“辛西婭”來(lái)了

王家敏

人造生命

一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果立即引起全球的關(guān)注。有人認(rèn)為它預(yù)示著生命科學(xué)可能進(jìn)入新紀(jì)元,也有一些嚴(yán)厲的批評(píng)者指責(zé)實(shí)驗(yàn)的操縱者“想扮演上帝的角色”。

總有人試圖解答生命的起源。如今,這個(gè)星球上信仰上帝的人們,或是堅(jiān)定的達(dá)爾文主義者,可能遭遇一個(gè)突然“闖入”的強(qiáng)敵

2010年5月21日,《科學(xué)》雜志報(bào)告了世界上首例“人造生命”的誕生——一種由人工合成的基因組所控制產(chǎn)生的單細(xì)胞生物——絲狀支原體,由美國(guó)克雷格·文特爾研究所的科學(xué)家“制造”出來(lái),它被該研究所的“老板”克雷格·文特爾命名為——辛西婭(synthia,意為“合成體”)。

這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果立即引起全球的關(guān)注。有人認(rèn)為它預(yù)示著生命科學(xué)可能進(jìn)入新紀(jì)元,但一些嚴(yán)厲的批評(píng)者則指責(zé)文特爾“想扮演上帝的角色”。

美國(guó)總統(tǒng)奧巴馬很快致信總統(tǒng)生物倫理問(wèn)題委員會(huì)主席古特曼,要求在一周內(nèi)評(píng)估這項(xiàng)研究在醫(yī)學(xué)、環(huán)境和安全等領(lǐng)域的影響。

15年“制造”出最簡(jiǎn)單生命體

聽(tīng)證會(huì)是一次正面交鋒。

美國(guó)時(shí)間5月27日上午10點(diǎn),文特爾出現(xiàn)在國(guó)會(huì)山,為引發(fā)倫理?yè)?dān)憂的“人造生命”研究作證。他向聽(tīng)證會(huì)提交了36頁(yè)的說(shuō)明文件,涉及人工合成基因組控制生命的技術(shù)核心、研究過(guò)程、應(yīng)用前景、倫理風(fēng)險(xiǎn)等關(guān)鍵問(wèn)題,他回答,“我們的研究是一個(gè)概念證明,這些工具和技術(shù)將有望用于更多的關(guān)鍵領(lǐng)域。”

的確,“辛西婭”僅證明了“人造生命”這個(gè)概念,這種由人工合成基因組控制的單細(xì)胞生物,離復(fù)雜的生命形式還相去甚遠(yuǎn)。而“辛西婭”的技術(shù)核心在于其基因組完全由基本化合物人工合成,并被證明移植到近似細(xì)胞內(nèi)后,仍能控制細(xì)菌的正常繁殖,因而被指“具有完全的生命特征”。

文特爾小組的技術(shù)路線包含三步:第一,對(duì)一種名為絲狀支原體的微生物進(jìn)行基因組測(cè)序,以解碼其DNA的排序;第二,根據(jù)這種自然生命的DNA排序,用基本化合物合成基因組;第三,為了證明這種經(jīng)過(guò)人工排序的基因組能否準(zhǔn)確表達(dá),需要把它植入到與其近似的山羊支原體中,觀察它能否使細(xì)胞正常工作。

文特爾在聽(tīng)證會(huì)上表示,上述三個(gè)步驟耗用了研究小組15年的時(shí)間。

然而,一些科學(xué)家卻并不看重這一成果。早在2007年,就在文特爾的構(gòu)想初步實(shí)現(xiàn)的時(shí)候,英國(guó)劍橋大學(xué)生物化學(xué)系細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)專家尼克·蓋伊在《衛(wèi)報(bào)》上撰文認(rèn)為,文特爾小組的工作是建立在其他科學(xué)家的研究成果之上的。完成這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn),需要了解化學(xué)合成核酸的方法,需要利用DNA復(fù)制、遺傳信息轉(zhuǎn)錄、翻譯到蛋白質(zhì)合成的多個(gè)步驟。而文特爾小組并非這些方法的發(fā)明者,“他們的工作只是利用這些現(xiàn)有的技術(shù)‘裝配出一個(gè)人工生命體?！?/p>

文特爾在5月27日的聽(tīng)證會(huì)中也坦陳,1980年代以來(lái),科學(xué)界開(kāi)始大規(guī)模轉(zhuǎn)基因?qū)嶒?yàn)與基因組測(cè)序,形成大量基因庫(kù),也為自己的研究提供了技術(shù)環(huán)境。盡管如此,文特爾仍對(duì)自己研究的意義充滿信心,“即使我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了人類基因組的所有基因,但還是不能理解最簡(jiǎn)單的細(xì)胞,這就是我們繼續(xù)研究的原因。我們必須制定新的工具和技術(shù)用于構(gòu)建大片段基因代碼,并學(xué)習(xí)如何將基因組轉(zhuǎn)換到另一個(gè)物種?！?/p>

