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合成生物学家们期待着能够在电脑上一按“打印”键就可以得到想要的DNA   

　　■安德鲁·勃兰克(Andrew  Pollack)    文   



　　近期研究者称他们已通过将化学成分精确混合在一起而制造出一种细菌的完整基因组，从而向人造形式的生命迈进了重大一步。   



　　科学家们之前曾合成过某些病毒的完整DNA，但对于更为复杂的细菌，这还是第一次。这次合成的基因组的长度是以往完成的最大DNA分子的十倍还多。   



　　这一重大突破堪称合成生物学这一新兴学科的转折点，该学科主要研究的是为完成特定任务而设计不同的有机体，例如制造生物燃料。合成生物学家们期待着有一天能够在电脑上设计出一种有机体，只要一按“打印”键就可以得到想要的DNA，把这一DNA放入一个细胞中便可以制造出一种定做的生物。   



　　赫赫有名的基因科学家J·克雷格·温特尔博士(J.  Craig  Venter)说，“我们当前在人造染色体方面所做的一切都将是未来设计的一个过程。”他组建的团队制造出细菌染色体组，成为他著名的创造第一个合成有机体工作的战绩之一。最近这一成果已经被《科学》杂志在网络上发表。   



　　可是有人担心合成生物学可能被用于制造致病菌，或者那些本来怀着良好意图的科学家可能因失误而造出狂暴肆虐的有机体。从理论上来讲，天花病毒的基因组就能用近期所报道的技术合成出来，因为它不过是温特尔博士研究团队所制造出来的基因组的三分之一大小罢了。   



　　不管怎么说，在实现温特尔博士所设想的“可以设计的生命”之前还要克服许多障碍。温特尔博士的研究团队所合成的基因组并非完全的创新，而是复制了一种被称为生殖支原体的天然细小细菌的基因序列，对其只做了很少的改动。   



　　高质量的合成DNA   



　　此外，由诺贝尔奖获得者汉弥尔顿·史密斯(Hamilton  Smith)率领的温特尔博士研究团队到目前为止还没能完成。接下来，也是最重大的一步，即把合成的染色体注入到活的微生物体内，让其“开机”并控制有机体的运转。   



　　如果上述目标得以实现，有人就会认为第一个合成有机体被真正创造出来。但是到目前为止这一工作还未完成，所以外界科学家对合成有机体的产生并没有给予充分认可。   



　　“无论如何赞美合成DNA的质量之高，他们不能确认它从生物学的意义来讲是否是活跃的。”石溪大学教授埃卡德·维摩尔(Eckard  Wimmer)说道，他曾在2002年使用合成DNA  和公开获取的基因组序列制造出活的脊髓灰质炎病毒。   



　　哈佛大学医学院遗传学教授乔治·M·切奇(George  M.  Church)认为，“目前，他们所做的一切表明完全可以买到一串儿DNA然后放在一起就行了。”   



　　温特尔博士研究团队报告说去年曾成功地做过这样的染色体移植，移植过程涉及到把一种支原体的自然基因组放入同类细菌的另一物种里去。   



　　温特尔博士说每一对染色体提供者和接受移植的细胞均呈现出其独特的问题。科学家们也认为组合的过程打乱了一种关键基因所起的作用——这个问题是可以更正的。   



　　温特尔博士告诉记者说：“目前还没有完全成功，否则我们早就对外公布了。”但他依然信心十足，并说“要是到2008年年中我们仍然不能完成的话，我也会感到同样的惊奇和失望。”   



　　基因修复机制   



　　合成的细菌基因组包含582，970个碱基对，即由字母A、C、G和T代表的基因编码的化学单位。尽管一些基因合成公司称他们可以获取50，000个碱基，一篇科学论文之前曾报告说合成DNA最长可以延伸到32，000个碱基。   



　　连接碱基的机器常常出错，所以一次把50到100个碱基一下子连接起来是不现实的。但现在有些公司——他们堪称生物技术时代的缔造者——通过把较短的链连接而使得基因组长达几千个碱基。   



