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但这对我们来说是一个令人兴奋的跨越:当我们确实可以创造出这个染色体,并且将它注入到大肠杆菌里时,大肠杆菌就开始利用这个合成基因组产生出φX174病毒颗粒,然后这个病毒又杀死了大肠杆菌。很清楚的是,这个人造的一小片DNA化学软件,现在正在建造自己的硬件。合成生物学和合成基因组学很令人兴奋的一个方面就是,它是可能的。这里有两个真实的要素或者说问题,当你想象其中的含义时也许会有更多要素或者问题。一个是,你能创造出那些大的分子吗?答案是绝对可以,我们可以创造出一整个DNA里染色体大小的高分子。当我们在思考合成的时候,我们是在思考,我们怎么在一个细胞里启动这个染色体?在这个过程中,我们最初想:“好吧,你就像一个幽灵般的细胞,只有核糖体和其他胞质成分在里面,但是缺乏染色体”。于是我们尝试了很多种办法去消除一个细菌细胞里的染色体。然后哈姆·汉密尔顿·史密斯指出:“也许我们并不需要消除它;我们只需要把这个新的染色体放进一个细胞里,当细胞分裂的时候,也许这个化学制造的染色体将会进入一个子细胞,而另一个染色体就会走其他出路。”事实上这要复杂得多。
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不久之后,我们在《科学》杂志发表了一篇关于基因组移植的论文,我们从一个物种里提纯出一个染色体,确保它完全没有任何蛋白质,然后再把这个染色体放进另一个细胞物种里。从根本上来说这就是偷换身份,因为我们放进去的这个新的染色体完全掌控了这个细胞,这个细胞完全变成了由这个新染色体支配的细胞。我们把一个抗生素选择性标记基因放进那个移植的染色体里,这样那些细胞就能用新染色体来进行选择了。关于这个选择是怎样发生的,以及为什么一个染色体可以存活下来的故事,实际上要有趣得多,并且它是进化中一个重要的组成部分,但是无须赘言,新的染色体控制了一切。所有蛋白质都向它转变,包括细胞的表型,所有东西都改变了,从一个旧物种转化为一个新物种。
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弗里曼·戴森:那需要多少代?
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克雷格·文特尔:这还不清楚。它可以在最初的一代中就发生。直到有足够的细胞让你可以看到并且做生物化学实验时,它们已经经历了数十代了。最好是做停流实验,去看看在初始阶段发生了什么。我们想用一台电子显微镜去观察是否存在这些染色体集的杂交细胞。但是我们没有发现任何杂交细胞的证据。你可以看到,为什么限制酶对细胞进化如此重要,因为物种形成过程会在吸收DNA方面碰到问题,如果不管谁拥有主导的基因组都能迅速掌控你的物种,并且把你转化为它们。在分子层面,这就是一个身份偷换。
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塞思·劳埃德:而你惊奇于,当你把它这样描述出来的时候,为什么人们会担心。我感觉我现在就开始担心了。
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罗伯特·夏皮罗:那么两个细胞在基因上有多大的差异呢?
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克雷格·文特尔:它们基本就等于是说人和老鼠之间的基因差异。它们与支原体紧密相连,事实证明,限制壁垒是主要的壁垒。日渐清楚的是,我第一次知道限制酶对进化有多么重要,因为其他DNA可以侵入并掌控整个细胞,很明显这就是你想要保护的。这就等价于限制酶是它们的免疫系统。为了在一个合理的范围内做基因组移植,我们必须克服限制壁垒。在行得通的情况下,我们移植的染色体都有一个限制酶去毁坏细胞里原有的染色体。若细胞里没有一个限制酶的染色体,就没有限制壁垒了。
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迪米特尔·萨塞洛夫:你是否感觉没必要培育一个杂交世代,让你从一代基因世代上完全跳跃到另一代上?
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克雷格·文特尔:我不知道。
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迪米特尔·萨塞洛夫:但是你是否有这样的直觉?
