「生命之書」之 創作篇
人工合成生命始終是研究者在探索生命奧秘過程中一個不滅的夢想。
早在1828年，德國化學家維勒就在實驗室中利用氰酸銨合成了尿素，首次證明人類可以在實驗室里利用簡單的無機分子合成源自生物體內的有機化合物。上世紀60年代，中國科學家在世界上首次人工合成了第一個具有生物活性的蛋白質——由51個胺基酸組成的牛胰島素；1981年又在世界上首次人工合成了具有生物活性的多核苷酸鏈——由76個核苷酸組成的酵母丙氨酸轉移核糖核酸（酵母tRNAAla）。
隨著科學技術的發展，近年來研究者在實驗室合成生命的能力也在顯著提高，他們甚至試圖創作出自然界中不存在的「生命之書」。
試管里合成生命
人類基因組計劃將出「編寫版」
2010年5月，美國生物學家文特爾發布了世界上首個「人造生命」——科學家依據一種最簡單的細菌基因組序列信息，首次全人工化學合成了這個完整的、長度超過100萬個鹼基的基因組。而且，含有這一人造基因組的人工細菌能夠展現出相應的生命活動。
不久前，美國和中國等多國科學家聯合發起的「合成酵母基因組計劃」，提出了一個更為宏大的目標——把擁有大約2400萬個鹼基的酵母細胞基因組序列用化學合成的方式複製出來，目前這個項目進展估計已經過半。
上世紀90年代啟動的「人類基因組計劃」的目標，是把人類自身這部由30億個鹼基構成的「天書」通過測序技術完整地「閱讀」一遍。它的實施，為生命科學和醫學帶來了革命性變化。2016年5月，百餘位專家學者提出，要把人類基因組這部「天書」用化學合成的方式在試管里「寫」出來，稱為「人類基因組計劃——編寫版」（HGPWrite）。可以想見，一旦HGP-Write正式實施，必將對人類認識和控制自身帶來更為深遠的影響和意義。
設計和改造生命
按照人的意願進行全新創作
研究者的腳步並沒有停留在按照自然界已有的「生命之書」進行複製，而是開始按照人的意願來創作全新的「生命之書」。
例如，美國生物學家文特爾在其化學全合成的首個「人造生命」上進行了設計和改造，把他認為冗餘的或非必需的基因「句子」從該基因組上刪除，化學合成了一個比原基因組鹼基序列少了一半的「微型細菌基因組」。而含有這個微型基因組的細胞，其自我繁殖的速度比具有全長基因組序列的細胞快了近五倍。
自然狀態下的「生命之書」通常擁有64個「單詞」——遺傳密碼子，用來指導20種天然胺基酸合成蛋白質，其中有一些密碼子是冗餘的，稱為「同義密碼子」。2019年，英國科學家發布了一個「人造」大腸桿菌，它含有一個人工設計並化學合成的人造大腸桿菌基因組，其中全新設計併合成的人工基因「句子」大約包含400萬個鹼基對；在這些人工設計的基因里，只保留了61個遺傳密碼子，刪除了3個同義密碼子，這些改造過的基因序列仍然可以製造出正常的蛋白質。
研究者不僅試著修改基因「句子」和密碼「單詞」，還在鹼基「字母」上做起了文章。2014年，美國研究者宣布他們在大腸桿菌的DNA序列里加入了兩種非天然鹼基——dNaM和dTPT3，這兩個鹼基也能夠在體內通過複製的方式傳遞信息。而在2017年的論文裡，這些研究者進一步證明，這兩個插入到天然基因序列里的非天然鹼基，同樣能夠在蛋白質合成中引導特定的非天然胺基酸。
（吳家睿，中國科學院生物化學與細胞生物學研究所研究員）
來源：基因谷
註：封面圖片來源於網絡