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今天，科學家宣佈他們已經從頭開始構建了一個細菌基因組，這朝著創造完全合成的生命形式邁進了一步——由人類設計和建造的活細胞，用於執行各種任務，從製造生物燃料到封存二氧化碳。
位於馬里蘭州羅克維爾的 J. Craig Venter 研究所 (JCVI) 的研究人員在《科學》雜誌的線上版上報告說，他們拼湊了生殖支原體 (Mycoplasma genitalium) 的基因，這是一種可以在實驗室中培養的最小的自由生活細菌，也是尿路感染的常見罪魁禍首。
主要作者丹尼爾·吉布森透過電子郵件告訴 ScientificAmerican.com，“582,970 個鹼基對的 M. genitalium 細菌基因組是在實驗室中合成的最大的化學定義結構。”（鹼基對是互補連線的核苷酸鹼基，例如腺嘌呤-胸腺嘧啶。）
加利福尼亞大學舊金山分校的生物工程助理教授克里斯托弗·沃伊特補充說：“這是第一次化學合成出細菌大小的基因組，其長度大約是之前合成的 [任何 DNA 分子] 的 20 倍。” 他沒有參與這項研究。
由諾貝爾獎獲得者漢密爾頓·史密斯領導的研究小組，從美國和德國的商業 DNA 合成公司訂購了短鏈的遺傳密碼，並使用標準的分子生物學技術將其縫合成越來越長的鏈。為了組裝最大的 DNA 片段，他們將它們插入酵母細胞中，並利用酵母用於修復受損 DNA 的一種稱為“同源重組”的自然過程。實驗的最終產物相當於天然存在的 M. genitalium 遺傳密碼，但有兩個小的例外：科學家們停用了使該細菌能夠感染人類細胞的基因，並且他們添加了一些“水印”，即標識該產品為人造的短的特徵遺傳密碼條。
吉布森說：“這完成了建立合成生物的三步過程的第二步。”第一步發生在去年夏天，當時 JCVI 的科學家透過 DNA 移植將一種細菌轉化為另一種細菌，透過用另一種細菌的遺傳密碼浸漬它來改變一種細菌的身份。第二步，構建合成細菌基因組，現在已經透過這項研究完成。最後一步將涉及將合成基因組插入細胞並使其復活；吉布森說，以這個目標為目的的實驗目前正在進行中。
“我們想強調，我們尚未啟動合成染色體，”JCVI 創始人克雷格·文特在今天上午與記者的電話會議中說。這位生物學家解釋說，有多個步驟必須克服，但“我們相信它們可以被克服”。
紐約州長島石溪大學的分子生物學家埃卡德·維默說：“最終的步驟是證明他們合成的東西具有生物活性。” 他領導了合成脊髓灰質炎的努力，這是第一個合成的病毒。“不幸的是，這裡缺少這個非常關鍵的點。”
如果研究人員成功地創造出他們的合成細菌，他們將更接近於構想可以用來緩解社會最大問題的人工生物，其中包括氣候變化和對化石燃料的過度依賴。文特的研究團隊屬於一群從事合成生物學的科學家，這是一門新興學科，旨在利用生命的原材料（有機化學物質）和自然的藍圖（遺傳密碼）來設計和構建生物。合成生物學家還起草他們自己的藍圖，設計自然界從未想象過的遺傳序列；其想法是為生物創造新的功能。製造藥物、大量生產廉價生物燃料、清除汙染物和石油洩漏或侵入並摧毀癌細胞的人造微生物可能只需一二十年即可實現。
文特的團隊正試圖建立一個完全合成的、僅包含最重要基因的 M. genitalium 簡化版本。其目標是使用這種生物作為底盤，可以在其中新增新的基因——也許是那些能使細菌具有紡絲、檢測毒素或製造藥物能力的基因。可能性似乎是無窮無盡的，儘管並非一切都是美好的。
批評人士指出，恐怖分子或流氓國家可以使用相同的合成生物學技術來改造產生神經毒素的細菌，或者可能是對疫苗和抗病毒藥物具有抵抗力的致命流感病毒。該領域的領導者認識到意外和故意濫用的可能性，並已開始解決這個問題。10 月，JCVI、戰略與國際研究中心和麻省理工學院的成員釋出了一份報告，提供了關於監督的政策選擇，一些領先的合成生物學家在同行評審期刊上發表了關於此事的論文。
在看待潛在應用時，並非所有人都同意製造這些有前景的生物的最佳策略。馬薩諸塞州劍橋市哈佛醫學院的遺傳學家、李珀計算遺傳學中心主任喬治·丘奇指出，最簡潔的細菌不一定是最好的。“簡單性被高估了。大腸桿菌，連同其所有所謂的垃圾 DNA，都比 支原體 更有效率，”他說，並指出 大腸桿菌 的基因組大約大八倍，但生長速度快約 50 倍。
加利福尼亞州聖卡洛斯市的一家名為 LS9, Inc. 的公司已經利用了 大腸桿菌 的生產力，改造了這種細菌以大量生產 DesignerBiofuels，“一種燃料系列，其特性與汽油、柴油和噴氣燃料的特性無法區分”，據該公司網站稱。LS9 沒有從頭重建 大腸桿菌，而是從自然界中獲取了這種生物，並透過插入合成 DNA 片段對其進行了改造，丘奇指出，這種方法的成本要低得多，並且易於擴大工業規模。
無論哪種方法產生的回報最高，合成生物學無疑都在快速發展。在過去的幾年中，DNA 合成技術變得更快、更便宜，並且更多人可以獲得。根據沃伊特的說法，從商業公司訂購 DNA 已經像訂購披薩一樣容易，他預測在未來的幾十年裡，科學家將能夠製造出更大的 DNA 片段：酵母、動物甚至人類的合成基因組。