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美科学家宣布造出新型生命体 科学怪兽将诞生?
2007年10月14日 09:34
来源:新京报 作者:李健亚 选稿:尤歆飞

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 图片说明:文特尔兼有科学家与实业家的身份,是基因技术界的明星

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图片说明:箭头所指的,就是一个生殖道支原体。它是文特尔制造合成生命体的基础

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图片说明:随着合成生命技术的发展,艺术家笔下的这些怪
兽会最终被科学家们制造出来吗?

  创造生命体,曾作为科学幻想的重要题材被写进科幻小说里。而今,美国的一个科研小组却宣布,通过参照支原体,他们已人工合成了一条染色体,从而造出了一个新型生命体。研究小组领头人文特尔相信这将是人类“创造”生命体的首次尝试。

  消息一经传出,就引起一场关于科学与伦理的大讨论。有人开始对文特尔的这项实验不安起来,万一这种制造生命体的技术被恐怖分子利用,带来毁灭性后果呢?这种技术是否会导致科学怪物的诞生?难道电影中的异形、怪兽会在不久的将来出现吗?在科学家看来,这种新的技术或许有走向极端的可能,但事实上很难移植到复杂的生物体上。不过,即使如此,我们或许也需要以法律的形式,对基因技术进行规范与约束。

  生物学研究中的“极简主义”

  文特尔(Craig Venter)造出了一个人造生命体,然而这个令大众感到震惊的消息并不是什么心血来潮,为了这项研究,他花了至少5年的准备时间。

  文特尔在生命科学界是个声名显赫的大人物。他的出名与著名的“人类基因工程(HGP)”竞赛有关。当时,文特尔组建了塞莱拉公司,想垄断基因组专利,希望先于政府机构破译人类基因组,并用来盈利。塞莱拉公司因此与参与HGP工程的6国科学家展开了科研竞争。不过,2000年3月14日,时任美国总统的克林顿与时任英国首相的布莱尔联合发表声明,宣布两国政府都支持把基因组数据向全世界免费公开。文特尔想垄断基因组专利的企图因政府机构将研究成果免费供人们分享而受挫。

  尽管为基因组申请专利受挫,但文特尔对基因研究的兴趣依然未减。很快,从挫折中恢复过来,又开始了一项新的计划。在马里兰州的生物 能源替代品研究所(IBEA),他试图以基本化合物合成的DNA来创造一种新的微生物。这一次,他甚至得到美国能源部总额1200万美元的拨款。

  事实上,文特尔提出这个宏伟设想也并不是空穴来风。早在1995年,文特尔的研究小组便开始了对一种叫做生殖道支原体(mycoplasma genitalium)的微生物作基因测序研究工作。

  “生殖道支原体是一种最简单的微生物” 北京大学生命科学学院陈建国教授指出。它简单到只有1条染色体和517个基因———而人类的每个细胞都有23对染色体和约3万个基因。在文特尔等人看来,一旦弄清支原体的正常基因组,研究人员就会有计划地剔除基因,以确定对生命而言,最少需要多少个基因。而让文特尔信心满满的重要因素是,他的这支研究小组的实力。加入他的研究团队的包括诺贝尔奖获得者、遗传学家史密斯(Hamilton Smith)等20位著名科学家,而史密斯正是擅长在实验室中处理和研究DNA。到1999年,文特尔研究小组发表的论文把支原体所需的基因缩小到265至350个。

  正因为有了这项关于支原体所需最小基因的研究,文特尔相信自己可以利用得到的DNA小片段,合成最小和最简单的基因组———一条实验室制造出来的、参照着支原体所需的基因数目———最小只有265个基因的螺旋线,随后将它嵌入已经被剔除了遗传密码的细菌之中。然后观察这微小的细菌是否能进行移动、新陈代谢和繁殖。文特尔相信,支原体这个小生命或许将打开一个通往大世界的大门,在那里新的生命将被缔造出来,而温室效应等环境问题也能迎刃而解。因为在文特尔的设想中,这种新合成的微生物可以吸收和贮藏二氧化碳。

