生物狂人文特爾要借助機(jī)器合成生命？
? 克雷格·文特爾，圖片來自usatoday.com
編者按：
當(dāng)下地球面臨的種種危機(jī)，令我們總是寄希望于終有一日逃離地球，飛往另一個可宜居的星球，至于我們應(yīng)該如何到達(dá)那個星球以及在我們有限的生命里能否到達(dá)，估計(jì)沒人能給出合理的方案。近年發(fā)現(xiàn)的類地行星開普勒452b，與地球大小非常接近，但是它距離地球非常遙遠(yuǎn)，1400光年，即使我們乘坐當(dāng)下最先進(jìn)的飛行器，飛行1400年也到達(dá)不了這個星球。
生物狂人克雷格·文特爾在《光速人生》（Life at The Speed of Light）一書中，給了一個很有意思的解決方案: 那就是讓“生命”乘坐“時空隧道”以光速飛向另一個星球。不過這里的生命僅指生命密碼，由A、C、T、G組成的生命的密碼與計(jì)算機(jī)中的基本語言0和1可以互換，生命密碼可以電磁波形式向外太空傳輸。
至于生命的密碼到達(dá)另一星球，該如何自動合成，這就是5月29日文特爾研究團(tuán)隊(duì)發(fā)表在《自然-生物技術(shù)》（Nature Biotechnology）上的一項(xiàng)研究提出的可能解決方案。不過其離真正的生命個體合成還非常遙遠(yuǎn)，目前僅限于遐想空間。夢想是要有的，萬一它實(shí)現(xiàn)了呢？
撰文 | 田埂 （元碼基因）
責(zé)編 | 葉水送
● ● ●
長期以來，分子生物學(xué)家都希望從設(shè)計(jì)一段DNA序列到拿到這個序列相關(guān)的活性物質(zhì)，這之間所有的實(shí)驗(yàn)完全通過機(jī)器來實(shí)現(xiàn)。
近日，由克雷格·文特爾（Craig Venter）和丹尼爾·吉布森（Daniel Gibson）開發(fā)的Digital-to-Biological Converter（DBC）實(shí)現(xiàn)了這一目標(biāo)，相關(guān)研究發(fā)表在《自然-生物技術(shù)》雜志。據(jù)介紹，這是同類工作中，第一篇發(fā)表的同行評議論文。
? 文特爾的搭檔，本項(xiàng)研究的主要作者Daniel Gibson
傳統(tǒng)的同類實(shí)驗(yàn)大概要花費(fèi)至少一周的時間，由訓(xùn)練有素的實(shí)驗(yàn)人員完成?；静僮鬟^程包括：設(shè)計(jì)需要合成的基因，由合成軟件將要合成的基因，拆解成DNA合成儀可合成的短片段。
受到化學(xué)合成準(zhǔn)確性的限制，目前還是以合成約60～70個核苷酸，通常實(shí)驗(yàn)室無法完成DNA合成的工作由商業(yè)公司完成，比如合成的基因片段長4000個堿基，那么我們至少需要合成4000/70=58條的單鏈核苷酸。這個過程通常要花費(fèi)兩三天時間，然后將這些短的單鏈DNA組裝，并通過PCR的方法使其形成雙鏈DNA，再將雙鏈DNA裝入到載體質(zhì)粒里面，通過非細(xì)胞（或者細(xì)胞）結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)錄和翻譯體系進(jìn)行轉(zhuǎn)錄翻譯，并最終得具有活性的蛋白。
? 從序列到具有生物活性的RNA、蛋白質(zhì)以及病毒粒子，圖片截自Nature Biotech
? DBC真容，盡管看上去沒那么高大上，但是它卻能從實(shí)現(xiàn)從數(shù)字到生命過程的全自動轉(zhuǎn)變，圖片截自Nature Biotech
整個實(shí)驗(yàn)過程通常要使用數(shù)個設(shè)備，如PCR儀、恒溫培養(yǎng)箱、凝膠電泳系統(tǒng)和凝膠成像系統(tǒng)、純化系統(tǒng)等，主要過程包括DNA的合成，組裝和擴(kuò)增，載體的連接，轉(zhuǎn)錄和表達(dá)等幾個重要階段。
此次設(shè)計(jì)的DBC集成化程度很高，甚至集成了DNA合成儀，它還采用了2X96的格式進(jìn)行DNA合成，因此最大的合成通量定在了約為2X96X70=13440個堿基，可簡單地理解為13440堿基之內(nèi)的DNA都可以直接合成。研究者只需要輸入設(shè)計(jì)好的DNA序列，DBC就可以按照既定的程序，從合成短片段的單鏈DNA開始，一直到最后階段的蛋白表達(dá)，均可集成到一個自動化系統(tǒng)里面，可以說是一鍵完成了。此外，作者還優(yōu)化了RNA疫苗的合成、病毒的復(fù)制以及噬菌體的產(chǎn)生等可能的使用領(lǐng)域。
但DBC也非橫空出世。在這之前，硬件的主要提供商SGI—DNA公司已經(jīng)有了從基因到克隆的自動化產(chǎn)品，只是集成的功能不如DBC強(qiáng)大。合作方Synthetic Genomics公司旨在人工設(shè)計(jì)和合成基因組，正如之前文特爾研究組合成的人工生命體Synthia一樣，通過化學(xué)合成的方法合成基因組，將其導(dǎo)入到去掉染色體的細(xì)胞結(jié)構(gòu)中，產(chǎn)生新的生命。真有些強(qiáng)大到?jīng)]朋友的感覺。
DBC是人類向合成生命探索的一個階段性成果，在合成生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室推廣DBC，將大大加速人工合成基因的效率，加速人工合成生命的發(fā)展。不過客觀地講，DBC并非革命性的工作，DBC是將原來需要人工完成的工作自動化、集成化，并沒有新的設(shè)計(jì)思路。
? Life at The Speed of Light書籍封面，提出生命飛向另一個星球的可能
下一階段，相信任何“人力”也無法阻擋文特爾在合成生命上的腳步，DBC將推進(jìn)人工合成基因組的發(fā)展，幫助人們更好地理解生命的本質(zhì)問題。沒準(zhǔn)真的有一天，人類需要太空移民，這項(xiàng)技術(shù)可以幫上忙。
相關(guān)文章
Digital-to-biological converter for on-demandproduction of biologics. Nat Biotech. 2017.
制版編輯：常春藤丨