2007年的研究成果發(fā)表后,文特爾認(rèn)為,“一旦完成了支原體人工合成基因組的準(zhǔn)備工作,將能在很短的時(shí)間里合成第一個(gè)細(xì)菌?！彼麄冾A(yù)計(jì)這一過(guò)程大概需要數(shù)周或數(shù)月。而實(shí)際上,他們用了超過(guò)兩年的時(shí)間。在新發(fā)表的研究結(jié)果中,文特爾團(tuán)隊(duì)最終完成了人工合成基因組,并將之植入活體細(xì)胞,重新啟動(dòng)受體細(xì)胞的生命程序:

研究小組將絲狀支原體的(供體細(xì)菌)DNA解碼,然后按照DNA序列,利用基本化合物合成了四條人造DNA鏈,并依靠酵母把四條DNA鏈聚合起來(lái),最后形成關(guān)鍵的人工基因組。隨后,通過(guò)基因組移植方法將人造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(lái)分解它們和摧毀它們的蛋白質(zhì),然后剩下裸露的基因組。

然后,科學(xué)家把這個(gè)裸露的基因組與山羊支原體混合在一起,并添加一種能把兩者融合在一起的化學(xué)物質(zhì),產(chǎn)生同時(shí)擁有兩個(gè)基因組的細(xì)胞。在這個(gè)雜交細(xì)胞分裂時(shí),一種基因組(山羊支原體的天然DNA)應(yīng)當(dāng)在子細(xì)胞中完全死亡,而另一種基因組(絲狀支原體的合成DNA)應(yīng)留下來(lái),才能檢驗(yàn)合成的DNA是否具有復(fù)制和產(chǎn)生新生命的功能。由于供體絲狀支原體的基因組中包含了一種耐受特殊抗生素的基因,研究小組用抗生素進(jìn)行篩選,殺死受體基因組,存活的人工合成基因組就會(huì)指令細(xì)胞新陳代謝與繁殖。

尚未打開(kāi)的“黑匣子”

這項(xiàng)研究證明了文特爾的重要的觀點(diǎn),即人工合成的基因組被植入活體細(xì)胞后可以重新啟動(dòng)生命的復(fù)制程序。從根本上說(shuō),這也是合成生物學(xué)“重塑生命”的核心:生命的所有“零件”都能由化學(xué)方法合成,進(jìn)而通過(guò)工程化的方式“組裝”成實(shí)用的生物組織。對(duì)此,文特爾在聽(tīng)證會(huì)上表示,“將生命密碼轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的0和1,人們就可以像編程一樣控制基因和表達(dá)?！?/p>

早在2002年,文特爾就有強(qiáng)大的支持者。他接受了美國(guó)能源部300萬(wàn)美元的經(jīng)費(fèi),計(jì)劃在其馬里蘭州的生物能源替代品研究所,以基本化合物合成的DNA來(lái)創(chuàng)造一種新的微生物。這種微生物可以產(chǎn)生硫化氫用以燃燒,或者吸收和貯藏二氧化碳,以便除掉大氣中過(guò)量的溫室氣體。

這一合成生物學(xué)技術(shù)向人們描繪了美好的前景。人類將攻克生命起源和生物進(jìn)化等根本性難題,有能力影響植物和動(dòng)物的生命過(guò)程,改變農(nóng)業(yè)和生態(tài)環(huán)境,能夠合成攻克疾病所需要的蛋白質(zhì),甚至改變?nèi)祟惖闹虏』颉?/p>

當(dāng)然,也有人認(rèn)為在醫(yī)療、環(huán)境等方面,合成生物的作用被夸大了。

“這一研究仍有多處尚未打開(kāi)的黑匣子。” 中國(guó)科學(xué)院北京生命科學(xué)研究院副院長(zhǎng)高福告訴《中國(guó)新聞周刊》,在設(shè)計(jì)、合成、裝配及移植基因組的環(huán)節(jié)中,還存在兩個(gè)瓶頸,“在解決這些問(wèn)題之前,人類只能改造生命,而非真正意義上的創(chuàng)造”。

在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié),人類還沒(méi)有能力像編程一樣寫(xiě)出全新且能夠準(zhǔn)確表達(dá)的基因序列,只能是對(duì)自然基因進(jìn)行模仿或者加強(qiáng);在移植環(huán)節(jié),人類還難以制造基因組生存的環(huán)境——細(xì)胞。這與克隆生物、試管嬰兒等技術(shù)所遭遇的瓶頸一樣。無(wú)論是從細(xì)胞里提取出來(lái)的基因,還是體外受孕的受精卵,都需要回到合適的生長(zhǎng)環(huán)境,比如細(xì)胞或胎盤(pán)中。

高福表示,“現(xiàn)在還很難評(píng)估文特爾團(tuán)隊(duì)研究的實(shí)際應(yīng)用前景,目前經(jīng)典的應(yīng)用技術(shù)是青蒿素、胰島素等‘半合成生物技術(shù)?！?/p>

