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解密人造生命:計算機造人風險何在

來源:財新網 作者: 2010-6-1

摘要: 人造生命起步特立獨行的科學“狂人”克雷格。文特,首次創造出人工生命,其影響將不亞于當年克隆羊多利問世一位半路出家的越戰老兵,竟然依靠計算機創造出新的生命。5月21日的美國《科學》雜志網絡版發表了文特及其同事的驚人成果:在一個被掏空內核的細菌中,植入由人工合成的基因組,不久后,新的基因組取得了這個單細......


  人造生命起步



  特立獨行的科學“狂人”克雷格?文特,首次創造出人工生命,其影響將不亞于當年克隆羊多利問世



  一位半路出家的越戰老兵,竟然依靠計算機創造出新的生命。



  他就是克雷格?文特(J.  Craig  Venter)。5月21日的美國《科學》雜志網絡版發表了文特及其同事的驚人成果:在一個被掏空內核的細菌中,植入由人工合成的基因組,不久后,新的基因組取得了這個單細胞生物的控制權,從而形成了新的生命。



  “當發現帶有人工特征的細胞開始繁殖,我們欣喜若狂。”文特說,“它是一個活生生的物種,是這個星球上生命的一部分。”



  中國科學院院士、深圳華大基因研究院理事長楊煥明用“借雞生蛋”來形容這種創造新生命的方式。他對本刊記者表示,科學界此前有過類似嘗試,而這個細菌完全可以獨立生存,并且生長速度很快。“盡管是‘借雞生蛋’,但所有蛋白質都變過來了,只是借用原來細胞中的細胞質。”



  毫無疑問,從創造一個細胞,到創造一種我們熟知的動植物生命,依然非常遙遠。這種以人工方式創造的新生命,在倫理和生物安全等方面也有很大爭議和不確定性。



  文特已經獲得石油公司和制藥公司幾億美元的支持。在不少人士看來,其研究成果完全可能引發一場新的工業革命。



  5月27日,在美國國會舉行的聽證會上,民主黨議員亨利?韋克斯曼(Henry  Waxman)稱,這意味著一個科學新時代的開端,同時也要避免研究成果被不負責任地使用。



  “向一潭死水投巨石”



  此前,文特曾經以一己之力,單挑由各國政府聯合資助的龐大科學家團隊,看誰首先破解人類基因組這部天書。如今,他又將計算機設計的生命藍圖變成現實,震撼了科學界的神經。



  文特1946年生于摩門教總部所在地—美國猶他州鹽湖城,但他的家庭被逐出教門。在這個美國最為循規蹈矩的城市中,文特從小就表現出特立獨行的性格。



  高中畢業后,文特加入美國海軍陸戰隊,成為越南戰場上美國海軍醫院的看護兵。他目睹美軍在越南北部發起血腥攻勢,而醫院中傷兵的痛苦呻吟深深刺痛了曾經玩世不恭的他。



  “越戰徹底改變了他,”文特的前妻、分子生物學家克萊爾?弗雷澤(Claire  Fraser)曾經說,“他從此明白,每一天每一分鐘都必須過得有意義。”



  回到美國后,文特先是在加州一所社區大學就讀。六年后,他在加州大學圣迭戈分校取得生理學、藥學的博士學位,到美國東部的紐約州立大學布法羅分校任教。



  在布法羅期間,文特與第一任妻子、同門師姐芭芭拉(Barbara  Joan  Rea)離婚,迎娶了自己的學生克萊爾。這段婚姻一直維持到2005年。



  1984年,他加入美國國家健康研究院(NIH)下屬的神經病學研究所,負責尋找并破譯人類腦細胞中某種接收腎上腺素的蛋白所包含的基因密碼。



  當時,還是分子生物學高速發展的早期,解碼速度非常緩慢。1987年,文特讀到一篇關于自動解碼儀器的文章,很快成為這種儀器的最早擁有者之一,令自己的研究大大加快。



  到1991年6月,文特已經識別出347個基因,而此前整個科學界的記錄不過是2000個基因。但他的速度并未引來同行的贊許,因為其張揚的做派惹惱了很多人。



  在一些科學家看來,文特的工作都是機器完成的,科學含量不高。諾貝爾獎獲得者、號稱“DNA之父”的詹姆斯?沃森(James  Watson)曾經嘲諷說,文特的工作猴子都能做。



  由于難以從政府申請到更多經費,文特與妻子一起離開政府研究機構,成立了自己的基因組研究所。在諾貝爾獎得主漢密爾頓?史密斯(Hamilton  Smith)的幫助下,文特發明了一種讀取基因序列更便捷的“散彈槍”技術。就連向來對文特不屑一顧的美國能源部和NIH最后也不得不承認,這項技術確實更勝一籌。



  1998年,文特參與創辦“賽萊拉”(Cerela)公司。文特宣稱,將在2001年完成全部人類基因組密碼的排序和組合工作,并且要為研究成果申請專利。



  楊煥明對本刊記者表示,這是文特惹惱科學界的幾件不那么漂亮的事情之一。因為如果申請了專利,就相當于對后來者關上大門。“他是主流中的另類,得罪人的事情做得比較多。”



  文特此舉實際上也是對所有使用政府經費的官方科學家的挑戰,并促使歐美等國政府增加對人類基因組計劃的投入,以避免賽萊拉公司可能造成的壟斷。人類基因組計劃負責人弗蘭西斯?柯林斯(Francis  Collins)后來承認,“文特向一潭死水里投了塊巨石。”



  2000年6月26日,時任美國總統克林頓宣布,由各國政府出資執行的“人類基因組計劃”和文特完成了人類基因組排序草圖。但業內人士心知肚明,官方科學家團隊可以說是被文特一個人擊敗了。



