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“人造人”——由人造出来的人,集合了很多的人类优点,几乎接近完美——是多少代科学家的梦想,以前人们曾听说这个想法,觉得真是太天马行空。但今天,这一很有些“穿越”的想象,曾经的科幻情节,科学家们的期待,完全按“图纸”人工制造生命,正一步一步迈向现实。
人造生命的诞生
美国著名遗传学家克雷格·文特尔所率领的一个研究团队宣布,他们培育出了世界上第一个“人造生命”——首个完全由人造基因指令控制的人造生命。这表明,生物工程进入了新纪元。
在这个实验中,科研人员选取了一种称为“丝状支原体丝状亚种”的微生物,先将它们的遗传物质(DNA)解码,再利用化学方法一点一点地重新排列DNA,然后将重组的DNA碎片放入酵母液中,令其慢慢地重新聚合。再将“山羊支原体”的内部挖空,注入上述人工合成的DNA。科学家们希望,由人工合成的DNA来指导新生命的生长与繁殖。经过成千上万次尝试后,新的支原体获得新生,这些新生命就是“人造生命”。它们开始在实验室的培养皿中生长、繁殖,产生一代又一代的人造生命。
项目负责人文特尔将这个小小的“人造生命”称为“辛西娅”,也就是“人造儿”的意思。他表示:“‘辛西娅’其实是一个人工合成的基因组,是第一个人工合成的细胞,也是第一种以计算机为父母的可以自我复制的生物。”
科学链接 … … …
人造生命听起来似乎有点乱,一会儿是“丝状支原体丝状亚种”,一会儿是“山羊支原体”,一会儿又是DNA。要想理解人造生命,首先就要知道生命活动的一个重要特征——遗传是怎么回事。遗传是指经由基因的传递,使后代获得亲代的特征。通俗地说,就是种瓜得瓜,种豆得豆。目前已知地球上现存的生命主要是以DNA作为遗传物质。DNA全称叫做“脱氧核糖核酸”,上面带有父母的遗传基因,所以我们的相貌与喜好很多都和父母相似。
“丝状支原体丝状亚种”和“山羊支原体”是两种细菌,在这里被用于作为实验材料的模型。科学家先合成了前者的DNA,再把它注入后者体内,让新的基因组取代了后者原有的基因组。新的细胞包含了“丝状支原体丝状亚种”的基因以及“山羊支原体”的外壳(细胞膜和细胞质)。打个比方,就像是一个橘子,但里面长的却是橙子肉。这一个合成的新细胞分裂以后,“山羊支原体”的特征消失了,细胞只能合成“丝状支原体丝状亚种”的蛋白质。
高投入高技术
科学家为了“辛西娅”这个“小家伙”,耗费了大量心血。
科学家将整个实验制定为三大步:首先用化学物质制造了4个DNA碱基,也就是合成DNA的必须原材料,这4个碱基可重复配对58万次,合成数百万个DNA片段;然后组装原材料,让它们形成我们期待的完整的基因序列;最后就是将这些人工合成的基因组注入剔除了遗传物质的细胞中,并激活细胞。这三步历时15年。当一切准备就绪后,科学家们就按照这三个步骤开始操作,选取了生长速度较快的“丝状支原体丝状亚种”细胞,先合成少量的DNA片段,进而逐步合成完整的基因组序列。然后加入到目标受体细胞,也就是“山羊支原体”。合成的基因组带有筛选标记,可以在筛选中存活。通过筛选,全新的“山羊支原体”细胞存活,并进行正常的细胞分裂,一代一代自我复制。总起来看,这项研究可以分为两大块,分别是合成基因组和导入基因组,让新基因组在新细胞中完全取代原有的基因。
