今天，人們已越來(lái)越離不開(kāi)計(jì)算機(jī)，如果世界上的計(jì)算機(jī)都停止工作，整個(gè)世界會(huì)變成死水一潭。因此，更新?lián)Q代最快的高科技產(chǎn)品就是計(jì)算機(jī)。目前所用的計(jì)算機(jī)都是用芯片等材料組裝的“死”機(jī)器?，F(xiàn)在，科學(xué)家們已經(jīng)不滿(mǎn)足于制造這種“死”計(jì)算機(jī)了，他們將研究方向轉(zhuǎn)向活的生物，生物工程師們企圖通過(guò)對(duì)細(xì)胞的編程，使細(xì)胞變成有生命的計(jì)算機(jī)，開(kāi)發(fā)出一種“活”的計(jì)算機(jī)。這是一種全新領(lǐng)域的研究，這個(gè)新領(lǐng)域被稱(chēng)為“合成生物學(xué)”。

什么是合成生物學(xué)?

地球上的每種生物體(人、植物、動(dòng)物、微生物)都能追根溯源到36億年前地球塵土中出現(xiàn)的一個(gè)極微小的活細(xì)胞，它出現(xiàn)后不斷地自我復(fù)制、變異、組合，最后生成了現(xiàn)在地球上千變?nèi)f化的生物體。但是，近些年來(lái)科學(xué)家們已經(jīng)不再局限于對(duì)現(xiàn)在生物體的改良，而想通過(guò)“合成生物學(xué)”的方法，扮演一次創(chuàng)造新生命的“上帝”：在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)創(chuàng)造出完全不同于自然生物體的全新人造生物體。

雖然聽(tīng)起來(lái)很玄，但“合成生物學(xué)”的思路很簡(jiǎn)單，它利用計(jì)算機(jī)工作原理，將細(xì)菌作為硬件，基因作為軟件，來(lái)組裝成一個(gè)人工的全新生物體。這個(gè)生物體軟件中的可編程的“生物組件”是從生物公司就可以買(mǎi)到的、兩端可連接的、人工合成的DNA片斷，生物工程師就像組裝一個(gè)玩具一樣，將“生物組件”直接與細(xì)胞中的DNA組裝連接，一旦連接后，每個(gè)“生物組件”就會(huì)像計(jì)算機(jī)的程序一樣，修改、控制細(xì)胞的功能。人們可以通過(guò)放入和組合不同的DNA片段來(lái)“命令”細(xì)胞，使它產(chǎn)生不同的功能。例如，使用“生物組件”讓某種細(xì)菌產(chǎn)生芳香或發(fā)光。

合成生物學(xué)被美國(guó)評(píng)為全球九個(gè)開(kāi)拓性新興科技領(lǐng)域之一，它所創(chuàng)造的這種有生命的、具有計(jì)算機(jī)功能的活細(xì)胞可以解決現(xiàn)在人們很難解決的問(wèn)題。例如，把基因網(wǎng)絡(luò)同簡(jiǎn)單的細(xì)胞相結(jié)合，可提高生物敏感性，幫助檢查人員確定地雷或生物武器的位置；在基因網(wǎng)絡(luò)中加入人體細(xì)胞，制成一個(gè)完整器官，用于器官移植等。

合成生物學(xué)的領(lǐng)軍人物是美國(guó)麻省理工學(xué)院的計(jì)算機(jī)工程師讓·維斯。他早在讀研究生時(shí)就迷上了生物學(xué)，并開(kāi)始為細(xì)胞“編程”，他所領(lǐng)導(dǎo)的科研小組已經(jīng)做出了生物組件，可以十分容易地組裝成不同的生物“產(chǎn)品”。

合成生物學(xué)的進(jìn)展

雖然“合成生物學(xué)”是一個(gè)近幾年來(lái)才提出的新學(xué)科，但已經(jīng)取得很多可喜的成果。目前，在一些大學(xué)和獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)室里，正在進(jìn)行有關(guān)細(xì)胞編程的研究。他們已經(jīng)使用在實(shí)驗(yàn)室里制造的合成DNA，制造出自然界中不存在的病毒和細(xì)菌。這些生物被指定執(zhí)行各種有益于人類(lèi)和地球的任務(wù)。如進(jìn)入血液循環(huán)以探查和破壞腫瘤，消滅導(dǎo)致地球變熱的有害氣體等。

