Play God:扮演上帝的角色
(2017-04-13 14:00:54)
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英语里有一句俗语,叫着“Play God”。 指的是一种需要对人的生命,健康,幸福做出重要决定的人和工作。而这些人和这类工作也因此往往在常人眼里显得非常神圣,比如常年奋斗在生命第一线的医护人员。
自从上世纪五十年代发现了生命的化学密码DNA后,科学家们也一直在试图通化学合成的方法来制造生命。在某种意义上,他们也在企图“Play God”。
最近,美国《科学》杂志一气发表了七篇有关人工合成酵母菌染色体的论文。
这一工作属于“合成生物学”(Synthetic
Biology)的范畴。“合成生物学”这个概念是一位法国科学家在1910年提出来的,而当时我们对生命的化学和物理基础一无所知。整整一百年后,2010年,著名的基因疯子Wenter博士领导的团队在经过15年的努力,花费了4000万美金后,首次通过全设计和合成,重建了一种丝状支原体(Mycoplasma mycoides
2013年,哈佛大学 Farren Isaacs 和George Church团队通过人工合成重新编码了大肠杆菌的基因组。紧接着,2014年,美国约翰霍普斯金大学的Jef Boeke 教授采用了“片段接合”方法,第一次合成了复杂的酵母菌16个染色体中的一个染色体。虽然这个实验并没有人工全合成整个酵母基因组,但是在合成生物学中的意义却更加重要。
和大肠杆菌相比,酵母菌代表着生命进化中的一个重大突破。大肠杆菌代表的是一类低等的单细胞生物:原核细胞(Prokaryotic Cell)。而酵母菌代表的是包括人类细胞在内一种高等单细胞生物:真核细胞 (Eukaryotic Cell)。
原核细胞和真核细胞有着很多区别。其中很重要的就是基因组的复杂性和结构。原核细胞基本上是由一个细胞壳包着一团DNA。 而真核细胞的细胞内却有着独立的细胞核。不仅如此,在真核细胞细胞核内的DNA也不是一团毛线。而是有序地组成若干个“染色体”(Chromsome)。真核细胞在细胞核,染色体等方面的进化,让细胞有了进一步扩大其基因组的能力。如果要打一个比方的话,我们可以把原核细胞看着是一个创业公司,没有太多的组织结构。但是如果创业公司要发展成为一个大型公司,就需要建立完整组织结构,包括各种功能部门。酵母菌完成了这个转变,从而最终导致了像人类这样的高等动物。
Boeke 教授团队的这一工作和文特博士前期的工作一样,并非单纯地“抄书”。而是对酵母菌染色体进行了包括“加,减,改”等多方面的重新设计。比如绝大部分基因序列都不是一条连贯的DNA。其中往往插有很多看起来无作用的“内含子”(Intron)。为了简化合成,这些内含子都被“删”掉了。同时合成染色体中也加入了很多“开关”,以便我们今后通过调控这些开关来研究不同基因的作用。 因此,人工合成的酵母菌更像是一个具有生命活性的“细菌模型”。由于酵母菌是最简单的真核细胞,可以预料的是这种具有可调性基因的细胞模型今后在新药开发等方面会有很大的作用。
在开始设计这个实验时,Boeke教授还是采用了外包服务的形式,但合成一条简单的基因条花费了他5万美金和一年的时间,这让 Boeke 教授登时有了“人生苦短”的感觉。他的目光开始转向那些求知若渴的大学生们。Boeke教授把需要合成的染色体切割成许多片段,分别让学生们合成,然后通过预制的“结合点”将片段连接起来,并最终用合成DNA取代了酵母菌染色体中相应的部分,形成了带有部分合成染色体,但具有生命活性的酵母菌。这一成功让Boeke教授看到合作的力量。
同年,一个国际合作团体“合成酵母菌2.0”(简称 Sc 2.0)成立了。 参加这个国际合作的团队的包括有清华大学,清华大学,华大基因这样的中国军团。在最近发表的五条合成染色体中,就有四条是由中国团队完成的。说到底,世界上没有任何一个国家的科学家比中国科学家更加懂得通过“大兵团联合作战”或者说“人海战术”推动科学技术发展的道理。
现在酵母菌16个染色体中已经有6个成功地被人工合成了。这个国际团队希望在今年年底时完成酵母菌基因组的全合成。暨时,一个通过化学全合成的真核细菌就将成为现实。 而这个基因全合成的生物是否能够呈现出所有的生命征象是大家拭目以待的。
有意思的是,当文特博士的团队合成支原体基因时,通过DNA密码在这个基因里留下了这个团队成员的名字。而目前酵母菌2.0国际合作团队里也有着多达200多名的各国科学研究人员。 相信这些研究人员的名字也会留在最终人工合成的酵母菌里。
这些科学家就是真正“Play God”的人。