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人類2.0:他邁出了人為「創造生命」的關鍵一步

人造生命聽起來似乎不可思議,如何從零創造出一個活生生的原始細胞至今仍是科學界的未解之謎。但是在2010年,首個利用合成基因組植入細胞製造出的人工合成生命體誕生了。


進一步走向「人造生命」

2010年5月20日,克雷格·文特爾研究所宣布,他們利用人工合成的基因組創造出了世界上第一個由人類製造並能自我複製的新物種,取名為「辛西婭」。這項技術雖然只是對現有細菌的生命形式的重塑,並不是真正的創造新生命,但它至少表明人造基因組可以為細胞提供動力,並向真正的人造生命邁進了關鍵一步。

科學家們在實驗室中利用化學物質製造了一整個基因組,將其植入到一個空細胞中,接下來,這個細胞根據植入的基因指令開始自我複製和修正。這次事件表明,人類不僅可以「讀懂」自己的基因組,還可以通過人工手段進行複製。

這項聽上去就很有先鋒色彩的技術正是由該研究所負責人克雷格·文特爾,這位生物學界有名的壞小子帶領研發成功。近幾年,製造人造生物是研究所的重頭項目,結合人工的DNA序列建立一個合成基因組,並把它植入細胞以製造新的生命。文特爾表示,人造生命將會在疾病抵禦以及吸收溫室氣體、垃圾處理等環保方面有大作為。

文特爾的合成基因組學研究源於1995年對流感嗜血菌和生殖道支原體的全基因組的測序工作。其中生殖道支原體的全基因組只有約580Kb,編碼約480個基因,他們對如此之小的基因組產生好奇,多少個基因能支持一個細胞的自由生活?實際上,迄今為止能夠在實驗室條件下生長的最小的基因組就是生殖道支原體的基因組,它也是自由生長的細胞中最小的基因組。於是,文特爾團隊想要試圖製造一個最小細胞,並開始了他們的合成基因組學研究。


在開始合成基因組學研究之前,文特爾就一直是個令生物學界頭疼的好戰分子,比如,一人對抗六國,挑戰由美、法、德、日、印、中六國共同協作的「人類基因組計劃」。1998年,文特爾組建了塞萊拉公司——一個私營性質的基因研究機構,並發表了一個令人震驚的言論:3年內完成人類基因組的序列測定,目的是搶先於「國際人類基因組計劃」,將人類基因組圖譜申請成專利,並通過壟斷人類基因組信息來謀利。

人們指責文特爾想把人類基因組申請成專利,正是因為感覺到他有挑戰成功的可能。1990年,「人類基因組計劃」正式啟動,並預計在15年內完成對人類體內10萬個基因的解碼,繪製出人類基因組圖譜,文特爾也參與其中。不過在研究中他發現,科研項目組所使用的工作方法耗資巨大,效率低下,無法在既定時間內完成目標。1991年,他發明了一種更為簡單便捷的測序方法——散彈槍式測序法。

但這項技術在申請專利時卻遭到曾與人合作發現DNA雙螺旋結構的詹姆斯·沃森的強烈抗議,他認為這不是科學,而是一種荒謬的行為。隨後,在經過了數月的辯論後,國家衛生研究院收回了這項專利的提議,文特爾也離開了國家衛生研究院。隨後,由於未能爭取到研究經費,他在風險資本家華萊士·斯坦伯格的資助下成立了基因組研究所,主攻基因密碼破解。

在新技術新設備的鼓舞下,文特爾與PerkinElmer公司於1998年合作成立了塞萊拉公司,並在基因組研究方面接連取得突破。2000年4月6日,塞萊拉公司宣布完成了基因測序工作。這時,「人類基因計劃」組再也坐不住了,其非官方領導人弗朗西斯·科林斯試圖通過談判來與文特爾達成和解。經過三次談判,文特爾最終放棄了申請專利的要求,雙方達成了協議:同時聯合宣布成功繪製出人類基因組草圖。

由於未申請到專利,塞萊斯公司的股票一落千丈,公司運營出現了嚴重的問題。為了挽救公司,文特爾野心勃勃地提出,以1000美元的價格為每個人測序基因組。有了自己獨一無二的基因圖譜,不僅醫療保健將更加準確和有針對性,法律和商務活動也都有了可依據的保障。

但是,收費繪製個人基因圖譜的計划進展並不順利。一方面,測序成本並沒及時能降到可接受的水平,另一方面,「嘗鮮」者太少,公司經營依舊困難。2002年1月,公司董事會投票,一致同意將文特爾開除。

文特爾灰溜溜地逃到自己的那艘95 英尺長的新遊艇「魔法師二號」中,看著碧海藍天,卻萌生了輕生的念頭。後來,他開始嘗試換一種生活,花了500萬買了一棟別墅,俯瞰加勒比海,每天躺在船甲板上,喝著雞尾酒。不甘心地過了幾個月後,他又重出江湖,自立門戶,開始追逐他的新目標——創造新的生命形式。

文特爾對於基因研究的這種幾乎偏執的堅持,源自早前經歷的生死劫難。他曾受徵召加入美國海軍,後接受醫護兵訓練,並被派往越南戰場。那時,死亡每天在眼前赤裸裸地發生著,生命的脆弱差點讓他自我了斷,但同時也讓他產生研究生命的渴望。他設法回國,並在戰爭結束後,開始修讀大學課程。26歲時,他取得生物化學學士學位,隨後僅用三年時間完成了生理學和藥理學兩個博士學位。

在上世紀80年代初分子生物學興起之初,他來到國家衛生研究院研究細胞表面受體。對於正處在前夕的生物學分子革命來說,基因是關鍵,但發現基因的過程艱苦而漫長,通常需要花費數年時間為一個基因定位並解碼。1986年,文特爾受到英國《自然》雜誌上一篇描述一種能夠自動為基因解碼的機器的論文的啟發,於是拜訪了機器發明者之一的邁克爾·洪卡皮萊爾,並於幾個月後,在美國國家衛生研究院建起了第一台自動基因測序儀。


人造生命的研究在倫理道德層面是有爭議的。有人擔心這是在創立自己的生物起源版本,也有人擔心恐怖主義分子利用它來製造致病毒或生化武器,還有人對實驗室中的人造細菌是否存在更大的風險感到不安。對此,文特爾表示:「當這些生命被創造出來時,它們將非常脆弱。讓它們在實驗室里存活一個小時將是一項巨大的成就。但如果說它們會走出實驗室、甚至主宰我們,這是絕對不可能的。」

克雷格·文特爾

他曾在一次訪談中說過:「科學家們應該學會去質疑人們告知他的一切觀點,科學的關鍵在於打破固有思維。」如今,70歲的文特爾開始對光速的問題產生興趣:生命能否駕馭光速前行。文特爾認為DNA密碼與計算機代碼有很多類似之處,因而我們會進入一個新時代:數字生命時代。人們可通過計算機對基因進行設計,並通過無線電或其它電磁波遠程傳輸,最後通過快速合成器製造出新的生命形式。對此,他遠見卓識地認為,快速測序和生物合成能幫助加快疫苗生產,將普通疫苗35天的生產周期縮短至5天時間,將在應對新型流感肆虐時,發揮重大作用。

2016年3月24日,美國《科學》雜誌發表的一項研究表示,最簡單的人工合成生命體被設計出來了。此人工生命僅有維持生命所需基因,這一數字僅為473個,是目前已知最小的生命體基因組。該研究可幫助科學家更好了解細胞中每個必需基因的功能。沒錯,這依然是出自文特爾之手。


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