美國(guó)克雷格·文特爾研究所的研究人員歷時(shí)15年、耗資4000萬美元?jiǎng)?chuàng)造了一些新細(xì)胞(人造生命)。這項(xiàng)研究的負(fù)責(zé)人J·克雷格·文特爾把世界上這一首個(gè)人造生命稱為“辛西婭”(即“人造兒”)。其實(shí)，這個(gè)人造兒只是一個(gè)人工合成的基因組，由這個(gè)基因組復(fù)制和產(chǎn)生了一些細(xì)胞，因此其本質(zhì)是一種合成生命。

合成生命的前二部曲

按照文特爾等人的人工合成基因組或創(chuàng)造一種人工生命的思路和技術(shù)路線，合成生命需要由三部曲來完成。其一是對(duì)某種最簡(jiǎn)單的生命進(jìn)行基因組的測(cè)序，以了解其DNA堿基的排序。測(cè)序后的堿基排序可以存入計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫。其二是根據(jù)這種自然生命堿基的排序來重新人工排序堿基，組建人工基因組。其三是，為了證明這種人工排序的基因組是否能創(chuàng)造生命，需要把它植入某種活細(xì)胞，如細(xì)菌細(xì)胞中，觀察它們能否讓細(xì)胞正常工作，或者產(chǎn)生出完全根據(jù)合成DNA指令生成的活體細(xì)胞。

此前，克雷格·文特爾研究所的研究人員已經(jīng)完成了合成生命的前二部曲。

2008年，文特爾研究所的漢密爾頓·史密斯(此前由于對(duì)病毒DNA做出重大發(fā)現(xiàn)而獲得1978年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng))的研究小組破譯了人生殖支原體的基因組。生殖支原體是已知生命體中基因組最簡(jiǎn)單的一種微生物，寄生在人體尿道中。它只有一條染色體(細(xì)胞核，即DNA)和517個(gè)基因，包含58.297萬個(gè)堿基對(duì)。自從破譯了這種支原體的基因組后，文特爾和史密斯等人就想在實(shí)驗(yàn)室中重建這種細(xì)菌的基因組。但是，即使按照測(cè)序后存入計(jì)算機(jī)內(nèi)的堿基排序來完全而徹底地合成生殖支原體的基因組也是一項(xiàng)艱難的挑戰(zhàn)，因?yàn)樗鼈兊腄NA長(zhǎng)鏈非常容易斷裂。

史密斯研究小組首先從基因組的原始排序開始，以確定起始序列無差錯(cuò)。然后研究人員在實(shí)驗(yàn)室將核酸堿基逐個(gè)累加制造出較短的基因片段。這些基因片斷大約由6000個(gè)堿基組成，代表了一些重疊的細(xì)菌染色體。

然后，研究小組用一種酶把DNA片斷連接起來，使得DNA鏈變得越來越長(zhǎng)，直到其長(zhǎng)度達(dá)到整個(gè)基因組的1／4。最后，研究小組將這些1／4基因組長(zhǎng)度的DNA鏈插入酵母，后者可以復(fù)制和組合這些片段，使它們成為一個(gè)完整的染色體。最后，研究人員對(duì)他們新組建的基因組進(jìn)行了測(cè)序，結(jié)果表明，除了極個(gè)別的堿基外，這個(gè)基因組與自然的生殖支原體一模一樣。

這意味著合成生命三部曲完成了前兩部，而第三部曲是要把合成DNA植入活體細(xì)胞，看看它們能否重新啟動(dòng)生命的程序。植入活體細(xì)胞的選擇之一是，放入到生殖支原體，看看能否讓生殖支原體具有生命功能，其二就是重新組裝一種人工基因組并放到親緣細(xì)菌中加以檢驗(yàn)?？死赘瘛の奶貭栄芯克难芯咳藛T選擇的是后一種方法。