為了合成一個(gè)新的生物體，要有三步曲。第一步是為細(xì)胞“編程”，第二步是將編程的基因安裝到細(xì)胞中，第三步是進(jìn)行復(fù)雜的細(xì)胞組合，使它產(chǎn)生不同的功能。2002年，紐約大學(xué)的病毒學(xué)專(zhuān)家?？ǖ隆ぞS默爾研究小組從生物技術(shù)公司購(gòu)買(mǎi)了DNA短小片斷，并在DNA合成公司的協(xié)助下將它們連接起來(lái)，制造出了人工合成的脊髓灰質(zhì)炎病毒。這項(xiàng)研究的成功為合成新的生命奠定了基礎(chǔ)。

2005年，維斯領(lǐng)導(dǎo)的小組進(jìn)行了為細(xì)胞編程的研究。他們首先為大腸桿菌編程，使它在高濃度的化學(xué)物質(zhì)中發(fā)出了綠光，而在感受到較低濃度時(shí)發(fā)出紅色的光。這樣，它們就可以作為一種生物傳感器來(lái)檢測(cè)人體或一些化學(xué)物質(zhì)中所需要檢測(cè)物質(zhì)的濃度，例如，當(dāng)一些大腸桿菌發(fā)生變化時(shí)，可以引起這些人工合成的大腸桿菌發(fā)出紅色或綠色的熒光，人們就可以根據(jù)所發(fā)出光的顏色，知道這些大腸桿菌發(fā)生了什么樣的變化。

威斯康星大學(xué)的研究人員進(jìn)行了大腸桿菌基因組組合工作。大腸桿菌的基因組中一些多余的DNA會(huì)干擾實(shí)驗(yàn)室研究和工業(yè)生產(chǎn)的利用。因此，他們拆掉大腸桿菌中大片的遺傳物質(zhì)，將一些具有特殊功能的人造基因插入，這種變瘦的大腸桿菌基因組可以使細(xì)菌無(wú)需在實(shí)驗(yàn)室中接受特殊的照顧和培養(yǎng)，只需要少量的食糖作為食物，就能生產(chǎn)出大量的生物產(chǎn)品。新的基因組像計(jì)算機(jī)的軟件一樣，人們可以通過(guò)控制它的程序。達(dá)到不同的目的。例如，可以命令它大量產(chǎn)生有用的蛋白質(zhì)和藥物。

美國(guó)科學(xué)家最近宣布，他們首次試驗(yàn)成功使細(xì)菌大“變心”的創(chuàng)舉，實(shí)現(xiàn)了在物種間進(jìn)行完整基因組的“移植”手術(shù)。文特爾和他領(lǐng)導(dǎo)的研究小組先利用特殊生物酶，將一種蛋白質(zhì)破壞，得到完整的“裸DNA”。然后將這個(gè)基因組注入另一種剔出了遺傳物質(zhì)的近親細(xì)胞中，并加入一種化學(xué)物質(zhì)幫助“裸DNA”與它的“寄主”更好地融合。“移植手術(shù)”后，經(jīng)過(guò)改造的細(xì)胞開(kāi)始在植入基因組的控制下，產(chǎn)出其特定的蛋白質(zhì)。這一“罩程碑式”技術(shù)的成功為首個(gè)“人造物種”的降生奏響了序曲。

目前，合成生物學(xué)研究已經(jīng)取得了一些令人矚目的成就，最值得一提的是在制造特效抗瘧藥方面取得的突破。每年全世界因患瘧疾死亡人數(shù)多達(dá)300萬(wàn)，原來(lái)的抗瘧藥喹寧由于長(zhǎng)期使用，藥效一降再降。1972年發(fā)現(xiàn)的有效抗瘧藥青蒿素是從中藥艾蒿中提取的，由于提取成本高，無(wú)法大規(guī)模普及。2003年，加州大學(xué)的杰伊·凱阿斯林運(yùn)用生物合成的方法將一個(gè)青蒿基因植入大腸桿菌，改造后的大腸桿菌制造出一種中間化合物，它經(jīng)過(guò)數(shù)步處理就能成為青蒿素的原料——青蒿酸。2005年，杰伊把一種特殊的酶植入酵母后，酵母把前面提到的中間化合物改造成了青蒿酸?，F(xiàn)在，通過(guò)微生物工業(yè)生產(chǎn)青蒿素的技術(shù)鏈條已經(jīng)基本成形，估計(jì)在2009年就可以實(shí)現(xiàn)人工生產(chǎn)青蒿素，那時(shí)青蒿素的成本將下降90％。

