李雍麗

“在極度的不安中，我把激活生命所需要的各種儀器放在我的周圍，準(zhǔn)備給躺在我腳下的軀體注入生命。已經(jīng)凌晨一點(diǎn)了，雨滴狂亂地打在窗上，蠟燭即將燃盡。突然，就在火苗臨近熄滅的微光里，我看到那具軀體睜開了渾濁昏黃的眼珠，呼吸急促，四肢痙攣地抽搐起來?！?818年，“科幻小說之母”瑪利雪萊筆下的生物學(xué)家，在一個(gè)雨夜終于組裝出了一個(gè)“人”，并激活了他的生命。

今年7月8日，英國紐卡斯?fàn)柎髮W(xué)的納耶尼亞教授發(fā)表論文，宣布成功地將人胚胎干細(xì)胞誘導(dǎo)為“人造精子”。一個(gè)多月后，美國生物學(xué)家克雷格·文特爾宣布，如果不出差池，“人造生命”年底就將誕生。

人類對于生命起源、生命的秘密始終充滿好奇。繼克隆之后，“人造生命”已經(jīng)成為人類最關(guān)注的話題。而與克隆不同的是，“人造生命”采用的是合成生物學(xué)的方法。

真的會(huì)有人工組裝的“異類”生活在我們這個(gè)世界上嗎?

人造生命重在“改造”

2001年，文特爾野心勃勃地宣布將利用人工臺(tái)成的遺傳物質(zhì)，在實(shí)驗(yàn)室里制造一種在自然界不存在的新物種。2003年，他的團(tuán)隊(duì)合成了噬菌體基因組。4年后，他將絲狀支原體DNA移植到山羊支原體細(xì)胞中，首次實(shí)現(xiàn)了不同細(xì)菌種類的整個(gè)基因組的替換，阿一種物種變成另一種物種。2007年10月8日，他表示已在實(shí)驗(yàn)室成功地制造出一個(gè)合成的人造染色體。2009年8月21日，他再次向外界宣稱，年底或出現(xiàn)“人造生命”。

面對或許即將誕生的人造生命形態(tài)，世界充滿好奇、疑惑和擔(dān)憂。

“每個(gè)‘生命必須具備三個(gè)最基本要素，新陳代謝、遺傳，以及能夠承載起上述運(yùn)行功能的實(shí)體，也就是細(xì)胞。能夠具備這些條件的就可以算作是生命體了。”中國科學(xué)院上海生命科學(xué)研究院研究員趙國屏院士告訴《瞭望東方周刊》。

他認(rèn)為，文特爾所作的研究可能是將人們在試管里合成的染色體，放在細(xì)胞膜內(nèi)，并實(shí)現(xiàn)其運(yùn)行、代謝、遺傳，如果做到了這一點(diǎn)，就可以宣稱現(xiàn)在有了一個(gè)“人造細(xì)胞”。而人造生命還可以由較低級(jí)的形態(tài)體現(xiàn)，譬如人造的病毒或類病毒，這些“生物”能夠借用現(xiàn)有的細(xì)胞去實(shí)現(xiàn)代謝和遺傳功能。而更長遠(yuǎn)的“人造生命”目標(biāo)，是要按照人的要求去改造和創(chuàng)造生命過程或生物體。在這方面人類還有很長的路要走。

“合成生物學(xué)從技術(shù)層面而言，有很強(qiáng)的工程性?！壁w國屏解釋說，“它以合成生命為目標(biāo)，在系統(tǒng)生物學(xué)知識(shí)的指導(dǎo)下，以對生命過程進(jìn)行設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，從認(rèn)識(shí)、鑒定編碼生命最基本的基因和調(diào)控模塊開始，建立合成模塊等分子元件并加以準(zhǔn)確而有效的組裝，最終創(chuàng)造出達(dá)到設(shè)計(jì)目的的新的生命系統(tǒng)。當(dāng)然，它最實(shí)用的方向，并非強(qiáng)調(diào)從頭合成，而是強(qiáng)調(diào)在設(shè)計(jì)指導(dǎo)下的改造?！?/p>

不是為了人造“人”

“改造生命的目的是什么?不是為了像科幻電影里那樣，用機(jī)器造一個(gè)‘人出來?！壁w國屏說，很多年后，當(dāng)人類可以合成一個(gè)胚胎干細(xì)胞的時(shí)候，基本上就有了合成動(dòng)物的能力，當(dāng)然，也包括“人”。但是，其目的應(yīng)該是利用合成生物學(xué)研究認(rèn)識(shí)胚胎干細(xì)胞，使之為人類健康服務(wù)；而不是在“克隆人”之后，再搞“人造人”。

他認(rèn)為，目前改造生命的一個(gè)重要目的是帶動(dòng)生物制造和生物轉(zhuǎn)化，其中一個(gè)重要的應(yīng)用是生物質(zhì)能源研究。

