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科学普及

【2018年分省院科普征文大赛作品展示】合成生物学——像“乐高”一样组装新的生命体

发表日期:2019-02-20来源:放大 缩小

  

  

  使用一盒“乐高”,我们可以组装出一系列不同的结构。将各种不同形状和大小的“模块”拼接在一起,就可以得到不同功能的结构,例如:房子,车子,轮船,动物、甚至是——人。

  你知道吗,现在的合成生物学领域,合成生物学家和工程师们正在通力地合作,也像玩“乐高”一样用“模块化”的方式来组装生命体,小到微生物,大到植物甚至动物。如果你对生物学的认知还停留在很多年前克隆羊“多莉”的年代,那你肯定 OUT 了!

  Really? 像“乐高”一样随心所欲的拼接、组装出一种新的生命体,而不仅仅是简单的 复制?!That’s unbelievable!

  

  

  客官别急,容小编细细道来。

  话说,大约 90 年前,一个名叫 Griffiths的英国科学家首次证明了DNA 就是遗传物质。25 年后(1953 年),美国人 Watson 和英国人 Crick 就提出了DNA 双螺旋结构,从此“生命之谜”被打开, “基因时代” 来临。但那个时候,人们还不能随心所欲的操作DNA,因为“原料(DNA)”稀少,“工具”匮乏,甚至 DNA 是如何工作的也不得而知,条件十分落后。

  

  

  但现在是 21 世纪!21 世纪可是生物学的世纪!经过 50 多年的不懈努力,我们不仅知道 DNA 是怎么工作的,还知道怎么“读、写、复制、剪切、粘贴”DNA,这就意味着 我们拥有了改造生命体的能力。从此以后, 让植物在夜里发光,让花朵改变颜色,让蚊子不孕不育,让细菌生产香水,等等,不再是幻想,在过去 20 年的时间内都一一变成了

  现实。是不是很腻害?!向默默奉献的科学家们致敬!

  

  

  

  

  然鹅,这还仅仅只是开始!人类旺盛的好奇心和对科学的追求是永无止尽的,怎么能满足于只是改造生命体呢?我们要创造新的生命体! What?!生物学家和工程师们表示:我们是认真的!好吧,大侠,请收下我的膝盖! 总而言之,在脑洞大开的科学家及工程师们的努力下,我们进入了合成生物学的时代,开启了设计并创造新的生命体的漫漫征程…

  就像盖房子需要砖块,造汽车需要零部件一样,创造生命体同样也需要许多这样的

  “基本元件”,而这些“基本元件”都来自我们常说的“DNA”,它还有一个比较酷炫的名字叫“Biobrick”,类似于一种生物性质的“乐高模块”。每个模块两端都具有标准化的“接头”,便于不同模块之间的随意配对、拼接及组装。

  

  

  不同的“Biobrick”具有不同的功能,比如,被称为“启动子”的“Biobrick”相当于汽车里面的发动机,没有它,后面紧跟着的“Biobrick”就无法正常工作。有起始,相应的就有终止,当看到“终止子”这个模块时,我们就知道“本次旅行到此结束”了。除此之 外,还有类似电路 “开关”、“信号放大器”、 “节律振荡器”等“电器元件”的模块。有了它们,我们就可以像组装电路一样组装出不同的功能的生物传感器,生物反应器,甚至是生物计算机。

  目前, 已有超过 2 万个不同功能的“Biobrick” 被收录在http://parts.igem.org 网站上,有了这些 “Biobrick” 的在线资源,合成生物学家们只需要像逛“淘宝”一样,根据需求就在网站上搜索到相应的 DNA-“Biobrick”模块,然后将它们加入“购物车”,提交订单,付款,接下来就可以坐等收货了。“模块”到货后,工程师们再根据设计图纸,将这些“模块”拼接、组装,最后再放入到某种生物体中运行,一个 新的生命体就诞生了。是不是很神奇?未来, 设计一个新的生命体可能会像安装手机中的 一款APP 一样简单。

  2010 年,美国科学家 Craig Venter 设计并组装了人类历史上第一个人造单细胞生物,并 取名为 “Synthia”。 作为一名疯狂的科学家, 光取个名字,广而告之当然不够拉风,Venter 干脆把一堆信息,包括 46 名科学家和研究员的名字及E-mail 地址,以及爱尔兰作家 James Joyce 的名句:“生存、犯错、倒下、战胜,用生命创造生命”作为水印加入到了自己合成的DNA 中。是不是很酷炫?讲到这,小编突发奇想---花式告白:将自己和爱人的名字及“I love you forever”作为水印加入到合成的DNA 中,送给心爱的她(他),保证你的女(男)神分分钟到你碗里来。

  

  

  更令人振奋的消息是:2018 年,我国科学家覃重军课题组设计并组装了世界上首例单条染色体的酵母,成功地把酵母的 16 条染色体合并成 1 条,创造出了一个全新的自然界不存在的真核生命体。这标志着人类离“造物主”又近了一步。

  也许,在不久的将来,我们就能使树上开 出“永不凋零”的花,使动物通过光合作用获得 能量自行成长,使坚果种子按照人们的意愿长 成一栋栋的房子,使史前灭绝的动物复活重生, 甚至在法律的许可下,DIY 设计创造出自己喜欢的专属宠物…

  

  写到这,小编的内心已经不淡定了,也想 赶紧回到实验室,捣鼓出一两个新的生命体来。

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