目前，加州大學(xué)舊金山分?？死锼诡I(lǐng)導(dǎo)的小組正在設(shè)計(jì)一種將4種功能不同的“生物部件”植入細(xì)胞的實(shí)驗(yàn)，將這種細(xì)胞注入人體后，它可以主動(dòng)承擔(dān)起發(fā)現(xiàn)癌細(xì)胞、殺死癌細(xì)胞和保護(hù)正常細(xì)胞的功能。這樣，在病人毫無(wú)察覺(jué)的情況下就可以將癌癥治愈。這一研究目前正處于初期研究階段。

維斯另一項(xiàng)大膽的計(jì)劃是為成年干細(xì)胞編程，以促進(jìn)某些干細(xì)胞分裂成骨細(xì)胞、肌肉細(xì)胞或軟骨細(xì)胞等，讓細(xì)胞去修補(bǔ)受損的心臟或生產(chǎn)出合成膝關(guān)節(jié)。盡管該工作尚處初級(jí)階段，但卻是生物學(xué)調(diào)控領(lǐng)域中重要的進(jìn)展。

合成生物學(xué)帶來(lái)的喜和憂(yōu)

合成生物學(xué)的成功將意味著科學(xué)的極大進(jìn)步?？茖W(xué)家預(yù)言人類(lèi)不久將進(jìn)入自己制造新生命的時(shí)代，人們將依賴(lài)于目前重要的研究成果——納米技術(shù)，在分子水平上制造出新的生命，這種新生命將按照人類(lèi)的意志為人類(lèi)造福。合成生物學(xué)通過(guò)修復(fù)細(xì)胞功能、消除腫瘤、刺激細(xì)胞生長(zhǎng)和使某些決定性細(xì)胞再生等方式，實(shí)現(xiàn)治療各種疾病的目的；它可以制造出一個(gè)配備有生物芯片的細(xì)胞機(jī)器人，讓它在我們的動(dòng)脈中游蕩，檢測(cè)并消除導(dǎo)致血栓的動(dòng)脈粥樣硬化；它可以制成各種各樣的細(xì)菌，用來(lái)消除水污染、清除垃圾、處理核廢料等；制造一種生物機(jī)器來(lái)探測(cè)化學(xué)和生物武器，發(fā)出爆炸物警告；它甚至可以從太陽(yáng)中獲取能量，用來(lái)制造清潔燃料。

然而，一切新事物的出現(xiàn)都會(huì)存在一些問(wèn)題和反對(duì)的呼聲。一些科學(xué)家擔(dān)心存在潛在的生物恐怖和環(huán)境問(wèn)題，由于目前還沒(méi)有生物合成監(jiān)管的相關(guān)規(guī)定，生物恐怖主義分子可能利用生物合成技術(shù)制造致命病毒或生化武器，實(shí)驗(yàn)室中炮制的人造細(xì)菌也可能給環(huán)境和人類(lèi)帶來(lái)更大的風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)于這些問(wèn)題是應(yīng)該引起注意的，也是容易解決的。例如，這些實(shí)驗(yàn)室合成的細(xì)菌極其脆弱，流失到野外將難以生存，不會(huì)污染環(huán)境。

另有一些人認(rèn)為合成生物學(xué)創(chuàng)造新的生命是違背“上帝是唯一造物主”的倫理。從事合成生物學(xué)研究的科學(xué)家們對(duì)這種看法嗤之以鼻，他們認(rèn)為生命并非魔法，懷有宗教情結(jié)的老一代生物學(xué)家已經(jīng)跟不上科學(xué)的發(fā)展。DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)者沃森教授說(shuō)得更加大膽：“如果我們不扮演上帝，誰(shuí)能扮演呢?”

[責(zé)任編輯]蒲 暉