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科学家首次合成含6种碱基的生命

2017-12-19 10:02:44 来源:科学网 作者: 编辑:曾映雪

  原标题:科学家首次合成含6种碱基的生命:超越自然法则?离得还远

  近日,美国生物合成领域专家弗洛伊德·罗穆斯伯格(Floyd Romesberg)在《自然》杂志发表了一项新成果。他首次用实验室合成的X-Y碱基对和相应的氨基酸,在实验室内创造出了含ATGCXY六种碱基的全新生命体。

  这一成果打破了自然界的碱基束缚,创造出了自然界中不存在的全新生命体。然而,这一成果是否意味着人类开启了可以按照自己的需求打造生命体的全新时代?对此,专家有不同看法。

  突破第一关

  “整个研究很有深度和广度,这个研究团队在这个方面做了20多年的研究,很系统。” 法国巴黎第六大学生物所计算定量生物系独立课题组组长叶世欣告诉《中国科学报》记者。

  在基因中加入两个碱基,相当于将遗传密码子得到了扩充,也就是说,过去自然系统中的64个密码子,“理论上,扩充到了216个”。

  密码子通过编码形成氨基酸,研究发现自然系统中的64个密码子,形成20种氨基酸,并最终为地球生命的形成提供所需的蛋白质。

  64个密码子和20种氨基酸的组合形成了地球上这么多生命,如果216种密码子与其可能形成的氨基酸进行组合,理论上说,相当于“让细菌利用更多氨基酸来制作蛋白质”。

  一位不愿意透露姓名的基因研究专家告诉记者,能够拓展遗传密码本身具有重大的理论意义。人工氨基酸改造研究已有多年历史,但由于技术瓶颈和应用推广等问题一直较“小众”。而此成果让科学家感觉“看来突破第一关了”。

  基因治疗新手段?

  新的合成基因密码的出现,让人对基因治疗的未来有了新的期待。然而,合成的新基因密码是否会成为新的基因工具,从而为基因治疗提供全新手段?对此,科学家认为目前并不乐观。

  “完全合成的基因,到用于疾病治疗有很大距离。” 温州医科大学附属眼视光医院研究员谷峰告诉记者,自然界已有的天然工具用于基因治疗,目前都只能在很小的范围转化,如从细菌到人体转化的实现非常困难。

  谷峰介绍称,基因剪刀从细菌移植到哺乳细胞,常常存在效率不高,靶向性不够强甚至脱靶的问题。因而,完全合成的基因想发挥天然系统内的基因工具都难以完成的任务,科学家对此表示怀疑。

  “外来密码子效率有多高”“如何达到生产的标准”“如何解决靶向性问题”,这是相关研究人员关心的问题所在。

  “这一系统能否移植到动物上,如果动物能够实现就很有意思。”谷峰称,从大肠杆菌到动物是一个飞跃。”但这需要对这一系统做进一步的优化,才有可能把外来的基因放到希望的地方去,达到“指哪儿打哪儿”的效果。

  效率是最大瓶颈

  谷峰所担心的效率问题,也是叶世欣关注的焦点。

  “问题是现在的效率会很低,毕竟不是天然的密码子,所以虽然有更多的可能性,但在实施方面会有更多困难。”叶世欣所说的效率,是与自然系统中识别天然碱基的效率相对而言。

  以非常容易生产的绿色荧光蛋白(GFP)为例,应用人工合成的这种全新基因密码生产GFP蛋白质,效率是内源密码编辑蛋白质效率的10%,甚至更低。

  正是由于此,科学家才对该技术的应用前景保持十分冷静的态度,因为其仍是“十分基础的研究”。但这并不能否认该成果对于其他相关研究所具有的建设性意义。

  在叶世欣看来,一方面研究对合成生物学是一个巨大推动,有望让细菌体合成有更多化学性质的蛋白质。另一方面,在基础研究中,这一探索也将帮助科学家了解遗传密码的起源。

  “遗传密码,最早是从很简单的碱基、氨基酸开始,扩充过程中就会吸收新的元素,通过倒推这样的研究就会帮助我们探讨遗传密码的起源问题。”她说。

  有媒体报道称,未来或许如科幻电影中的“金刚狼”等生命体,通过这样的技术都可能会成为现实中存在的生命。

  不过专家表示,当前该研究是在细菌系统内进行,并不存在人们所担忧的会影响人类遗传密码等伦理问题。“将来如果把这种想法放入哺乳细胞中,可能伦理问题就是可以探讨的话题了。”叶世欣说。

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