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人造生命起步

特立独行的科学“狂人”克雷格·文特,首次创造出人工生命,其影响将不亚于当年克隆羊多利问世

生物学家克雷格·文特

一位半路出家的越战老兵,竟然依靠计算机创造出新的生命。

他就是克雷格·文特(J. Craig Venter)。5月21日的美国《科学》杂志网络版发表了文特及其同事的惊人成果:在一个被掏空内核的细菌中,植入由人工合成的基因组,不久后,新的基因组取得了这个单细胞生物的控制权,从而形成了新的生命。

“当发现带有人工特征的细胞开始繁殖,我们欣喜若狂。”文特说,“它是一个活生生的物种,是这个星球上生命的一部分。”

中国科学院院士、深圳华大基因研究院理事长杨焕明用“借鸡生蛋”来形容这种创造新生命的方式。他对本刊记者表示,科学界此前有过类似尝试,而这个细菌完全可以独立生存,并且生长速度很快。“尽管是‘借鸡生蛋’,但所有蛋白质都变过来了,只是借用原来细胞中的细胞质。”

毫无疑问,从创造一个细胞,到创造一种我们熟知的动植物生命,依然非常遥远。这种以人工方式创造的新生命,在伦理和生物安全等方面也有很大争议和不确定性。

文特已经获得石油公司和制药公司几亿美元的支持。在不少人士看来,其研究成果完全可能引发一场新的工业革命。

5月27日,在美国国会举行的听证会上,民主党议员亨利·韦克斯曼(Henry Waxman)称,这意味着一个科学新时代的开端,同时也要避免研究成果被不负责任地使用。

“向一潭死水投巨石”

此前,文特曾经以一己之力,单挑由各国政府联合资助的庞大科学家团队,看谁首先破解人类基因组这部天书。如今,他又将计算机设计的生命蓝图变成现实,震撼了科学界的神经。

文特1946年生于摩门教总部所在地—美国犹他州盐湖城,但他的家庭被逐出教门。在这个美国最为循规蹈矩的城市中,文特从小就表现出特立独行的性格。

高中毕业后,文特加入美国海军陆战队,成为越南战场上美国海军医院的看护兵。他目睹美军在越南北部发起血腥攻势,而医院中伤兵的痛苦呻吟深深刺痛了曾经玩世不恭的他。

“越战彻底改变了他,”文特的前妻、分子生物学家克莱尔·弗雷泽(Claire Fraser)曾经说,“他从此明白,每一天每一分钟都必须过得有意义。”

回到美国后,文特先是在加州一所社区大学就读。六年后,他在加州大学圣迭戈分校取得生理学、药学的博士学位,到美国东部的纽约州立大学布法罗分校任教。

在布法罗期间,文特与第一任妻子、同门师姐芭芭拉(Barbara Joan Rea)离婚,迎娶了自己的学生克莱尔。这段婚姻一直维持到2005年。

1984年,他加入美国国家健康研究院(NIH)下属的神经病学研究所,负责寻找并破译人类脑细胞中某种接收肾上腺素的蛋白所包含的基因密码。

当时,还是分子生物学高速发展的早期,解码速度非常缓慢。1987年,文特读到一篇关于自动解码仪器的文章,很快成为这种仪器的最早拥有者之一,令自己的研究大大加快。

到1991年6月,文特已经识别出347个基因,而此前整个科学界的记录不过是2000个基因。但他的速度并未引来同行的赞许,因为其张扬的做派惹恼了很多人。

在一些科学家看来,文特的工作都是机器完成的,科学含量不高。诺贝尔奖获得者、号称“DNA之父”的詹姆斯·沃森(James Watson)曾经嘲讽说,文特的工作猴子都能做。

由于难以从政府申请到更多经费,文特与妻子一起离开政府研究机构,成立了自己的基因组研究所。在诺贝尔奖得主汉密尔顿·史密斯(Hamilton Smith)的帮助下,文特发明了一种读取基因序列更便捷的“散弹枪”技术。就连向来对文特不屑一顾的美国能源部和NIH最后也不得不承认,这项技术确实更胜一筹。

1998年,文特参与创办“赛莱拉”(Cerela)公司。文特宣称,将在2001年完成全部人类基因组密码的排序和组合工作,并且要为研究成果申请专利。

杨焕明对本刊记者表示,这是文特惹恼科学界的几件不那么漂亮的事情之一。因为如果申请了专利,就相当于对后来者关上大门。“他是主流中的另类,得罪人的事情做得比较多。”

文特此举实际上也是对所有使用政府经费的官方科学家的挑战,并促使欧美等国政府增加对人类基因组计划的投入,以避免赛莱拉公司可能造成的垄断。人类基因组计划负责人弗兰西斯·柯林斯(Francis Collins)后来承认,“文特向一潭死水里投了块巨石。”

2000年6月26日,时任美国总统克林顿宣布,由各国政府出资执行的“人类基因组计划”和文特完成了人类基因组排序草图。但业内人士心知肚明,官方科学家团队可以说是被文特一个人击败了。