  不少科学家认为,文特尔一开始就选对了方向。“支原体是最简单的单细胞生物,非常小,只有0.2微米,比细菌还小,所以它的实验相对来说比细菌的简单一些。”陈建国指出。

  最小的合成生命诞生

  几年以来,文特尔也不断向外界透露出信息:他的计划离实现已经越来越近。今年6月,文特尔研究小组表示,已成功地把一种微生物的基因体植入另一种微生物的细胞内,进行了一次物种转换。前提是这两种细菌种类相近。相关研究成果发表在当月的《科学》杂志上。

  当然,这两个交换的物种还是生殖道支原体。“它具有相对小的基因组,大概是100万个碱基对(base pairs),同时也没有细胞壁,所以更容易注入DNA分子。”文特尔等研究人员指出。

  在等待了三个月后,研究人员发现,被植入的基因体在另一种物种内复制克隆成功了。由此也标志着这一次的物种转换有了个好的结果。不过在6月的研究成果出来后,文特尔在接受采访时也表示了要实现人造生命还是个漫长的过程。

  不过,有了此前的科研工作打前阵,文特尔的理想实现也就不远了。仅仅是在数月以后,文特尔就开始向外界宣告,自己的首个人造微生物成功了。

  在实验中,文特尔研究小组参照生殖道支原体,研制出了新型染色体即实验室合成支原体,这是一种经过简化拼接的生殖道支原体DNA序列。在此前对生殖道支原体的研究中确定了维持其生命的最小基因,由此,在设计时,文特尔将这个实验室合成支原体设计成受381个基因控制,包含56万个碱基对的基因组。这些基因是维持细菌生命所必备的,使它能够摄食和繁殖。

  随后,研究人员用辐射等方法杀死正常细菌的染色体,并把合成的DNA置入细菌体内,使之在细胞中起控制作用,变成一种新的染色体。按照实验计划,最终染色体将控制这个细胞,使其变成一种新的生命。文特尔指出:“虽然此前我们已经发现了人类基因组的所有基因,但我们还是不能理解最简单的细胞。由此,这次实验是人类自然科学史上一次重大进步,人类正在从阅读基因密码走向有能力重新编写密码。”

  不过,由于新的生物体是在现存生物体上构建的,其繁殖和新陈代谢仍然依赖原来生物体的胞内机制。因此,它并非完全意义上的新型合成生命,只是拥有了人工DNA而已。对此,文特尔也承认,这只是一种修改的新生命,并非创造的新生命。

  “现在做这种合成染色体已经不是非常难的事情。需要把你认为有用的基因一个个连起来,组成一个基因组,将其弯成螺旋形,同时将另外一个细菌的DNA去掉,再将这个新组成的基因组换进去,应该就可以活了。”文特尔的研究或许会让一些人觉得有些不可思议,不过基因技术的发展早为科学家指出了这样的道路。陈建国表示,目前科学界普遍认为,500个基因左右的生命是可以“人工创造”的,而文特尔实验中所需要的381个基因则是最小的,“再少可能就不行了。”

  浙江大学迪诺遗传与基因组医学研究中心白玉杰教授也指出,人工合成染色体早已不是什么新鲜事,算是比较常规的技术。文特尔这个实验的突出点是因为合成了支原体的染色体,而这个支原体又恰恰只有一条染色体。

  不过,陈建国也指出,人造生命体的要点是在新合成的染色体里面必须让染色体可以进行基因复制、可以拷贝,复制完以后可以让细胞分裂,这些必要的“元件”都有了,那么才能说人造生命体算是成功了。

  基因研究立法规范研究

  然而,即使不是创造生命,这种修改生命本身是否会创造出怪物来呢?毕竟科学进展的“一小步”也许会酿成今后的一大步突变。

  对此,陈建国表示就此前人类在生命遗传方面的认识历程来看,类似动物之间的杂交、近缘杂交等新实验总会有人反对。“不过在漫长的演化史上,很难保证我们现存的生命有些不是通过近缘杂交而来的。”

  在自然界,如果将雄老虎和雌狮子放在一起,它们就可能会杂交,可能繁衍后代。在这个过程中,物种的染色体同样经过了修改。

  自然界的法则就是这样。甚至有些科学家认为,不同物种的杂交是生物演化的动力之一。所以,陈建国认为在微生物上面做这种新生命体的实验用不着大惊小怪。不过需要注意的是,别把那种有潜力致病性的生物制造出来就行了。

  一旦创造新生命体的工作从微生物界,延伸到其他生物界,是否会导致怪物横空出世呢?

