一个合成生物的世界,非自然世界何时到来

时间:2023-11-19 00:09:01

塞利安·萨姆纳(Seirian Sumner):布里斯托大学生命科学学院高级讲师。

一个合成生物的世界,非自然世界何时到来

合成生物学是自然科学家们的乐高乐园(Legoland)。我们先把拼接大自然的“原始积木”拆开,然后以更适合人们需要的方式重新搭建起来。我们能通过重新组合基因来实现自己期望的行为功能,这无疑为生物学开辟了新的道路。上一个10年,我们一直想象着怎样改善社会和环境,现在我们正在实现这些梦想。人们可以用酸奶肃清霍乱,可以生产酵母来给汽车提供动力,还可以改变微生物基因来清理环境。不久,我们就能用现有的生物实现电子工程干的事情——生物计算机将与普通计算机一样实现逻辑门运算。我们会使用动物制品生产比钢铁强度更大的材料。垃圾填埋法真要退场吗?毫无疑问,合成生物学将彻底改变21世纪的生活。我非常担心合成生物学下一步会走向哪里,尤其是它走出实验室进入自然界和公共领域的时候。

生物工程其实早就走出实验室了。早在12 000年前农业开始出现的时候,我们就一直用驯化驯养,进而用育种和人工选择的方法改良动植物。我们诱捕酵母和细菌来制作啤酒、葡萄酒和奶酪;我们驯服狼,使它成为男人最好的朋友;我们巧妙地把草变成高营养来源。合成生物学这门学科,充分展示了我们在操纵自然系统以满足自身奇思妙想方面,熟练到了可怕的地步。一个“即插即用”的方法(例如,生物积木)正在被开发出来,以便于分子水平上的操作。未来,久经测试的基因模块可以由非专业人士组合在一起,生产他们自己的生物工程产品。在未来的圣诞节,我们孩子的孩子或许可以在生物乐高乐园里合成他们自己的宠物!合成生物学有巨大的商业潜力(超越了乐高)。目前,发展主要聚焦于小东西,比如个人基因网络和微生物。不过,对那些更大的、更有魅力的生物体——特别是毛茸动物或濒临灭绝的物种更具潜力。这些物种引起了公众、商人和企业家的兴趣,但这也正是我所担心的。

我们可以从一个干细胞中培育出新的有机体,可以在几个星期内破解任何现存有机体的基因组序列,包括表观遗传指令编码。有了这个工具,我们有潜力重新创造这个星球上的任何生物体。对于濒临灭绝的动物群,我们有了更好、更有力的保护措施,而距离复活灭绝物种也只有一步之遥。

2008年,人类完成了长毛猛犸象的基因测序,据说日本研究者用现存的有亲缘关系的大象作为代孕母亲来克隆它们。利用合成生物学复活灭绝物种极有可能成功,因为任何丢失的基因信息都可以用“即插即用”的基因模块替代。一个包含了复活动物的群落确实是个令人由衷高兴的事情,它或许能帮助我们发现其神秘的生活并且解释它们为何走向灭绝。但是正如好莱坞告诉我们的那样,“侏罗纪公园”很快就会装不下越来越多的动物了。

目前已经有人尝试重建古代生态系统,方法是将灭绝的巨型物种的后代放归其中(例如,俄罗斯的更新世公园),合成长毛猛犸象或许可以让这个项目更完整。合成生物学可否用来复活那些“更适宜的”或者对人类威胁更小的物种呢?或许一种友善的猛犸象?灭绝的、现存的、友善的或者凶猛的,我担心的是生物合成的新物种被引入到单纯的、易受影响的环境中,会对当地生态系统造成灾难性的影响。我担心如果我们可以改造任何动物,为何还总是要不厌其烦地将保护物种放在首位呢?

合成生物学目前监管严格,用的是类似于监管转基因生物的方法。但是当合成生物产品涌入自然界,将更加难控制。在分子的层面我们能控制得很好,并不代表从个体和生态层面也能做到万无一失。我们确实可以将基因或者基因组的顺序打乱,来创造大自然还没来得及创造的东西,但是生物学单元不会孤立地存在。基因、蛋白质复合物以及细胞模块——一个所有单元的复合体,它们总是在个体内部不断进化,以应对多变的环境。

模块可以循环交换,从而使系统具有可塑性。当然,这种可塑性必须遵守一定的规则,合成生物学正是构建在这些规则之上。人类真的已经对分子原则了如指掌,从而敢于将合成生物放归自然生态系统了吗?其实即使在实验室条件下,我们对控制典型生物细胞分化的表观遗传过程还所知寥寥。那么,10 000年后,在一个已经发生过沧海桑田变化的环境中,我们如何解决合成基因组的表观基因问题呢?

生态是进化的橡皮泥:生态系统的组成部分被推拉着,改变着它们的形式、功能和关系。我们可以在实验室中创造出看上去完美无瑕,表现也无可挑剔的生物单元,但是我们不能控制生态和进化将如何把合成生物单元重新连接到生态系统中,同样我们也不能预测合成单元会如何重新联系生态系统和它的栖居者。在那些帮助我们清理有毒物质的微生物中,我们加入了分子控制机制,以防止它们自身演化与蔓延。我们能在更复杂的生物体上也安装一个“停止进化”的开关吗?我们如何确定在这样一个开关控制下它不会进化?如果这样的有机体与本地物种繁殖会发生什么?工程化模块毁坏,或者它们转移到其他生物体上,将导致什么样的结果?这些都是不可想象的。

总结一下,我担心自然世界会顺理成章地变成“非自然”的。