定制人工生命即将诞生?

文章作者:bianji3 | 2017-12-01
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       人工生命(Artificial life,简称Alife)是在 20 世纪80 年代后期兴起的一门新兴学科。人工生命的概念是由美国圣达菲研究所的 Langton C G 教授在1987年提出来的,并把它定义为“研究具有自然生命系统行为特征的人造系统” .目前关于人工生命尚无统一的定义,不同学科背景的学者对它有着不同的理解。人工生命科学的著名学者Boden 认为:“人工生命用信息概念和计算机建模来研究一般的生命和地球上特有的生命”;而 Ray T则认为“人工生命用非生命的元素去建构生命现象以了解生物学,而不是把自然的生物体分解成各个单元,它是一种综合性方法而不是还原的方法”。

         自维勒合成尿素以来,人们已由无机物合成了极多种类的有机物,而且发现,生命所含有的所有元素在无机界都能找到。所以普通的有机物肯定不是决定性的因素。

 

  但这不能排除是某类特殊的有机物带来了生命。恩格斯就认为,“生命是蛋白体的存在方式”,是蛋白体这种特殊物质的固有属性。只要知道了蛋白体的结构,并把它合成出来,人就可以完成上帝的伟业,与此同时把生命创造出来。

      据国外媒体报道,美国斯克里普斯研究所的研究者迈出了创造人工生命的重要一步,他们培养出了一个包含天然和人工脱氧核糖核酸(DNA)的活生命体。这个新型生命体能合成全新的蛋白质。这项研究的结果发表在近日的《自然》(Nature)杂志上。

      脱氧核糖核酸又称去氧核糖核酸,是一种生物大分子,可组成遗传指令,引导生物发育与生命机能运作。主要功能是信息储存,可比喻为“蓝图”或“食谱”。其中包含的指令,是建构细胞内其他的化合物,如蛋白质与核糖核酸所需。带有蛋白质编码的DNA片段称为基因。

  该研究使科学家进一步接近在实验室中开发出“定制”的蛋白质。研究团队还表示,这项工作是安全的,而且“半合成”生命体无法在实验室以外存活。

  DNA的遗传密码是高中生物学课堂上首先教授的知识点之一。DNA分子的功能单位被称为基因,而每个基因都是由一连串单核苷酸组成,碱基的不同造就了不同的单核苷酸。DNA具有4种碱基,互相连接的碱基对构成了DNA分子中的阶梯状结构。

  几乎所有的生物都使用相同的遗传密码,DNA的遗传密码包括4个字母,分别是指腺嘌呤(A)、胞嘧啶(C)、鸟嘌呤(G)和胸腺嘧啶(T)。在此前的研究中,美国斯克里普斯研究所的化学生物学家弗洛伊德·罗姆斯伯格(Floyd Romesberg)发现,扩展天然DNA的遗传密码是有可能的。

这张未标日期的图片由美国斯克里普斯研究所提供,显示了一种能生成全新蛋白质的半合成大肠杆菌菌株。研究者在2017年11月29日报道称,他们成功扩展了生命的遗传密码子表,并利用人造DNA创造了这一菌株。  这张未标日期的图片由美国斯克里普斯研究所提供,显示了一种能生成全新蛋白质的半合成大肠杆菌菌株。研究者在2017年11月29日报道称,他们成功扩展了生命的遗传密码子表,并利用人造DNA创造了这一菌株。

  现在,DNA的“阶梯”上有了新的台阶。2014年,罗姆斯伯格等人培养出了包含两种非天然碱基(X和Y)的大肠杆菌菌株。在最近的工作中,罗姆斯伯格的团队发现,这种部分合成的大肠杆菌能从杂合的遗传密码子表中获取指令,生成新的蛋白质。

  利用4种碱基所代表的密码子, DNA能编码出构成天然蛋白质的20种氨基酸;而有了新的X碱基和Y碱基,生命体就能编码生成多达152种新的氨基酸。研究人员希望这些氨基酸能成为研发新型药物的基础。

  “我不会把它成为一种新的生命形式,但这是目前创造出来的最接近的东西了,”罗姆斯伯格说,“这是第一次有细胞能够用G、C、A和T以外的东西翻译出某种蛋白质。”

  尽管新生命体的实际变化很小,但它的意义十分重要。“对制造出来的生命而言,这是第一次改变,”罗姆斯伯格在一次电话采访中说道。这也是罗姆斯伯格在过去20年里一直努力的目标。不过,重点并不在于创造新的生命形式。

2014年,罗姆斯伯格等人培养出了包含两种非天然碱基(X和Y)的大肠杆菌菌株。2014年,罗姆斯伯格等人培养出了包含两种非天然碱基(X和Y)的大肠杆菌菌株。

       罗姆斯伯格希望能用扩展后的遗传密码子表创造出新的蛋白质,以用于疾病治疗。2014年,他创立了一家名为Synthorx的生物技术公司,致力于开发基于蛋白质的新型治疗方案。

  “有许多你想要用来作为药物的蛋白质会在肾脏中被很快清理掉,”罗姆斯伯格说道。新的技术将使科学家能将脂肪分子附着在药物上,使其在人体内停留更长时间。罗姆斯伯格也很清楚人们对半合成生命体扩散到实验室以外的担忧,但他表示,他们所采用的技术使这种情况很难发生。

  例如,天然DNA中的碱基对是通过氢原子之间的氢键互相连接,而X和Y碱基的连接则是完全不同的过程,这阻止了它们与天然碱基的意外连接。而且,由于细胞无法在不添加特定化学物质的情况产生X和Y碱基,因此半合成生命体无法在实验室以外存活。“它们无法逃脱,”罗姆斯伯格说,“不会出现‘侏罗纪公园’式的场景。”

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