人造生命

李雍麗

“在極度的不安中，我把激活生命所需要的各種儀器放在我的周圍，準備給躺在我腳下的軀體注入生命。已經(jīng)凌晨一點了，雨滴狂亂地打在窗上，蠟燭即將燃盡。突然，就在火苗臨近熄滅的微光里，我看到那具軀體睜開了渾濁昏黃的眼珠，呼吸急促，四肢痙攣地抽搐起來?！?818年，“科幻小說之母”瑪利雪萊筆下的生物學家，在一個雨夜終于組裝出了一個“人”，并激活了他的生命。

今年7月8日，英國紐卡斯爾大學的納耶尼亞教授發(fā)表論文，宣布成功地將人胚胎干細胞誘導為“人造精子”。一個多月后，美國生物學家克雷格·文特爾宣布，如果不出差池，“人造生命”年底就將誕生。

人類對于生命起源、生命的秘密始終充滿好奇。繼克隆之后，“人造生命”已經(jīng)成為人類最關(guān)注的話題。而與克隆不同的是，“人造生命”采用的是合成生物學的方法。

真的會有人工組裝的“異類”生活在我們這個世界上嗎?

人造生命重在“改造”

2001年，文特爾野心勃勃地宣布將利用人工臺成的遺傳物質(zhì)，在實驗室里制造一種在自然界不存在的新物種。2003年，他的團隊合成了噬菌體基因組。4年后，他將絲狀支原體DNA移植到山羊支原體細胞中，首次實現(xiàn)了不同細菌種類的整個基因組的替換，阿一種物種變成另一種物種。2007年10月8日，他表示已在實驗室成功地制造出一個合成的人造染色體。2009年8月21日，他再次向外界宣稱，年底或出現(xiàn)“人造生命”。

面對或許即將誕生的人造生命形態(tài)，世界充滿好奇、疑惑和擔憂。

“每個‘生命必須具備三個最基本要素，新陳代謝、遺傳，以及能夠承載起上述運行功能的實體，也就是細胞。能夠具備這些條件的就可以算作是生命體了。”中國科學院上海生命科學研究院研究員趙國屏院士告訴《瞭望東方周刊》。

他認為，文特爾所作的研究可能是將人們在試管里合成的染色體，放在細胞膜內(nèi)，并實現(xiàn)其運行、代謝、遺傳，如果做到了這一點，就可以宣稱現(xiàn)在有了一個“人造細胞”。而人造生命還可以由較低級的形態(tài)體現(xiàn)，譬如人造的病毒或類病毒，這些“生物”能夠借用現(xiàn)有的細胞去實現(xiàn)代謝和遺傳功能。而更長遠的“人造生命”目標，是要按照人的要求去改造和創(chuàng)造生命過程或生物體。在這方面人類還有很長的路要走。

“合成生物學從技術(shù)層面而言，有很強的工程性?！壁w國屏解釋說，“它以合成生命為目標，在系統(tǒng)生物學知識的指導下，以對生命過程進行設(shè)計為基礎(chǔ)，從認識、鑒定編碼生命最基本的基因和調(diào)控模塊開始，建立合成模塊等分子元件并加以準確而有效的組裝，最終創(chuàng)造出達到設(shè)計目的的新的生命系統(tǒng)。當然，它最實用的方向，并非強調(diào)從頭合成，而是強調(diào)在設(shè)計指導下的改造?！?/p>

不是為了人造“人”

“改造生命的目的是什么?不是為了像科幻電影里那樣，用機器造一個‘人出來。”趙國屏說，很多年后，當人類可以合成一個胚胎干細胞的時候，基本上就有了合成動物的能力，當然，也包括“人”。但是，其目的應(yīng)該是利用合成生物學研究認識胚胎干細胞，使之為人類健康服務(wù)；而不是在“克隆人”之后，再搞“人造人”。

他認為，目前改造生命的一個重要目的是帶動生物制造和生物轉(zhuǎn)化，其中一個重要的應(yīng)用是生物質(zhì)能源研究。

地球上，除了陽光、風和水等能源，工業(yè)化以來的人類主要使用的能源是來自石油和煤炭的化學能。就其形成過程而言，石油和煤炭的本質(zhì)都是太陽能經(jīng)由生物(光合作用)作為媒介轉(zhuǎn)化、積聚而來。