地球上，除了陽光、風(fēng)和水等能源，工業(yè)化以來的人類主要使用的能源是來自石油和煤炭的化學(xué)能。就其形成過程而言，石油和煤炭的本質(zhì)都是太陽能經(jīng)由生物(光合作用)作為媒介轉(zhuǎn)化、積聚而來。

生物對太陽能轉(zhuǎn)換而來的生物質(zhì)能量的利用效率很高，然而這個(gè)能量的利用過程是分步的、緩慢和分散的(個(gè)體化的)。

“我吃一頓午飯所得到的能量就足以支持我一下午的工作，但如果用這碗飯來燒水，一杯水都燒不開，更不用說用于開車了。”趙國屏說，“反之，能量積聚方式的不同，決定了石油和煤具有了高度濃縮的特性，可以極快地大量集中釋放。所以，當(dāng)人們直接從植物淀粉或秸稈生產(chǎn)出酒精等生物質(zhì)能源時(shí)，也必須付出代價(jià)，消耗能量和時(shí)間將這些分散的物質(zhì)集聚轉(zhuǎn)化成高度濃縮的狀態(tài)。使用合成生物學(xué)開發(fā)生物能源就是希望通過改造生物，降低這種集聚轉(zhuǎn)化的成本?！?/p>

他說，即便如此，生物質(zhì)能源在未來也不大可能成為最主要的能源使用方式，能占據(jù)可替代能源10％左右的比例已經(jīng)不錯(cuò)了。

除了對于生物能源的貢獻(xiàn)之外，人造生命在醫(yī)學(xué)、制藥、化工、材料、農(nóng)業(yè)等多個(gè)領(lǐng)域之中?，F(xiàn)今，合成生物學(xué)最為知名的服務(wù)于產(chǎn)業(yè)的實(shí)例是在酵母中產(chǎn)生青蒿酸。青蒿素，一種最有效的抗惡性瘧疾藥物，歷來是直接從植物青蒿中提取。2006年，美國科學(xué)家吉斯林成功地通過構(gòu)建了表達(dá)青蒿酸合成基因的酵母菌，又通過合成生物學(xué)設(shè)計(jì)改造，使其發(fā)酵產(chǎn)量大幅增加，有可能進(jìn)入產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)。

將帶來科學(xué)革命

早在1965年，我國成功地人工合成胰島素，接著，又有人工全合成tRNA，兩者都在國際上引起轟動(dòng)。

這樣突破型的科學(xué)技術(shù)，雖然形成了一定的生物試劑技術(shù)平臺(tái)和相應(yīng)的產(chǎn)業(yè)，但是其影響遠(yuǎn)不如人工合成DNA技術(shù)。究其原因，就是因?yàn)槿斯ず铣蒁NA解決了合成生物學(xué)的關(guān)鍵問題——人工合成基因。

“今天，我們既要看到合成生物學(xué)的科學(xué)意義，更要看到其工程技術(shù)意義，還要看到它的產(chǎn)業(yè)意義。舉例來說，過去，人們一般在體外改造抗生索，而有了合成生物學(xué)，我們就可以實(shí)現(xiàn)抗生素在微生物體內(nèi)改造，甚至設(shè)計(jì)生產(chǎn)一些以前沒有的化臺(tái)物，為人類服務(wù)?！?/p>

合成生物學(xué)“改造”的特點(diǎn)，令人產(chǎn)生浪漫想象——是不是有可能給每個(gè)人背上都接種上葉綠索，自身進(jìn)行光合作用制造能量養(yǎng)活自己呢?

趙國屏講了這樣一個(gè)故事：假如確有這樣一個(gè)人，到了火星上，發(fā)現(xiàn)食物不夠，必須靠身上的葉綠素，利用太陽光來獲得能量，他立即覺得能吸收太陽光的面積太少了，于是就長了很多手，以增大體表面積；之后又發(fā)現(xiàn)光合作用必須的水吸得不夠，于是就長了很多條腿去吸水——這時(shí)，他發(fā)現(xiàn)自己變成了一棵樹，再也不具備動(dòng)物行動(dòng)自如獲取食物的能力了。

“任何改造都必須基于自然規(guī)律，不能超越自然規(guī)律。”這是他的結(jié)論。

合成生物學(xué)的“改造”，或許將影響人們的健康生活。

趙國屏對未來40年合成生物學(xué)進(jìn)入中國百姓生活進(jìn)行了一番想象：“它將逐步在工業(yè)上被成熟應(yīng)用，由此影響能源、材料和化學(xué)品(包括藥物)的研究和開發(fā)；將有力影響對植物和動(dòng)物生命過程規(guī)律的研究，特別是在干細(xì)胞研究中發(fā)揮重要作用，影響人類的健康事業(yè)；還可能改變農(nóng)業(yè)和生態(tài)環(huán)境工程的技術(shù)能力，保護(hù)人類的生存環(huán)境。合成生物學(xué)還是人類攻克生命起源和生物進(jìn)化等根本性難題的最有效武器之一。從這些意義上說，未來合成生物學(xué)帶給人類的，將是一個(gè)實(shí)實(shí)在在的科學(xué)革命?！?/p>