新生命如何在实验室“被创造”
CFP/图
带有人工合成基因组的支原体，这是一种能够自我复制的新物种，科学家称之为“辛西娅”
克雷格·文特尔(左)和密尔顿·史密斯是这一划时代实验的负责人
创造“辛西娅”团队的主要成员
2010年5月20日，美国私立科研机构克雷格·文特尔研究所的一个科学家小组在美国《科学》杂志上报告了世界上首例人造生命的诞生。这是一种由人工合成的基因组所控制的单细胞生物，是地球上第一个由人类制造的能够自我复制的新物种。这项具有里程碑意义的实验表明，新的生命可以在实验室里“被创造”出来，而不一定要在大自然中“进化”而来。成果的宣布立即在全世界引起了广泛的关注和争议。
项目负责人文特尔把这一人造生命命名为“辛西娅”(Synthia,即“人造儿”)。其实,这个人造儿只是由人工合成的基因组产生的一些最简单的生命。科学家首先对一种名为丝状支原体 (M.mycoides)细菌的基因组进行解码并复制,由此产生人工合成的基因组。然后，他们把合成基因组移植入一种相似的细菌———山羊支原体 (M.capricolum)中，通过“重启动程序”，细胞内的人造基因组开始主导细胞的分裂和复制,最终形成一种全新的生命。
新生命诞生的前奏
按照文特尔等人的人工合成基因组创造生命的思路和技术路线,需要由三部曲来完成。第一是对某种最简单的生命进行基因组测序，以了解其DNA碱基的排序；第二是根据这种自然生命碱基的排序，对一个个碱基进行人工排序,从而组建人工基因组；第三是为了证明这种经过人工排序的基因组能否创造生命,需要把它植入到某种活的细胞如细菌细胞中,观察它们能否使细胞正常工作,或者产生出完全根据人工DNA指令生成的活体细胞。
此前,科学家已经完成了人造生命的前两部曲。2008年,克雷格·文特尔研究所的汉密尔顿·史密斯(HamiltonSmith,此前由于对病毒DNA做出重大发现而获得1978年诺贝尔生理学或医学奖)小组破译了生殖支原体的基因组。生殖支原体是已知生命体中基因组最简单的一种微生物,寄生在人体尿道中。它只有一条染色体(细胞核)和517个基因,包含58.297万个碱基对。
自从破译了这种支原体的基因组后，文特尔和史密斯就想在实验室中重建这种细菌的基因组。但是完全而彻底地合成生殖支原体的基因组是一项艰难的挑战，因为它们的DNA长链非常容易断裂。
史密斯小组首先由获取基因组的原始排序开始，以确定起始序列无差错。然后科学家在实验室里将核酸碱基逐个累加，制造出较短的基因片段。这些基因片断大约由6000个碱基组成，代表了一些重叠的细菌染色体。其中的一些片段还包含有“水印”,即特殊的标记碱基,目的是区别人工染色体和自然染色体。然后,研究小组用一种酶把DNA片断连接起来,使得 DNA变得越来越长,直到其长度达到整个基因组的1／4。最后,研究小组将这些1／4基因组长度的DNA链插入酵母,后者通过复制和组合,使这些片段成为一个完整的染色体。研究人员对他们新组建的基因组进行了测序,结果表明,除了水印部分外,这个基因组与自然的生殖支原体一模一样。
在过去的研究中,研究人员常采用搭建DNA 积木的方法排序,但是很难用人工排序的方法合成细胞的染色体；而且DNA搁置时间越长,就会越脆弱。这使得研究工作难以展开。在此之前,研究人员人工合成过规模最大的DNA,但只含有3.2万个碱基对，而此次文特尔和史密斯团队成功合成了超过58万个碱基对的DNA链。
这意味着人造生命前两部曲的完成。最关键的第三部曲是要把人造DNA植入活体细胞，看看它们能否重新启动生命的程序。植入活体细胞的选择之一是,放入到生殖支原体中,看看能否让生殖支原体具有功能,其二就是重新组装一种人工基因组并放到亲缘细菌中加以检验。克雷格·文特尔研究所的人员选择的是后一种方法。
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