人造生命

长期以来，人造生命一直是生物医学界的前沿话题， 2020年美国科学家克雷格文特尔团队向世界宣布，首例人造生命——完全由人造基因控制的单细胞细菌诞生，开启了“人造细胞”的新时代。但遗憾的是，研究发现这些细胞“复制品”往往缺乏执行复杂细胞过程的能力，如主动运输。　　近日，这一难题终于取得了重大突破。美国纽约大学和芝加哥大学的科研团队联合在顶级期刊《Nature》上发表了一篇题为“Transmembrane transport in inorganic colloidal cell-mimics”的研究，他们利用人工合成材料设计了一种具有单个微孔的“无机中空微胶囊”，它可作为一种“人造细胞”，重现活细胞的基本功能，实现主动运输。　　众所周知，细胞是生物体基本的结构和功能单位，是生长、发育的基础，解析其结构和功能对于科学家理解生命与基因的奥秘具有重要意义。然而，尽管目前细胞生物学研究已经取得重大进展，但人造细胞仍有诸多问题有待解决，如活细胞的一个基本功能“主动运输”，它可以帮助活细胞从环境中吸收必要的营养物质、储存能量、并排除代谢废物，但人造细胞却缺乏这种能力。为此，在这项最新的研究中，科学家们将重点放在人造细胞的主动运输能力上。(图注：具有主动运输功能的“人造细胞”)　　那么何为主动运输呢?主动运输就是物质逆浓度梯度，在载体蛋白和能量的作用下将物质运进或运出细胞膜的过程。这个过程不仅要借助于镶嵌在细胞膜上特异性传递蛋白质分子作为载体，而且还须消耗细胞代谢所产生的能量来完成。因此，细胞膜对活细胞完成各项生命活动有重要作用。　　在这项最新的试验中，为了设计人造细胞，研究人员使用一种聚合物制作出了细胞膜替代物“红细胞大小的球形膜”，以便于控制物质进出细胞，然后他们为了模拟细胞中可进行物质交换的蛋白质通道，在球形膜上钻了一个微型孔，形成了一个纳米通道。（图注：纳米通道)　　随后，在构建“人造细胞”的前期工作准备就绪后，研究人员开始着手考虑如何为这种细胞复制品的“主动运输”过程提供动力来源。　　他们在人造细胞的纳米通道内添加了一种固体光催化剂，当被光激活时，这种催化剂会作为内部泳动泵发挥作用，通过化学反应形成一个微小的真空环境，并将周围的物质拉入细胞膜中。当停止光照时，物质被捕获，并在细胞膜内进行反应。同时这一化学反应还可以逆转，用于排泄废物。　　最后，研究人员在不同的环境中测试了这些人造细胞，将它们置于悬浮液中，同时用光激活，令人震惊的事情发生了，这些细胞可以从周围环境中捕获固体颗粒、杂质、乳液液滴和细菌。此外，还可以收集具有不同几何形状和成分的颗粒，然后将其融合在一起形成复合混合物。更重要的是，一维大于微孔直径的棒状颗粒也能有效地在细胞内运输。这个现象为我们提供了一个人造细胞用途的新思路，即可用于清理液体中的微观污染物，如净化水资源。此外，还可以给细胞装上药物，根据指令释放药物。(图注：主动运输过程)　　该研究的通讯作者、纽约大学化学副教授StefanoSacanna表示：“我们可以把这些人造细胞吃污染物的过程想象成吃豆人(PAC-MAN)视频游戏。其技术理念是将迄今为止仅限于活细胞的主动运输功能添加到人造细胞中，技术核心是在细胞内部安装可提供动力的活性元件，使其与细胞壁施加的物理限制发生协同作用，以便摄入、处理和排出异物”。　　总而言之，这项研究为构建“细胞模拟物(cellmimics)”提供了一个蓝图，其未来的潜在应用范围可从药物递送到环境科学，下一步，科研人员将探索出人造细胞的其他功能，并找到人造细胞相互“交流”的方法。但人造生命究竟是科幻还是现实?它会给我们的生活带来怎样的改变?它给人类带来的到底是福音、还是灾难还需时间去证明。

