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科學普及

【2018年分省院科普征文大賽作品展示】合成生物學——像“樂高”一樣組裝新的生命體

發表日期:2019-02-20來源:放大 縮小

  

  

  使用一盒“樂高”,我們可以組裝出一系列不同的結構。將各種不同形狀和大小的“模塊”拼接在一起,就可以得到不同功能的結構,例如:房子,車子,輪船,動物、甚至是——人。

  你知道嗎,現在的合成生物學領域,合成生物學家和工程師們正在通力地合作,也像玩“樂高”一樣用“模塊化”的方式來組裝生命體,小到微生物,大到植物甚至動物。如果你對生物學的認知還停留在很多年前克隆羊“多莉”的年代,那你肯定 OUT 了!

  Really? 像“樂高”一樣隨心所欲的拼接、組裝出一種新的生命體,而不僅僅是簡單的 復制?!That’s unbelievable!

  

  

  客官別急,容小編細細道來。

  話說,大約 90 年前,一個名叫 Griffiths的英國科學家首次證明了DNA 就是遺傳物質。25 年后(1953 年),美國人 Watson 和英國人 Crick 就提出了DNA 雙螺旋結構,從此“生命之謎”被打開, “基因時代” 來臨。但那個時候,人們還不能隨心所欲的操作DNA,因為“原料(DNA)”稀少,“工具”匱乏,甚至 DNA 是如何工作的也不得而知,條件十分落后。

  

  

  但現在是 21 世紀!21 世紀可是生物學的世紀!經過 50 多年的不懈努力,我們不僅知道 DNA 是怎么工作的,還知道怎么“讀、寫、復制、剪切、粘貼”DNA,這就意味著 我們擁有了改造生命體的能力。從此以后, 讓植物在夜里發光,讓花朵改變顏色,讓蚊子不孕不育,讓細菌生產香水,等等,不再是幻想,在過去 20 年的時間內都一一變成了

  現實。是不是很膩害?!向默默奉獻的科學家們致敬!

  

  

  

  

  然鵝,這還僅僅只是開始!人類旺盛的好奇心和對科學的追求是永無止盡的,怎么能滿足于只是改造生命體呢?我們要創造新的生命體! What?!生物學家和工程師們表示:我們是認真的!好吧,大俠,請收下我的膝蓋! 總而言之,在腦洞大開的科學家及工程師們的努力下,我們進入了合成生物學的時代,開啟了設計并創造新的生命體的漫漫征程…

  就像蓋房子需要磚塊,造汽車需要零部件一樣,創造生命體同樣也需要許多這樣的

  “基本元件”,而這些“基本元件”都來自我們常說的“DNA”,它還有一個比較酷炫的名字叫“Biobrick”,類似于一種生物性質的“樂高模塊”。每個模塊兩端都具有標準化的“接頭”,便于不同模塊之間的隨意配對、拼接及組裝。

  

  

  不同的“Biobrick”具有不同的功能,比如,被稱為“啟動子”的“Biobrick”相當于汽車里面的發動機,沒有它,后面緊跟著的“Biobrick”就無法正常工作。有起始,相應的就有終止,當看到“終止子”這個模塊時,我們就知道“本次旅行到此結束”了。除此之 外,還有類似電路 “開關”、“信號放大器”、 “節律振蕩器”等“電器元件”的模塊。有了它們,我們就可以像組裝電路一樣組裝出不同的功能的生物傳感器,生物反應器,甚至是生物計算機。

  目前, 已有超過 2 萬個不同功能的“Biobrick” 被收錄在http://parts.igem.org 網站上,有了這些 “Biobrick” 的在線資源,合成生物學家們只需要像逛“淘寶”一樣,根據需求就在網站上搜索到相應的 DNA-“Biobrick”模塊,然后將它們加入“購物車”,提交訂單,付款,接下來就可以坐等收貨了。“模塊”到貨后,工程師們再根據設計圖紙,將這些“模塊”拼接、組裝,最后再放入到某種生物體中運行,一個 新的生命體就誕生了。是不是很神奇?未來, 設計一個新的生命體可能會像安裝手機中的 一款APP 一樣簡單。

  2010 年,美國科學家 Craig Venter 設計并組裝了人類歷史上第一個人造單細胞生物,并 取名為 “Synthia”。 作為一名瘋狂的科學家, 光取個名字,廣而告之當然不夠拉風,Venter 干脆把一堆信息,包括 46 名科學家和研究員的名字及E-mail 地址,以及愛爾蘭作家 James Joyce 的名句:“生存、犯錯、倒下、戰勝,用生命創造生命”作為水印加入到了自己合成的DNA 中。是不是很酷炫?講到這,小編突發奇想---花式告白:將自己和愛人的名字及“I love you forever”作為水印加入到合成的DNA 中,送給心愛的她(他),保證你的女(男)神分分鐘到你碗里來。

  

  

  更令人振奮的消息是:2018 年,我國科學家覃重軍課題組設計并組裝了世界上首例單條染色體的酵母,成功地把酵母的 16 條染色體合并成 1 條,創造出了一個全新的自然界不存在的真核生命體。這標志著人類離“造物主”又近了一步。

  也許,在不久的將來,我們就能使樹上開 出“永不凋零”的花,使動物通過光合作用獲得 能量自行成長,使堅果種子按照人們的意愿長 成一棟棟的房子,使史前滅絕的動物復活重生, 甚至在法律的許可下,DIY 設計創造出自己喜歡的專屬寵物…

  

  寫到這,小編的內心已經不淡定了,也想 趕緊回到實驗室,搗鼓出一兩個新的生命體來。

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