試管中的生命?合成生物學的真正前景

科學家們正接近從零開始製造生命的能力,這可能帶來好的和壞的結果

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我已經看到了未來,而未來就在現在。

當我最近聽到克雷格·文特爾(Craig Venter)的演講時,這些話再次浮現在我的腦海中,他是合成基因組學和合成生物學等新領域的領導者之一。每次我聽到關於這個主題的演講,似乎在人工操作,並最終創造生命方面,又跨越了一個新的門檻。

僅考慮一下與 J. 克雷格·文特爾研究所相關的部分進展。2003 年,其研究人員建立了噬菌體 phiX174 的合成版本。2007 年,他們透過基因組移植成功地將一種細菌轉化為另一種細菌。最近,他們開發了完全合成組裝生殖支原體細菌基因組的方法。


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現在開發的技術使 2001 年人類基因組測序的壯舉顯得史前時代。不僅測序的成本和速度的進化速度快於計算機晶片,而且在過去五年中,利用化學和生物學合成新的複雜生物體的能力也經歷了革命。嵌入合成基因序列中的指令現在可以植入外來細胞中,從而使這些細胞表達蛋白質;這些蛋白質反過來構建生命形式的新功能副本,其使用手冊在嵌入的序列中。文特爾稱這個迴圈為“創造自身硬體的軟體”。我期望很快聽到關於第一個完全人工生命形式成功創造的訊息,它是從零開始構建的,並且在科學家組裝它之前不是活的。

半導體奈米技術已被吹捧十多年,但我認為它將遜色於生物技術改變生命和社會的能力。想象一下,藉助大自然的奇蹟並設計可以執行自然界中找不到的任務的生命系統的影響,從製造汽油或吞噬二氧化碳以創造不可生物降解的塑膠建築材料的微生物,到旨在對外科手術和戰略性地作用於癌細胞的生物體。我預計在 50 年內,世界經濟將不是由計算機生成的資訊驅動,而是由生物學生成的軟體驅動。

當然,正如蜘蛛俠會說的那樣,能力越大,責任越大。駭客現在建立軟體病毒,定期停用龐大的計算機網路。隨著按需製造 DNA 序列的能力的提高,車庫式 DNA 駭客的幽靈也隨之出現,他們可能會有意或無意地透過重新建立埃博拉病毒或 1918 年流感來恐嚇世界。這些疾病生物體的基因程式碼都遠小於最近合成的生殖支原體的基因程式碼。人們還可以想象產生對現有疫苗免疫的病毒,同樣可能是無意中產生的。

有些人可能害怕可能攻擊地球上所有生命,或至少是人類生命的新生命形式的存在。這種恐懼可能是錯位的。生命已經生存了超過三十億年,因為它具有強大的生命力,幾乎沒有突變可以輕易勝過透過數百萬年的潛在病原體暴露而建立起來的防禦機制。文特爾的論點,即新出現的自然疾病比新的人工疾病構成更大的威脅,似乎相對令人信服。

然而,直到最近,對遺傳資訊的自由複製幾乎沒有制約。然而,隨著合成更復雜的生物系統的能力不斷提高,研究界已經建立了一套自願限制系統,例如,限制履行與潛在致命生物體部分相對應的基因序列的商業訂單。目前,與開發惡意合成生物學實驗室相關的技術訣竅可能超出了即使是複雜的恐怖分子網路的手段。此外,重要的是不要讓對世界末日的錯位恐懼過度限制對人類具有巨大潛在利益的科學工作。

我一直認為,除了違反普遍人類道德的研究之外,在技術應用方面,凡是能做的都會被做。我們需要做的是嚴格嘗試預測可能發生的事情,以便我們可以最大限度地減少風險並最大限度地提高收益。如果社會要跟上技術的步伐,我們需要睜大眼睛走向未來,無論多麼令人不安。

勞倫斯·M·克勞斯是地球與空間探索學院和物理系的基金會教授,也是亞利桑那州立大學起源專案的創始主任。作為多本暢銷書的作者,併為國家出版物、廣播和電視撰寫評論,他還就科學和公共政策進行廣泛的講座。克勞斯擁有獨特的殊榮,曾獲得美國三大物理學會的最高獎項。在他的業餘時間,他曾與克利夫蘭管弦樂團合作演出行星,並擔任聖丹斯電影節評委。他曾為大眾科學撰寫多篇文章和專欄文章,並擔任其顧問委員會成員。

更多作者:勞倫斯·M·克勞斯
大眾科學雜誌第 302 卷第 2 期本文最初以“試管中的生命?合成生物學的真正前景”為標題發表於大眾科學雜誌第 302 卷第 2 期(
doi:10.1038/scientificamerican022010-a2JWW8PiGEjFe3taed9WC
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