第三部曲的演奏

克雷格·文特爾研究所的丹尼爾·吉布森小組選取了一種名為絲狀支原體的細(xì)菌(供體細(xì)菌)，其基因組只有108萬個(gè)鹼基對(duì)。研究人員把它的DNA解碼，然后利用化學(xué)方法一點(diǎn)一點(diǎn)地重新排列這種支原體的DNA序列，即對(duì)四個(gè)堿基對(duì)，腺嘌呤(A)、鳥嘌呤(G)、胞嘧啶(C)和胸腺嘧啶(T)重新排序。這些堿基對(duì)也稱為4個(gè)字母。

研究人員從絲狀支原體基因的100多萬字母(堿基)入手，對(duì)其DNA序列稍加修改。研究人員將整個(gè)DNA字母序列分成1100段，各自放進(jìn)四瓶不同的化學(xué)液中進(jìn)行連接和合成。然后，把這些DNA片斷裝進(jìn)一盤酵母菌中，依靠酵母把DNA鏈聚合起來。接著，另一組研究人員，即約翰·格拉斯研究小組再將合成DNA植入山羊支原體(受體細(xì)菌)中。為了讓兩種支原體交換基因組，研究人員把絲狀支原體包裝到一個(gè)膠囊內(nèi)，并用酶來分解它和摧毀它的蛋白質(zhì)，剩下裸露的DNA(細(xì)胞核)。

接著，研究人員把這種DNA與山羊支原體混合在一起，并添加一種能把兩種細(xì)菌融合在一起的化學(xué)物質(zhì)。這樣做的目的是讓受體細(xì)菌能與裸露的供體基因組融合在一起，產(chǎn)生擁有兩種支原體DNA的細(xì)胞。

研究人員用抗生素來殺死自然的基因組(受體山羊支原體的基因組)，而保留供體絲狀支原體的基因組(人工合成的基因組)。由于合成基因組中包含了一種耐受特殊抗生素的基因，所以可以存活下來。

由于兩種支原體的基因組約有75％是相同的，存活的絲狀支原體基因組(人工合成的基因組)就會(huì)指令支原體不斷復(fù)制，從而產(chǎn)生更多的新(子)細(xì)胞。其實(shí)，這些新細(xì)胞的細(xì)胞膜和細(xì)胞器是山羊支原體的。這證明，人工合成的DNA植入活體細(xì)胞后可以重新啟動(dòng)生命的復(fù)制程序。至此，文特爾等人合成生命的三部曲得以完全實(shí)現(xiàn)。

合成生命的本質(zhì)是嵌合生物

人工合成的基因組所衍生的細(xì)胞其實(shí)是一種嵌合生命或嵌合生物。

以前，典型的嵌合生物有人獸胚胎，最近更讓人印象深刻的一父兩母的嵌合胚胎，是由英國(guó)紐卡斯?fàn)柎髮W(xué)的瑪麗·赫伯特和道格·特恩布爾等人創(chuàng)造的。他們把一對(duì)夫婦(A、B)的受精卵的細(xì)胞核取出來，植入另一名健康女性(c)的去除了細(xì)胞核但保留了線粒體的卵子中。于是，這個(gè)胚胎就有了兩位母親，一位是提供細(xì)胞核遺傳物質(zhì)的母親，另一位是提供線粒體遺傳物質(zhì)的母親，當(dāng)然父親的細(xì)胞核遺傳物質(zhì)也傳給了后代。這也是一種典型的嵌合生命。

但文特爾等人的合成生命有其特點(diǎn)。他們是通過模仿支原體的基因組來首先人工拼接成幾個(gè)DNA片斷，然后由酵母細(xì)胞把這些DNA片斷連接起來，再把這種人工合成的DNA鏈植入同類支原體細(xì)胞中。最后，這些合成的基因組讓細(xì)胞復(fù)制，產(chǎn)生了新生命。與過去許多嵌合生命相比，文特爾團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造的合成生命最為突出的特點(diǎn)是人工合成基因組。這是更為自由地設(shè)計(jì)生命。這項(xiàng)研究的參與者丹尼爾·吉布森說，“通過這種方式我們現(xiàn)在有能力開啟一種DNA序列并設(shè)計(jì)完全像我們的生物。我們能處理僅僅是核酸水平的物質(zhì)并且進(jìn)行改造，創(chuàng)造出我們所要的一種基因組。”

