“辛西娅”来了

王家敏

人造生命

一项实验结果立即引起全球的关注。有人认为它预示着生命科学可能进入新纪元,也有一些严厉的批评者指责实验的操纵者“想扮演上帝的角色”。

总有人试图解答生命的起源。如今,这个星球上信仰上帝的人们,或是坚定的达尔文主义者,可能遭遇一个突然“闯入”的强敌

2010年5月21日,《科学》杂志报告了世界上首例“人造生命”的诞生——一种由人工合成的基因组所控制产生的单细胞生物——丝状支原体,由美国克雷格·文特尔研究所的科学家“制造”出来,它被该研究所的“老板”克雷格·文特尔命名为——辛西娅(synthia,意为“合成体”)。

这项实验结果立即引起全球的关注。有人认为它预示着生命科学可能进入新纪元,但一些严厉的批评者则指责文特尔“想扮演上帝的角色”。

美国总统奥巴马很快致信总统生物伦理问题委员会主席古特曼,要求在一周内评估这项研究在医学、环境和安全等领域的影响。

15年“制造”出最简单生命体

听证会是一次正面交锋。

美国时间5月27日上午10点,文特尔出现在国会山,为引发伦理担忧的“人造生命”研究作证。他向听证会提交了36页的说明文件,涉及人工合成基因组控制生命的技术核心、研究过程、应用前景、伦理风险等关键问题,他回答,“我们的研究是一个概念证明,这些工具和技术将有望用于更多的关键领域。”

的确,“辛西娅”仅证明了“人造生命”这个概念,这种由人工合成基因组控制的单细胞生物,离复杂的生命形式还相去甚远。而“辛西娅”的技术核心在于其基因组完全由基本化合物人工合成,并被证明移植到近似细胞内后,仍能控制细菌的正常繁殖,因而被指“具有完全的生命特征”。

文特尔小组的技术路线包含三步:第一,对一种名为丝状支原体的微生物进行基因组测序,以解码其DNA的排序;第二,根据这种自然生命的DNA排序,用基本化合物合成基因组;第三,为了证明这种经过人工排序的基因组能否准确表达,需要把它植入到与其近似的山羊支原体中,观察它能否使细胞正常工作。

文特尔在听证会上表示,上述三个步骤耗用了研究小组15年的时间。

然而,一些科学家却并不看重这一成果。早在2007年,就在文特尔的构想初步实现的时候,英国剑桥大学生物化学系细胞信号转导专家尼克·盖伊在《卫报》上撰文认为,文特尔小组的工作是建立在其他科学家的研究成果之上的。完成这样一个实验,需要了解化学合成核酸的方法,需要利用DNA复制、遗传信息转录、翻译到蛋白质合成的多个步骤。而文特尔小组并非这些方法的发明者,“他们的工作只是利用这些现有的技术‘装配出一个人工生命体。”

文特尔在5月27日的听证会中也坦陈,1980年代以来,科学界开始大规模转基因实验与基因组测序,形成大量基因库,也为自己的研究提供了技术环境。尽管如此,文特尔仍对自己研究的意义充满信心,“即使我们已经发现了人类基因组的所有基因,但还是不能理解最简单的细胞,这就是我们继续研究的原因。我们必须制定新的工具和技术用于构建大片段基因代码,并学习如何将基因组转换到另一个物种。”

2007年的研究成果发表后,文特尔认为,“一旦完成了支原体人工合成基因组的准备工作,将能在很短的时间里合成第一个细菌。”他们预计这一过程大概需要数周或数月。而实际上,他们用了超过两年的时间。在新发表的研究结果中,文特尔团队最终完成了人工合成基因组,并将之植入活体细胞,重新启动受体细胞的生命程序:

研究小组将丝状支原体的(供体细菌)DNA解码,然后按照DNA序列,利用基本化合物合成了四条人造DNA链,并依靠酵母把四条DNA链聚合起来,最后形成关键的人工基因组。随后,通过基因组移植方法将人造DNA植入山羊支原体(受体细菌)中。为了让两种支原体交换基因组,研究人员把丝状支原体包装到一个胶囊内,并用酶来分解它们和摧毁它们的蛋白质,然后剩下裸露的基因组。

然后,科学家把这个裸露的基因组与山羊支原体混合在一起,并添加一种能把两者融合在一起的化学物质,产生同时拥有两个基因组的细胞。在这个杂交细胞分裂时,一种基因组(山羊支原体的天然DNA)应当在子细胞中完全死亡,而另一种基因组(丝状支原体的合成DNA)应留下来,才能检验合成的DNA是否具有复制和产生新生命的功能。由于供体丝状支原体的基因组中包含了一种耐受特殊抗生素的基因,研究小组用抗生素进行筛选,杀死受体基因组,存活的人工合成基因组就会指令细胞新陈代谢与繁殖。

尚未打开的“黑匣子”