其实早在2002年,美国纽约州立大学石溪分校的生物学家就曾成功地合成了脊髓灰质炎病毒的基因组。但这次科学家合成的细菌基因组,要远远大于病毒的基因组——脊髓灰质炎病毒只含有约7500个碱基对,这次合成的基因组大概是脊髓灰质炎病毒的130倍。合成基因并不是最困难的,第二大部分导入基因组才是最具有挑战性的,如何让新的基因组取代宿主细胞原有的基因组才是最困难的。这一工作一方面需要把新的基因组转入宿主细胞,另一方面,要求宿主细胞原来的基因组消失。科学家为了实现这一目标,加入了可以降解DNA的一种酶,能够特别地、专一地把宿主细胞的DNA分解掉,于是就只剩下了人工合成的基因在起作用。最后,科学家通过合成基因上的“水印”标记来确认新合成的基因组被成功地转入宿主细胞。
科学链接 … … …
一般来说,人造生命在本质上至少应该满足以下三个方面:首先要有一种外膜,比如细胞膜来容纳细胞物质;其次要能进行新陈代谢;最后,就是要具有自己的基因。文特尔的研究基本符合这些要求,但是,这并不是完全的“创造”生命。他是采用4种DNA碱基在体外合成基因组,再植入已有的被掏空了遗传物质的细胞“山羊支原体”内,无论是这些原材料还是合适的细胞环境,都是已有的,而不是凭空创造的。正如波士顿大学生物医学专家詹姆斯·柯林斯说的那样,这只是一个带有人造基因组的生物体,而非人造生物体。著名遗传学家P·M·巴尔加瓦也直截了当地表示:“文特尔的团队从一个细胞中提取出DNA,然后用大量其他物质取而代之,这充其量只能算是多位点基因工程。”
积极的声音
当这一结果宣布的那一刻,就注定会一石激起千层浪。不仅是《科学》杂志等专业学术期刊,连美国《纽约时报》《新闻周刊》等非专业媒体也给予了高度关注,甚至引发了学界激烈的争论,但支持与反对者旗鼓相当。先让我们来看看一些大力支持者的观点。
哈佛实践伦理学教授列库斯说:“文特尔打开了人类历史的大门,窥探它的未来。他向上帝的角色迈进:创造自然界中从没存在过的生命。这可能虽然远在未来,却是真实和意义重大。但是,所要面对的风险也是前所未有的。”
宾州大学的生物伦理学家亚瑟·卡普兰说:“这个研究成果可以彻底平息有关生命到底需不需要特殊力量才能被创造和生存下来的争论,甚至可以颠覆人类长久以来对于生命本质的看法,让人们重新审视自身和人类在宇宙中的地位,其深远意义堪比伽利略、哥伦布、达尔文和爱因斯坦等先贤对人类发展做出的贡献。”
美国拉特格斯大学分子生物学家埃布赖特说:“这确实是人与自然关系的一个转折点,历史上第一次有人创造了一个完整、带有预定特性的人造细胞。”
斯坦福大学生命医学伦理中心主任马格努斯说:“它有可能改变基因工程,此类研究将猛增。”
哈佛医学院基因学教授丘奇说:“该研究是一个里程碑,具有潜在应用用途。”
《纽约时报》称,这一成果标志着人造生物学这一新兴科技取得了重大的进展。
新一期《经济学人》杂志封面文章预测,将来有一天,新的细菌、动物或者植物等生命体将被电脑设计,最后被人类制造出来。在某种程度上,这种创造生命的举动比第一颗原子弹爆炸更能证明人类掌控自然的能力。
支持者大多都是看到了这项生物技术巨大的潜能,以及广阔的应用前景。利用人造生命可以在不远的未来解决很多目前人类难以克服的问题。文特尔本人也认为“人造生命”将成为非常强大、非常有用的生物学工具。他表示,日后科学界试图设计一些人们希望生物学可以设计出来的东西时,合成细胞的科技将会派上大用场。加拿大有一个旨在推动生物工程的“粉红军合作组织”甚至建议给予这项研究诺贝尔奖。
科学链接 … … …