  2007年和2008年,文特兩次被美國《時代》周刊選為全球最有影響力的100人之一。



  “辛西婭”誕生



  由于未能為人類基因組的解碼成果申請專利,文特無法為塞萊拉創造價值,公司在股票市場上逐漸失寵,文特只好離開。



  但從那以后,文特得到了金融界和產業界的青睞。在源源不斷的資金支持下,他的胃口越來越大。



  文特的一個計劃是:利用人造微生物來生產氫燃料;或者讓這些人造微生物從大氣中吸收二氧化碳,以幫助應對氣候變化。



  這一計劃聽上去有些天方夜譚,但諾貝爾獎獲得者史密斯是文特的堅定支持者。2005年6月,他們共同成立合成基因組(Synthetic)公司,致力于用人造微生物系統來生產清潔燃料和生化藥物。



  2009年7月,埃克森美孚石油公司也宣布一項高達6億美元的合作計劃,與文特的公司共同研發下一代生物燃料—制造一種可以吸收二氧化碳并將其轉化為燃料的水藻。



  而為了人工創造出細菌這種微生物,文特及其領導的克雷格?文特研究所的20來位科學家前后花費15年時間和4000萬美元,才得以成功。



  他們選取一種山羊蕈狀支原體細菌,將它的染色體解碼后,根據計算機程序,利用化學方法對其進行人工復制,而后將這條人造DNA放入另外一個被掏空內核的山羊支原體細菌內。幾個小時之內,受體細菌內原有DNA的所有痕跡全部消失,人造細胞不斷繁殖。新的生命誕生。



  這次試驗的成功之處,就在于讓人工DNA占領一個沒有遺傳物質的細胞,然后利用細胞中的原料將這一細胞據為己有,成為一個新的生命。



  文特給這個新生命起名為“辛西婭”(Synthia)。他說:“‘辛西婭’其實是一個人工合成的基因組,是第一個人工合成的細胞,也是第一種以計算機為父母的可以自我復制的生物。這基本上是一種信息處理過程的結果,我們的基因代碼就是我們的軟件。”



  牛津大學的應用倫理學教授朱利安?薩烏雷斯古(Julian  Savulescu)說:“文特正在朝著扮演上帝的方向前進—用人工的方法創造自然界從未存在過的生命。”



  這一成果的推出,也說明人類已經具備根據自身意志設計生命的能力。美國哈佛大學醫學院的諾貝爾獎獲得者杰克?紹斯塔克(Jack  Szostak)是人工生命領域的先驅之一。其研究小組的張勝龍博士對本刊記者表示,他們正研究如何在實驗室再現地球上生命的起源,而生命的兩個重要特征分別是,擁有可以與外界隔離又能夠交換物質的細胞膜,以及可以儲存和傳遞遺傳特征的大分子。目前,科學家已經具備實現這兩個條件的能力。



  “人造生命”價值幾何?



  2007年,接受英國《新科學家》采訪時,文特被問到一旦真的合成出細菌這類微生物,將會用來干什么。他回答說,今后20年,整個化學工業和大部分石油公司都要依靠合成基因組學,人類需要找到另一種方式把地球中的碳提取出來,將其燃燒,再把它釋放回大氣。



  如今,人造細菌已經成為現實。文特說:“從理論上講,我們可以改變生物的整個基因,去除不想要的功能,加入希望的功能,創造出新的適合工業化的有機體。在這項實驗完成之前,以上設想都只是理論。”他預計,這項成果的價值超過萬億美元。



  文特還與一家制藥公司開始討論,如何利用這一突破性的技術,幫助他們加快疫苗和藥物的制造速度。



  在5月27日的國會聽證會上,這一突破引起了議員們的濃厚興趣。共和黨議員喬?巴頓(Joe  Barton)開玩笑說,他樂于支持“可以使選民投票時偏向共和黨”的合成基因組技術。此外,這位議員擔心,新技術被用來制造人,而他喜歡的是造人的原始方式,“那樣很好玩”。



  文特的回答是,其研究團隊目前只拿微生物做文章,根本沒有能力、也不應該用這種技術去制造人。



  他同時在聽證會上透露,已經就此項研究申請了13項專利。



  當然,文特也承認,這種技術有可能被濫用。他舉例說,計算機和網絡開始普及之后,計算機病毒就開始泛濫,黑客可以通過編制惡意程序來制造計算機病毒。而這種技術的成熟,完全可能導致生物黑客的興起,一些人會利用這種技術來設計制造真正的病毒。



  薩烏雷斯古說,雖然這種技術的前景還非常遙遠,但卻是真實和顯而易見的,其危險性也同樣真實和顯而易見,因此需要制定新的安全標準,并防止這類技術被用于軍事和恐怖主義。“它可以被用來制造最為恐怖的生物武器,對人類的挑戰是,吃到蘋果的時候別咬到蟲子。”



  目前,美國總統奧巴馬已經敦促生物倫理委員會,“評估此項研究將給醫學、環境、安全等領域帶來的任何潛在影響、利益和風險”。



  楊煥明則表示,“人造生命”的成功,將人們對生命的理解推進了一大步。人類已經從分子、細胞、組織、器官乃至生命水平的多個層次上,全面進入生物學的世紀,但中國在許多方面至今沒有涉獵,應該趕上去。



  他還表示,文特研究成果的重要性不亞于克隆羊多利,人類已經學會閱讀基因組這本“天書”,現在已經到學會寫作的時候——根據基因組序列測定的結果,重新設計基因組、細胞和生命。文特的成功等于是邁出第一步,“讓我們聽到了腳步聲”。

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