克雷格·文特:人工合成生命的时代即将到来

今天发布的是来自张朝杰的文章,题为“人工合成生命之新时代”。

张朝杰,出生和长大在河南平顶山,2006年于清华生物系大学毕业,现在在美国科罗拉多大学念研究生。喜欢生命科学,计算机技术和世界各地人文历史,尤其是中国各地的方言文化。相信多学科交叉的未来和力量,努力在自己的研究中利用另外一些其他学科中的方法或者想法,而我相信TED会是一个很好的得到新想法的途径。
email: gongchangzhaojie@yahoo.com
人人网(张朝杰,北京市,清华大学)

如果要推出20世纪生物学最重要的两件大事的话,那么“DNA双螺旋的发现”和“人类基因组计划的完成”无疑会是首选。“DNA双螺旋的发现”标志着人类破解基因密码的开始,而两位发现者——Francis CrickJames Watson则早已写入生物学教科书;而“人类基因组计划的完成”则标志着人类已经掌握了能够有效地大规模读取基因序列的能力,而在基因组计划实施过程中的一个关键人物Craig Venter则因为其行为的高度争议性,至今在学术界内仍然褒贬各半。

今天抛开Craig Venter本人的高度争议性,我想向大家介绍这位当年人类基因组计划时的传奇人物。他在TED所做的这个演讲介绍了他目前所从事的合成生物学研究。为什么合成生物学很重要呢?因为我前面已经说了,人类已经掌握了破解和阅读基因序列的能力,而接下来的应用是能够改变整个世界的,而合成生物学就是把梦想变成现实的应用科学。

Craig Venter是一个喜欢提出和解决大的生物学问题的人,所以在讲演一开始,他就抛出了两个问题:第一,什么是生命?第二,从DNA序列出发,我们能够合成生命吗?

“合成生命”有两层含义,第一层是指从已知的基因序列出发,化学合成这些基因;第二层则是,我们从DNA序列出发,设计和合成新的基因。

为了实现合成生命的目的,我们必须具备一定的技术条件。而最根本的两个要求是:第一,我们必须能够化学合成染色体——包含很多基因的功能单位;第二,我们在合成染色体之后,还要能够让它在细胞内被激活并行使其功能。

Craig Venter的团队解决了一系列的技术难题。首先,他们选用了细菌中有最小基因组的生物——生殖支原体( Mycoplasma genitalium)——作为合成模板;其次,他们能够进行有成千上万个碱基的长链DNA的合成;最后,为了进一步达到目标染色体的上百万碱基的长度要求,他们使用了具有超强断裂修复和同源重组功能的耐放射微球菌 (Deinococcus radiodurans)。在克服了这些难关之后,这个团队创下了目前DNA合成长度的纪录。

接下来的问题就是,这个合成的染色体能够工作吗?他们所使用的宿主细胞是M.Cap细胞,合成染色体上添加了能够编码绿色荧光蛋白的基因,所以当合成染色体被介导进入宿主细胞并且正常工作的话,宿主细胞就会在激光照射下发出绿色荧光;他们同时在合成染色体上添加了能够编码消化宿主染色体的限制性内切酶的基因,这样一来,合成染色体不仅能够在宿主细胞内表达,而且会反客为主,将宿主染色体完全消化,从而独占宿主细胞,这样宿主细胞就被转化成为一种完全不同的生物!

通过上面这个成功案例,Craig Venter向我们展示了合成生物学的威力和可能性。他接下来提出合成生物学将是人类面对未来人口爆炸的有力应对手段。他拿合成生物学和电子学做了比较,在电子学中,电子元件的数目远远小于生物基因组中功能元件——基因——的数目,而目前已测序的基因已经超过百万,光这些已测序的基因就为合成生物学提供了无数的可能。

比如,通过对产甲烷菌进行合成生物学的设计,Craig Venter大胆的预测,“我们可以取代整个石油化工产业!”也许那一天的到来还会很远,但是我相信他所带来的研究成果和远见已经可以让我们看到合成生物学的辉煌未来的曙光。

相关链接:

Craig Venter 简介:来自奇迹百科

《解码生命》:Craig Venter 自传

DNA与海洋:Craig Venter 2005年TED演讲中文翻译

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