從零開始人造DNA

Jef Boeke的實驗室瀰漫著不合畫風的氣味，就像是在烘焙麵包。

但其實他和同事們正在整個構造另外的東西：含有人造DNA的酵母菌。

科學家們早就可以改變DNA編碼。現在，他們重新開始了更根本的一步，從零開始打造重新設計的生命形式。Boeke是來自紐約大學的研究者，領導了4塊大陸上11個實驗室組成的國際團隊，試圖「重寫」酵母菌基因組，並在3月發布了一份詳細的計劃。

credit: 煎蛋小編&畫師樂米張

這個工作是一個大膽和富有爭議的追求的一部分，旨在創造定製DNA編碼，插入到活體細胞中，改變它們的功能，或者治療疾病。某天可能幫助賦予科學家創造完全新的生命體的影響深遠而令人不安的能力。

基因組是活體生物的完全基因編碼。Boeke說，學習如何從零開始製造基因組意味著「你可以構造完全新的事物」。

這一研究也許能揭示管控基因組結構和功能的基本隱藏規則。但也為具有新的有用特性的生命打開了大門，比如製藥廠中能排出更多藥物的微生物或者哺乳動物細胞，或者新的疫苗。Boeke稱，合適的修飾也許能使酵母菌有效產出新的生物燃料。

某些科學家想得更遠，暢想出純化水供應的樹木或者飛機場和商場中檢測爆炸物的植物。

構想中的還有重新設計人類DNA。科學家強調道，這並不是從基因上改變人類，而是將合成DNA放入細胞中，使其更好地排出製藥學蛋白質，或者改造幹細胞，使其成為實驗室培育移植到病人上的組織和器官的更安全來源。

某些人覺得重製人類DNA令人不安，科學家計劃在進行嘗試之前從倫理學家那裡得到指導。

但對於某些人，重新設計DNA仍然令人擔憂。東北大學生物倫理學家Laurie Zoloth一直在追蹤相關工作，擔心會造出「具有我們無法完全知道性質的生命體」。並且這可能會讓有些人覺得從零開始創造生命會賦予人類無根據的力量。

Zoloth在一封電子郵件中說道：「這不僅是一個科學項目，很大部分還是個倫理、道德以及神學問題。」

在病毒和細菌中已經開始了重寫DNA工作。例如，澳大利亞科學家近期宣布他們已經在實驗室中建造了寨卡病毒的基因組來更好地理解這種病毒，以便提出新的治療方式。

在哈佛大學，Jeffrey Way和Pamela Silver正在努力研發一種沙門氏菌的無害菌株，以用做疫苗，對抗沙門氏菌和大腸桿菌引起的食物中毒以及志賀氏桿菌導致的腹瀉。

一個關鍵的目標是防止由於從其他細菌中挑選DNA而造成菌株變得有害，這就要求改變基因組中30000個位置。

Way說道：「實現這一目標的唯一可行方式就是從零開始合成。」

但重新設計基因組的前沿研究則是酵母菌。酵母菌的基因組比至今所改變的病毒和細菌的基因組編碼更大更複雜。但酵母菌的基因組已經被很好地理解了，可以沒有困難地被替換為人造DNA。

但重寫酵母菌的基因組仍然是個龐大的工作。

那就像是個1200萬A、C、G以及T組成的鏈子。雖然不到人類基因組的百分之一，但仍然是個龐大的工作，以至於Boeke的實驗室和美國、澳大利亞、中國、新加坡以及英國的科學家們分割了這項工作。等到新的酵母菌基因組完成，研究者還將增加、刪除和改變一百萬DNA字母。

Boeke將基因組比作一本有很多章的書，研究者正在撰寫新的版本，一些章節使得書籍能做以前無法做的事情。

為了重新設計酵母菌DNA的詳細展開，科學家最初研究其編碼字元順序，也就是大自然的原生秘方。他們將這個順序載入電腦中，告訴電腦進行特定類別的改變。紐約大學研究員Leslie Mitchell說道，例如一種改變可能是重新排列基因的順序，使酵母菌生長得更好。

一旦做出了這種改變，新的順序就可作為生命的藍圖。將新的序列發送給一個公司，公司會製造包含這個新序列的DNA塊。然後在實驗室中將這些短塊連接起來，形成更長的鏈。

這個項目目前稱已經製造了酵母菌基因組的三分之一。Boeke希望到年底能完成剩下的部分。但他也說了，測試新的DNA並修復問題、最終結合各個塊形成完全合成的基因組會花費更長的時間(寫完程序才是剛開始，debug才是重頭戲)。

去年，Boeke和其他人宣布了另一項工作，現在被稱為基因組編寫計劃。該計劃主要專註於在10年內將製造和測試大型基因組的成本降低到原來的千分之一以下，包括人類的基因組。這一項目正尋求贊助。

同時，基因組編寫計劃的領頭人已經開始了倫理、法律和社會問題的討論。他們意識到製造人類基因組是個敏感的想法。

Boeke說道：「我們實際上能編寫人類基因組這個概念令某些人感到毛骨悚然，但同時沒有令其他人毛骨悚然。所以我們認識到這需要進行大量的討論。」

本文譯自 phys，由譯者 CliffBao 基於創作共用協議(BY-NC)發布。Malcolm Ritter

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