　　温特尔博士研究团队从上述公司订制了101个这样的序列，每一个长度都在5，000  到  7，000个碱基之间，他们把这些碱基连接而组成越来越长的片段。最后一步，四个较大的片段被放入酵母中，被一种天然的基因修复机制扣合在一起。   



　　温特尔博士说，开始于2002年的整个过程毫无疑问花费了好几百万美元。这使得一些科学家不禁感到疑问，为什么有人会这么热衷于合成完整的有机体呢？科学家们已经能够用基因工程对现有有机体加以修改而制造有用的有机体了——包括那些刚刚开始生产的生物燃料。   



　　“我还没有彻底弄清楚做这些事情的直接目的，但某种程度上，热衷于这项工作的驱动力就是‘我想成为第一个做这件事情的人’。”DNA  2.0公司总裁吉尔米·闵舒尔(Jeremy  Minshull)这样说道，其公司曾向温特尔博士研究团队提供了部分DNA片段。   



　　闵舒尔先生认为，科学家们目前对活生物功能的了解还不足以制造出一套完整的基因组：“现在我们合成的能力大有提高，可是对到底想要做什么却缺乏足够的认识。”   



　　温特尔博士承认目前的状况的确如此。他本人拥有一家叫做合成基因组学的公司，使用基因工程生产生物燃料。该公司并没有使用生殖支原体，而是选择了其他有机体用于基因组合成的工程，因为这种有机体的基因组较短，其长度仅仅是其他细菌的十分之一。但是支原体不适合进行工业生产。   



　　基因合成道德挑战   



　　温特尔博士和其他一些科学家还说，DNA合成遵循了电脑集成块的发展轨迹，其容量在迅速上升，而成本——目前每碱基1美元——则在快速下降。他们认为将来会有一天，科学家们能够以一种既快捷又便宜的方式设计并合成有机体，而不必把一种有机体的基因剪切下来再粘贴到另一个有机体中，就像作家们有时写一篇全新的稿子比校订原有的稿件更容易一样。   



　　合成基因组的能力将使更多的科学实验成为可能。温特尔博士说现在他可以在省略几十个基因的情况下创造出有机体，从而回答十年前引发这一系列研究的最初问题：组成一个生命最少需要多少套基因？   



　　温特尔博士一直是基因组学的先驱，经营着位于马里兰州洛克维尔市非营利的J·克莱格·温特尔研究所。他在人类基因组排序方面因为与政府提供资金的人类基因组工程展开竞争而为人所知，他的研究团队所使用的方法在当时非常新奇，但现在已经得到广泛的认可。有意思的是，他的研究小组所排的基因组序列居然是温特尔博士本人的，使得他成为公布自己全套DNA序列的世界第一人。   



　　一些激进主义组织认为温特尔博士目前走得太远、太快，整个合成生物学领域需要外部的规范，防止因恶意或无辜的失误而造成危险有机体的产生。   



　　“在缺乏任何社会监管的情况下极力推进这一研究的状况非常令人担忧。”加拿大一个激进主义组织ETC集团项目经理吉姆·托马斯(Jim  Thomas)这样说道。他还说令人担忧的还有温特尔博士正在申请各式各样的专利，这可能让他在合成有机体领域几乎成为一个垄断者。   



　　温特尔博士则说合成生物学从一开始就在探讨道德和安全的问题，并且他的工作已经接受过伦理学家们的审视。   



　　他还说，在新的基因组中，改变一种基因而产生相应的有机体是非感染性的。   



　　这一研究团队在新的基因组中还加入了一些DNA片段使其充当“水印”，能让科学家们把合成基因组与天然基因组区分开来。   



　　这样又创造了一种新的可能性，即把细菌当成一种交流的方式。温特尔博士说这些水印包含编码信息，谁要破解信息，就必须先确认水印所显示的氨基酸序列。温特尔博士还说：“这件事情因为有其实际用途，所以就更有意义了。”