  陈建国指出如果是在动物身上来做相关实验,也不会产生特别严重的危害。“可能出来的生物是不孕的、畸形的,当然也可能培养出特别大的狗,不过我们还是可以将其消灭。”

  陈建国指出目前人类已经不怕这些东西,事实上最怕的还是微生物———毕竟肉眼看不见的东西才是最可怕的。

  由此,很多人呼吁科学家在实验之初就能对实验加以控制。不过,在白玉杰看来,要想在实验之前就能预想到该怎么控制只是一种理想的想法,很多时候并不会按照科学实验之前的预期发展。“就像做基因治疗,所用的病毒载体,最初想的就是只会起到治疗作用,而不会有副作用。然而结果呢,还是有危险发生。”况且,科学家能制定安全措施的前提是,这一技术已经相当成熟,把很多环节、机理都弄清楚了以后,才来制定这个安全措施。白玉杰指出:“实际上,往往可能一种怪物已经出现了,这时大家才能知道在哪个环节上出现了问题。”

  事实上,每种技术都会用到非常极端的方向,会对人类造成毁灭性后果。在白玉杰等科研人员看来,要想从技术上来控制一般很难达到,那时候可能只能由法规来约束了。

  怪物还是很难造的

  尽管文特尔的计划并不是对生物学研究的一种本质性突破,然而好莱坞大片中制造怪物的场景让人们对未来有了质疑。

  制造怪物曾一度出现在科学幻想的世界中。玛丽·雪莱的《弗兰肯斯坦》中就有创造生命的实验。在小说中,主人公以人类的力量创造出新型生命时,掩饰不住自己的惊喜,说了这么一句话:“在经过日日夜夜令人筋疲力尽的试验之后,我终于成功地发现了繁衍和生命的秘密;不仅如此,我还拥有了赋予毫无生机的物质以生命气息的能力。”

  然而现在,文特尔的实验让我们感觉到制造生命不再仅仅是浪漫的想象。人们因此感到担心,如果能利用DNA材料和化学物质制造有生殖力的生物,那么是否会产生某些怪物?

  加拿大生物伦理学组织ETC主任穆尼(Pat Mooney)说,文特尔制造出了“一个基架,在此基架上人们几乎可以制造出任何东西”。那么这些任何东西是否会包括怪物呢?科学家给出的解释更多地加上了道德的辅助。

  斯坦福大学伦理委员会的马格里特·乔(Magritte Joe)就表示:“我不太担心动用较少的基因会创造出什么怪物虫子,部分原因是我觉得,科学家能意识到他们这么做可能产生的危险。”

  对此,陈建国也表示,就目前文特尔实验所取得的成果来看,支原体生物毕竟是最简单的生物,要想把这种技术应用到复杂的生物身上是非常困难的,而且这也不是从头开始创造生命体。就这一点,文特尔也承认新的生物体是在现存生物体上搭建的,其繁殖和新陈代谢必须依赖原来生物体的胞内机制。

  看来科学家并不担心就此技术创造出怪物。杨焕明指出,事实上在科学界内部,对这一研究的反对声并没有外界传言的那么多。

  对此,陈建国还给出了另一理由,更加高等的生物的基因组太复杂了,目前还是很难掌握。“科学家今后会不会做这方面的工作,现在我们还不知道———也许以后可能会变得容易一些吧。”不过,陈建国认为,完全全新的改造可能性并不大。比如人有那么多染色体,不可能对所有的染色体都进行改造,“只是我们可以加一条进去,进行修改。”

  白玉杰也指出,从低等生物到高等生物的发展,并不是一条染色体、一条染色体的简单叠加,而是复杂得多。由此创造高等生命的可能性是存在的,但还是很遥远的事情。  

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