人造DNA已经有了,人造基因组或许也不远

年7月,名基因学家在纽约基因组研究中心齐聚一堂,探讨酵母这种生物。酵母细胞拥有万个碱基对,是科学家试图以人工方式合成的最大基因组。

作为软件公司Autodesk生物/纳米研究团队的研究员,安德鲁·黑塞尔(AndrewHessel)受邀在会上发言。观众中有人向他提问:下一步,我们该合成哪种生物?“我当时说,看看你们周围,我们总共就这么些人,却做着世界上最前沿的基因工程。”黑塞尔回忆起当时的场景,“我们何不着眼历史,把目标设高一点,要么不做,要做就做人类基因组。”

人类基因组计划2.0的带头人之一乔治·彻奇,在年关于人类基因科学与合成生物学发展前景的演讲

这席话引发了一场小组讨论,而讨论的内容也久久萦绕着黑塞尔。过了不久,他联系上了哈佛大学颇具声望的基因学家乔治·彻奇(GeorgeChurch),看他是否有兴趣发起一项计划,而这项计划的本质,说白了就是“人类基因组计划2.0”。“于我而言,这是水到渠成之事。”黑塞尔回忆说,“我们既然能解读、分析人类基因组,就应该能编写它。”

一年之后,他当初的大胆设想变成了现实。年5月,科学家、律师和政府代表相聚哈佛,探讨人类基因组编写计划。该计划旨在以化学合成的DNA为基础,构建出完整的人类基因组。它将建立在“人类基因组计划”的基础之上,这个已经完成的计划耗资30亿美元,绘制出了人类基因组中的所有碱基对。

杰夫·博克(JefBoeke)

这场活动有两个带头人:一个是彻奇——他的实验室正在合成拥有万个碱基对的大肠杆菌基因组;另一个是纽约大学医学院基因学家杰夫·博克(JefBoeke),从事于酵母合成项目。“我们都意识到,我们对这两个基因组已经非常了解,是时候更进一步了。”彻奇说。

若能走到这一步,几小时写出大型基因组这种事也是完全有可能的。

——安德鲁·黑塞尔

会后,《科学》杂志发表了一篇文章,正式公布该小组的提议:大力推进DNA合成技术,让人工合成基因组变得更容易、速度更快、成本也更低。

目前,我们可以合成DNA短链,最多大约个碱基对,但一般的基因都有数千个碱基对。而即便是短链的合成,当前也存在效率低、成本高、速度慢的问题。但在生物学中,这个过程又不可或缺,从癌症研究,到疫苗研发,各种实验都以它为基础。对科学家而言,这就好比一台不得不用、但又极不好用的仪器。

安德鲁·黑塞尔(AndrewHessel)

人类基因组拥有多达30亿个碱基对,它们被视为该项目的终极目标。科学家计划在十年内,完全用人工合成手段,在活细胞内制造出正常运转的基因组,预计将耗资10亿美元,其成果将对现实世界产生广泛影响。

但科学家表示,就目前情形来看,它主要还是依赖合成生物学的技术进步。不过,该计划于去年5月公布后,有些人对此反应冷淡。由于主办方决定不对媒体开放,几位受邀科学家拒绝出席会议。彻奇表示,这些科学家之所以没有参加,是受到论文禁止提前发布这一规定的限制。

一些人还有更大的担忧:人工合成基因组引出了“基因专利”这个令人不安的伦理问题。还有人担心“定制版人类”和没有双亲的婴儿——基因编辑技术CRISPR也引发了同样的讨论。

美国国家卫生研究院院长弗朗西斯·柯林斯(FrancisCollins)坦言:“从读取DNA到编写DNA,这是一个顺理成章的过程。”不过他也提醒说,任何计划,只要会对现实世界产生影响,就必须“从不同角度展开广泛讨论,尤其要囊括公众这个角度。”

我们能否在实验室合成人类基因组?就连这个问题,目前都不好说,实验室外的应用就更加遥不可及了。无论如何,这一计划的潜在成果之中,没有什么东西会“像人造婴儿这般令人兴奋。”黑塞尔说:“会后的很多议论都荒诞至极,全是误传和误解,我们看看也就罢了。”

人类基因组编写计划的核心目标是改进DNA合成技术,便于写出更长链的遗传物质。DNA的合成方式如下:先用软件设计出DNA链的布局,然后实验室机器参照该模板,进行合成和组装。整套工艺目前还处在很初级的阶段,只能生产较短的DNA片段。

但黑塞尔认为,若能改进软件性能,我们就可以提高基因组设计和打印的精度,比如对酶加以利用,像人类细胞一样构建DNA。“若能走到这一步,几小时写出大型基因组这种事也是完全有可能的。”他说。

在此过程中,我们也可能合成一些小型植物和动物的基因组。这种技术有一个主要的用武之地,就是创造活细胞,用于药品测试。全基因组合成还有望降低基因编辑的成本。“基因剪刀”CRISPR实现了DNA的定点精确编辑,但如果能合成完整的基因组,就能一次性编辑数千个位点。彻奇认为,我们也许能通过此类编辑,实现基因组对多种病毒的抵抗能力。

不过在黑塞尔看来,这些不过是人类基因组编写计划的“副产品”:该计划的真正目标,是为技术进步提供基础动力,最终实现长期性的益处。“鉴于这些合成技术都呈指数级增长态势,我们应该持续推动这类进步,而不是不顾代价,盲目推进。”彻奇说。20年后,合成人类基因组的费用有望降至10万美元,而十年前,其成本估计要亿美元。

乔治·彻奇(GeorgeChurch)

未来几个月,科学家将努力让人类基因组编写计划付诸实施,而这要视经费情况而定。Autodesk已承诺投入25万美元,但主办方想在年年底前,落实0万美元的经费。

与此同时,他们将让更多的人







































白癜风能治吗
南昌治疗白癜风的医院



转载请注明:http://www.bjgongshangzhuce.com/jygn/280.html


当前时间: