从支原体开始的人造生命

在各国的神话传说里,都有一个创造世间万物的造物主。现代科学证明,世间万物是一步步由低等向高等进化而来的,因此,不存在神造万物的说法。近几年,当代生物学前沿学科爆炸般发生的事件强烈的冲击着科学家的思维。科学家正在扮演着向上帝进军的重大角色,揭示盘古开天辟地以来的之谜。随着基因技术的发展,一些生物学家也试图成为造物主,开始在实验室里制造生命。

近年来,人造细胞核、人造细菌都获得成功。基因科学狂人文特尔甚至开始为自己的造物术申请专利。虽然人造物种对于大部分人来说还是一个新鲜的话题,但在生物学界已经是一个炙手可热的研究领域。人造生物不同于克隆生物,它是将基因片段重新组合,并培育成一个可以自我生存,繁殖的新生命体,可以说是一个完全人为创造的物种。世界上从事基因测序研究的专家雷特•文特尔,1999年在加州阿纳海姆举行的美国科学促进协会年会上说,十年之内会创造出人造生命。人造生命,比克隆更惊人!

生命的几个基本要点:

一是有生命有基本元素构成,即碳、氢、氧、氮等;

二是有遗传物质,能自我复制和繁衍;

三是可以新陈代谢,如合成和分解蛋白质;

四是与环境进行交流,适应环境求得生存。

按照科研者的解释,人造生命本质具备三个基本要素:第一,必须要有细胞膜来容纳细胞物质;第二,要进行新陈代谢,即营养物质的补充和更新;第三,具有自己的基因,即遗传物质。

支原体是自然界分布很广的一类无细胞壁的原核生物,已知有50余种,与人类疾病有关的大约14种,如肺炎支原体、空腔支原体、生殖支原体等。美国马里兰州基因组研究所的DNA测序表明,支原体含有480个基因,比任何已知生物都简单。研究人员可以有计划的删除基因,以确定对生命而言需要多少个基因。

创造世界上最简单的,自然界从来没有的物种,有助于了解生命的起源,有助于了解复杂的生物演化。在新生命体加入一些额外的基因,可以使人类医学的基因疗法获得根本性的改变,如可以利用人造生命来合成人们所需的各种抗生素。

根据美国科学家通过对已知的地球上最简单的单细胞生物体——生殖支原体的研究资料来看,人造物种10年内有望出现。文特尔,这位饱受争议的DNA研究者一直致力于破译基因组密码,利用实验室里的化学物质制造出一种合成染色体,并宣布地球上首位新人造生命体的诞生。这组DNA序列基于生殖支原体的序列,简化了五分之一的基因构成,只保留了维持生命所需的基本物质。科研小组将这一完全合成重构的染色体命名为实验室合成支原体。接着,将这个染色体植入活菌细胞,希望在实验的最后阶段控制细胞并实质上成为一种新的生命体。

文特尔的研究对象——生殖道支原体,只有一条染色体和517个基因。早在1999年,他所在的小组就把支原体所需的基因缩小到265至350个;2002年利用基本的化学物质合成了DNA,然后用辐射杀死正常微生物的染色体,把合成的DNA导入正常微生物中;2007年底,首次实现了完整基因组在物种间的移植,即把合成的DNA导入正常的支原体中,预示着首个人造生命的诞生。

哈佛医学院的杰克在2002年接受了美国能源部300万美元的经费,计划以基本化合物合成DNA进而创造一种新类型的支原体,这种新生命可以生产一种更洁净的能源。它可以吸收大气中的二氧化碳,并排放出可以当作燃料用途的甲烷。这就有助于降低人类对化石燃料的依赖,减轻全球变暖造成的影响。

美国洛克菲勒大学的科学家将能够生产蛋白质的生物分子混合物悬浮在油中,形成微小的颗粒。然后在这些颗粒外包裹两层肥皂状的磷脂分子,像细胞膜一样将生物分子混合物颗粒包裹在其中,人造细胞就诞生了。它具有将氨基酸转变为蛋白质的一切机制,像一个微型工厂,生产具有工业和医学价值的蛋白质。

2002年7月,美国《今日科学》报道了可以重新合成脊髓灰质炎病毒。众所周知,人类早在70年代就宣布消灭了脊髓灰质炎,脊髓灰质炎病毒也基本绝迹了。但是911事件后,担心恐怖分子利用残余的脊髓灰质炎病毒进行生物战(美国和俄罗斯的两个生物中心有少量保存)。美国研究人员用两年时间重新合成了新的脊髓灰质炎病毒,以便制作疫苗。在实验室中,这种新合成的脊髓灰质炎病毒能杀死小鼠,甚至比原来的病毒更有毒性。

从支原体开始的人造生命,开辟了人类科学研究的新高点。正如科学家们所从事的具有划时代意义的人类基因组计划一样,人造生命也将带来一场新的生物革命。它将利于我们改变和完善自身发展,向高级生命体进军,同时也伴随着社会伦理道德体系的考验。

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