他耗资4000万美元造出新细菌 又想创造新生命
他耗资4000万美元造出新细菌又想创造新生命只有当我们能够去创造生命的时候，才可能真正理解生命的本质，这也是生命科学领域研究一直想要做到的事。那么，我们该如何去创造生命？生命科学领域中的一个基本规则是“中心法则”，即遗传信息可以从DNA复制自身，同时也可以传递给RNA，并由RNA传递给蛋白质，完成遗传信息的转录和翻译过程，这个过程就是创造生命的过程。因此从理论上说，只要我们能够创造出DNA，就有可能实现人工创造生命，进而深入理解生命的本质。人类的“人造生命”发展史人造生命是指从其他生命体中提取基因，建立新的人工染色体，随后将其转入已被剔除了遗传物质的细胞中，最终由这些人工染色体控制这个细胞，发育变成新的生命体。人造生命的发展历程虽然较短，却充满着创新和突破。1953年，沃森和克里克提出了著名的DNA双螺旋结构模型，从此开启了分子生物学时代。到了20世纪70年代，赫伯特·博耶和斯坦利·科恩分别实现了限制性内切酶对双链DNA的剪切，以及质粒DNA到大肠杆菌的转入，这两项创新成果标志着基因工程的诞生。随后，桑格发明的DNA测序技术实现了DNA序列的精确“阅读”。接着，保罗·伯格和沃尔特·吉尔伯特通过开发分子克隆技术，进一步促进了重组DNA技术的发展。这些突破性的技术都为人造生命的研究奠定了重要基础。其中，2010年5月由美国生物学家克雷格·文特尔团队取得的成就标志着人造生命领域的一次重大突破。他们在实验室中通过化学合成了一整个基因组，随后将这个合成基因组植入到一个空细胞中。这个细胞随后根据植入的基因指令开始自我复制和增殖，最终形成新的细胞。尽管有些科学家持有保留意见，认为文特尔的成果只是以一个自然的、先前存在的残留细胞为基础的，并没有创造出真正的生命，但他的实验仍然证明了人造基因组可以为细胞提供动力，这为未来真正的人造生命提供了重要的启示。人造生命的科学狂人：克雷格·文特提到人造生命，就不得不提这一领域的泰斗、科学狂人——克雷格·文特。他是美国著名的生物学家和企业家，以在科学界的重大成就而闻名。他的成就包括“一人单挑六国科学家，完成人类基因组计划”和“制造新生物”，这两项工作都是震撼全世界科学界的突破。“科学狂人”克雷格·文特（图片来源：克雷格·文特研究所官网主页）20世纪90年代，由美国、英国、法国、德国、日本和中国等6个国家的顶级科学家共同参与人类基因组计划，预计花费30亿美元来完成人类基因组测序。然而，当时间和花费过半时，他们却仅完成了3%的测序工作。与此同时，克雷格·文特成立了塞莱拉基因公司，一个私营性质的基因研究机构，开发了如“霰弹枪”的新型测序技术，并迅速追上了多国合作小组的进度。后来，克雷格·文特与六国科学家合作，于2001年初成功完成了人类基因组草图。在人类基因组计划完成后，克雷格·文特很快就有了新的理想，这个理想可能是生命科学的终极目标：创造新的生命形式。克雷格·文特计划利用DNA小片段，合成新的基因组，并将其转入已经被剔除了本身基因组的细菌之中，观察这微小的细菌能否进行新陈代谢和繁殖。经过研究团队十几年不懈的努力，耗资超过4000万美元，克雷格·文特研究团队终于在2010年创造出全新的细菌。克雷格·文特认为，“这是地球上第一个，父母是电脑却可以进行自我复制的物种。”目前，克雷格·文特又展开了一系列新的研究，他把自己的游艇改装成研究船，带领团队成员远征百慕大群岛附近的马尾藻海，希望就地取材，绘制出该海域生态系统中所有微生物的基因组图谱。克雷格·文特的终极目标是利用海洋中寻找到的基因，设计出全新的生命形式。这些生命将具备捕获二氧化碳、遏制温室效应的能力，还能清理核废料，并产生大量氢原子。