一父兩母的生命是通過把受體卵子中的細(xì)胞核剔除后植入供體受精卵細(xì)胞核來完成的。但是，文特爾等人的合成生命是通過把人工合成的基因組植入受體細(xì)胞中并用抗生素殺死受體細(xì)胞的細(xì)胞核(基因組)得以實(shí)現(xiàn)的。這是兩種完全不同的技術(shù)路線，因此文特爾團(tuán)隊(duì)需要克服許多困難，并且要有技術(shù)上的創(chuàng)新。

另一方面，文特爾團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造的合成基因組并非是絲狀支原體基因組原版的復(fù)制品，而是做了一些改動(dòng)，其中有10多個(gè)無足輕重的基因被刪除，而且在人工合成基因組時(shí)有少數(shù)并不影響細(xì)菌功能的基因錯(cuò)誤。但這些細(xì)菌看上去仍然像是正常的絲狀支原體，并只能產(chǎn)生絲狀支原體的蛋白質(zhì)。這就意味著設(shè)計(jì)、合成、裝配及移植合成DNA將不再成為合成生物學(xué)的一種障礙。

合成生命的用途和爭(zhēng)議

文特爾團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造的合成生命有什么用呢?這可能是所有人最為關(guān)心的問題。

可以說，目前的這一技術(shù)為人類提供了一種前所未有的能力，能迅速讓一個(gè)基因組產(chǎn)生許多變化，并在一個(gè)基因組中添加一些在自然中不存在但可能設(shè)計(jì)出來以執(zhí)行有用功能的DNA片斷。這使得對(duì)一個(gè)基因組作大范圍的改變已經(jīng)成為可能。例如，可以把大量的基因引入細(xì)菌以生產(chǎn)生物燃料和治療疾病。研究人員可以重新編碼一種有新功能的細(xì)胞，甚至可以把其他生物的DNA轉(zhuǎn)移到人類干細(xì)胞中，以供再生醫(yī)學(xué)治療疾病之用。

但是，這只是未來的長(zhǎng)遠(yuǎn)任務(wù)。研究人員坦承，在達(dá)到這些目標(biāo)之前，還有大量的工作要做，因?yàn)槲覀儸F(xiàn)在尚不能完全理解功能基因和基因組，更何況不同生物的基因和基因組有很大差異。而且，合成DNA非常昂貴，至少在目前是如此，大多數(shù)科學(xué)研究小組并沒有相應(yīng)的資源來設(shè)計(jì)完整的基因組。

吉布森表示，他們的研究團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在試圖采用不同的細(xì)菌創(chuàng)造不同類型的合成細(xì)胞。該研究團(tuán)隊(duì)也打算用這種方式繼續(xù)他們創(chuàng)造微小細(xì)胞的研究，這種微小細(xì)胞也許只包含維持一個(gè)細(xì)胞生存的最基本的幾個(gè)基因。最終，研究團(tuán)隊(duì)希望確認(rèn)維持生命最少需要多少基因。

不可否認(rèn)，文特爾團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造的合成生命引起了巨大爭(zhēng)議。其中，最大的問題是倫理爭(zhēng)議。盡管這科合成生命不涉及重新設(shè)計(jì)人，但卻涉及重新設(shè)計(jì)生物。于是，這項(xiàng)研究首先涉及了一個(gè)問題：人類是否可以扮演造物主的角色來設(shè)計(jì)新生命?如果人類可以設(shè)計(jì)新生命，則第二個(gè)問題也產(chǎn)生了：人類設(shè)計(jì)出了自然界中尚不存在的新生命后，如何來監(jiān)控?尤其當(dāng)這種新生命對(duì)人和環(huán)境可能造成傷害之時(shí)。另外還產(chǎn)生了第三個(gè)問題：如果恐怖分子掌握和利用這種人工合成DNA的技術(shù)來生產(chǎn)生物武器，然后利用這類生物武器對(duì)他人進(jìn)行攻擊，這對(duì)人類而言，豈不是一個(gè)可怕的噩夢(mèng)?