生物狂人文特爾要藉助機器合成生命？

? 克雷格·文特爾，圖片來自http://usatoday.com

編者按：

當下地球面臨的種種危機，令我們總是寄希望於終有一日逃離地球，飛往另一個可宜居的星球，至於我們應該如何到達那個星球以及在我們有限的生命里能否到達，估計沒人能給出合理的方案。近年發現的類地行星開普勒452b，與地球大小非常接近，但是它距離地球非常遙遠，1400光年，即使我們乘坐當下最先進的飛行器，飛行1400年也到達不了這個星球。

生物狂人克雷格·文特爾在《光速人生》（Life at The Speed of Light）一書中，給了一個很有意思的解決方案: 那就是讓「生命」乘坐「時空隧道」以光速飛向另一個星球。不過這裡的生命僅指生命密碼，由A、C、T、G組成的生命的密碼與計算機中的基本語言0和1可以互換，生命密碼可以電磁波形式向外太空傳輸。

至於生命的密碼到達另一星球，該如何自動合成，這就是5月29日文特爾研究團隊發表在《自然-生物技術》（Nature Biotechnology）上的一項研究提出的可能解決方案。不過其離真正的生命個體合成還非常遙遠，目前僅限於遐想空間。夢想是要有的，萬一它實現了呢？

撰文 | 田埂 （元碼基因）

責編 | 葉水送

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長期以來，分子生物學家都希望從設計一段DNA序列到拿到這個序列相關的活性物質，這之間所有的實驗完全通過機器來實現。

近日，由克雷格·文特爾（Craig Venter）和丹尼爾·吉布森（Daniel Gibson）開發的Digital-to-Biological Converter（DBC）實現了這一目標，相關研究發表在《自然-生物技術》雜誌。據介紹，這是同類工作中，第一篇發表的同行評議論文。

? 文特爾的搭檔，本項研究的主要作者Daniel Gibson

傳統的同類實驗大概要花費至少一周的時間，由訓練有素的實驗人員完成。基本操作過程包括：設計需要合成的基因，由合成軟體將要合成的基因，拆解成DNA合成儀可合成的短片段。

受到化學合成準確性的限制，目前還是以合成約60～70個核苷酸，通常實驗室無法完成DNA合成的工作由商業公司完成，比如合成的基因片段長4000個鹼基，那麼我們至少需要合成4000/70=58條的單鏈核苷酸。這個過程通常要花費兩三天時間，然後將這些短的單鏈DNA組裝，並通過PCR的方法使其形成雙鏈DNA，再將雙鏈DNA裝入到載體質粒裡面，通過非細胞（或者細胞）結構的轉錄和翻譯體系進行轉錄翻譯，並最終得具有活性的蛋白。

? 從序列到具有生物活性的RNA、蛋白質以及病毒粒子，圖片截自Nature Biotech

? DBC真容，儘管看上去沒那麼高大上，但是它卻能從實現從數字到生命過程的全自動轉變，圖片截自Nature Biotech

整個實驗過程通常要使用數個設備，如PCR儀、恆溫培養箱、凝膠電泳系統和凝膠成像系統、純化系統等，主要過程包括DNA的合成，組裝和擴增，載體的連接，轉錄和表達等幾個重要階段。

此次設計的DBC集成化程度很高，甚至集成了DNA合成儀，它還採用了2X96的格式進行DNA合成，因此最大的合成通量定在了約為2X96X70=13440個鹼基，可簡單地理解為13440鹼基之內的DNA都可以直接合成。研究者只需要輸入設計好的DNA序列，DBC就可以按照既定的程序，從合成短片段的單鏈DNA開始，一直到最後階段的蛋白表達，均可集成到一個自動化系統裡面，可以說是一鍵完成了。此外，作者還優化了RNA疫苗的合成、病毒的複製以及噬菌體的產生等可能的使用領域。

但DBC也非橫空出世。在這之前，硬體的主要提供商SGI—DNA公司已經有了從基因到克隆的自動化產品，只是集成的功能不如DBC強大。合作方Synthetic Genomics公司旨在人工設計和合成基因組，正如之前文特爾研究組合成的人工生命體Synthia一樣，通過化學合成的方法合成基因組，將其導入到去掉染色體的細胞結構中，產生新的生命。真有些強大到沒朋友的感覺。

DBC是人類向合成生命探索的一個階段性成果，在合成生物學實驗室推廣DBC，將大大加速人工合成基因的效率，加速人工合成生命的發展。不過客觀地講，DBC並非革命性的工作，DBC是將原來需要人工完成的工作自動化、集成化，並沒有新的設計思路。

? Life at The Speed of Light書籍封面，提出生命飛向另一個星球的可能

下一階段，相信任何「人力」也無法阻擋文特爾在合成生命上的腳步，DBC將推進人工合成基因組的發展，幫助人們更好地理解生命的本質問題。沒準真的有一天，人類需要太空移民，這項技術可以幫上忙。

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Digital-to-biological converter for on-demandproduction of biologics. Nat Biotech. 2017.

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