王雪松国防科技大学 国防科技大学理学院教授张东裔为您讲述—— 合成生物学:再造生命的奇迹

解放军报记者 王握文 通讯员 游正凡 柳 珑

国防科技大学理学院教授张东裔为您讲述—— 合成生物学:再造生命的奇迹

●它可扮演上帝创造生命的角色,成为设计生命基础工具 ●它为人类健康带来福音,成为建设美好生活重要创造者 ●它将推动军事科学发展,成为未来战争不可忽视的力量

科技装备

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据外电披露,4月1日,美国国防部先进研究项目局诞生了一个新机构:生物技术办公室(BTO),其重点研究方向,是利用生命系统的合成能力,研发比传统先进的化学手段还要优越的新技术,构造具有全新功能生物科学系统,从而为国家安全提供强有力的科技支持。

这一信息的披露,再一次将世人的目光投向了一个全新研究领域——合成生物学。现在,就让我们随同专家一起来揭开其神秘的面纱。

重新设计生命的工具

可能有人会问,地球上所有的生命都是亿万年进化的产物,是通过自然选择雕琢出来的杰作,何须再对它们重新设计呢?

事实也是如此,基因作为生物进化的物质基础和主体,几乎无可挑剔。但是,人类需要的绝不仅仅是维持一个繁荣的生物圈,正如恩格斯关于人和动物区别的论述——“人和动物最大的区别是制造并使用工具”,而要将生命系统转变为一个具有无限潜力的工具,就得依靠合成生物学与合成生物技术来实现。

合成的生命系统到底如何造福人类呢?我们举个现实例子。疟疾,是一种顽固的热带流行病,至今仍在各大洲肆虐。在治疟过程中,中国科学家发现了一种能够治疗疟疾的青蒿素,被人们特别是非洲人称为“中国神药”。2006年,美国科学家将整个青蒿酸的代谢系统相关基因在酵母菌中重新构建,使其具备了合成青蒿酸能力,大幅提高了青蒿素的生产能力,显著降低了成本。

试想,如果我们能够运用神奇的合成生物学技术,有针对性地对生命尤其是单细胞生命进行重新设计和构建,不仅有机会获得更多“神药”,呵护人类的健康,而且能让人的生命系统具备更加多样的能力。

创造人工生命的曙光

2010年,著名学术期刊《科学》杂志公布了世界上首例合成生命“辛西娅”。美国生物学家通过10多年的研究和探索,成功地将蕈状支原体的基因组,“拷贝”到了被挖空的山羊支原体细胞内,并让它重新活了过来。这就是世界上第一个完全由人工合成的生物——“辛西娅”。

辛西娅的诞生,是人类创造的生命吗?或者说,人类已经具备创造生命的能力了吗?对此,科学家并不支持这样的观点,他们认为,辛西娅只能称为人类合成的生命,而不是创造的生命,这里面的区别就在于是否“原创”。如果将它与文学创作做一个类比,合成的辛西娅只是将别人的作品抄了一遍,并在里面做了标记,并不属于原创。因此,也就谈不上是创造了一个生命。

即便这样,辛西娅的诞生,还是轰动了世界,毕竟她是地球上一个全新的生命,拥有的是人工赋予的遗传物质。有学者指出,在人类史中,人们第一次利用最基本的建筑材料,从一个个字母开始,掌握了书写生命的密码,已经可以复制出人工生命了。同时可以预见,未来以基因为基本砖块搭建“高楼大厦”的日子指日可待。合成生物学将达到最高境界——创造新的人工生命。

影响未来战争的利器

新的技术发明总是能在战争中找到合适的位置,合成生物学技术在军事领域的应用潜力同样受到了密切关注。

蜘蛛织网,蜘蛛丝的良好弹性,早已引起了人们对军事防护材料的兴趣,如果让每一名将士都穿上蜘蛛丝的“软猬甲”,目前还只能是科幻。不过,这一异想天开的想法,已有了实质性的进展,国外科学家运用合成生物学的原理,在微生物中合成了蛛丝蛋白,使蛛丝蛋白进行规模化生产成为可能,也表明新生命系统的设计与构建在军事上应用是完全可行的。

2011年6月,美国防部高级研究计划局宣布了“生物铸造”项目,目的在于将标准化的生命元件组装为全新的工程微生物,再用来实现各种具有军事应用潜力的生物功能。他们认为,这一技术有助于通过生物系统获得“新材料、新能力、能源和药物”。如通过微生物的合成生物学改造,可使微生物能产生生物柴油,用于车辆、军舰甚至飞机燃料供应,从而有效改善能源结构。

专家指出,军事应用需求将孕育新突破:一是构建新的代谢系统,实现特殊物质的生物合成;二是构建新的生物信号系统,满足高效传感和探测的需求;三是构建新的优势物种,来调节、控制微生物群落,实现战场环境有害因素治理,以及对有利因素最大化利用。所以,合成生物学发展,将是未来战场上不可忽视的新生力量。

探寻奥秘

让生命灵活设计

合成生物学,一个陌生而又熟悉的名字。如果套用当下的一句流行用语,它是一个“低调奢华有内涵”的学科名称。这是因为,它已悄无声息地蔓延到各个学科领域,扮演着上帝创造生命的重要角色。

作为21世纪刚刚出现的一个生物科学分支学科,它与传统生物学从上而下通过层层解剖和解析生命体、来研究其内在构造的办法相反,它是将生命尤其是单细胞生命,视为执行生理功能的零部件,自下而上地通过组装后重新构建新的生命体系。

它也不同于基因工程把一个物种的基因延续、改变并转移至另一物种的做法,其目的在于通过组装各种生命部件来从头建立人工生物体系,让这些部件像电路中的元器件一样,在生物体内运行,使生物体能按预先设计的方式来完成各种生物学功能。

合成生物学的最高境界,是灵活设计和改造生命,重塑生命体。科学家可以凭借最前沿的生物技术,重新设计和合成人工的基因组,甚至有可能创造出新的物种,或者说可以创造新的生命,实现神奇的生命创造新功能。