亿万富豪企业家克莱格-文特尔两年前创造了一种生命形式，他是一个争议性人物，被同事戏称为“戴斯-文特尔(Darth Venter)” 　　美国塞莱拉基因公司总裁文特尔在白宫东翼的房间宣布完成最初的人类基因组排序　 　　“人造生命”会对人类构成威胁吗 　　顶级专家呼吁，有必要建立一个体系，用来严密监督世界各地存在潜在危害的“人造生命”实验室。美国华盛顿伍德罗威尔逊中心发出警告说，目前还没办法监控肆意进行“生物合成”的实验室，所以，无法确保它们创造的东西都是安全的。 　　2010年，一名科学家把合成DNA加入到一种细菌的细胞里，创造出“新”的生命形式，“合成生物学”领域由此诞生。一名牛津大学伦理学家发出警告说，它为“可能的最强大的生化武器”敞开了大门。伍德罗威尔逊中心合成生物学项目推荐利用一种“记分卡”来确保实验室能够遵循总统委员会2010年颁布的指南。当年亿万富豪企业家克莱格-文特尔创造出世界首个人造生命形式后，该委员会的13名科学家向奥巴马总统提交了一份报告。从那以后，合成生物学领域发生了变化。那些自称“生物黑客”，并把该领域称之为“DIY生物学(DIYBio)”的狂热人士，开始进行他们自己的“合成生物学”试验项目，例如麻省理工学院毕业生凯-奥尔重新改编了大肠埃希氏菌的基因组。 　　纽约、波士顿和旧金山都成立了自由的“绅士空间(Genspace)”生物学实验室，这里为科学家提供自行进行试验的仪器，不受法规管制。上述报告建议：“随着该领域不断进步，政府应该继续评估合成生物学研究存在的特殊安全风险。”总统委员会执行理事瓦莱丽-博纳姆说：“该委员会成员在这份报告里着重强调了合成生物学保持透明度、交换意见和责任心的必要性。”为了对第一批“合成生命形式”做出响应，奥巴马总统2年前要求该委员会提交报告。亿万富豪企业家文特尔2010年首次创造出“人造生命”并将其命名为“辛西娅”Synthia)”。 　　牛津大学伦理学家朱利安-萨瓦莱斯库教授提及文特尔的发现时称：“文特尔开启了人类史上最深奥的一扇门，或许它能预见人类的命运。也许未来人们会利用它制造最强大的生化武器。现在面临的一大挑战是在确保没有虫子的情况下吃掉水果。”威尔逊中心合成生物学项目负责人大卫-雷赫斯基说：“该委员会的报告是一份地标性文件，像很多此类报告一样，它促使产生了一个框架，但是目前还没有用来追踪合成生物学进展的机制。我们的目的是确保这份报告能够促使该领域发生一些改变。” 　　威尔逊中心建议利用网络“记分卡”凸显那些不好的合成生物学项目。“8日公布的记分卡，主要用来监督总统委员会的报告提出的建议的执行情况，该报告涉及的是有关生物伦理问题的研究。”这份报告包括涉及到一系列话题的18项建议，这些话题从风险评估到职业道德教育和公众参与，可谓五花八门，应有尽有。

据香港《文汇报》报道，生物工程进入新纪元!美国克莱格.文特尔研究所一个有华人参与的研究团队宣布，在实验中制造出世界首个完全由人造基因指令控制的人造生命，使人类的能力拓展到可以操纵自然世界，将来可制造有特殊功能的生物，在生产疫苗及洁净能源等领域大派用场。 　　报道指出，由美国生物学家文特尔领导的研究团队，重塑“丝状支原体丝状亚种”(Mycoplasma mycoides)这种微生物的DNA，并将新DNA片段“黏”在一起，植入另一种山羊支原体中。新生命1个月前诞生，昵称“Synthia”(合成体)，这种微生物由蓝色细胞组成，能够生长、繁殖，细胞分裂了逾10亿次，产生一代又一代的人造生命。植入的DNA片段包含约850个基因，而人类DNA图谱上共有约2万个基因。 　　研究员建构的染色体中的基因，由108万对“字母”组成，研究员并在合成基因留下“水印”，包括46名科学家和研究员的名字、研究所的网址，以及爱尔兰作家James Joyce的名句“生存、犯错、倒下、战胜，用生命创造生命”。21日出版的《科学》杂志收录了这一研究。 　　耗时15年花费3.1亿 　　文特尔在这个项目奋斗了15年，花费了4000万美元。2008年，他率先宣布制造出合成细菌基因，但它未能操控细胞。他说：“这是首个合成细胞，这是地球上首个自我复制的物种，它的母亲是一部计算机。”他称，尽管这只是开始，但研究改变了思想，印证了假设，“带领我们跨越边界，进入一个新世界”。 　　哈佛实践伦理学教授列库斯说：“文特尔打开了人类历史的大门，窥探它的未来。他向上帝的角色迈进：创造自然界中从没存在过的生命。这种可能虽然远在未来，却是真实和意义重大。但是，所要面对的风险也是前所未有的。” 　　对于被指扮演上帝，文特尔强烈抗辩：“每当医疗或科学上发生与生物学有关的突破，都有这个说法出现，但从很早以前，人类都在尝试驯服自然，这是我们饲养动物的起源。” 　　多名研究人员和伦理学家说，它开创了前所未有的操控生命方式。多年来，科学家一直在改造DNA片段，创造出各种各样的基因工程植物和动物。但他们说，创造完整生物体的能力为人们提供了新的掌握生命权力。 　　美国罗格斯大学分子生物学家埃布赖特说，这确实是人与自然关系的一个转折点，历史上第一次有人创造了一个完整、带有预定特性的人造细胞。 　　斯坦福大学生命医学伦理中心主任马格努斯说，它有可能改变基因工程，此类研究将猛增。哈佛医学院基因学教授丘奇称，研究是一个里程碑，具潜在应用用途。 　　媲美计算机革命 　　推动生物工程的加拿大“粉红军合作组织”指出，这项研究的影响媲美“计算机革命”，文特尔创造了“演化之树的一个分支”，值得颁发诺贝尔奖。