人類將成造物主?生物工程師利用DNA合成器,從零開始創造有機體

2020-12-14 寰宇科學新觀察

本文參加百家號 #科學了不起# 系列徵文賽。

生物工程師正處於開發人工生物的邊緣,這項新技術將會在醫學和工業領域開闢出一片新天地

我們聽過中國古代女媧造人的傳說,也聽過北歐神話中諸神用梣木枝造成男人,用榆樹枝造成女人的傳說,還有希臘神話中普羅米修斯創造人類的傳說,這些傳說中創造人類的偉大角色都被世人所讚頌。

普羅米修斯

但是沒有人想到的是,我們人類今天也可以扮演這樣的偉大角色——沒錯,我們也可以成為「造物主」,創造新的生命。

沒有父母的零代新生物

地球上的每一種生物都有父母、祖父母、曾祖父母等等,它們代表著一個完整的血統,也就是說地球上所有的生物都有父代,都有一個共同的祖先。很快我們就能創造不存在這樣直接血統的生命形式了。

首先是人造細菌。生物工程師將利用計算機來開發一種「零代」細菌,並專門在醫藥、工業或農業中的應用量身定做。在DNA合成器的幫助下,生物工程師們將從零開始構建這些細菌的基因組,以產生人工生命形式。

這並不是指那些只改變了個別已經存在的有機體。現在,生物工程師已經能夠從零開始合成基因組,開發一個與地球上之前不存在過的有機體生物——這種生物不是進化而來的,也不是從原有的生物改造而來的,而是被創造出來的!

這種沒有父代的人工生命形式聽起來可能像科幻小說,但我們相信它們很快就會成為現實。因為創造這些生物體所需的科學技術已經具備。

技術進步

首先,我們可以借鑑幾十年來分子生物學和系統生物學研究的成果。數字資料庫已經存儲了來自廣泛生物體的超過200000個基因組序列,為我們提供了大量的分子構建參考。通過巧妙地結合或改變已知的遺傳功能,生物工程師可以開發出具有新的和有用特性的微生物。

此外,就在幾年前,從零開始合成微生物的整個基因組仍然非常耗時,這意味著一項巨大的、財政上令人望而生畏的壯舉。然而,多虧了計算機算法,今天生物工程師們可以簡化基因組,使它們更容易產生。由於技術的進步,DNA合成方法也變得更加有效。生物工程師現在能夠在矽片上快速精確地列印出DNA分子!

這些技術進步很快將使生物工程師能夠在繪圖板上繪製基因組,並將其植入人造細胞膜,從而開發出新的、有用的應用微生物。

廣泛的應用領域

這項技術能夠在很多個領域開闢新天地,特別是在醫學和生物技術製造治療劑方面。比如疫苗生產,這項技術能夠幫助醫學專家們在新的病毒爆發之前快速製造出有效的疫苗。

人造細菌就可以作為這種疫苗:可以使用基因合成技術,使細菌對人體完全無害,但在其表面攜帶病原體碎片。這種生物可以教會免疫系統有效地識別病原體並抵禦它們。這種方法明顯比傳統的、昂貴的蛋白質疫苗生產速度更快、成本更低。

人造細菌還可以作為生產用的有機體。它們將簡化活性成分的生物技術製造,並允許生產更複雜的化學品。主要以化石燃料為基礎的傳統化學生產工藝因此可以轉變為可持續的生物技術製造工藝。

人造細菌還可以用於基於細胞的診斷和治療。這方面的一個例子是這些細菌細胞檢測人體內的癌細胞,並通過產生活性物質直接攻擊癌細胞。人工細菌也可以在病人的消化道製造重要的代謝物來治療代謝紊亂。

人造細菌在農業方面也可以開闢新天地。農業目前面臨著糧食安全、可持續性和適應氣候變化等重大全球挑戰。克服這些挑戰的一個有希望的方法是開發人工土壤微生物,保護幼苗或直接從空氣中的氮生產作物肥料。

風險

除了巨大的機遇外,這項新技術還存在被濫用的風險。我們必須充分認識到這項技術可能產生的影響,並以遠見和責任感對待它。歸根結底,我們的目標應該是利用人工有機體造福於整個社會,同時將濫用的風險降到最低。

如果遠古時代真的存在女媧、北歐諸神、普羅米修斯這樣的神靈,我想他們在創造人類之前也同樣考慮到了人類對這個世界的風險和好處,但很顯然他們最終還是創造了人類。我們今天掌握了這項新技術,也面臨著同樣的問題。我們相信,我們能把這項技術用得最好,能把風險降到最低。

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