人造生命(完全由人造基因控制的细胞)

利维坦鲸 — Thu, 24 Nov 2022 18:57:11 +0000

人造生命是指从其它生命体中提取基因，建立新染色体。随后将其嵌入已经被剔除了遗传密码的细胞之中，最终由这些人工染色体控制这个细胞，发育变成新的生命体。2007年10月8日，美国科学家克雷格·文特尔表示，他目前已经在实验室成功地制造出一个合成的人造染色体。2010年5月20日，美国私立科研机构克雷格·文特尔研究所宣布世界首例人造生命——完全由人造基因控制的单细胞细菌诞生，并将“人造生命”起名为“辛西娅”。这项具有里程碑意义的实验表明，新的生命体可以在实验室里“被创造”，而不是一定要通过“进化”来完成。

意义

人类至今仍无法确切知道生命是如何起源于地球的，或者甚至不知道地球生命是否起源于其他星球，或许是彗星把它们带到了地球之上。但是，分子结构，也知道了这些结构是如何组成一个整体的。但是，如何创造生命，人类认识仍然很模糊。

从零开始创造生命，这一领域的研究最大进展是由著名遗传学家克雷格-温特尔于2010年5月取得的。温特尔和他的研究团队创造了首个合成有机体。科学家们在实验室中利用化学物质制造了一整个基因组，然后将这个合成基因组植入到一个空细胞中。接下来，这个细胞根据植入的基因指令开始自我复制和修正。

这个人造的生命形式，被称为“综合体”。由于它需要以一个自然的、先前存在的有机体提供的残留细胞机制为基础，因此，科学转了一圈又回到了原地踏步。美国宾夕法尼亚大学生物伦理学家亚瑟-卡普兰认为，“温特尔并没有真正创造出生命。但是，他的研究表明，一个人造基因组可以为细胞提供动力，从而向真正的人造生命迈进了关键的一步。”

克雷格·文特尔在接受记者采访时表示，他成功地制造出人类历史上首个人造染色体，将是一个极具里程碑意义的历史性事件，这表明人类不仅可以“读懂”自己的基因组，而且还可以成功地通过人工手段进行复制。

克雷格·文特尔称，他将在数周时间内，向外界公布这项最新研究成就的详细情况，但也有可能在8日举行的美国科学年会上，正式予以公布。克雷格·文特尔表示，整个研究小组共由20名基因领域最顶尖的科学家组成，新合成的人造染色体共有381个基因片断和58万对基因密码组成，实验观测表明，新的人造染色体已经具备了自我复制的能力，这标志着实验已经取得了圆满地成功。

克雷格·文特尔称，在漫长的研究过程中，科学家们首先得到一种支原体细胞的染色体组，将其植入到一种近亲支原体中，随后被植入的染色体组开始复制生长，最终将长成一个新的支原体。实验

中，科研人员先将“山羊支原体”的内部挖空，再向其中注入“蕈状支原体”的DNA（脱氧核糖核酸），最后新的支原体终于开始自我繁殖，成为世界首个“人造生命”。执行首次“染色体移植”项目的科学小组成员成功地制造出一个人造的染色体组，并仍在进行类似的试验，以便实现科研史上零的突破。此次试验获得成功，表明科学家们已经创造出一种新的人造生命的形式。与此同时，科学家还希望能制造出新的细菌种类，充当绿色能源以替代石油和煤、分解有毒废物、吸收二氧化碳气体和大气中其他温室气体。但是事情往往具有双面性，这种开创性的研究也引起科学界的疑虑。有科学家担心，也许有一天这项技术被作为制造新一代生化武器的途径。

