重大突破：用人工DNA制造活细胞取得成功

今年5月，美国科学家表示，在改变生命的基本字母表方面，他们已经迈出了重大一步——第一次用含有人工遗传密码的DNA生成了有机体。在这个成果的基础上，科学家有望最终培养一些有机体，用它们来制作仅含自然遗传密码的细胞所无法制作的药物或工业品。

这项研究是斯克里普斯研究院的科学家们开展的，他们已经组建了一家公司，希望使用这种技术来开发新的抗生素、疫苗等产品，虽然在这些技术变得真正可行之前，还有很多工作要做。

该项研究也在某种程度上支持了这样一个假说：宇宙的其他地方可能有生命存在，它们的遗传方式与地球上的不同。

“这是第一次有了一个活的细胞，可以使用‘外来遗传字母表。”佛罗里达州盖恩斯维尔城的应用分子进化基金会研究所的史蒂芬·A·本纳说。他也是该领域的研究人员，但没有参与这项新研究。

在《自然》（Nature）杂志网站上发表的这项研究，势必会引发人们对遗传安全性的担忧，并且带来“人类是否正在扮演上帝”的问题。这篇论文发表后，要求对这个科学领域加强监管的呼声可能会趋于强烈。该领域名为合成生物学，涉及为特定目的创建生物系统，目前还处于萌芽状态。

“假以时日，这种前所有未的‘外来生命形式可能会在伦理、法律和监管方面产生深远影响。”加拿大权益倡导组织ETC集团的吉姆·托马斯在一封电子邮件中说，“这个领域正在风起云涌，合成生物学家发明了玩弄生命基本元素的新方法，而政府连监督、评估、监管该领域的基本对策都还没有准备好。”

尽管地球上的生命千差万别，但是，从简单的细菌到人类，所有物种使用的遗传密码都是相同的，它由DNA中的四个化学单位组成。这些化学单位有时也被称为核苷酸或碱基，通常用字母A、C、G和T来表示，它们决定了细胞生成哪些蛋白质。而这些蛋白质又反过来完成细胞在机体组织和器官的结构、功能和调节方面需要进行的绝大部分工作。

斯克里普斯研究院的研究人员使用化学方法，生成了两个新的核苷酸，被称为X和Y。他们把一组X、Y导入常见的大肠杆菌中。结果细菌可以正常地复制，虽然速度比平常稍慢一点，但确实可以像复制天然的核苷酸一样复制X和Y。因此，这个细菌的遗传密码有六个“字母”，而不是原来的四个，而细菌生成的新的蛋白质，可能会以完全不同于自然生成的蛋白质的方式发挥作用。

“这就如同你有一种语言，拥有一定数目的字母，你想再添加一些‘字母，以便写出更多的词，讲述更多的故事。”斯克里普斯研究所的化学家弗洛伊德·E·罗姆斯伯格说。他是这项研究的负责人。

罗姆斯伯格博士说，人们不用担心新生物失控并造成危害，他表示这项技术是安全的，因为合成的核苷酸被导入到了细菌中。如果这些细菌逃逸到了环境中，或者进入某种生物体内，它们将无法获得合成活动所需的原料，因此，要么死亡，要么恢复到只使用天然DNA的状态。

“永远不会有别的东西被感染，”他说。这也是他参与创办的Synthorx公司正在考虑采用该技术来培养一些病毒或细菌，让它们成为活疫苗的一个原因。活疫苗进入血液之后，可能会诱发免疫反应，但却不会复制。

扩大后的遗传“字母表”的一个可能用途是让细胞生成新型蛋白质。蛋白质是由氨基酸串在一起形成的，DNA中三个核苷酸的组合方式，确定了氨基酸的种类。细胞根据这些指令，把氨基酸串在一起，从而形成蛋白质。除了极少数例外情况，生命体只使用20种氨基酸。但也有很多氨基酸，如果用在蛋白质中可能会产生新的功能。Ambrx公司正在尝试把新的氨基酸导入某些蛋白质，这些蛋白质可被用在制药领域，让药物更加有效地杀灭肿瘤，或者使有效成分在血液中停留的时间更长。

《自然》那篇文章提到的细菌，每一个中只有一对XY核苷酸。目前还不知道一个细胞里能不能含有很多对这样的XY核苷酸。也不清楚细菌携带这种外来遗传密码能够生存多久。文章提到，在15小时里，只完成了大约24次复制。

最重要的是，研究人员还没有证实，人工核苷酸可以真的被细胞用来生成蛋白质。那需要对细菌进行更多的遗传工程改造，尽管其他人之前的研究显示这有可能办到。佛罗里达州的本纳博士正在尝试对一些细胞进行基因工程改造，让细胞能够自己生成非天然核苷酸。他说，如果成功的话，细胞就能自主生存下去，并且变得更加有用。

罗姆斯伯格博士及其同事采用了一个较为简便的办法。由于植物中的叶绿体可以从周围组织导入核苷酸，而其他研究人员已经找到了控制这种能力的基因，所以，斯克里普斯研究所把一个海藻基因植入大肠杆菌，让细菌可以从它们生长的培养基中吸取X和Y核苷酸。

“他们想出了一些相当聪明的办法，取得了现在的成果。”斯坦福大学的化学教授埃里克·T·库尔评论说，“很显然，非自然遗传结构有一天可以稳定地复制下去，而这一天正在到来。”endprint