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今天，科学家宣布他们已经从头开始构建了一个细菌基因组，这朝着创造完全合成的生命形式迈进了一步——由人类设计和建造的活细胞，用于执行各种任务，从制造生物燃料到封存二氧化碳。
位于马里兰州罗克维尔的 J. Craig Venter 研究所 (JCVI) 的研究人员在《科学》杂志的在线版上报告说，他们拼凑了生殖支原体 (Mycoplasma genitalium) 的基因，这是一种可以在实验室中培养的最小的自由生活细菌，也是尿路感染的常见罪魁祸首。
主要作者丹尼尔·吉布森通过电子邮件告诉 ScientificAmerican.com，“582,970 个碱基对的 M. genitalium 细菌基因组是在实验室中合成的最大的化学定义结构。”（碱基对是互补连接的核苷酸碱基，例如腺嘌呤-胸腺嘧啶。）
加利福尼亚大学旧金山分校的生物工程助理教授克里斯托弗·沃伊特补充说：“这是第一次化学合成出细菌大小的基因组，其长度大约是之前合成的 [任何 DNA 分子] 的 20 倍。” 他没有参与这项研究。
由诺贝尔奖获得者汉密尔顿·史密斯领导的研究小组，从美国和德国的商业 DNA 合成公司订购了短链的遗传密码，并使用标准的分子生物学技术将其缝合成越来越长的链。为了组装最大的 DNA 片段，他们将它们插入酵母细胞中，并利用酵母用于修复受损 DNA 的一种称为“同源重组”的自然过程。实验的最终产物相当于天然存在的 M. genitalium 遗传密码，但有两个小的例外：科学家们禁用了使该细菌能够感染人类细胞的基因，并且他们添加了一些“水印”，即标识该产品为人造的短的特征遗传密码条。
吉布森说：“这完成了创建合成生物的三步过程的第二步。”第一步发生在去年夏天，当时 JCVI 的科学家通过 DNA 移植将一种细菌转化为另一种细菌，通过用另一种细菌的遗传密码浸渍它来改变一种细菌的身份。第二步，构建合成细菌基因组，现在已经通过这项研究完成。最后一步将涉及将合成基因组插入细胞并使其复活；吉布森说，以这个目标为目的的实验目前正在进行中。
“我们想强调，我们尚未启动合成染色体，”JCVI 创始人克雷格·文特在今天上午与记者的电话会议中说。这位生物学家解释说，有多个步骤必须克服，但“我们相信它们可以被克服”。
纽约州长岛石溪大学的分子生物学家埃卡德·维默说：“最终的步骤是证明他们合成的东西具有生物活性。” 他领导了合成脊髓灰质炎的努力，这是第一个合成的病毒。“不幸的是，这里缺少这个非常关键的点。”
如果研究人员成功地创造出他们的合成细菌，他们将更接近于构想可以用来缓解社会最大问题的人工生物，其中包括气候变化和对化石燃料的过度依赖。文特的研究团队属于一群从事合成生物学的科学家，这是一门新兴学科，旨在利用生命的原材料（有机化学物质）和自然的蓝图（遗传密码）来设计和构建生物。合成生物学家还起草他们自己的蓝图，设计自然界从未想象过的遗传序列；其想法是为生物创造新的功能。制造药物、大量生产廉价生物燃料、清除污染物和石油泄漏或侵入并摧毁癌细胞的人造微生物可能只需一二十年即可实现。
文特的团队正试图创建一个完全合成的、仅包含最重要基因的 M. genitalium 简化版本。其目标是使用这种生物作为底盘，可以在其中添加新的基因——也许是那些能使细菌具有纺丝、检测毒素或制造药物能力的基因。可能性似乎是无穷无尽的，尽管并非一切都是美好的。
批评人士指出，恐怖分子或流氓国家可以使用相同的合成生物学技术来改造产生神经毒素的细菌，或者可能是对疫苗和抗病毒药物具有抵抗力的致命流感病毒。该领域的领导者认识到意外和故意滥用的可能性，并已开始解决这个问题。10 月，JCVI、战略与国际研究中心和麻省理工学院的成员发布了一份报告，提供了关于监督的政策选择，一些领先的合成生物学家在同行评审期刊上发表了关于此事的论文。
在看待潜在应用时，并非所有人都同意制造这些有前景的生物的最佳策略。马萨诸塞州剑桥市哈佛医学院的遗传学家、李珀计算遗传学中心主任乔治·丘奇指出，最简洁的细菌不一定是最好的。“简单性被高估了。大肠杆菌，连同其所有所谓的垃圾 DNA，都比 支原体 更有效率，”他说，并指出 大肠杆菌 的基因组大约大八倍，但生长速度快约 50 倍。
加利福尼亚州圣卡洛斯市的一家名为 LS9, Inc. 的公司已经利用了 大肠杆菌 的生产力，改造了这种细菌以大量生产 DesignerBiofuels，“一种燃料系列，其特性与汽油、柴油和喷气燃料的特性无法区分”，据该公司网站称。LS9 没有从头重建 大肠杆菌，而是从自然界中获取了这种生物，并通过插入合成 DNA 片段对其进行了改造，丘奇指出，这种方法的成本要低得多，并且易于扩大工业规模。
无论哪种方法产生的回报最高，合成生物学无疑都在快速发展。在过去的几年中，DNA 合成技术变得更快、更便宜，并且更多人可以获得。根据沃伊特的说法，从商业公司订购 DNA 已经像订购披萨一样容易，他预测在未来的几十年里，科学家将能够制造出更大的 DNA 片段：酵母、动物甚至人类的合成基因组。