克雷格·文特尔对记者表示，人造染色体工作涉及一种名为Mycoplasmagenitalium（一种通过性传播、感染人类的寄生虫）的简单细菌，这种细菌已经被美国马里兰州的一家研究所研究多年，他们早期的目标是确定维持生命的最少基因，并在1999年取得了一定的进展。在实验中，美国的基因组学研究的大师、先锋级人物克雷格·文特尔还展示了他的最新技能——“细菌炼金术”，即利用“基因组移植”方法将一个细菌种变成另外一种细菌。这项进展是向着克雷格·文特尔教授的创造合成生命形式的目标前进的又一重要步骤。在过去的几年里，克雷格·文特尔和同事确定出，一种最小的基因组至少需要含有400个基因来维持一个自由生活的细胞。他们通过系统地剔除简单细菌Mycoplasmagenitalium的基因达到了。

美国科学家表示，人造生命与克隆存在着质的区别，克隆是利用现有遗传信息“复制”生命，而人造生命则是利用核苷等组成脱氧核糖核酸的基本要素创造新生命。克雷格·文特尔说，“这将是一个大新闻，每个人都将知道它，我们所说的是一项能从本质上改变我们世界的技术。创造样品细胞使宇宙中出现新的生命形式成为可能，也能够解释生命起源的奥秘。制造人造生命有许多关键要素，如细胞膜，它将允许人造生命细胞筛选出对生命成长有用的分子，为细胞分裂提供营养。此外还需要一个基因体系，以控制细胞的功能，使细胞能根据外界环境变化而繁殖或变异.。

最后，人造生命还需要一个新陈代谢系统，以从外界环境中吸收营养，并将营养转化为能量。人造生命将会在未来解决一系列目前人类难以克服的问题，其中包括抵御疾病、吸收温室气体以及处理垃圾等。”

人造生命的研究引发了许多道德伦理方面的争论，有科学家认为，这是在试图缩短几百万年来的进化历程，创立自己的生物起源版本。此外，很多科学家还担心潜在的生物恐怖和环境问题。有科学家提出，因为没有生物合成的相关监管规定，将来生物恐怖主义分子很能利用这一技术制造致病毒或生化武器，而实验室中的人造细菌是否会给环境和人类带来更大的风险也让人忧心忡忡。对此，支持生物合成的科学家表示，生命并不是魔法，怀有宗教情结的老一代生物学家已跟不上科学的发展。克雷格·文特尔表示：“当这些生命被创造出来时，它们将非常脆弱。让它们在实验室里存活一个小时将是一项巨大的成就。但如果说它们会走出实验室、甚至主宰我们，这是绝对不可能的。”

物种影响

科学家们意外发现，脊髓灰质炎病毒能够在试管中的化学合成物中自动复制。由此，美国洛克菲勒大学的生物学家埃尔伯特·里勃切特得到启发，希望借助某种化学反应，制造出像活细胞一样可以自己生长的生命形式。

当地时间2004年12月21日，里勃切特博士领导的研究小组宣布，他们尝试创造人造生命已经进入实验阶段。这种人工生物叫做“囊生物反应器”（vesiclebioreactors），它很像某种低级的生物细胞，组成部分来自不同的生物材料：柔软的细胞壁是用蛋清中的脂肪分子制成的，细胞构成是从诸如大肠杆菌之类的活着的生物中得到的。

存在风险

很多科学家担心人类最终可能失去对新物种的控制

美国科学家正在制造具有工业和医学价值的“人造细胞”，这预示着人类探索人造生命迈出重要一步。克雷格·文特尔开启了合成生物学全面人工设计与合成基因组的人工生物系统开发新时代。

众所周知，要想成为一种生命体，就必须有一套生物系统来生成蛋白质，这是生命必不可少的特征之一。据报道，美国洛克菲勒大学的科学家将能够生产蛋白质的生物分子混合物悬浮在油中，形成微小的颗粒。然后，他们在这些颗粒外包裹住两层肥皂膜状的磷脂分子，像细胞膜一样将生物分子混合物颗粒包裹在其中。

