


地球上所有生命都使用同一种语言。这种语言是基因的语言。(不是爱,也不是音乐,抱歉。这是《大众科学》。)即使是差异巨大的物种,也可能遵循着相当相似的遗传学原理。这就是为什么科学家们能够制造转基因生物(GMOs)。如果玉米不能“读懂”细菌的DNA,你就无法将细菌的基因植入玉米植株。
然而,在过去的十年里,生物工程师一直在玩弄这种基本的语言。我们说的不仅仅是基因改造。去年,研究人员对大肠杆菌的基因组进行了根本性的改写,以至于该团队给他们的“生物”起了一个新名字:GRO,即基因重码生物(genetically recoded organism),而不是GMO,即转基因生物(genetically modified organism)。此外,研究人员长期以来一直在致力于制造含有自然界中从未出现过的成分的蛋白质。这甚至超越了如今超市里最先进的转基因玉米或大豆,它们的蛋白质仍然由所有生命使用的、相同的20种叫做氨基酸的构建模块组成。
今天,两组科学家在《自然》杂志上宣布,他们又向创造外星基因密码迈进了一步。这两个团队使用了一种新颖的基因工程技术,比去年更彻底地改写了大肠杆菌的DNA。他们对某些序列——你可以把它们看作是遗传语言中的“单词”——进行了重新编码,使它们具有了不同的含义。他们将序列添加到了某些对大肠杆菌生存至关重要的基因中,这样它们就无法进化并摆脱这些基因,否则它们可能会这样做。此外,这些大肠杆菌还拥有许多以前任何大肠杆菌都不具备的、非常新颖的能力。
我们说的不仅仅是基因改造。
这些改变可以使转基因生物对环境更安全。一些科学家担心,外部生物可能会吸收转基因生物的工程基因,变成超级杂草或其他害虫。但这些被改写的细菌是如此“陌生”,以至于其他生物无法整合它们的工程基因。这些转基因大肠杆菌在没有一种不存在于自然界的合成氨基酸的情况下也无法生存。科学家们在实验室里为这些细菌提供这种氨基酸。如果这些大肠杆菌逃出实验室,它们就会死亡。
耶鲁大学生物工程师Farren Isaacs表示:“从生物技术的角度来看,我们正处于试图解决这些问题的早期阶段。”他是领导其中一个团队的科学家。哈佛大学的George Church领导了另一个团队。Isaacs说:“现在赋予安全保障措施对于该领域的未来发展至关重要。”
这些安全保障措施尤为重要,因为Church和Isaacs改写的大肠杆菌对许多类型的病毒具有抵抗力。通常,病毒是解读其他生物遗传密码的“大师”——这就是它们如何劫持你的细胞机制并引起让你感到鼻塞和难受的感染。但这些被改写细菌的DNA是如此奇怪,以至于许多病毒无法读取它。
“现在赋予安全保障措施对于该领域的未来发展至关重要。”
与此同时,一些行业已经在使用转基因细菌。化工厂使用转基因大肠杆菌来生产塑料或胰岛素等药物。奶制品厂使用转基因乳杆菌来更有效地生产酸奶。也许在不久的将来,基因重码细菌可以在这些行业开辟新的能力。例如,制药公司可以使用GROs来生产包含20种自然界不存在的合成氨基酸的药物,从而扩大它们能够生产的可能药物范围。奶制品厂和制药公司都可能想要那些对病毒感染具有抵抗力的基因改写细菌,因为病毒感染会中断生产。
尽管Church和Isaacs在大肠杆菌中测试了这些新的基因工程技术,但他们希望有一天能将它们应用于更高级的生物。“我认为我们正朝着植物和动物细胞,也许还有植物和动物的方向努力,”Church说。植物基因组更难改写,因为它们的基因数量比细菌多得多,但Church认为在它们身上也能实现改写是“可能的”。