@ 2017.08.17 , 11:00

从零开始人造DNA

Jef Boeke的实验室弥漫着不合画风的气味,就像是在烘焙面包。

但其实他和同事们正在整个构造另外的东西:含有人造DNA的酵母菌。

科学家们早就可以改变DNA编码。现在,他们重新开始了更根本的一步,从零开始打造重新设计的生命形式。Boeke是来自纽约大学的研究者,领导了4块大陆上11个实验室组成的国际团队,试图“重写”酵母菌基因组,并在3月发布了一份详细的计划。

从零开始人造DNA
credit: 煎蛋小编&画师樂米張

这个工作是一个大胆和富有争议的追求的一部分,旨在创造定制DNA编码,插入到活体细胞中,改变它们的功能,或者治疗疾病。某天可能帮助赋予科学家创造完全新的生命体的影响深远而令人不安的能力。

基因组是活体生物的完全基因编码。Boeke说,学习如何从零开始制造基因组意味着“你可以构造完全新的事物”。

这一研究也许能揭示管控基因组结构和功能的基本隐藏规则。但也为具有新的有用特性的生命打开了大门,比如制药厂中能排出更多药物的微生物或者哺乳动物细胞,或者新的疫苗。Boeke称,合适的修饰也许能使酵母菌有效产出新的生物燃料。

某些科学家想得更远,畅想出纯化水供应的树木或者飞机场和商场中检测爆炸物的植物。

构想中的还有重新设计人类DNA。科学家强调道,这并不是从基因上改变人类,而是将合成DNA放入细胞中,使其更好地排出制药学蛋白质,或者改造干细胞,使其成为实验室培育移植到病人上的组织和器官的更安全来源。

某些人觉得重制人类DNA令人不安,科学家计划在进行尝试之前从伦理学家那里得到指导。

但对于某些人,重新设计DNA仍然令人担忧。东北大学生物伦理学家Laurie Zoloth一直在追踪相关工作,担心会造出“具有我们无法完全知道性质的生命体”。并且这可能会让有些人觉得从零开始创造生命会赋予人类无根据的力量。

Zoloth在一封电子邮件中说道:“这不仅是一个科学项目,很大部分还是个伦理、道德以及神学问题。”

在病毒和细菌中已经开始了重写DNA工作。例如,澳大利亚科学家近期宣布他们已经在实验室中建造了寨卡病毒的基因组来更好地理解这种病毒,以便提出新的治疗方式。

在哈佛大学,Jeffrey Way和Pamela Silver正在努力研发一种沙门氏菌的无害菌株,以用做疫苗,对抗沙门氏菌和大肠杆菌引起的食物中毒以及志贺氏杆菌导致的腹泻。

一个关键的目标是防止由于从其他细菌中挑选DNA而造成菌株变得有害,这就要求改变基因组中30000个位置。

Way说道:“实现这一目标的唯一可行方式就是从零开始合成。”

但重新设计基因组的前沿研究则是酵母菌。酵母菌的基因组比至今所改变的病毒和细菌的基因组编码更大更复杂。但酵母菌的基因组已经被很好地理解了,可以没有困难地被替换为人造DNA。

但重写酵母菌的基因组仍然是个庞大的工作。

那就像是个1200万A、C、G以及T组成的链子。虽然不到人类基因组的百分之一,但仍然是个庞大的工作,以至于Boeke的实验室和美国、澳大利亚、中国、新加坡以及英国的科学家们分割了这项工作。等到新的酵母菌基因组完成,研究者还将增加、删除和改变一百万DNA字母。

Boeke将基因组比作一本有很多章的书,研究者正在撰写新的版本,一些章节使得书籍能做以前无法做的事情。

为了重新设计酵母菌DNA的详细展开,科学家最初研究其编码字符顺序,也就是大自然的原生秘方。他们将这个顺序载入电脑中,告诉电脑进行特定类别的改变。纽约大学研究员Leslie Mitchell说道,例如一种改变可能是重新排列基因的顺序,使酵母菌生长得更好。

一旦做出了这种改变,新的顺序就可作为生命的蓝图。将新的序列发送给一个公司,公司会制造包含这个新序列的DNA块。然后在实验室中将这些短块连接起来,形成更长的链。

这个项目目前称已经制造了酵母菌基因组的三分之一。Boeke希望到年底能完成剩下的部分。但他也说了,测试新的DNA并修复问题、最终结合各个块形成完全合成的基因组会花费更长的时间(写完程序才是刚开始,debug才是重头戏)

去年,Boeke和其他人宣布了另一项工作,现在被称为基因组编写计划。该计划主要专注于在10年内将制造和测试大型基因组的成本降低到原来的千分之一以下,包括人类的基因组。这一项目正寻求赞助。

同时,基因组编写计划的领头人已经开始了伦理、法律和社会问题的讨论。他们意识到制造人类基因组是个敏感的想法。

Boeke说道:“我们实际上能编写人类基因组这个概念令某些人感到毛骨悚然,但同时没有令其他人毛骨悚然。所以我们认识到这需要进行大量的讨论。”

本文译自 phys,由译者 CliffBao 基于创作共用协议(BY-NC)发布。Malcolm Ritter


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