经过观察发现，用分子膜包裹之后，生物分子持续生产蛋白质的时间比原来延长了一倍。为了进一步延长时间，科学家还在“细胞”中加入了一种细菌基因，这种基因可以控制生成一种名为α-溶血素的蛋白质。该蛋白质形状类似于桶，能够插入细胞膜形成小孔，环境中的营养物质便通过这些小孔进入“人造细胞”，自动补充制造蛋白质的原材料，这样，“细胞”就可以连续数日生成蛋白质。研究人员称，这种“人造细胞”可以像一个微型“工厂”，生成具有工业和医学价值的蛋白质。关于这项研究的细节，将发表在美国的《国家科学院学报》上。

基本要素

从实验结果看来，里勃切特研究小组似乎成功制造出了一个人造细胞。但实际上，这些实验中的生物反应器并不能说是“活着”，因为这些合成囊只能生活在配置好的化合物中，仅仅存活数天而已。但是，这项研究距离合成生物这个新领域只有一步之遥，合成生物的目的是制成新的生物体。里勃切特在接受英国BBC采访时说：“如果这一切成为可能，我们就该重新思考一下生命究竟是什么。与其说这是个科学上的问题，不如说是一个哲学问题。对我来说，生命就像一个机器，一个由电脑程序控制的机器，仅此而已。”

像核技术一样，此项新技术既有巨大潜在利益也有许多风险。一旦这样的有机体被制造出来，就可以让它们去做自然界从未见过的事情。例如，可以把这种有机体投放到被原油污染的海水中，它们可以吃掉所有原油并把它分解成无害的成分，等海水中的原油被消化完，它们也就随即死去。风险来自这样一个事实：它们是人造物，但它们却是活的，它们可以从其环境中获取材料构。

复制和取得进化

应该说，里勃切特通过实验制造出的一些生命物质，只是生物大分子的基本构成单元，它们还远不是生命。那么，怎样才算是生命？尽管科学家对生命定义的一些细节还存有争议，但他们都同意生命至少要具备3个特征：第一，生命必须有一个容器，如细胞的细胞膜、人的身体等；第二，生命能进行新陈代谢，可在酶的催化作用下跟环境做物质和能量的交换；第三，生命具有可以被储存和复制的化学指令，这些指令控制着生命活动，并且能复制遗传。

这三项基本要素已经在实验室里分别模拟成功，尽管模拟实验解决的是一些最基本的单项问题，但科学家们还是宣称他们已经做好创造人造生命的一切准备工作。不久前，欧盟为开展这方面的研究曾拨专款900万美元。在此项研究的计划框架内，他们还在意大利威尼斯专门成立了世界上首家人造生命研究所，它被称作欧洲生命工程中心。美国马萨诸塞综合医院的微生物学家马丁·汉泽克认为，是开始实践性研究和着手全面实验的时候了。此项实验一旦取得成功，它将开辟人类生命工程的新纪元。

任何人造生命都有可能演化成跟地球上现有生命形式完全不同的生命，成为无人类法控制的生物。按照达尔文进化论的观点，当今五彩缤纷的生物世界，都是由一个共同祖先即原始生命体演化而来。

困扰科学界的谜团

原始生命体是怎样产生的？这一直是一个困扰科学界的谜团。

近50多年来，科学家们为了解开这个谜，一直进行“人造生命”的探索。

早在2001年11月21日，世界著名的基因大师、美国塞莱拉公司前总裁克雷格·文特尔就宣布开展一项新的研究，目标是利用人工合成的遗传物质，在实验室里制造一种在自然界中并不存在的新物种。文特尔的合作者包括遗传学家汉密尔顿·史密斯，史密斯是1978年诺贝尔生理学或医学奖获得者，是一位公认的DNA操作高手。美国能源部也慷慨解囊，为他们的研究划拨了总额300万美元的资金。

新研究计划拿生殖支原体作为研究对象，这种寄生在人体内却不引发疾病的细菌只有一条染色体，其中包含517个基因，是已知的基因组最小的生物。文特尔等准备首先将天然生殖支原体细胞内的遗传物质全部去除，然后合成出含有细菌生存所需最少基因数目的人造染色体。人造染色体最终将注入去除遗传物质的中空生殖支原体细胞，以进一步研究这种人造细胞能否存活与繁殖。