2007年和2008年,文特两次被美国《时代》周刊选为全球最有影响力的100人之一。

“辛西娅”诞生

由于未能为人类基因组的解码成果申请专利,文特无法为塞莱拉创造价值,公司在股票市场上逐渐失宠,文特只好离开。

但从那以后,文特得到了金融界和产业界的青睐。在源源不断的资金支持下,他的胃口越来越大。

文特的一个计划是:利用人造微生物来生产氢燃料;或者让这些人造微生物从大气中吸收二氧化碳,以帮助应对气候变化。

这一计划听上去有些天方夜谭,但诺贝尔奖获得者史密斯是文特的坚定支持者。2005年6月,他们共同成立合成基因组(Synthetic)公司,致力于用人造微生物系统来生产清洁燃料和生化药物。

2009年7月,埃克森美孚石油公司也宣布一项高达6亿美元的合作计划,与文特的公司共同研发下一代生物燃料—制造一种可以吸收二氧化碳并将其转化为燃料的水藻。

而为了人工创造出细菌这种微生物,文特及其领导的克雷格·文特研究所的20来位科学家前后花费15年时间和4000万美元,才得以成功。

他们选取一种山羊蕈状支原体细菌,将它的染色体解码后,根据计算机程序,利用化学方法对其进行人工复制,而后将这条人造DNA放入另外一个被掏空内核的山羊支原体细菌内。几个小时之内,受体细菌内原有DNA的所有痕迹全部消失,人造细胞不断繁殖。新的生命诞生。

这次试验的成功之处,就在于让人工DNA占领一个没有遗传物质的细胞,然后利用细胞中的原料将这一细胞据为己有,成为一个新的生命。

文特给这个新生命起名为“辛西娅”(Synthia)。他说:“‘辛西娅’其实是一个人工合成的基因组,是第一个人工合成的细胞,也是第一种以计算机为父母的可以自我复制的生物。这基本上是一种信息处理过程的结果,我们的基因代码就是我们的软件。”

牛津大学的应用伦理学教授朱利安·萨乌雷斯古(Julian Savulescu)说:“文特正在朝着扮演上帝的方向前进—用人工的方法创造自然界从未存在过的生命。”

这一成果的推出,也说明人类已经具备根据自身意志设计生命的能力。美国哈佛大学医学院的诺贝尔奖获得者杰克·绍斯塔克(Jack Szostak)是人工生命领域的先驱之一。其研究小组的张胜龙博士对本刊记者表示,他们正研究如何在实验室再现地球上生命的起源,而生命的两个重要特征分别是,拥有可以与外界隔离又能够交换物质的细胞膜,以及可以储存和传递遗传特征的大分子。目前,科学家已经具备实现这两个条件的能力。

“人造生命”价值几何?

2007年,接受英国《新科学家》采访时,文特被问到一旦真的合成出细菌这类微生物,将会用来干什么。他回答说,今后20年,整个化学工业和大部分石油公司都要依靠合成基因组学,人类需要找到另一种方式把地球中的碳提取出来,将其燃烧,再把它释放回大气。

如今,人造细菌已经成为现实。文特说:“从理论上讲,我们可以改变生物的整个基因,去除不想要的功能,加入希望的功能,创造出新的适合工业化的有机体。在这项实验完成之前,以上设想都只是理论。”他预计,这项成果的价值超过万亿美元。

文特还与一家制药公司开始讨论,如何利用这一突破性的技术,帮助他们加快疫苗和药物的制造速度。

在5月27日的国会听证会上,这一突破引起了议员们的浓厚兴趣。共和党议员乔·巴顿(Joe Barton)开玩笑说,他乐于支持“可以使选民投票时偏向共和党”的合成基因组技术。此外,这位议员担心,新技术被用来制造人,而他喜欢的是造人的原始方式,“那样很好玩”。

文特的回答是,其研究团队目前只拿微生物做文章,根本没有能力、也不应该用这种技术去制造人。

他同时在听证会上透露,已经就此项研究申请了13项专利。

当然,文特也承认,这种技术有可能被滥用。他举例说,计算机和网络开始普及之后,计算机病毒就开始泛滥,黑客可以通过编制恶意程序来制造计算机病毒。而这种技术的成熟,完全可能导致生物黑客的兴起,一些人会利用这种技术来设计制造真正的病毒。

萨乌雷斯古说,虽然这种技术的前景还非常遥远,但却是真实和显而易见的,其危险性也同样真实和显而易见,因此需要制定新的安全标准,并防止这类技术被用于军事和恐怖主义。“它可以被用来制造最为恐怖的生物武器,对人类的挑战是,吃到苹果的时候别咬到虫子。”

目前,美国总统奥巴马已经敦促生物伦理委员会,“评估此项研究将给医学、环境、安全等领域带来的任何潜在影响、利益和风险”。

杨焕明则表示,“人造生命”的成功,将人们对生命的理解推进了一大步。人类已经从分子、细胞、组织、器官乃至生命水平的多个层次上,全面进入生物学的世纪,但中国在许多方面至今没有涉猎,应该赶上去。

他还表示,文特研究成果的重要性不亚于克隆羊多利,人类已经学会阅读基因组这本“天书”,现在已经到学会写作的时候——根据基因组序列测定的结果,重新设计基因组、细胞和生命。文特的成功等于是迈出第一步,“让我们听到了脚步声”。

本文刊载于《新世纪》周刊 2010年第22期 出版日期2010年05月31日
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