重大突破：用人工DNA制造活細胞取得成功

今年5月，美國科學家表示，在改變生命的基本字母表方面，他們已經邁出了重大一步——第一次用含有人工遺傳密碼的DNA生成了有機體。在這個成果的基礎上，科學家有望最終培養一些有機體，用它們來制作僅含自然遺傳密碼的細胞所無法制作的藥物或工業品。

這項研究是斯克里普斯研究院的科學家們開展的，他們已經組建了一家公司，希望使用這種技術來開發新的抗生素、疫苗等產品，雖然在這些技術變得真正可行之前，還有很多工作要做。

該項研究也在某種程度上支持了這樣一個假說：宇宙的其他地方可能有生命存在，它們的遺傳方式與地球上的不同。

“這是第一次有了一個活的細胞，可以使用‘外來遺傳字母表。”佛羅里達州蓋恩斯維爾城的應用分子進化基金會研究所的史蒂芬·A·本納說。他也是該領域的研究人員，但沒有參與這項新研究。

在《自然》（Nature）雜志網站上發表的這項研究，勢必會引發人們對遺傳安全性的擔憂，并且帶來“人類是否正在扮演上帝”的問題。這篇論文發表后，要求對這個科學領域加強監管的呼聲可能會趨于強烈。該領域名為合成生物學，涉及為特定目的創建生物系統，目前還處于萌芽狀態。

“假以時日，這種前所有未的‘外來生命形式可能會在倫理、法律和監管方面產生深遠影響。”加拿大權益倡導組織ETC集團的吉姆·托馬斯在一封電子郵件中說，“這個領域正在風起云涌，合成生物學家發明了玩弄生命基本元素的新方法，而政府連監督、評估、監管該領域的基本對策都還沒有準備好。”

盡管地球上的生命千差萬別，但是，從簡單的細菌到人類，所有物種使用的遺傳密碼都是相同的，它由DNA中的四個化學單位組成。這些化學單位有時也被稱為核苷酸或堿基，通常用字母A、C、G和T來表示，它們決定了細胞生成哪些蛋白質。而這些蛋白質又反過來完成細胞在機體組織和器官的結構、功能和調節方面需要進行的絕大部分工作。

斯克里普斯研究院的研究人員使用化學方法，生成了兩個新的核苷酸，被稱為X和Y。他們把一組X、Y導入常見的大腸桿菌中。結果細菌可以正常地復制，雖然速度比平常稍慢一點，但確實可以像復制天然的核苷酸一樣復制X和Y。因此，這個細菌的遺傳密碼有六個“字母”，而不是原來的四個，而細菌生成的新的蛋白質，可能會以完全不同于自然生成的蛋白質的方式發揮作用。

“這就如同你有一種語言，擁有一定數目的字母，你想再添加一些‘字母，以便寫出更多的詞，講述更多的故事。”斯克里普斯研究所的化學家弗洛伊德·E·羅姆斯伯格說。他是這項研究的負責人。

羅姆斯伯格博士說，人們不用擔心新生物失控并造成危害，他表示這項技術是安全的，因為合成的核苷酸被導入到了細菌中。如果這些細菌逃逸到了環境中，或者進入某種生物體內，它們將無法獲得合成活動所需的原料，因此，要么死亡，要么恢復到只使用天然DNA的狀態。

“永遠不會有別的東西被感染，”他說。這也是他參與創辦的Synthorx公司正在考慮采用該技術來培養一些病毒或細菌，讓它們成為活疫苗的一個原因。活疫苗進入血液之后，可能會誘發免疫反應，但卻不會復制。

擴大后的遺傳“字母表”的一個可能用途是讓細胞生成新型蛋白質。蛋白質是由氨基酸串在一起形成的，DNA中三個核苷酸的組合方式，確定了氨基酸的種類。細胞根據這些指令，把氨基酸串在一起，從而形成蛋白質。除了極少數例外情況，生命體只使用20種氨基酸。但也有很多氨基酸，如果用在蛋白質中可能會產生新的功能。Ambrx公司正在嘗試把新的氨基酸導入某些蛋白質，這些蛋白質可被用在制藥領域，讓藥物更加有效地殺滅腫瘤，或者使有效成分在血液中停留的時間更長。

《自然》那篇文章提到的細菌，每一個中只有一對XY核苷酸。目前還不知道一個細胞里能不能含有很多對這樣的XY核苷酸。也不清楚細菌攜帶這種外來遺傳密碼能夠生存多久。文章提到，在15小時里，只完成了大約24次復制。

最重要的是，研究人員還沒有證實，人工核苷酸可以真的被細胞用來生成蛋白質。那需要對細菌進行更多的遺傳工程改造，盡管其他人之前的研究顯示這有可能辦到。佛羅里達州的本納博士正在嘗試對一些細胞進行基因工程改造，讓細胞能夠自己生成非天然核苷酸。他說，如果成功的話，細胞就能自主生存下去，并且變得更加有用。

羅姆斯伯格博士及其同事采用了一個較為簡便的辦法。由于植物中的葉綠體可以從周圍組織導入核苷酸，而其他研究人員已經找到了控制這種能力的基因，所以，斯克里普斯研究所把一個海藻基因植入大腸桿菌，讓細菌可以從它們生長的培養基中吸取X和Y核苷酸。

“他們想出了一些相當聰明的辦法，取得了現在的成果。”斯坦福大學的化學教授埃里克·T·庫爾評論說，“很顯然，非自然遺傳結構有一天可以穩定地復制下去，而這一天正在到來。”endprint