这项全新生命形式的发展将有望改变全球能源经济的现状。克雷格·文特的研究旅程从人类基因组测序，到人工合成细菌，再到从海洋中寻找有益基因以设计全新生命，始终贯穿一个主线：从基因到生命。无论是认识基因、合成基因，或是寻找新基因，克雷格·文特所有研究都是为创造生命绘制蓝图，最终实现人造生命的使命，回答了“科学真的可以创造生命”这一重要命题。酵母人工染色体合成的突破之路细菌和酵母分别是原核和真核生物的典型代表，能够合成这两者的基因组，就能为合成生命奠定重要的理论基础，丰富人造生命的知识储备。作为原核生物的细菌，科学家合成其基因组并创造全新的生命尚且花费了十几年的时间。那么作为真核生物的酵母，其基因组有16条染色体，合成的复杂性和难度可想而知。为此，国际上发起了酵母基因组合成计划（Sc2.0），这是人类首次尝试对真核生物的基因组进行从头设计合成，旨在重新设计并合成酿酒酵母全部16条染色体。该项目于2011年启动，由来自中国、美国、英国、新加坡、澳大利亚等国的超过200位科学家共同参与。研究人员在从头合成酵母基因组序列的过程中面临了诸多挑战。由于酵母基因组中存在大量重复序列，他们去除了转座子和重复元件，并重新编码终止密码子。同时，研究人员对基因序列进行了碱基删除、插入和替换的工作，确保合成菌株与天然菌株的表型相同的同时，也保证了基因组的稳定性。2017年《Science》封面展示的酵母基因组结构模型，其中金色代表已经完成全合成的染色体；白色代表天然染色体（图片来源：《Science》官网）根据以上原则和标准，2014年，纽约大学的JefBoeke教授领衔的研究团队成功创建出了第一条人工酵母染色体——最小的3号染色体。这一成果开启了真核生物基因组合成的先河。到2017年，Sc2.0团队完成了人工合成酵母基因组16条染色体中的5条，其中4条由中国科学家完成。具体来说，天津大学元英进院士团队负责了5号和10号染色体的合成；清华大学戴俊彪研究员团队负责12号染色体的设计合成；华大基因杨焕明院士团队负责酵母2号染色体的从头设计与全合成。到了2023年，Sc2.0计划迎来新的里程碑式突破，华大基因沈玥研究员团队完成酵母7号和13号染色体的从头设计与全合成，以及tRNA新染色体的构建。这标志着酵母的全部16条染色体的合成工作已圆满完成。此外，该团队还成功构建了一种包含50%合成DNA的酵母菌株，这种酵母菌株不仅能够活跃增殖，还展现了正常的细胞形态、长度和形状。2023年《Cell》发表文章描述了酵母染色体的整合过程：将含有不同合成染色体的酵母细胞进行杂交，在后代中寻找携带两条合成染色体的个体，经过漫长的杂交过程，科学家们逐渐将他们先前合成的所有染色体（6条完整染色体和1条染色体臂）整合到同一个细胞中（图片来源：参考文献[5]）参与酵母基因组合成计划的中国科学家代表，从左到右依次为：李炳志、戴俊彪、杨焕明、元英进、沈玥（图片来源：人民日报）人造细胞再升级：逼近真实活细胞人工合成细菌和酵母主要解决基因组合成的问题，然而活细胞执行功能主要还是依靠蛋白质。2024年4月23日，美国科学家在《自然·化学》（NatureChemistry）杂志上发表了一项最新研究成果，他们通过操纵DNA和蛋白质，创造出类似人体细胞的人造细胞，这一成果对再生医学、药物输送和诊断工具等领域具有重要意义。细胞支架是细胞内部的重要支架结...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1435038.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1435038.htm