“合成生物學(xué)在中國(guó)還處于建設(shè)學(xué)科的階段,文特爾團(tuán)隊(duì)用了15年,花掉了7000萬(wàn)美元,其他國(guó)家的科學(xué)家是否需要進(jìn)行同樣的基礎(chǔ)研究?”高福說(shuō),“我們需要考慮的是,如果不進(jìn)行基礎(chǔ)研究,有可能面對(duì)未來(lái)的專利壟斷問(wèn)題,但我們也有更為緊迫的任務(wù),諸如解決中國(guó)眼前的醫(yī)療、環(huán)境問(wèn)題?！?/p>

“窺視”生命本質(zhì):從“多利”到“辛西婭”

人類應(yīng)不應(yīng)該制造新的生命體?上世紀(jì)90年代,克隆技術(shù)在全世界掀起巨大爭(zhēng)論。這一次,文特爾有了更大的麻煩,“人造生命”不僅挑戰(zhàn)上帝的創(chuàng)造,也遭到了達(dá)爾文主義者的詰難。

1996年,第一個(gè)真正意義上的克隆哺乳動(dòng)物“多利羊”的誕生,就引起過(guò)這種爭(zhēng)論。在“多利羊”之后,克隆貓、克隆猴等相繼誕生,意大利甚至有克隆嬰兒的報(bào)道,但至今未獲證實(shí)?？寺?shí)質(zhì)上是一種無(wú)性繁殖技術(shù),它是將體細(xì)胞中完整的基因組提取出來(lái),注入一個(gè)卵細(xì)胞空殼中,由此培育出基因型完全相同的后代。與克隆不同的是,文特爾采用的基因合成技術(shù)是根據(jù)DNA排序,通過(guò)人工合成排列堿基而組成基因。

“這項(xiàng)研究涉及公共健康和安全問(wèn)題,需要從哲學(xué)層面上加以關(guān)注?！甭?tīng)證會(huì)上,黑斯廷斯中心的生物倫理學(xué)家格雷戈里認(rèn)為,“美國(guó)聯(lián)邦政府應(yīng)該在更高層面完善現(xiàn)有的監(jiān)管框架?！?/p>

隨著1970年代出現(xiàn)的重組DNA技術(shù),在這一領(lǐng)域工作的研究人員開(kāi)始擔(dān)心可能招致的風(fēng)險(xiǎn)。1975年2月,美國(guó)科學(xué)界在加利福尼亞州阿西洛馬爾召會(huì)議,討論潛在的生物危害和生物技術(shù)管理制度,擬訂了確保DNA重組技術(shù)安全的自愿原則。2007年6月,多位科學(xué)家在《自然·生物技術(shù)》雜志上發(fā)表題為《DNA合成與生物安全》的文章,提出了由合成公司、研究機(jī)構(gòu)及政府管理機(jī)構(gòu)相互配合、共同遵守的框架。

“科學(xué)界的規(guī)范并不能阻止不負(fù)責(zé)任的研究者,” 華中科技大學(xué)哲學(xué)系教授殷正坤在接受《中國(guó)新聞周刊》采訪時(shí)說(shuō),“真正發(fā)揮作用的是有關(guān)轉(zhuǎn)基因技術(shù)的嚴(yán)格審查和準(zhǔn)入法規(guī)、有關(guān)輔助生殖的法規(guī),以及禁止生殖性克隆的國(guó)際共識(shí)等。盡管中國(guó)的合成生物學(xué)研究剛剛起步,學(xué)界與政府還是應(yīng)該盡早考慮嚴(yán)格的規(guī)范與審查?！?/p>

文特爾團(tuán)隊(duì)表示,他們的研究不會(huì)為任何恐怖分子所利用,他們已經(jīng)故意制造缺陷,使生物在實(shí)驗(yàn)器皿外不可能生存。

實(shí)際上,更大的爭(zhēng)議在另一個(gè)維度。

英國(guó)牛津大學(xué)倫理學(xué)教授朱利安·薩烏萊斯庫(kù)評(píng)論說(shuō),“文特爾推開(kāi)了人類歷史上最重要、最基礎(chǔ)的那扇大門(mén)——窺視生命的本質(zhì)。他直接扮演了上帝的角色,創(chuàng)造出自然界原本不存在的新生命?！?/p>

“對(duì)他們來(lái)說(shuō),反對(duì)合成生命是一種信仰的直覺(jué),這種直覺(jué)相信生命只能由上帝創(chuàng)造,或是在自然界中經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期進(jìn)化形成,只有順應(yīng)自然發(fā)展規(guī)律的行為才是符合倫理的?！币笳ふJ(rèn)為,“尊重生命確實(shí)是一條基本的倫理原則,但尊重生命并不意味著我們對(duì)地球上任何生命形式都不能利用和改造,況且,目前也只做到了改造這一步。” ★