文特尔解释说，他们的研究纯粹是基础性的，不是彻底人工制造一个全新的生物，而是在更大程度上对一种对生命体的改造。他认为，这项研究可以从根本上加深对细胞生存最关键条件的理解。如果初步实验取得成功，他们更长远的设想，是不断为其添加新功能，比如分解火力发电厂排放的二氧化碳，或生产可用作燃料的氢等，从而为低成本、高效率制造生物能源找到一条新出路。据说，美国能源部之所以愿意掏钱，主要是看中了研究的长远潜力。

尽管专家们从这种新技术中看到了无穷的好处，但很多人对于它可能给人类伦理观念带来的冲击，以及人类最终可能失去对新物种的控制等问题感到担扰。因为任何人造生命都有可能演化成跟地球上现有的生命形式完全不同的生命，成为无法控制的生物。

对此，美国加利福尼亚大学分子生物学教授戴维·迪默却认为，人类制造的任何东西都不可能与那些在自然界中进化了30亿年的生物竞争。而且科学家们还在设计另一层保护措施：所有人造生命都将依赖自然界不存在的化学物质，这些关键性的化学物质一旦消除，人造生命便即死亡。因此，人造生命失控的风险极其微小。

文特尔本人倒是承认，研究中涉及的技术，从理论上来说有可能用于制造新的致病细菌，甚至用于研制生物武器。但他说将慎重考虑该公布那些研究细节，而且在实验中也会采取特定措施，以确保新造出的细菌只能在实验室“温暖的培养液”中生存，不会成为“魔鬼细菌”。

遥不可及

用纯粹的化学方法制造生命是如此之难，人类才刚刚迈出第一步。

2002年，美国一个科学小组利用从网络上下载的基因序列编码，在实验室中成功合成出小儿麻痹病毒。这被当时的一些科学家认为是人工合成生命的开端。

一些科学家更进一步，打算制造具有工业和医学价值的“人造细胞”——更高等的人造生命。2004年12月21日，美国洛克菲勒大学的生物学家埃尔伯特·里勃切特博士领导的研究小组宣布，他们尝试创造人造生命已经进入实验阶段——借助化学反应，他们制造出了像活细胞一样可以自己生长的生命形式。

“囊”内发生了生化反应

根据里勃切特在接受英国BBC采访时的介绍，他们将能够生产蛋白质的生物分子混合物悬浮在油中，形成微小的颗粒。然后，他们用两层肥皂膜状的磷脂分子——如同细胞膜一样——将生物分子混合物颗粒包裹在其中。里勃切特等人把这种人工生物叫做“囊生物反应器”（vesiclebioreactors），组成部分来自不同的生物材料：“细胞膜”用蛋清中的脂肪分子制成，内部的细胞器则取自诸如大肠杆菌之类的生物体中。

里勃切特说，他们经过观察发现，用分子膜包裹之后，生物分子持续生产蛋白质的时间比原来延长了一倍；并且，其反应速度也快了很多。为了进一步延长时间，科学家还在“细胞”中加入了一种细菌基因，这种基因可以控制生成一种名为α-溶血素的蛋白质。这种蛋白质形状类似于桶，能够插入细胞膜形成小孔，环境中的营养物质便通过这些小孔进入“人造细胞”，自动补充制造蛋白质的原材料，这样，“细胞”就可以连续数日生成蛋白质。

研究人员称，这种“人造细胞”可以像一个微型工厂，生成具有工业和医学价值的蛋白质。

“这还远不是生命！”

从实验结果看来，里勃切特的研究小组似乎成功制造出了一个人造细胞。有报道说，这项研究距离合成生命——即人工制成新的生物体——已只有一步之遥。

但实际上，这些实验中的生物反应器并不能说是“活着”，因为这些“囊生物反应器”只能生活在配置好的化合物中，仅仅存活数天而已。

“它还远不是一个生命体，”中国科学院微生物研究所研究员周培瑾告诉本刊记者，“一种生物必须有遗传物质的存在和遗传功能的表达，从这个意义上来说，现在他们制造出来的还远不是一个物种，只是一些有机高分子、生命物质的聚合物体，它还不能自我复制。”周培瑾说，即使是最原始的生命形态如元病毒，它也有严格、完整的自我复制功能。

