首个人造生命及其“父亲”文特尔

自从人类基因组计划完成以后，生命科学进入“后基因组时代”，生物信息学、计算生物学、系统生物学以及合成生物学等崭新学科不断出现，并得到快速发展。两年前，首个“具有人造DNA的活细胞”在克雷格·文特尔（J.Craig.Venter）的研究所横空出世，该成果一经报道立即引起了科学界、哲学界的轰动，合成生物学这一新兴学科也因此再次引起了人们的高度关注。

2010年夏天的爆炸性新闻

2010年5月22日，据媒体报道称，世界第一个人造生命诞生：美国J.克雷格·文特尔研究所的研究人员在最新一期美国《科学》杂志上报告说，他们人工合成了一种名为蕈状支原体的细菌的脱氧核糖核酸（DNA），并将其植入另一个内部被掏空的、名为山羊支原体的细菌体内，植入的DNA片段包含约850个基因。新的生命由此诞生，这种新生的微生物能够生长、繁殖，并产生一代又一代的人造生命。该项目的负责人文特尔将“人造生命”起名为“辛西娅”（Synthia）,意为合成体。“‘辛西娅’是第一个人工合成的细胞，也是第一种以计算机为‘父母’，可以自我复制的生物。”文特尔表示。

回顾文特尔团队制造人造细胞的研究历程，其实这项工作早在1995年就开始了。在2007年，文特尔团队就已经掌握了在这两种支原体中进行基因组转移的技术，只不过当时的操作对象是蕈状支原体内的天然DNA。2008年2月，Venter团队又成功地合成了另一种原核生物——生殖支原体的基因组DNA。今天举世瞩目的人造细胞“辛西娅”就是将以上两种技术合二为一的结果。支原体是目前发现的最小、最简单的具有自我繁殖能力的细胞，其基因组也是原核生物中最小的，因此便于操作。

其实，嵌合体细胞应用遗传工程手段早已实现。而文特尔的“人造细胞”也只是遗传物质由人工合成，其他组分均来自于已有的生命形式。因此，一些媒体采用“首个人造生命”的说法言之过甚。相反，文特尔等人在《科学》杂志上题目为《创造由化学合成基因组控制的细菌细胞》的文章，更为严谨、客观。但是无论如何，这项孕育15年、耗资4000万美元的科技成果，毕竟是生命科学发展的一大进步，在合成生物学发展史上具有里程碑意义。

文特尔初涉人类基因研究

今年66岁的文特尔被戏称为“基因研究急先锋”、“人造生命狂人”。文特尔出生于1946年，曾应征加入美国海军医疗队参加越战，越南战场的残酷使他认识到时间和生命的宝贵，“人生的每一分钟都应该有所创新”。回国后，Venter用了6年时间先后就读于圣马特奥学院和加州大学圣迭戈分校，并在后者获得了生物化学学士学位和生理学及药理学的博士学位，从此开始了他的学术生涯。

1984年，在一个由美国能源部资助的旨在讨论日益发展的DNA重组技术的会议上，科学家们第一次讨论了人类基因组测序的应用价值。这一年，文特尔进入了美国国立卫生研究院，从事细胞表面受体研究。在这期间文特尔逐渐对基因组研究产生浓厚兴趣。1986年，《自然》杂志上报道了史密斯等发明的一种DNA序列自动分析技术，文特尔立刻与发明人取得联系。几个月后，文特尔便拥有了当时的第一台自动基因测序仪。1988年，诺贝尔生理学或医学奖得主、DNA双螺旋结构的发现者J.D.沃森着手领导美国国家人类基因组研究中心，文特尔便作为其中的一员加入了这项计划。

1990年，号称“30亿美元，30亿个碱基对”的人类基因组计划由美国能源部等正式启动，预期15年内完成对人体10万个基因的解码，绘制出人类基因组图谱。

“霰弹枪”挑战“链终止”

当时，大量的人类基因组测序工作所采用的是“链终止法”或称“末端终止法”，即先将大片段的DNA分子用限制酶切成小的片段作为PCR（聚合酶链式反应）模板，再在每组PCR体系中按一定比例掺入某种化合物，该化合物的加入将会使得DNA合成终止。经过4组反应后，各种不同大小的片段末端即可确定为某种核苷酸。再通过变性胶电泳，最终在自显影图上读出相应的DNA序列。这种方法虽然能够准确地读取特定DNA片段的序列，但该方法应用于基因组测序也存在着很多弊端，使这项跨世纪的计划不仅耗资巨大，而且需要各国大量的人力、物力的共同参与方可完成。

而参与这项工作的文特尔同样认为用这种方法，测序效率实在太低，他提出一种更为简单快捷的测序方法：将基因组打断为数百万个DNA片段，并对每个片段进行末端测序，然后应用一定算法的计算机程序将具有相同末端序列的片段重新整合拼接在一起，从而得到整个基因组序列。该方法被称为“霰弹枪测序法”。但此提议却遭到当时参与工作的研究者的一致反对。他们认为人类的染色体在端粒和着丝点处有着大量重复的序列，应用“霰弹枪测序法”进行测序时，这些高度重复的序列会导致程序计算出错误的结果。对于人类如此复杂的生命机体而言，该方法的精确性有待商榷。尽管文特尔四处游说，但仍然无法为他的这一方法获得公共资金支持，这让他颇为沮丧。

