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“人造生命”并不遥远, 三分钟带你认识合成生物学

在科幻小说和影视作品里,人工再造生命体一直是热门题材,人造动物、人造人的形象经常可见。然而,在合成生物学这一科学的角度来看,这些幻想已经不再遥不可及。日前在沪成功举办的第三届合成生物学青年学者论坛上,来自世界各地的数十位年轻的合成生物学家,向世人展示了合成生物学的诸多潜能——科学技术正帮助人类逐步实现“造物”的梦想。

自从上世纪50年代,沃森和克里克发现DNA的双螺旋分子结构以后,基因技术就不断飞速发展。人们意识到,比起传统的驯化、养殖、育种等方法,操作特定的基因序列能更直接地操控或改造生物系统。就人们熟知的转基因技术而言,就是将某个生命体的一段基因“转入”另一个生命体,使前者的某个特征表现在后者上。然而,这样只能做到对细胞内源固有功能的重现和轻度改造。

在“人类基因组计划”的催生下,科学家对基因组有了更加全面深入的认识,“合成生物学”也应运而生。合成生物学的颠覆性在于,人类将如同“造物主”一样,可以自行设计合成DNA序列,去“书写”决定生命特征的基因。今年3月,国际顶级学术杂志《科学》(Science)以特刊形式发表了“人工合成酵母基因组”的里程碑式阶段性成果:又有新的5条酵母染色体被人工设计与合成,而来自中国的3个研究团队占据其中4条。与会嘉宾、清华大学研究员戴俊彪攻克的正是其中酵母最长的12号染色体。

第三届合成生物学青年学者论坛合影 主办方 供图

记者从论坛上获悉,令人兴奋的是,合成生物学的理论和方法将被应用在医疗、农业、化工、新材料等领域,展现出解决资源、能源和环境等重大问题的巨大潜力,很有可能掀起一场科技革命。

中科院上海植物生理生态研究所的团队也实现了使用酵母人工合成人参中的活性成分——人参皂苷。据本次论坛负责人、中科院上海植物生态与生理研究所研究员王勇介绍,通常人参至少要种5年才能结果,对种植环境也有较高的要求,而且种完人参后的土地往往需要休耕十年才可继续耕作。通过种植获得的人参含有上百种不同的人参皂苷种类,其效果也各不相同。若要获得高纯度的单体化合物用于医药研究和开发,往往需要再提取。对一些稀有罕见的皂苷种类,通过这些传统的方法大量获得是极其困难的。

而利用合成生物学技术方法就可以“取其精华,去其糟粕”,只需要一到两天,就可以得到纯度高、杂质少、更安全且更适用于医疗的人参皂苷。据透露,该技术目前正进行商业推广。

图说:青年学者在论坛上畅想合成生物学的未来。 杜晟尧 摄

华东师范大学研究员叶海峰展示了另一项令人惊奇、最近备受关注的发明——使用智能手机,超远程调控治疗糖尿病。

科学家们在患者体内植入一个定制化细胞,该细胞内含有一个LED灯,目的基因会在光照下表达,分泌出胰岛素或胰高血糖素样肽。当光被关闭,基因就会停止表达。当患者通过外接血糖设备发现自己血糖过高后,就可以用智能手机控制光的亮度,从而调控胰岛素分泌量。

这一研究工作为今后糖尿病的诊疗一体化、数字精确治疗提供了新思路与新策略,前不久经媒体披露后引起了公众的广泛关注。记者此次在论坛上了解到,叶海峰团队目前正积极开展该项技术发明的大动物临床实验,并完善设计,希望能实现整个系统的全自动化。

可喜的是,像这样能直接造福民生的合成生物学研究新进展,在我们身边还有不少。王勇表示,目前我国合成生物学领域内论文发表数居世界第二位,仅次于美国。十二五期间,上海在合成生物学基础、应用和平台建设上,取得了一批重要成果。本市在合成生物学研究上已形成了一批优势学科方向和研究团队,在全国乃至全世界都占有重要的一席之地。

新民晚报通讯员 杜晟尧 记者 董纯蕾

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