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科学看待生命“被制造”

2010.6.09

  小细菌、新系统、大产业

  重新设计、制造新的生物系统,使解决能源、材料、健康和环保等问题不再是神话

  科学技术的进展推动人类社会向前发展,使人类摆脱落后的生产和生活方式,并创造了巨大的社会财富。但与此同时也产生了一系列问题,如能源危机、环境污染、气候变化和生态失衡等重大灾难,这成为制约人类社会发展和进步的瓶颈。而合成生物学的突破性进展彰显出应答这些挑战的巨大潜力,为人类实现可持续发展带来新的选择和希望。正如英国皇家工程学院最近在一篇报告中指出的,“合成生物学有可能创造另一系列新的大型产业,其发展对于英国、欧洲和世界经济的发展可能产生深远的影响。”

  杨焕明说,既然现在可以设计一个生命 (细菌),尽管它还很原始,还很小,还没有实际应用价值,但很快,其他生命,至少单细胞的生命,都能人工设计和制造。通过对现有的、天然存在的生物系统的分析和研究,完全可以进行重新设计、制造新的生物系统,使解决能源、材料、健康和环保等问题不再是神话。

  生产新生物能源。科学家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。美国人利用大肠杆菌生产柴油和汽油,技术上已获得成功。文特尔声称,这样的新能源生产方式将完全取代传统的以石油为中心的化石能源工业体系。

  生产新药、加速疫苗研制,提高医疗水平。昔日遗传工程生产的胰岛素等,都是基因的直接产物即蛋白质,现在不仅可以设计新的生物细菌来生产这些东西,还可以生产非蛋白质的生物有机物。目前,科学家利用这一技术研发具有广泛保护作用、抵抗复杂多变病毒的疫苗,美国能在24小时内生产出新的候选疫苗。再比如青蒿素,原来只有中国产的青蒿才能生产它,提取费用很高,通过合成生物学的方法,美国现在用改造的大肠杆菌工业化生产青蒿素,大大降低了成本。另外,制造特定的工程细胞,用于治疗,传递治疗药物,还可以使一些恶性细胞“改恶从善”。

  生产食品。利用合成生物学技术生产蛋白质和维生素等。以杨树为例子,消化其木质素非常困难,很难转换成糖和酒精。通过改变杨树的基因组,把木质素转换成纤维素,纤维素变成糖和酒精就容易多了。欧洲现在通过变换杨树的基因组,可以直接发酵,制造糖,尽管现在不能食用。

  解决环境问题。“人工细菌”同样可以大显身手,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,达到净化环境的目的。总之,合成生物学技术将在各领域产生新的产品和应用。

  起点、发展点、制高点

  中国合成生物学起步较早,但仍需加大投入,追赶国际先进水平

  合成生物学正处于加速发展的阶段,并有望成为21世纪引领生物学甚至整个科学领域发展的重要学科。由于它以解决人类社会中的重大问题为出发点,具有不可估量的潜在价值。因此许多国家对其非常看好,并正在投入巨大力量进行研发。据统计,美国已有 357个合成生物学实验室,数量位居各国之首。此外德国有62个合成生物学实验室,日本的类似实验室有60个,中国现有8个。

  美国和欧盟一向非常重视合成生物领域的研发。美国能源部特地分析了人类生存需要的100多种基本的生物有机物,据研究都有可能用合成生物学技术生产,最终目标是解决能源、环境和医学等方面问题。为此,过去两年美国政府资助的合成生物学项目已近40 项。

  欧盟于2007年启动了《合成生物学——新出现的科学技术》引导项目共18项,英国生物技术与生物科学理事会在2008年将合成生物学列为优先资助的研究领域,目前已投入近1000万英镑的资金。英国明确提出要在该领域保持和提高其国际领先地位。此外,日本、韩国、印度、新加坡等国正在奋起直追,仅从发表的研究论文数量看,呈直线增长的态势。

  中国合成生物学起步较早,早在上个世纪60年代,我国科学家曾做出人工合成胰岛素等举世闻名的成就。之后,中国通过参加“国际人类基因组计划”,缩短了与发达国家在这一领域的差距。中国在干细胞方面的基础和应用研究,取得了公认的成就,这些都为医学合成生物学奠定了基础。现在,中国科学家已注意合成生物学的兴起并开展了相关研究,正处于一个快速的发展点上。中国科学家积极开展国际合作,参与了欧盟的第六框架计划合成生物学的研究项目。同时还在国家自然科学基金的资助下,开展基因组最小化的研究。此外,中国许多高校都曾派出大学生代表团参加了一个设计生命部件的国际竞赛,并多次得奖。

  杨焕明认为,中国已显示出在合成生物学方面的潜力。正在进行的工作,除了与欧盟的合作项目外,多数还处于前期准备阶段。为此,我国仍需加大投入,整合力量,追赶国际先进水平,抢占制高点。

  质疑者、批评者、支持者

  从技术层面可设计基因开关;从社会层面,生物安全和生物防护需提上日程

  人造生命的出现如同“爆炸一颗原子弹”,在国际科学界和全世界引起强烈震动。批评者和支持者各执一词。美国总统奥巴马立即表示要对其进行风险评估,美国众议院能源和商务委员会为此还于5月27日举行了听证会。

  批评者认为该成果颠覆了伦理观念,破坏了有关生命属性的基本信念。还有人说,这项技术打开了 “潘多拉盒子”,会造出人类无法控制的新物种,给人类带来危害。

  文特尔回应了社会舆论的质疑和关切。他说,设计的人造细胞非常脆弱,离开了实验室无法存活。他的团队研究的目的是将这些新技术商业化。他还承认不能凭空创造生命,是“时间父亲”和“自然母亲”提供大量的帮助,负责设计和定义了真正的细胞,才使这个人工合成结构有了生命。

  杨焕明认为,对科技成果,首先要从科学上肯定其进展。如果说有什么问题,就是又一次拉开了发达国家和发展中国家之间的差距。据悉,文特尔对构建的人造生命技术已提出了ZL申请。

  杨焕明指出,引用人造生命创造者的解说,是为增进对这个问题的理解。在发展中国家对这一技术不理解的情况下,泛泛讨论一项新技术带来的危害,会产生不必要的恐惧,这非常有害,客观上将延缓科学的发展。

  杨焕明还以核技术为例作进一步说明,他说,世界上有很多核武器,人们曾担心毁灭世界,但这种情况并没有发生,因为有国际防范机制加以管理和控制。对于生物合成技术,应看到其发展会造福人类,对其造成的风险和生命伦理方面的问题,应正确地加以评估并科学地管理控制。从技术层面来说,科学家对此已有预见和防范手段,对造出的新物种,里面可设计基因开关,控制其坏的方面。一些工程细菌,到一定的时候,让其自然灭亡,而不对人类社会和环境造成危害。从社会层面来说,生物安全和生物防护提上日程,首先有关部门加强管理,包括法律上的管理;其次是科学家的责任,防止对这一技术的误用;其三,公众对科学信息全面真实的了解,防止不必要的恐慌。

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