生物對太陽能轉(zhuǎn)換而來的生物質(zhì)能量的利用效率很高，然而這個能量的利用過程是分步的、緩慢和分散的(個體化的)。

“我吃一頓午飯所得到的能量就足以支持我一下午的工作，但如果用這碗飯來燒水，一杯水都燒不開，更不用說用于開車了?！壁w國屏說，“反之，能量積聚方式的不同，決定了石油和煤具有了高度濃縮的特性，可以極快地大量集中釋放。所以，當人們直接從植物淀粉或秸稈生產(chǎn)出酒精等生物質(zhì)能源時，也必須付出代價，消耗能量和時間將這些分散的物質(zhì)集聚轉(zhuǎn)化成高度濃縮的狀態(tài)。使用合成生物學開發(fā)生物能源就是希望通過改造生物，降低這種集聚轉(zhuǎn)化的成本?！?/p>

他說，即便如此，生物質(zhì)能源在未來也不大可能成為最主要的能源使用方式，能占據(jù)可替代能源10％左右的比例已經(jīng)不錯了。

除了對于生物能源的貢獻之外，人造生命在醫(yī)學、制藥、化工、材料、農(nóng)業(yè)等多個領(lǐng)域之中?，F(xiàn)今，合成生物學最為知名的服務(wù)于產(chǎn)業(yè)的實例是在酵母中產(chǎn)生青蒿酸。青蒿素，一種最有效的抗惡性瘧疾藥物，歷來是直接從植物青蒿中提取。2006年，美國科學家吉斯林成功地通過構(gòu)建了表達青蒿酸合成基因的酵母菌，又通過合成生物學設(shè)計改造，使其發(fā)酵產(chǎn)量大幅增加，有可能進入產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)。

將帶來科學革命

早在1965年，我國成功地人工合成胰島素，接著，又有人工全合成tRNA，兩者都在國際上引起轟動。

這樣突破型的科學技術(shù)，雖然形成了一定的生物試劑技術(shù)平臺和相應(yīng)的產(chǎn)業(yè)，但是其影響遠不如人工合成DNA技術(shù)。究其原因，就是因為人工合成DNA解決了合成生物學的關(guān)鍵問題——人工合成基因。

“今天，我們既要看到合成生物學的科學意義，更要看到其工程技術(shù)意義，還要看到它的產(chǎn)業(yè)意義。舉例來說，過去，人們一般在體外改造抗生索，而有了合成生物學，我們就可以實現(xiàn)抗生素在微生物體內(nèi)改造，甚至設(shè)計生產(chǎn)一些以前沒有的化臺物，為人類服務(wù)。”

合成生物學“改造”的特點，令人產(chǎn)生浪漫想象——是不是有可能給每個人背上都接種上葉綠索，自身進行光合作用制造能量養(yǎng)活自己呢?

趙國屏講了這樣一個故事：假如確有這樣一個人，到了火星上，發(fā)現(xiàn)食物不夠，必須靠身上的葉綠素，利用太陽光來獲得能量，他立即覺得能吸收太陽光的面積太少了，于是就長了很多手，以增大體表面積；之后又發(fā)現(xiàn)光合作用必須的水吸得不夠，于是就長了很多條腿去吸水——這時，他發(fā)現(xiàn)自己變成了一棵樹，再也不具備動物行動自如獲取食物的能力了。

“任何改造都必須基于自然規(guī)律，不能超越自然規(guī)律。”這是他的結(jié)論。

合成生物學的“改造”，或許將影響人們的健康生活。

趙國屏對未來40年合成生物學進入中國百姓生活進行了一番想象：“它將逐步在工業(yè)上被成熟應(yīng)用，由此影響能源、材料和化學品(包括藥物)的研究和開發(fā)；將有力影響對植物和動物生命過程規(guī)律的研究，特別是在干細胞研究中發(fā)揮重要作用，影響人類的健康事業(yè)；還可能改變農(nóng)業(yè)和生態(tài)環(huán)境工程的技術(shù)能力，保護人類的生存環(huán)境。合成生物學還是人類攻克生命起源和生物進化等根本性難題的最有效武器之一。從這些意義上說，未來合成生物學帶給人類的，將是一個實實在在的科學革命?！?/p>