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克雷格·文特尔:基因表达和新的蛋白质合成可以快速发生。如果我们一直有一个新的染色体,它就会立刻开始转写,事情可以急剧发生。如果改变膜状物,它其中的物质也许会进行几次细胞分裂,经历几次基因世代。经过几个世代之后,我们就用二维凝胶给一些蛋白质做测序;每一个蛋白质都是由那个新的染色体支配的。
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基因组移植试验是合成生命的关键一步,所以在这里定义很重要。我们没有人说起过从零开始创造生命,因为那不是正在发生的事情。我们采取了两个办法:我们采用了基因组移植的方法,我们也有一个团队致力于从细胞中分离每一个蛋白质,去看看我们是否可以用染色体和一些脂质把蛋白质聚集起来,从而自发地形成细胞和生命。
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塞思·劳埃德:你是说,这不太像是开源软件,而更像是微软?微软的软件就积极反抗和其他软件一起操作。
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克雷格·文特尔:绝对是这样。不这样你就不能形成物种。
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这些事情又回到了对生命的基本定义上来了。媒体行业喜欢谈论从零开始创造生命,但是当我们创造和培育新物种时,我们并不是在从零开始创造生命。我们是在谈论核糖体,我们是在试图创造合成核糖体,从基因密码开始去建造合成核糖体。核糖体是如此美丽不凡的复杂体,你可以创造出合成核糖体,但是它们还不能完全起作用。事实上,还没有人知道怎么用合成核糖体进行蛋白质合成。但是用一个完整的核糖体开始做,这不过是欺诈,对吗?就是说,这并不是从零开始建造生命,而是依赖于数十亿年的进化。
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当从一个现成的蛋白质合成机制开始做时,我们能够创造出新的生命形式,我们可以创造出一个合成染色体,现在我们还能移植它,并培育出拥有独特性质的新物种。所以我们可以创造出人造物种,但是我们并不是从零开始创造生命。你可以启动一个系统,但是目前所有生命都是从其他生命体而来的。我们所做的事情其实不一样,因为我们只是把一个新的操作系统放入一个活体细胞里。
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如果乔治·丘奇或任何其他人这样做,甚至可以用粗蛋白成分和脂质,并且激活一个细胞,让它活动起来,从化学分子变成一个活体细胞,但这是一个很大的还未解决的观念障碍。但这也是欺诈。看看米勒-尤列实验吧,它可以在一定环境下创造出化学物质,从基本的氨基酸和核酸开始,一瞬间你就能从中获得生命物质,这可能就是从零开始创造生命了。但我不认为我们在创造生命,我们是在做新的修改后的生命形态,我们应该能够在计算机中,从电子世界进入模拟世界,而且我们有一个团队就在做这样的项目,在计算机里设计生命。
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那还是在我们可以制成合成染色体之后不久。事实上,我已经对各种赞助商说,我想要设计一个机器人,每天可以生产出一百万个染色体。因为那能使我们开辟出一块新领域,我称之为组合基因组学(Combinatorial Genomics)。我们无法回答这样貌似简单的问题:基因顺序是重要的吗?如果你扰乱同样基因的顺序,生命还会以同样的方式活动吗?我们知道,基因顺序和操作系统、操纵子都是重要的,但是在作为一个整体的基因组里,基因顺序也许不重要。这是人类基因组最大的神奇之处之一。像乙酰胆碱受体这样的多亚单位的蛋白质拥有5个亚单位,而它们的染色体都不一样。我们假设它们会在一条染色体上按顺序排列,也许只要所有部分都在那里,就是我们所需要的基因集和全部基因编目。在这次发言里,我们有很多可以进一步探讨的方向,也许我应该在这里打住了。
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约翰·布罗克曼:所有这些话题会导向何处呢?
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克雷格·文特尔:我不赞成这种娱乐的用法。谁关心鱼类里是否有绿色荧光的蛋白质?但愿这些荧光会快速退却。也许它们的重要性在于包含了生物学概念,但是还有紧迫得多的议题。
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对我来说,最大的议题是(这也是为什么我们付出了最大的努力),我们所做的事是直接指向我们自己的环境和大气层的,我们攫取了数十亿吨石油和煤,并燃烧它们,从而产生二氧化碳进入大气层。我们正在我们的星球上做一个巨大的实验,这是自有人类生命以来前所未有的。这是一个危险的实验。我们只能估计由此导致的结果,但是我们不得不采取一些潜在的解决措施。当每个人都在物理学中寻找解决之道时,我一直强调生物学将在解决方法中扮演一个主要角色。而且这就是为什么我们开办了合成基因组(Synthetic Genomics)这个公司,目的就是试图设计基因组来创造新能源。
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弗里曼·戴森:30年前我们在橡树岭国家实验室时就在做这个工作了。
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克雷格·文特尔:人们一直都在关注生物学,但他们是在寻找自然发生的有机体来做这个事。对吗?在第二次世界大战期间,那样做很有效。
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弗里曼·戴森:那时我们就很清楚,生物学是实现这个目标的正确方式。即使过了30年依旧如此。
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克雷格·文特尔:在一些美国能源部国家实验室里,一直都有人努力去寻找和利用自然的有机体去创造氢,或其他潜在的燃料,但是这种努力实质上已经陷入僵局,由于这个问题的规模,这些努力被限制住了。能源部一直在做斗争,到底生物学的重要性有多大?国会里的很多人都有一种幼稚的想法,认为只有在国立卫生研究院里才可以完成这件事。
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