周培瑾强调，用化学方法合成生命的难度大到让一般人无法想像的地步。一个单独的细胞类似于一个完美的、各部分相互协调的社会，其微观结构异常复杂。“一个SARS病毒就如此复杂，以致于要科学家花那么多时间去研究其结构。而一个细胞比病毒要复杂不知道多少倍。”一个普通细胞中拥有数量众多的细胞器（组成细胞的构件），仅仅是一个细胞器，大多种类的都比一个病毒要复杂。即使是2002年那次人工合成小儿麻痹病毒，科学家依然还得部分借助于生物技术。

周培瑾说，要人工合成细胞生物，起码还远远办不到。

在接受BBC采访之后，里勃切特也开始对有关他们成果的发言表示谨慎。在接受本刊采访时，他仅表示，BBC新闻对他们成果的描述是准确的，但对很多更详细具体的问题，他说还不能回答。

合成生命意义深远

按照科学家长远的设想，一旦人工合成生命成为现实，那么，这些地球上从来没有存在过的生命就可以被科学家赋予其它生命所不具备的功能。

例如，人造有机体可以轻易地清理被原油污染的海水，因为它们可以吃掉所有原油并把它分解成无害的成分；它们还可以分解今天让环保工作者头痛的塑料和橡胶等垃圾、污染物，甚至还可以分解二氧化碳，或生产可用作燃料的氢，等等。

人工合成生命一旦成功，它还有一个很大的意义，那就是它可能将帮我们解决生命的起源问题。里勃切特在接受英国BBC采访时说：“如果这一切（指的是人工合成生命）成为可能，我们就该重新思考一下生命究竟是什么……在我看来，生命就像一个机器，一个由电脑程序控制的机器，仅此而已。但目前更多的人却不这么认为。”

但事实上，生命的起源、生命的本质并没有里勃切特说的那么简单，于海洋，等等，但这些都还是停留在猜测中。

“如果我们真的完全用化学方法合成了生命，那么，我们在这个过程中就已经了解、甚至解决了生命起源的问题。”周培瑾说。

还不到考虑风险的时候

早在2002年人工合成病毒时，科学家就曾经表示担忧：人造全新的病毒将变得很容易，这也就意味着人类随时要面对新的病毒的攻击，我们没有任何针对它们的疫苗；一旦这种技术为恐怖分子所掌握，后果不堪设想。如果更高级的细胞生命被制造出来，我们还得担心人类最终可能失去对新物种的控制等问题——人造生命有可能演化成跟地球上现有的生命形式完全不同的生命，成为无法控制的生物。

对此，美国加利福尼亚大学分子生物学教授戴维·迪默认为，人类制造的任何形式的生命都不可能与那些在自然界中进化了30亿年的生物相竞争，也就是说，它们可能造成的危害不可能超过已有物种造成的危害。

“现在离成功制造生命还早，还不到担忧其后果的时候。科学的发展总是伴随着一定的风险，但总会又有相应的科学手段来对付已经出现或将要出现的问题。”周培瑾说。

克隆

克隆的早期研究

克隆一词是英文单词clone的音译，作为名词，c1one通常被意译为无性繁殖系。同一克隆内所有成员的遗传构成是完全相同的，例外仅见于有突变发生时。自然界早已存在天然植物、动物和微生物的克隆，例如：同卵双胞胎实际上就是一种克隆。然而，天然的哺乳动物克隆的发生率极低，成员数目太少（一般为两个），且缺乏目的性，所以很少能够被用来为人类造福，因此，人们开始探索用人工的方法来生产高等动物克隆。这样，克隆一词就开始被用作动词，指人工培育克隆动物这一动作。

