原核生物中最小的,因此便于操作。
2007年,文特尔团队就已经掌握了在山羊支原体和蕈状支原体这两种支原体中进行基因组转移的技术,只不过当时的操作对象是蕈状支原体内的天然DNA。2008年2月,文特尔团队成功地合成了另一种原核生物——生殖支原体Mycoplasma genitalium的基因组DNA。Synthia就是将以上两种技术合而为一的结果。
尽管文特尔团队已经能够合成生殖支原体的基因组,但由于生殖支原体生长极其缓慢,因此研究者选择了生长较快的蕈状支原体和山羊支原体作为实验对象,分以下4个步骤完成实验(如图所示):①合成供体的基因组DNA;②合成DNA片段的拼接;③人工基因组的甲基化修饰;④人工基因组移植入受体细胞。

文特尔人造细胞合成示意图
其实,嵌合体细胞应用遗传工程手段早已实现。而文特尔的“人造细胞”也只是遗传物质由人工合成,其他组分均来自于已有的生命形式。
中国科学院微生物研究所研究员李寅介绍说,虽然本次实验的最终产品是支原体细胞,但真核酵母却是这场表演的真正主角。目前的DNA合成技术还不能一次得到很长的序列片段,文特尔小组合成的蕈状支原体的DNA,也是将整个基因组截成1078条DNA片段来合成,然后把它们插入酵母细胞中,利用酵母中具有超强DNA修复功能的酶,将平均长度为1080 bp的DNA片段拼接成1077947 bp的全长基因组。
因此准确地说,人造细胞Synthia唯一非天然的部分便是它依照蕈状支原体合成的基因组,但这1000多kb的DNA,如果不是借助酵母的细胞环境,仅靠化学合成仍然是不能完成的。
这也是目前人造生命主要的技术困扰之一:人工合成生命体的遗传物质在体外无法达到细胞基因组水平的最小长度;而且这些化学合成的“核酸”也并不一定能在细胞中稳定地复制传代并指导生命活动,所以更谈不上仅依靠这些化合物从头产生有生命的个体。
另外,文特尔团队合成的基因组也并非绝对的凭空“创造”。无论是两年前合成的生殖支原体基因组,还是这一次的蕈状支原体人造基因,除了几处极少的改动外,基本等同于这些天然细胞的基因序列。也就是说,目前的人造生命不可能完全脱离其天然范本和细胞环境。
超越恐惧
在由Synthia引出的关于合成生物学的讨论中,恐惧是一个关键词。当工业社会最为寻常的一个动词“合成”后面的宾语变成了“生命”时,人们很难保持冷静。
“其实,不仅仅是合成生物学问题,整个生命科学研究都有来自伦理学的挑战,问题是跨国界的。生命科学的研究还是要进行的,关键是要有法律法规对其加以控制,这需要全世界的努力。”高福在中国科协第40期新观点新学说学术沙龙——合成生物学的伦理问题与生物安全学术研讨会上表示。
“Bruce Schneier在其著作《超越恐惧》中写道,人们对于恐惧的认识是存在科学偏差的。大家都知道吸烟是对人体有害的,但是大家在做这个事情的时候,并没有感觉到任何的恐慌。相反,人们对不完全了解的事物,想象中觉得很危险,但是实际上这种危险到底有多大可能性不能得以证明,反而会表现出很大的恐惧性。”加拿大阿尔伯塔大学法学院博士杜立说。
合成生物学作为后基因组时代生命科学研究的新兴领域,其研究既是生命科学和生物技术在分子生物学和基因工程水平上的自然延伸,又是在系统生物学和基因组综合工程技术层次上的整合性发展。其目的在于设计和构建工程化的生物体系,使其能够处理信息、加工化合物、制造材料、生产能源、提供食物、处理污染等,从而增进人类的健康,改善生存的环境,以应对人类社会发展所面临的严峻挑战。
任何技术都是为了目标服务的,合成生物学的目标不是扮演上帝的角色,而是源于发展的需要,是为了在现有种种约束条件下改善人类的生存处境,也正是这样的需求,激发着各国的科研工作者投身合成生物学的研究。“任意创造生命”既不是目前合成生物学发展水平所能及,也不是发展该学科的最终意义。
诺贝尔和平奖获得者Schweitzer医生曾经写道:“我必须坚持这样一个事实:生命意识透过我展示了她自己,成为与其他生命意识相互依存的一员。”人们不该因为肤浅的信条而削减了认识自然与追求真理的动力。感受和领悟“生命之美”恰恰是每一个生命科学研究者的理想与责任。
《科学时报》 (2010-8-2 B3 视界·观察)