这一研究绝不是科学家的一时心血来潮,或者只是想彰显自己的高超技术,而是有着很现实的意义。首先是基础层面,可以促进基础生物学的研究,科学家们对基因的操作更加得心应手,能够通过改变合成的基因组,来研究不同基因的功效,以便更好地改造基因。而且,以前我们的传统基因工程都是来改造已存在的基因,比如把一个基因敲掉,或者插入一个基因,都是对单个基因进行研究。而现在,实现了从头合成基因。相比于前者,这的确是一个大进展。在工业及医疗方面,这一技术的实现更加具有意义。通过人造生命技术,将来可制造有特殊功能的生物,甚至可以根据客户需求提供“定制”生命,应用于医药或环保等领域,制造新药物和疫苗,或者处理泄漏的原油、从空气中吸收二氧化碳和其他污染物等等。比如,合成一种光合细菌,通过光能来产生氢气和水,源源不断地提供新能源,而且无污染。甚至经过改造,可以让这些细菌专门“吃”过多的二氧化碳、泄漏的石油,然后变成我们可利用的无污染的能源。
遭遇反对
实际上,不仅仅是这一次,几乎每一次有关生命领域的新进展,比如转基因、干细胞、克隆技术等等,都会引发科学界和社会学界的激烈争论。可以说,关于新技术引发的伦理、道德和安全之争从未止息。而这次“人造生命”的宣布,同样如此。
尤其是宗教界人士,认为文特尔充当了“造物主”,创造出自然界原本不存在的新生命。如香港中文大学生化系客席教授曹宏威博士就认为,人造生命的出现对人类观念上的冲击更为巨大,尤其是对宗教造成了严峻挑战:倘若人可以完全制造生命的话,神便可以说是毫无角色可言。特别是其可以定制的作用,更是会带来巨大的伦理冲击,人造的生命和进化而来的生命在本质上有什么区别,二者是不是平等?还有学者看得更远,想到了“人造人”,对于“人造人”的权利产生了疑问。比如“人造人”是否也有生存的权利?与我们人类的关系是怎样的?是平等的还是像人类对待动物或牲畜一样?倘若创造出的“人造生命”更加美丽、更加强大,那他们会不会比普通人类更高等?我们人类又会不会被他们统治?
另有一部分学者则担心,这些本不属于自然界的生命或是这一技术万一从实验室泄漏出来,就可能释放大量有害基因,将会引发生物基因变化,从而对全球野生动植物的生存构成不可预估的危害,产生无法控制的自然灾难,甚至成为致命的生物,或许人类自己都难以对付。倘若落入恐怖分子手中,有可能被其利用,为非作歹,研制病毒,或用来制造生物武器,现实版的《生化危机》将有可能上演。连文特尔本人也承认,研究中涉及的技术,从理论上来说有可能用于制造新的致病细菌,甚至用于研制生物武器。于是,连美国总统奥巴马也坐不住了,在结果公布的当天,他就致信负责生物伦理问题研究的一个总统委员会主席、宾夕法尼亚大学校长埃米·古特曼,敦促生物伦理委员会督察此事,评估此研究将给医学、环境、安全等领域带来的任何潜在影响、利益和风险。
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《科学》杂志以及一些专业科技媒体也都把“辛西娅”称为“人造细胞”,而非“人造生命”。所以,研究结果离“人造生命”还很遥远。而且,现今的技术也比较原始,在较长一段时间内都不会造成安全问题,这些“人造生命”需要在实验室很苛刻的环境内才能生存,所以不必担心环境问题。美国加利福尼亚大学分子生物学教授戴维·迪默就对“人造生命”持乐观态度,他认为任何人造的东西,相对于在自然界进化了30亿年的生物来说,都还不具备与其竞争的能力。另外,科学家还留有一手来控制“人造生命”。文特尔自己声称,他将会故意把新生物弄残,令它们不能在实验室以外存活。至于有人担心它们会被恐怖分子利用,文特尔则认为已经存在的炭疽病菌等更加现实,也更容易得到。