生产哺乳动物克隆的方法主要有胚胎分割和细胞核移植两种。克隆羊“多莉”，以及其后各国科学家培育的各种克隆动物，采用的都是细胞核移植技术。所谓细胞核移植，是指将不同发育时期的胚胎或成体动物的细胞核，经显微手术和细胞融合方法移植到去核卵母细胞中，重新组成胚胎并使之发育成熟的过程。与胚胎分割技术不同，细胞核移植技术，特别是细胞核连续移植技术可以产生无限个遗传相同的个体。由于细胞核移植是产生克隆动物的有效方法，故人们往往把它称为动物克隆技术。

采用细胞核移植技术克隆动物的设想，最初由汉斯·施佩曼在1938年提出，他称之为“奇异的实验”，即从发育到后期的胚胎（成熟或未成熟的胚胎均可）中取出细胞核，将其移植到一个卵子中。这一设想是克隆动物的基本途径。

从1952年起，科学家们首先采用青蛙开展细胞核移植克隆实验，先后获得了蝌蚪和成体蛙。1963年，中国童第周教授领导的科研组，首先以金鱼等为材料，研究了鱼类胚胎细胞核移植技术，获得成功。

哺乳动物胚胎细胞核移植研究的最初成果在1981年取得——卡尔·伊尔门泽和彼得·霍佩用鼠胚胎细胞培育出发育正常的小鼠。1984年，施特恩·维拉德森用取自羊的未成熟胚胎细胞克隆出一只活产羊，其他人后来利用牛、猪、山羊、兔和猕猴等各种动物对他采用的实验方法进行了重复实验。1989年，维拉德森获得连续移核二代的克隆牛。1994年，尼尔·菲尔斯特用发育到至少有120个细胞的晚期胚胎克隆牛。到1995年，在主要的哺乳动物中，胚胎细胞核移植都获得成功，包括冷冻和体外生产的胚胎；对胚胎干细胞或成体干细胞的核移植实验，也都做了尝试。但到1995年为止，成体动物已分化细胞核移植一直未能取得成功。

克隆羊“多莉”的意义和引起的反响

以上事实说明，在1997年2月英国罗斯林研究所维尔穆特博士科研组公布体细胞克隆羊“多莉”培育成功之前，胚胎细胞核移植技术已经有了很大的发展。实际上，“多莉”的克隆在核移植技术上沿袭了胚胎细胞核移植的全部过程，但这并不能减低“多莉”的重大意义，因为它是世界上第一例经体细胞核移植出生的动物，是克隆技术领域研究的巨大突破。这一巨大进展意味着：在理论上证明了，同植物细胞一样，分化了的动物细胞核也具有全能性，在分化过程中细胞核中的遗传物质没有不可逆变化；在实践上证明了，利用体细胞进行动物克隆的技术是可行的，将有无数相同的细胞可用来作为供体进行核移植，并且在与卵细胞相融合前可对这些供体细胞进行一系列复杂的遗传操作，从而为大规模复制动物优良品种和生产转基因动物提供了有效方法。

在理论上，利用同样方法，人可以复制“克隆人”，这意味着以往科幻小说中的独裁狂人克隆自己的想法是完全可以实现的。因此，“多莉”的诞生在世界各国科学界、政界乃至宗教界都引起了强烈反响，并引发了一场由克隆人所衍生的道德问题的讨论。各国政府有关人士、民间纷纷作出反应：克隆人类有悖于伦理道德。尽管如此，克隆技术的巨大理论意义和实用价值促使科学家们加快了研究的步伐，从而使动物克隆技术的研究与开发进入一个高潮。

近3来克隆研究的重要成果

克隆羊“多莉”的诞生在全世界掀起了克隆研究热潮，随后，有关克隆动物的报道接连不断。1997年3月，即“多莉”诞生后1个月，美国、中国台湾和澳大利亚科学家分别发表了他们成功克隆猴子、猪和牛的消息。不过，他们都是采用胚胎细胞进行克隆，其意义不能与“多莉”相比。同年7月，罗斯林研究所和PPL公司宣布用基因改造过的胎儿成纤维细胞克隆出世界上第一头带有人类基因的转基因绵羊“波莉”（Polly）。这一成果显示了克隆技术在培育转基因动物方面的巨大应用价值。

