構(gòu)建生命

○張 蓉

將“人造生命”的概念科學(xué)地闡述并付諸實(shí)踐的人，是計算機(jī)領(lǐng)域的“鼻祖”——馮·諾依曼，他認(rèn)為，生命系統(tǒng)最重要的特征，是生命的自我復(fù)制。他和斯坦尼斯瓦夫·烏拉姆一起定義了元胞自動機(jī)的概念。

合成生物學(xué)，就是利用合成的方法來創(chuàng)造新的生物信息，比如合成蛋白質(zhì)、合成生物藥物，當(dāng)然，還有合成生命。

2010 年，克雷格·文特爾團(tuán)隊(duì)利用化學(xué)合成的方法，構(gòu)建出修改過的“絲狀支原體亞種”（Mycoplasma mycoides）的DNA，包含有901 個基因、抵抗抗生素基因和一些沒有實(shí)際功能的人造DNA，再把它導(dǎo)入受體細(xì)菌里。

文特爾為他創(chuàng)造的“人造生命結(jié)構(gòu)”起名為“辛西婭”（Synthia），意為“人造兒”。

通過類似的方法，可以合成出比細(xì)菌更復(fù)雜的真核生物的染色體。

依靠合成生物學(xué)，我們可以實(shí)現(xiàn)人造生命嗎？

2020 年，計算科學(xué)家和生物學(xué)家合作，制作出了由多細(xì)胞構(gòu)成的“生物機(jī)器人”，通過類似進(jìn)化的算法反復(fù)模擬嘗試，終于設(shè)計出了由收縮細(xì)胞和被動細(xì)胞組成的生物體結(jié)構(gòu)。因?yàn)樵技?xì)胞來自于非洲爪蟾（Xenopus laevis），這個“生物機(jī)器人”被命名為“Xenobot”。

通過計算機(jī)模擬設(shè)計，Xenobot 可以有規(guī)律地推動小顆粒前進(jìn)。

2022 年，研究者將兩層心肌細(xì)胞排布在人造小魚尾部的兩側(cè)，通過心肌細(xì)胞自主產(chǎn)生的收縮力，讓左右心肌細(xì)胞產(chǎn)生相反的作用力，小魚就可以像心臟跳動一樣，有規(guī)律地擺動尾巴。

研究者們采集了小鼠的胎腦神經(jīng)元，將人類的干細(xì)胞誘導(dǎo)成神經(jīng)元，分別將它們置于培養(yǎng)皿中，再搭建一套DishBrain——皿中之腦。

研究者訓(xùn)練這個“皿中之腦”玩一個很簡單的乒乓球小游戲“Pong”——把白色的小球打到對面去。結(jié)果令人非常滿意。

研究者們開發(fā)人造生命，除了對生命的探索之外，還可以在這個相對簡單的細(xì)胞模型上建模、推導(dǎo)，對細(xì)胞內(nèi)的生物代謝過程進(jìn)行更深入的研究，嘗試?yán)蒙飳W(xué)特性和高效的自我修復(fù)能力，來給藥物運(yùn)輸或者內(nèi)外科手術(shù)提供幫助。