(编辑 孙世奇)
人造生命的诞生
美国著名遗传学家克雷格·文特尔所率领的一个研究团队宣布,他们培育出了世界上第一个“人造生命”——首个完全由人造基因指令控制的人造生命。这表明,生物工程进入了新纪元。
在这个实验中,科研人员选取了一种称为“丝状支原体丝状亚种”的微生物,先将它们的遗传物质(DNA)解码,再利用化学方法一点一点地重新排列DNA,然后将重组的DNA碎片放入酵母液中,令其慢慢地重新聚合。再将“山羊支原体”的内部挖空,注入上述人工合成的DNA。科学家们希望,由人工合成的DNA来指导新生命的生长与繁殖。经过成千上万次尝试后,新的支原体获得新生,这些新生命就是“人造生命”。它们开始在实验室的培养皿中生长、繁殖,产生一代又一代的人造生命。
项目负责人文特尔将这个小小的“人造生命”称为“辛西娅”,也就是“人造儿”的意思。他表示:“‘辛西娅’其实是一个人工合成的基因组,是第一个人工合成的细胞,也是第一种以计算机为父母的可以自我复制的生物。”
科学链接 … … …
人造生命听起来似乎有点乱,一会儿是“丝状支原体丝状亚种”,一会儿是“山羊支原体”,一会儿又是DNA。要想理解人造生命,首先就要知道生命活动的一个重要特征——遗传是怎么回事。遗传是指经由基因的传递,使后代获得亲代的特征。通俗地说,就是种瓜得瓜,种豆得豆。目前已知地球上现存的生命主要是以DNA作为遗传物质。DNA全称叫做“脱氧核糖核酸”,上面带有父母的遗传基因,所以我们的相貌与喜好很多都和父母相似。
“丝状支原体丝状亚种”和“山羊支原体”是两种细菌,在这里被用于作为实验材料的模型。科学家先合成了前者的DNA,再把它注入后者体内,让新的基因组取代了后者原有的基因组。新的细胞包含了“丝状支原体丝状亚种”的基因以及“山羊支原体”的外壳(细胞膜和细胞质)。打个比方,就像是一个橘子,但里面长的却是橙子肉。这一个合成的新细胞分裂以后,“山羊支原体”的特征消失了,细胞只能合成“丝状支原体丝状亚种”的蛋白质。
高投入高技术
科学家为了“辛西娅”这个“小家伙”,耗费了大量心血。
科学家将整个实验制定为三大步:首先用化学物质制造了4个DNA碱基,也就是合成DNA的必须原材料,这4个碱基可重复配对58万次,合成数百万个DNA片段;然后组装原材料,让它们形成我们期待的完整的基因序列;最后就是将这些人工合成的基因组注入剔除了遗传物质的细胞中,并激活细胞。这三步历时15年。当一切准备就绪后,科学家们就按照这三个步骤开始操作,选取了生长速度较快的“丝状支原体丝状亚种”细胞,先合成少量的DNA片段,进而逐步合成完整的基因组序列。然后加入到目标受体细胞,也就是“山羊支原体”。合成的基因组带有筛选标记,可以在筛选中存活。通过筛选,全新的“山羊支原体”细胞存活,并进行正常的细胞分裂,一代一代自我复制。总起来看,这项研究可以分为两大块,分别是合成基因组和导入基因组,让新基因组在新细胞中完全取代原有的基因。
