制造一种生物来吃掉垃圾

　　在美国原子弹的诞生地———洛斯·阿拉莫斯国家实验室，科学家斯蒂恩·拉斯墨森凭借着500万美元的资助，开 始了他的人造生物——被称为“洛斯·阿拉莫斯虫”的原始细胞(Protocell)的研究。这不是人们早已熟悉的克隆 ，也不是通过简单的基因拼接或转移来改造现有生物，而是从零开始，用无生命的分子来制造一种这个世界从未出现的新生命 物……

　　吕静／编译

　　1987年，丹麦物理学博士斯蒂恩·拉斯墨森(SteenRasmussen)对自己的前途一片茫然。就在此 时，一位朋友递给他一张在美国召开“人造生命”会议的广告。

　　这张广告改变了拉斯默森的命运。

　　会议主办者邀请他参加在洛斯·阿拉莫斯举办的会议，拉斯默森在会上发表了关于地球上第一个基因可能何时出现的 计算机模拟成果。一年后，他在洛斯·阿拉莫斯实验室找到一份研究“自组复杂系统”的全职工作。

　　现在，拉斯默森办公室离当初召开“人造生命”会议的地方仅几步之遥。

　　18年前，“人造生命”还属于边缘学科，参加这种会议的人还是偷偷摸摸，不敢让同事知道。今天，“人造生命” 已属于前沿研究课题，全世界有100多个研究小组正在紧锣密鼓地试图破解这个难题。

　　凭借着500万美元的研究资金，2004年10月，拉斯墨森开始了自己独特的人造生物——被称为“洛斯·阿拉 莫斯虫”的原始细胞(Protocell)——的实验。在拉斯墨森看来，“洛斯·阿拉莫斯虫”是黑暗中的一线光明，因 为它主要是利用外来的化合物创造出来的，而不是像目前绝大多数研究者那样——通过基因拼接或转移来改造现有生物。

　　如果计划进展顺利，这种人造生物将具有生物的特征：例如能生育子孙、自己产生能量，甚至还会进化。

　　人造虫原理

　　通过对“生命”的理解，拉斯墨森认为，所设计的人造生物应具有以下功能：产生能量的新陈代谢；像DNA一样； 拥有存储运行指令的分子以及将所有构件保持在一起并起外壳作用的薄膜。

　　拉斯墨森从脂肪酸和人造肽核酸开始，构建“洛斯·阿拉莫斯虫”，这是比普通的细菌还小几千倍的人造生物，也比 细菌要原始得多。遗传、代谢、进化，所有这一切都放到“人造虫”这个容器里，以最简单的方式尽可能地糅合在一起，但每 一个步骤都与过去做法完全不同。

　　先说容纳。一般陆生动物的容器都是水基的，必须用一种分子的水凝胶附上一层油膜而成。细胞依靠镶嵌在膜上的一 排不同的蛋白质，将营养物质输送过膜。而洛斯·阿拉莫斯虫不同，它从一开始就是油基的，就像脂肪酸的一颗小油滴一样小 。拉斯墨森说：“不是大袋子，而是一小块香口胶把这些代谢分子和遗传物质粘合起来。代谢分子和遗传物质既可附在香口胶 表面，又可呆在内部。”

　　“容器”是比较容易，下一步要考虑的就是遗传，这也是令很多人造生物研究陷入困境的主要原因——要创造一种足 够复杂到能够携带遗传信息的分子，同时也能自我复制——这真是难中之难。

　　现有生物DNA都有一群酶的大军帮助它复制遗传信息。对于一个“人造虫”来说，这太复杂了。为此，拉斯墨森计 划利用一种叫做PNA的人造肽核酸。

　　早在20世纪90年代，肽核酸就被合成。这种人造有机体比最小的细菌还要小1000万倍，功能、形状和DNA 相似，有同样的双螺旋结构和四个碱基对，采用与DNA相同的遗传密码，但是与DNA不同的是，PNA有两种形式，一种 只溶于脂肪，另外一种亲水。拉斯墨森要利用的就是PNA的双重性。

　　在拉斯默森小组设计的“洛斯·阿拉莫斯虫”中，部分脂肪酸将被吸引到水中，另一部分脂肪酸被排斥在外。被吸收 到水中的脂肪酸将组建成分子团。这时再让“敏化剂”迁入分子团内部，嵌入人造肽核酸，“原始细胞”就这样诞生了。当原 始细胞受到光照时，化学反应可产生新的脂肪酸和肽核酸。新的脂肪酸使分子团不断成长，进而产生细胞分裂。

　　在实验室，拉斯默森演示其原始的光敏感新陈代谢能产生像口香糖一样的薄膜分子。但拉斯默森说：“仍需要观察的 是，所有这些分子在溶液中如何运作。目前最大的难题是协调PNA的复制过程与脂肪酸前体的代谢，以便使基因组的复制与 小油滴的生长同步进行。”

　　该研究小组化学家伍德鲁夫说：“如果我们知道如何做到这一点，我们应该已产生了‘生命’。”

