点击显示 收起
近日,英国《卫报》报道,美国洛克菲勒J. Craig Venter研究所的Craig Venter等将人工合成的染色体植入了细菌细胞,得到表达人工染色体的新支原体,他们将其命名为实验室支原体(Mycoplasma laboratorium)。此前不久, 该实验室Lartigue等将一种支原体的基因组全部替换为来源于另一支原体的DNA(Science 2007,317:632)。现在进一步移植人工染色体,并宣称其成果为“人工生命体”。
据悉,该研究负责人Venter在美国学界素以“科学怪人(Bad boy of Science)”闻名。他不久前因为公布自己的全部基因组图谱而红极一时(PLos Biol 2007,5:e254)。一个月后,Venter等宣称利用实验室现有资源制造出了新的生命形态,又引起学界和舆论的高度关注。然而,在研究者大力宣扬该成果的意义时,其他学者和生物伦理学组织纷纷提出异议。
供体基因组移植入受体细胞
不久前,研究者将丝状支原体丝状亚种(M. mycoides)LC型的全部基因组DNA(不含任何蛋白质)植入山羊支原体(M. capricolum)细胞中,得出的新细胞完全表达LC的基因,而不表达受体细胞基因。
研究者选用支原体为实验对象,因为其基因组只含约100万个碱基对,易于操作。而且,支原体没有细胞壁,有利于DNA注射。此外,在M.mycoides的基因组中含有抗四环素基因,这有助于研究者系统化筛选基因组“移植”成功的菌株。
研究者用酶处理M. mycoides的细胞壁等成分,分离出供体DNA。并在含有PEG缓冲液的条件下培养供体基因组和受体细菌细胞,促进DNA转移。并用四环素筛选DNA转移成功的菌株。
3天后,研究者用DNA印迹(Southern blot)检测发现,培养后筛选出的菌株与供体细胞的基因完全相同。新合成的菌株甚至表达了M. mycoides特异的表面抗原和细胞蛋白。
Venter推测, M. mycoides的DNA转入M. capricolum后细胞后,两种支原体的基因组通过细胞分裂分别进入不同的子代细胞,经过四环素的选择,只有携带抗四环素基因,即含M. mycoides基因组的细胞存活了下来。
人工基因组植入细菌细胞
此次Venter等利用实验室原料合成的染色体含381个基因,长度达58万对碱基对。研究者根据生殖道支原体(Mycoplasma genitalium)的DNA序列,去除了不含遗传信息的1/5序列,重建出了新的DNA序列和染色体。研究者将这个新的染色体命名为实验室支原体(Mycoplasma laboratorium)并在其中做出标记,以方便辨认。
研究者将这个染色体移植入活细菌细胞,他们希望这个染色体能够控制细胞,并且成为新的生命形式。由于此前实验顺利,研究者对这次的结果也充满希望。
制造新物种or组装汽车元件
研究者Venter认为,虽然细胞并非由人类合成,但是控制该细胞复制和代谢机制的染色体是完全人工的,因此,这个新生命将被认为是由人类“制造”的。
该研究证实了DNA可独立“建造”细胞,不需要其他蛋白的参与。但他表示,将这个技术应用于其他高等生物仍需时日。因为即使是简单的细菌细胞,也有其特异性的酶用来防御入侵的DNA。因此,向任何一种细菌中植入外源性DNA都需要了解这种细菌的独特防御机制,并没有统一的方法。但他乐观地表示,以后制造出的新菌株将可能用于生物能源,例如吸收多余的二氧化碳,或者是提供来源于糖的能源物质。
然而美国麻省理工大学的George Church对这样的成果并不看重。他说,这样的技术有何应用价值还不明确。虽然Venter等称这样的成果将能够在生物能源领域应用,但Church认为,应用这个成果并不能提供通过其他方式不能提供的生物能源。
英国剑桥大学生物化学系细胞信号转导专家Nick Gay更在《卫报》上撰文,将Venter等“制造新生物”比喻为组装汽车元件。他指出,Venter等的工作是建立在其他很多科学家的研究成果之上的。完成这样一个实验,需要明白DNA复制、遗传信息转录、翻译到蛋白质合成的很多步骤。还需要了解化学合成核酸的方法。Venter等并非这些方法的发现或贡献者。他们的工作只是利用这些现有的技术“装配”出了一个人工生命体。这个生命体不会对人类的生命科学研究带来任何贡献。
Gay认为,那些伟大的科学成果都有一个共同点,就是为人们在某方面打开了一个全新的认识领域。前不久获得诺贝尔生理学或医学奖的三位科学家就是个生动的例子。他们的发现让人们对细胞和发育生物学有了全新的认识,也为一些疾病找到了新的疗法。相比之下,Venter等的“人工生命”显然不属于“伟大科学成果”这一行列。
此外,一些生物伦理组织的成员认为这样的研究可能为人类带来隐患。加拿大生物伦理组织ETC集团负责人Pat Mooney说,如果这些研究被用来制造生物武器,对人类将是巨大的威胁。