其实早在2002年,美国纽约州立大学石溪分校的生物学家就曾成功地合成了脊髓灰质炎病毒的基因组。但这次科学家合成的细菌基因组,要远远大于病毒的基因组——脊髓灰质炎病毒只含有约7500个碱基对,这次合成的基因组大概是脊髓灰质炎病毒的130倍。合成基因并不是最困难的,第二大部分导入基因组才是最具有挑战性的,如何让新的基因组取代宿主细胞原有的基因组才是最困难的。这一工作一方面需要把新的基因组转入宿主细胞,另一方面,要求宿主细胞原来的基因组消失。科学家为了实现这一目标,加入了可以降解DNA的一种酶,能够特别地、专一地把宿主细胞的DNA分解掉,于是就只剩下了人工合成的基因在起作用。最后,科学家通过合成基因上的“水印”标记来确认新合成的基因组被成功地转入宿主细胞。
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一般来说,人造生命在本质上至少应该满足以下三个方面:首先要有一种外膜,比如细胞膜来容纳细胞物质;其次要能进行新陈代谢;最后,就是要具有自己的基因。文特尔的研究基本符合这些要求,但是,这并不是完全的“创造”生命。他是采用4种DNA碱基在体外合成基因组,再植入已有的被掏空了遗传物质的细胞“山羊支原体”内,无论是这些原材料还是合适的细胞环境,都是已有的,而不是凭空创造的。正如波士顿大学生物医学专家詹姆斯·柯林斯说的那样,这只是一个带有人造基因组的生物体,而非人造生物体。著名遗传学家P·M·巴尔加瓦也直截了当地表示:“文特尔的团队从一个细胞中提取出DNA,然后用大量其他物质取而代之,这充其量只能算是多位点基因工程。”
积极的声音
当这一结果宣布的那一刻,就注定会一石激起千层浪。不仅是《科学》杂志等专业学术期刊,连美国《纽约时报》《新闻周刊》等非专业媒体也给予了高度关注,甚至引发了学界激烈的争论,但支持与反对者旗鼓相当。先让我们来看看一些大力支持者的观点。
哈佛实践伦理学教授列库斯说:“文特尔打开了人类历史的大门,窥探它的未来。他向上帝的角色迈进:创造自然界中从没存在过的生命。这可能虽然远在未来,却是真实和意义重大。但是,所要面对的风险也是前所未有的。”
宾州大学的生物伦理学家亚瑟·卡普兰说:“这个研究成果可以彻底平息有关生命到底需不需要特殊力量才能被创造和生存下来的争论,甚至可以颠覆人类长久以来对于生命本质的看法,让人们重新审视自身和人类在宇宙中的地位,其深远意义堪比伽利略、哥伦布、达尔文和爱因斯坦等先贤对人类发展做出的贡献。”
美国拉特格斯大学分子生物学家埃布赖特说:“这确实是人与自然关系的一个转折点,历史上第一次有人创造了一个完整、带有预定特性的人造细胞。”
斯坦福大学生命医学伦理中心主任马格努斯说:“它有可能改变基因工程,此类研究将猛增。”
哈佛医学院基因学教授丘奇说:“该研究是一个里程碑,具有潜在应用用途。”
《纽约时报》称,这一成果标志着人造生物学这一新兴科技取得了重大的进展。
新一期《经济学人》杂志封面文章预测,将来有一天,新的细菌、动物或者植物等生命体将被电脑设计,最后被人类制造出来。在某种程度上,这种创造生命的举动比第一颗原子弹爆炸更能证明人类掌控自然的能力。
支持者大多都是看到了这项生物技术巨大的潜能,以及广阔的应用前景。利用人造生命可以在不远的未来解决很多目前人类难以克服的问题。文特尔本人也认为“人造生命”将成为非常强大、非常有用的生物学工具。他表示,日后科学界试图设计一些人们希望生物学可以设计出来的东西时,合成细胞的科技将会派上大用场。加拿大有一个旨在推动生物工程的“粉红军合作组织”甚至建议给予这项研究诺贝尔奖。
科学链接 … … …