　　但对于“洛斯·阿拉莫斯虫”——这种人造有机体是否满足生命的定义还存在争论。这取决于对生命怎样定义。为了 研究方便，洛斯阿拉莫斯实验室的科学家把生命定义为“某种拥有新陈代谢功能、通过该功能可把资源转化为能量或身体组织 、拥有基因材料及一个机体的事物。”在该定义下，他们所要研制的人造有机体就可看成是有生命的。

　　竞技场上的角逐

　　在这场百多家研究小组参与的创建人造生物竞赛中，洛斯·阿拉莫斯虫艰难领先，因为，其他一些竞争者为达到目的 采用的是更为常规的途径——通过基因拼接或转移来改造现有生物。

　　马里兰州“生物替代能源研究所”的克雷格·文特(CraigVenter)正在实验合成一种新生物，他和他的 同事们先检测一种称为M菌的全基因组，剔除掉与细菌存亡无关的不重要基因，然后将剩下的基因组合成新的最小基因组。最 后，科学家向最小基因组插入选择的一些基因，如耐热基因等，由此产生拥有新特性的新生物。

　　因为在文特的研究中，绝大部分的细胞机制都保持完整，所以，他们可能用不了几个月或几年就最有可能最先成功。 但他们制造出的这种人造生物可能与现有的生物样子差不多。

　　在哈佛大学，杰克·斯族塔克(JackSzostak)正在研究制造一种和洛斯·阿拉莫斯虫一样简单的合成生 命形式，不过他用的是与地球上现有生物更为接近的化学方法，利用一种具有特殊本领的膜包囊，囊中包含有很少的RNA和 RNA样分子：这种结构能够催化自我复制。他的研究难点在于，目前还没有人研究出一种能够仅仅复制出其自身一小段的R NA。但斯族塔克预言自己的研究成功需要10年到20年的时间。

　　两年前，科学家们意外地发现，脊髓灰质炎病毒能够在试管中的化学合成物中自动复制。由此，美国洛克菲勒大学生 物学家埃尔伯特·里勃切特得到启发，希望借助某种化学反应，制造出像活细胞一样可以自己生长的生命形式。近日，里勃切 特博士领导的研究小组宣布，他们对创造人造生命的尝试已进入实验阶段。这种人工生物叫做“囊生物反应器”，它很像某种 低级的生物细胞，组成部分来自不同的生物材料。其柔软的细胞壁由蛋清中的脂肪分子制成，而细胞构成则是从诸如大肠杆菌 之类活着的生物中得到。

　　商业前景

　　拉斯默森研究组的工作可能还需10年或20年才能完成，但一些人已经看到人造生物的商业前景。

　　拉斯默森的合作伙伴、威尼斯原生(Protolife)公司的创始人和CEO罗曼·帕克德(NormanPa ckard)，是这世界上为数不多把目光和目标投向生命本身的一个雄心勃勃的项目带头人之一。帕克德说：“这种潜力的 回报将是非常非常大的，比任何一种现有技术的出现都大。”

　　拉斯默森说：“一旦这样的有机体被制造出来，我们就可以让它们去做自然界从未见过的事情。它们可以充当构造自 我修复系统的原材料，我们也还可以为它们设计出自然界中没有的、独特的新陈代谢机制。我们可以让它们吃掉最难处理的污 染物。”

　　例如，可以把这种有机体投放到被原油污染的海水中。它们可以吃掉所有原油并把它分解成无害的成分，等海水中的 原油被消化完，它们也就随即死去；同样，这些小生物也可以被设计用来吃掉且只吃那些特定的致命病毒；生产可用作燃料的 氢等。

　　拉斯默森甚至还设想制造一种原始细胞，使其能抵御毒性极高的污染物。这种细胞能吸收高氯酸盐或钚等污染物。

　　风险随之而来

　　尽管专家们从这种新技术中看到了无穷的好处，但很多人对于它可能给人类伦理观念带来的冲击，以及人类最终可能 失去对新物种的控制等问题感到担忧。

　　美国俄勒冈州里德学院的哲学教授马克·贝多正在和研制这种人造有机体的科学家一起工作。他指出，这种有机体也 会带来包括伦理问题在内的一系列危机。贝多说：“风险来自这样一个事实：它们是人造物，但它们却是活的，它们可以从其 环境中获取材料构建起它们自身，并进行自我复制和取得进化。”

　　虽然这样的实验尚在初期阶段，但有些人，特别是那些有强烈宗教信仰的人，对某些科学家想要充当创世主的想法感 觉很不舒服。另外一些人担心安全问题——要是人造生物从实验室中逃逸出来会怎样？我们如何控制这种技术的应用呢？

　　拉斯默森也开始关注人造生物研究的安全问题。他认为，人造生物技术最终可能比现在的转基因作物还要安全。他的 “原始细胞”如果离开被设计、制造的环境，就可能夭折。他说：“这种原始细胞只有在精心控制的实验室条件下才能生存。 仅仅摇动一下装有人造生命的烧杯，这些原始细胞就会土崩瓦解。”

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