这项研究证明了文特尔的重要的观点,即人工合成的基因组被植入活体细胞后可以重新启动生命的复制程序。从根本上说,这也是合成生物学“重塑生命”的核心:生命的所有“零件”都能由化学方法合成,进而通过工程化的方式“组装”成实用的生物组织。对此,文特尔在听证会上表示,“将生命密码转换为计算机语言的0和1,人们就可以像编程一样控制基因和表达。”

早在2002年,文特尔就有强大的支持者。他接受了美国能源部300万美元的经费,计划在其马里兰州的生物能源替代品研究所,以基本化合物合成的DNA来创造一种新的微生物。这种微生物可以产生硫化氢用以燃烧,或者吸收和贮藏二氧化碳,以便除掉大气中过量的温室气体。

这一合成生物学技术向人们描绘了美好的前景。人类将攻克生命起源和生物进化等根本性难题,有能力影响植物和动物的生命过程,改变农业和生态环境,能够合成攻克疾病所需要的蛋白质,甚至改变人类的致病基因。

当然,也有人认为在医疗、环境等方面,合成生物的作用被夸大了。

“这一研究仍有多处尚未打开的黑匣子。” 中国科学院北京生命科学研究院副院长高福告诉《中国新闻周刊》,在设计、合成、装配及移植基因组的环节中,还存在两个瓶颈,“在解决这些问题之前,人类只能改造生命,而非真正意义上的创造”。

在设计环节,人类还没有能力像编程一样写出全新且能够准确表达的基因序列,只能是对自然基因进行模仿或者加强;在移植环节,人类还难以制造基因组生存的环境——细胞。这与克隆生物、试管婴儿等技术所遭遇的瓶颈一样。无论是从细胞里提取出来的基因,还是体外受孕的受精卵,都需要回到合适的生长环境,比如细胞或胎盘中。

高福表示,“现在还很难评估文特尔团队研究的实际应用前景,目前经典的应用技术是青蒿素、胰岛素等‘半合成生物技术。”

“合成生物学在中国还处于建设学科的阶段,文特尔团队用了15年,花掉了7000万美元,其他国家的科学家是否需要进行同样的基础研究?”高福说,“我们需要考虑的是,如果不进行基础研究,有可能面对未来的专利垄断问题,但我们也有更为紧迫的任务,诸如解决中国眼前的医疗、环境问题。”

“窥视”生命本质:从“多利”到“辛西娅”

人类应不应该制造新的生命体?上世纪90年代,克隆技术在全世界掀起巨大争论。这一次,文特尔有了更大的麻烦,“人造生命”不仅挑战上帝的创造,也遭到了达尔文主义者的诘难。

1996年,第一个真正意义上的克隆哺乳动物“多利羊”的诞生,就引起过这种争论。在“多利羊”之后,克隆猫、克隆猴等相继诞生,意大利甚至有克隆婴儿的报道,但至今未获证实。克隆实质上是一种无性繁殖技术,它是将体细胞中完整的基因组提取出来,注入一个卵细胞空壳中,由此培育出基因型完全相同的后代。与克隆不同的是,文特尔采用的基因合成技术是根据DNA排序,通过人工合成排列碱基而组成基因。

“这项研究涉及公共健康和安全问题,需要从哲学层面上加以关注。”听证会上,黑斯廷斯中心的生物伦理学家格雷戈里认为,“美国联邦政府应该在更高层面完善现有的监管框架。”

随着1970年代出现的重组DNA技术,在这一领域工作的研究人员开始担心可能招致的风险。1975年2月,美国科学界在加利福尼亚州阿西洛马尔召会议,讨论潜在的生物危害和生物技术管理制度,拟订了确保DNA重组技术安全的自愿原则。2007年6月,多位科学家在《自然·生物技术》杂志上发表题为《DNA合成与生物安全》的文章,提出了由合成公司、研究机构及政府管理机构相互配合、共同遵守的框架。

“科学界的规范并不能阻止不负责任的研究者,” 华中科技大学哲学系教授殷正坤在接受《中国新闻周刊》采访时说,“真正发挥作用的是有关转基因技术的严格审查和准入法规、有关辅助生殖的法规,以及禁止生殖性克隆的国际共识等。尽管中国的合成生物学研究刚刚起步,学界与政府还是应该尽早考虑严格的规范与审查。”

文特尔团队表示,他们的研究不会为任何恐怖分子所利用,他们已经故意制造缺陷,使生物在实验器皿外不可能生存。

实际上,更大的争议在另一个维度。

英国牛津大学伦理学教授朱利安·萨乌莱斯库评论说,“文特尔推开了人类历史上最重要、最基础的那扇大门——窥视生命的本质。他直接扮演了上帝的角色,创造出自然界原本不存在的新生命。”

“对他们来说,反对合成生命是一种信仰的直觉,这种直觉相信生命只能由上帝创造,或是在自然界中经过长期进化形成,只有顺应自然发展规律的行为才是符合伦理的。”殷正坤认为,“尊重生命确实是一条基本的伦理原则,但尊重生命并不意味着我们对地球上任何生命形式都不能利用和改造,况且,目前也只做到了改造这一步。” ★