这一研究绝不是科学家的一时心血来潮,或者只是想彰显自己的高超技术,而是有着很现实的意义。首先是基础层面,可以促进基础生物学的研究,科学家们对基因的操作更加得心应手,能够通过改变合成的基因组,来研究不同基因的功效,以便更好地改造基因。而且,以前我们的传统基因工程都是来改造已存在的基因,比如把一个基因敲掉,或者插入一个基因,都是对单个基因进行研究。而现在,实现了从头合成基因。相比于前者,这的确是一个大进展。在工业及医疗方面,这一技术的实现更加具有意义。通过人造生命技术,将来可制造有特殊功能的生物,甚至可以根据客户需求提供“定制”生命,应用于医药或环保等领域,制造新药物和疫苗,或者处理泄漏的原油、从空气中吸收二氧化碳和其他污染物等等。比如,合成一种光合细菌,通过光能来产生氢气和水,源源不断地提供新能源,而且无污染。甚至经过改造,可以让这些细菌专门“吃”过多的二氧化碳、泄漏的石油,然后变成我们可利用的无污染的能源。
遭遇反对
实际上,不仅仅是这一次,几乎每一次有关生命领域的新进展,比如转基因、干细胞、克隆技术等等,都会引发科学界和社会学界的激烈争论。可以说,关于新技术引发的伦理、道德和安全之争从未止息。而这次“人造生命”的宣布,同样如此。
尤其是宗教界人士,认为文特尔充当了“造物主”,创造出自然界原本不存在的新生命。如香港中文大学生化系客席教授曹宏威博士就认为,人造生命的出现对人类观念上的冲击更为巨大,尤其是对宗教造成了严峻挑战:倘若人可以完全制造生命的话,神便可以说是毫无角色可言。特别是其可以定制的作用,更是会带来巨大的伦理冲击,人造的生命和进化而来的生命在本质上有什么区别,二者是不是平等?还有学者看得更远,想到了“人造人”,对于“人造人”的权利产生了疑问。比如“人造人”是否也有生存的权利?与我们人类的关系是怎样的?是平等的还是像人类对待动物或牲畜一样?倘若创造出的“人造生命”更加美丽、更加强大,那他们会不会比普通人类更高等?我们人类又会不会被他们统治?
另有一部分学者则担心,这些本不属于自然界的生命或是这一技术万一从实验室泄漏出来,就可能释放大量有害基因,将会引发生物基因变化,从而对全球野生动植物的生存构成不可预估的危害,产生无法控制的自然灾难,甚至成为致命的生物,或许人类自己都难以对付。倘若落入恐怖分子手中,有可能被其利用,为非作歹,研制病毒,或用来制造生物武器,现实版的《生化危机》将有可能上演。连文特尔本人也承认,研究中涉及的技术,从理论上来说有可能用于制造新的致病细菌,甚至用于研制生物武器。于是,连美国总统奥巴马也坐不住了,在结果公布的当天,他就致信负责生物伦理问题研究的一个总统委员会主席、宾夕法尼亚大学校长埃米·古特曼,敦促生物伦理委员会督察此事,评估此研究将给医学、环境、安全等领域带来的任何潜在影响、利益和风险。
科学链接 … … …
《科学》杂志以及一些专业科技媒体也都把“辛西娅”称为“人造细胞”,而非“人造生命”。所以,研究结果离“人造生命”还很遥远。而且,现今的技术也比较原始,在较长一段时间内都不会造成安全问题,这些“人造生命”需要在实验室很苛刻的环境内才能生存,所以不必担心环境问题。美国加利福尼亚大学分子生物学教授戴维·迪默就对“人造生命”持乐观态度,他认为任何人造的东西,相对于在自然界进化了30亿年的生物来说,都还不具备与其竞争的能力。另外,科学家还留有一手来控制“人造生命”。文特尔自己声称,他将会故意把新生物弄残,令它们不能在实验室以外存活。至于有人担心它们会被恐怖分子利用,文特尔则认为已经存在的炭疽病菌等更加现实,也更容易得到。
(编辑 孙世奇)