对人造生命论文的阅读和看法

1、百度文库人造生命过程的概述和看法摘要：Venter和他的团队完成了人造基因组的合成和组装，并且成功地将合 成基因组导入受体细胞，在子代细胞中得到了由人造基因组完全控制的细胞，可以认为这就是真正的人造生命。下面主要就是讨论实现人造生命的具体过程以及 对于人造生命前景的看法。关键词：合成基因组的完成 人造生命的前景 得到的启示尝试着翻译完这篇论文，我从自己的翻译结果里马马虎虎的了解了整个合 成生命的过程。对于 Ven ter和他的团队一起进行的这么富有想象力和创造力的 工作，从某种意义上来讲，我认为他们已经在扮演造物主的角色。这篇论文的研究背景在论文的正文第一段应该就写出来了。首先是1977年，S

2、anger和他的同事们将噬菌体© X174的DNA基因组的碱基序列完全给测出来 了，而这个噬菌体的基因组是第一个完全被测出来的基因组。18年后也就是1995 年，Venter和他的团队将能够独立增殖的流感嗜血杆菌的遗传序列给完整地测出 来了。通过这些早期研究所积累的经验，而且当时的测序技术已经比25年前增长了8个数量级，为了解决在基因方面的疑惑，去验证一个被电脑设计的基因组 能否正常的调控细胞的生命活动，Ven ter和他的同事们决定去建造一个仅仅含有 基本必需基因的细胞。这就是人造生命研究的起因。Ven ter等人的做法对我是有 启发的。在我看来生命科学就是一种发现事实的过程，在研

3、究的过程中，如果我们有疑惑的地方、有不知道的点，就要保持一种旺盛的求知欲，就应该动手去做 实验或者查找文献资料来解决问题。为了得到他们想要的结果，论文上说，Venter等人付出了 15年的努力。其实我觉得应该没有15年这么久，因为Ven ter和他的团队参与了人类基因组计划 的竞争，但是他们为了人造生命的研究付出了巨大的精力和时间是毋庸置疑的。 在合成人造生命的过程中（准确来说他们最初合成的并不是一个完整的细胞，而仅仅是基因组），他们的合成的途径可以分为四步：第一，获得目的基因序列； 第二，构建载有目的基因的 DNA分子；第三，将DNA分子移植入受体细胞； 第四，检验受体细胞的表现型。所以，首

4、先做的就是获得能够独立生存所需的最 少基因。支原体是已知的能够独立生长的生物中基因个数最少的。所以他们通过破坏单个基因来检验该基因是否是必需基因。最初用这种方法从生殖支原体 485 个能够合成蛋白质的基因中除去了 100多个非必需基因，但是由于生殖支原体生 长缓慢，所以他们就转向了生长速度更快的丝状支原体亚种 capri（GM12），从中 获取目的基因序列。这种获得基因序列的方法直接有效的，但费时。接下来就是合成基因组的构建，这个过程可以分成两个部分：基因组的设计 和得到完整的基因组。关于基因组的设计，Ven ter和他的团队根据在实验室里高 精确度的完成的两个丝状支原体亚种 capri菌株G

5、M12的基因组序列（在基因银 行编号分别为：CP001621和CP001668）设计并合成了丝状支原体 JCVI-syn 1.0 基因组。两个序列存在着95个碱基位点的不同，所以最终他们进行了对比修正， 使得合成的基因组与序列 CP001668只存在了 19个对生命活动没有影响的不同 位点。他们以在酵母细胞中克隆和改造的天然支原体基因组YCpMmyc1.1作为对照组。为了进一步地区分天然基因和人工合成的基因，他们在无影响的DNA片段上插入了 4种水印序列。接下来就是要得到完整的合成基因组。他们设计了 长度大约为1080kb的DNA分子作为起始片段，利用Not I限制性内切酶和PCR 扩增技术重

6、组每一步合成的DNA片段使其不断延长最终得到完整的基因组。这 个过程可以分为三个阶段：10-kb长的中间物的组装；100kb长的合成中间物的 组装；完成基因组组装。首先是在酵母细胞中载体（质粒）和 1kb长的DNA片 段被重组并且重组后被移植到大肠杆菌中，能够不断的随着大肠杆菌的复制而增加。最后从中筛选出序列正确的产物进行下一阶段。在100kb的中间物的合成过 程中，他们发现在大肠杆菌里100kb长的中间物并不能够稳定的存在，所以又将 中间物移植到上述酵母细胞，从中提取重组 DNA。他们利用多重PCR技术扩增 提取到的重组DNA，由于每个组装好的10kb的中间物都有相对应的一对引物， 所以10

7、0Kb的中间物能够被扩增。为了从所有的扩增产物中提取100kb长的中间物，他们利用琼脂糖凝胶电泳，根据相对分子质量的大小筛选出105kb长（包 含了载体序列）的中间物。在最后的基因组组装过程中，他们筛选出11个第二阶段的中间物。他们为了更好的提纯这 11个组装好的中间物，使用了核酸外切 酶和阴离子柱层析，并且用倒转电泳凝胶分析载体DNA的片段。在提纯中间物的过程中，他们将样品放入熔融的带有纤维分子的琼脂糖中，所以随着琼脂糖凝固，圆形的DNA分子（载体和合成基因组）就能够被纤维绑住，而线性的DNANot I分子就能够通过电泳与圆形DNA分子分离。为了得到一个完整的基因组， 酶和多重PCR技术被使