1998年7月，美国夏威夷大学Wakayama等报道，由小鼠卵丘细胞克隆了27只成活小鼠，其中7只是由克隆小鼠再次克隆的后代，这是继“多莉”以后的第二批哺乳动物体细胞核移植后代。此外，Wakayama等人采用了与“多莉”不同的、新的、相对简单的且成功率较高的克隆技术，这一技术以该大学所在地而命名为“檀香山技术”。

此后，美国、法国、荷兰和韩国等国科学家也相继报道了体细胞克隆牛成功的消息；日本科学家的研究热情尤为惊人，1998年7月至1999年4月，东京农业大学、近畿大学、家畜改良事业团、地方（石川县、大分县和鹿儿岛县等）家畜试验场以及民间企业（如日本最大的奶商品公司雪印乳业等）纷纷报道了，他们采用牛耳部、臀部肌肉、卵丘细胞以及初乳中提取的乳腺细胞克隆牛的成果。至1999年底，全世界已有6种类型细胞——胎儿成纤维细胞、乳腺细胞、卵丘细胞、输卵管/子宫上皮细胞、肌肉细胞和耳部皮肤细胞的体细胞克隆后代成功诞生。

2000年6月，中国西北农林科技大学利用成年山羊体细胞克隆出两只“克隆羊”，但其中一只因呼吸系统发育不良而早夭。据介绍，所采用的克隆技术为该研究组自己研究所得，与克隆“多莉”的技术完全不同，这表明中国科学家也掌握了体细胞克隆的尖端技术。

在不同种间进行细胞核移植实验也取得了一些可喜成果，1998年1月，美国威斯康星一麦迪逊大学的科学家们以牛的卵子为受体，成功克隆出猪、牛、羊、鼠和猕猴五种哺乳动物的胚胎，这一研究结果表明，某个物种的未受精卵可以同取自多种动物的成熟细胞核相结合。虽然这些胚胎都流产了，但它对异种克隆的可能性作了有益的尝试。1999年，美国科学家用牛卵子克隆出珍稀动物盘羊的胚胎；中国科学家也用兔卵子克隆了大熊猫的早期胚胎，这些成果说明克隆技术有可能成为保护和拯救濒危动物的一条新途径。

克隆技术的应用前景

克隆技术已展示出广阔的应用前景，概括起来大致有以下四个方面：⑴培育优良畜种和生产实验动物；⑵生产转基因动物；⑶生产人胚胎干细胞用于细胞和组织替代疗法；⑷复制濒危的动物物种，保存和传播动物物种资源。以下就生产转基因动物和胚胎干细胞作简要说明。

转基因动物研究是动物生物工程领域中最诱人和最有发展前景的课题之一，转基因动物可作为医用器官移植的供体、作为生物反应器，以及用于家畜遗传改良、创建疾病实验模型等。但转基因动物的实际应用并不多，除单一基因修饰的转基因小鼠医学模型较早得到应用外，转基因动物乳腺生物反应器生产药物蛋白的研究时间较长，已进行了10多年，但在全世界范围内仅有2例药品进入3期临床试验，5～6个药品进入2期临床试验；而其农艺性状发生改良、可资畜牧生产应用的转基因家畜品系至今没有诞生。转基因动物制作效率低、定点整合困难所导致的成本过高和调控失灵，以及转基因动物有性繁殖后代遗传性状出现分离、难以保持始祖的优良胜状，是制约当今转基因动物实用化进程的主要原因。

体细胞克隆的成功为转基因动物生产掀起一场新的革命，动物体细胞克隆技术为迅速放大转基因动物所产生的种质创新效果提供了技术可能。采用简便的体细胞转染技术实施目标基因的转移，可以避免家畜生殖细胞来源困难和低效率。同时，采用转基因体细胞系，可以在实验室条件下进行转基因整合预检和性别预选。