国际人类基因组计划启动8年后的1998年，在PerkinElmer公司3.3亿美元（仅是国际计划的1/10）的投资下，文特尔又建立了名为塞雷拉基因组的私立公司，正式开始自己的人类基因组计划。他坚定地采用快速但颇具风险的“霰弹枪测序法”，并声称要在3年内完成人类基因组的序列测定。此时，由政府支持的人类基因组测序工作已经花了8年时间，但仅仅测定了基因组的3%。

文特尔的“狂言”竟然兑现

虽然科学家们对文特尔的“狂言”表示怀疑，但2000年4月6日，文特尔的研究小组向全世界宣布他们已经完成了人类基因组的测序工作。然而，他们拒绝将得到的数据和全人类共享，也禁止他人自由发布或无偿使用他们得到的基因数据，而且他们已经将人类的6500个基因申请专利保护，这对于国际基因组联盟来说无疑是当头一棒。最终美国总统克林顿和英国首相布莱尔联合发表声明称人类基因组数据不允许专利保护，且必须对所有研究者公开，才使得人类基因组图谱这一全人类的财富没有变成私有。不久，国际基因组联盟也完成了人类基因组工作草图的绘制。

2000年6月26日，美国总统克林顿等六国领导人共同宣布人类基因组计划的草图完成。虽然，文特尔为基因申请专利的举动不能被接受，但也正是由于他的贡献，使得预计15年才能完成的工作，提前3年便得已

竣工。

文特尔的成功，也是他的创新点就在于计算机技术的运用：文特尔用计算机程序模拟基因定序，而不再通过手工操作测序。这样就可以将一个细胞的所有基因分成无数个DNA片段，提供给测序机“解码”。再通过相应的程序算法处理由此产生的琐碎数据，并把解读的“密码”一步步拼接成完整的基因组序列。大量工作交给计算机后，极大地提高了测序工作的效率。“传统基因技术用数十年才能完成的工程缩减到数月、数周，甚至数天完成”，就连对文特尔批评很多的诺贝尔奖得主J.D.沃森也不得不承认他的发现是“科学上的伟大

时刻”。

《自然》杂志在其专刊《人类基因组十年记》中指出，“首个单细胞生命”在文特尔手中诞生，这一历史性突破，可以说是对“人类基因组计划完成十周年”的最好纪念，同时也是进入“后基因组时代”的十年来生命科学迅速发展的最精彩的诠释。

人造生命:忧虑与前景

但是，人们对这一空前的进展也不乏忧思。“人造生命在其研究领域赢得跨时代杰作的评价，但另一方面，也引来了不少伦理方面的担忧——人类怎能扮演造物主的角色？”《经济学人》杂志封面文章预测，将来有一天，新的细菌、动物或者植物等生命体将被电脑设计，最后被人类制造出来。在某种程度上，这种创造生命的举动比第一颗原子弹爆炸更能证明人类掌控自然的能力，也隐约透出其对人类和自然造成伤害的担忧。

文特尔说，考虑到人造生命研究可能引发的忧虑，他的研究团队一直在与宾夕法尼亚大学生物伦理中心合作，并向白宫报告过此事。“我们做第一个实验前就要求做伦理评估。”他接受路透社电话采访时说。文特尔让公众不必太担心它的生化危害，因为“研究人员在培育过程中把细胞设计成离开实验室环境就无法存活的生命形式”。

而另一方面，科学家们看似在疯狂地干预生命，其实有很现实的目的。在许多生物学家看来，文特尔的“人工合成基因组”只是个验证项目，用于培育它的实验室技术将会很快被应用于其他更具商业和环保潜力的细菌种类。

事实上，多家公司已经试图在合成生物学这个新领域发掘商业产品。文特尔的美国加州生物技术研究集团与埃克森美孚集团就签订了一份价值6亿美元的合约，以帮助其制造一种可以将二氧化碳转化成燃料的

藻类。

文特尔在接受媒体采访时介绍道，他们通过一套能探测到地壳深处的新的生命形态的程序，在地下一英里（约合1.6千米）处发现了几千种通过煤炭存活，然后将煤炭转化成天然气的单细胞生物。“我们试着操纵这些小生物，看看能不能利用它们把煤转化成甲烷天然气，而不是把煤挖出来直接燃烧。

然而就算这样，二氧化碳总排量仍然在增加。所以文特尔的团队又设想了一个新方案：让二氧化碳成为新型燃料的原材料，即把芦荟的基因稍作改动，让它通过光合作用把二氧化碳变成碳氢化合物。

“就像一个个微型化工厂一样，这个工程只要有阳光和二氧化碳就能持续运转。”文特尔说。然而对一个普通生物学家来说，他的研究目的可能仅仅是一烧杯的产量，但真正要让其投入环保产业，一烧杯的产量是远远不够的。“对我们来说，如果不能扩大到十亿加仑的年产量，这个工作就毫无价值。”

“人造生命的诞生让科学家们看到了生物学的未来，它将在所有领域都成为一种强大的生产力。”文特尔把他们的创意项目比作软件工程——DNA就是软件代码。“当你改动了细胞内的软件代码，细胞变成了另一种生物。”

“这会是一个新的工业革命，用生物取代机械。”文特尔说。现在，人类所有的药品、化纤和塑料都是用石油造的，若将来能全部用二氧化碳作为原料，细胞工厂就能生产人类想要的任何东西。