8、用了。在实验的过程中，Venter和他的伙伴们还利用PCR 技术检验了对照组天然基因组的结果。并且对实验组进行了 Asc I和BssH II两 种限制酶分析，得到了预期的实验结果。他们将从酵母中提取的基因组移植到了限制酶减少的丝状支原体细胞中。在移植的过程中，他们遇到了障碍。丝状支原体亚种capri （基因的捐献者）和山羊支原体（M.capricolum subspecies capricolum，受体细胞）的限制酶体系是相 同的，所以丝状支原体的DNA分子能够被甲基化从而移植到山羊支原体中可以 被保护而不至于被限制酶酶切，但是从酵母细胞中提取的合成基因组的DNA分子是没有被甲基化的，所以开始

9、时移植到受体细胞中都会被破坏。 因此，他们通 过用丝状支原体或者山羊支原体细胞的提取液甲基化DNA分子或者也可以使受体细胞的限制酶体系混乱来保护移植的DNA分子。在37度、包含了四环素和半乳糖苷的SP4中间物的培养基里，会发现每个琼脂糖塞子里会有5到15个蓝色菌落的产生，与阳性对照组 YCpMmyc1.1基因组控制的细胞得到的结果差不 多。在所有的移植实验中，要山羊支原体受体细胞和一个丝状支原体基因组都存 在的条件下才能够发现菌落。为了测试那11个1OOkb中间体的功能，他们合成了半合成基因组。这些半合成的、被构建的基因组包含了11个100kb长的合成部件中的210个。将这些半合成的基因组移植

10、到受体细胞中，发现含有811-900位点的基因组的细胞被致死。进一步检测发现是一个碱基对的缺失导致了基因突 变，查明了 811-900是实验失败的根源。所以，他们又再次通过基因工程在分子 水平上修复了 811-900的碱基序列，并合成了基因组 sMmYCP142，移植到受体 细胞中。通过用PCR技术对水印序列和用 Asc I和BssH II限制性内切酶的凝 胶分析，证明了有合成基因组完全地取代了山羊支原体的基因组。实验的最终结果是只有那些带着合成基因组的细胞能够自我复制并且能够 呈对数形式的增长。丝状支原体 JCVI-syn1.0基因组控制的细胞的扫描电镜和传 输电镜图展示出小、卵圆形的细胞被

11、细胞质膜包围着。通过二维凝胶电泳的分析， 丝状支原体JCVI-syn 1.0控制的细胞和YCpMmyc1.1控制的细胞的蛋白质生物 学分析透露出绝大部分的相同模式的蛋白质位点并且这与那些先前关于丝状支 原体的报道有明显的不同。但是，合成基因组控制的细胞生长速度要比天然基因 组控制的细胞略快。我想，Ven ter等人能够成功地合成一个能够稳定遗传的基因组的研究结果应 该是合成生命学发展的一个纪念碑。虽然说第一个植入合成基因组的细胞质并不 是人工合成的，但是子代细胞的一切都是由合成基因组调控的，所以能够说 Ven ter和同事们创造出真正意义上的具有生命特征的人造生命。他们的实验提供了一种解决问题

12、的思路，那就是能够合成自然界里本没有的生物去为人类特定的 目的服务。有的学者说，我们可以通过对现有的、天然存在的生物系统的分析和 研究，通过人工合成新的细菌等生物去进行重新设计和制造新的生物系统，使解决能源、材料、健康和环保等问题能够被解决。比如生产新生物能源，有的科学 家就提出用地球上越来越多的二氧化碳为原料，取代玉米等粮食作物来制造甲 烷，其转化器是一种专门的人造生物。还有例子像生产新药、加速疫苗研制，可 以设计新的生物细菌来生产新的药物， 另外，可以制造特定的工程细胞用于治疗 方面；利用合成生物学技术生产蛋白质和维生素；可以做出能监测土壤、工厂、 河流、海洋和大气中的污染并分解这些污染物

13、的人造细菌，从而达到净化环境的目的。在我看来，合成生命技术能够被使用的领域是广泛的，在未来的社会中应该会有很大的发展前景，而且其也是一种能够得到持续发展的技术。 但是，在使 用合成生物之前我们必须要考虑的问题是合成生物对自然界本身的生态系统有 没有危害。在使用过程中我们要做的事是必须绝对的严格监控。关于伦理问题， 我现在没有考虑的很深，因为我觉得在技术层次上想要人造出一个有意识的生命 体在未来相当长的一段时间内都应该是一件很困难的事。如果未来在技术层次真的能够实现的话，那也是应该在那个时代去讨论的事， 因为时代是会改变的，不 能单纯的以我们的现在的思维方式、 固有观点去理解去讨论。但是如果说真

14、的有 技术可以人造人的话，我觉得把这种技术运用在医疗方面更好，就比如说可以是 人造器官，人造组织等，这样对社会应该会更好一点。从他们的实验过程中我感悟到了几个方面。 首先就是先进的科学技术的重要 性。Venter在论文的讨论板块中也提到了 15年间测序技术的发展之快。技术的 进步能够节约时间，精力，金钱成本，还能够提高实验的准确度，能够让我们更 好更快的得到结果。而且我们也要注意使用多种方法，这样得到的结论正确性会 高一些。其次，实验方法要有创新。 Ven ter和他的团队在组装大分子 DNA和移 植合成的基因组的过程中都有方法的创新。 当我们现有的条件不能够让我们以一种方式去完成课题时，我们就应该利用现有的资源，努力去尝试着开辟一条可行 的新途径。然后就是不要害怕失败，失败是成功的必经过程，要去坦然面对，试