在核移植前，先把目的外源基因和标记基因（如LagZ基因和新霉素抗生基因）的融合基因导入培养的体细胞中，再通过标记基因的表现来筛选转基因阳性细胞及其克隆，然后把此阳性细胞的核移植到去核卵母细胞中，最后生产出的动物在理论上应是100%的阳性转基因动物。采用此法，Schnieke等（BioReport，1997）已成功获得6只转基因绵羊，其中3只带有人凝血因子IX基因和标记基因（新霉素抗性基因），3只带有标记基因，目的外源基因整合率高达50%。Cibelli（Science，1997）同样利用核移植法获得3头转基因牛，证实了该法的有效性。由此可以看出，当今动物克隆技术最重要的应用方向之一，就是高附加值转基因克隆动物的研究开发。

胚胎干细胞（ES）是具有形成所有成年细胞类型潜力的全能干细胞。科学家们一直试图诱导各种干细胞定向分化为特定的组织类型，来替代那些受损的体内组织，比如把产生胰岛素的细胞植入糖尿病患者体内。

科学家们已经能够使猪ES细胞转变为跳动的心肌细胞，使人ES细胞生成神经细胞和间充质细胞和使小鼠ES细胞分化为内胚层细胞。这些结果为细胞和组织替代疗法开辟了道路。科学家已成功分离到人ES细胞（Thomson等1998，Science），而体细胞克隆技术为生产患者自身的ES细胞提供了可能。把患者体细胞移植到去核卵母细胞中形成重组胚，把重组胚体外培养到囊胚，然后从囊胚内分离出ES细胞，获得的ES细胞使之定向分化为所需的特定细胞类型（如神经细胞，肌肉细胞和血细胞），用于替代疗法。这种核移植法的最终目的是用于干细胞治疗，而非得到克隆个体，科学家们称之为“治疗克隆”。

克隆技术在基础研究中的应用也是很有意义的，它为研究配子和胚胎发生，细胞和组织分化，基因表达调控，核质互作等机理提供了工具。

克隆技术存在的问题

尽管克隆技术有着广泛的应用前景，但离产业化尚有很大距离。因为作为一个新兴的研究领域，克隆技术在理论和技术上都还很不成熟，在理论上，分化的体细胞克隆对遗传物质重编（细胞核内所有或大部分基因关闭，细胞重新恢复全能性的过程）的机理还不清楚；克隆动物是否会记住供体细胞的年龄，克隆动物的连续后代是否会累积突变基因，以及在克隆过程中胞质线粒体所起的遗传作用等问题还没有解决。

在实践中，克隆动物的成功率还很低，维尔穆特研究组在培育“多莉“的实验中，融合了277枚移植核的卵细胞，仅获得了“多莉”这一只成活羔羊，成功率只有0.36%，同时进行的胎儿成纤维细胞和胚胎细胞的克隆实验的成功率也分别只有1.7%和1.1%，即使是使用“檀香山”技术，以分化程度较低的卵丘细胞为核供体，其成功率也只有百分之几。

此外，生出的部分个体表现出生理或免疫缺限。以克隆牛为例，日本、法国等国培育的许多克隆牛在降生后两个月内死去；到2000年2月，日本全国已共有121头体细胞克隆牛诞生，但存活的只有64头。观察结果表明，部分犊牛胎盘功能不完善，其血液中含氧量及生长因子的浓度都低于正常水平；有些牛犊的胸腺、脾和淋巴腺未得到正常发育；克隆动物胎儿普遍存在比一般动物发育快的倾向，这些都可能是死亡的原因。

即使是正常发育的“多莉”，也被发现有早衰迹象。染色体的末端被称为端粒，它决定着细胞能够分裂的次数：每一次分裂端粒都会缩短，而当端粒耗尽后细胞就失去了分裂能力。1998年，科学家发现“多莉”的细胞端粒比正常的要短，即其细胞处于更衰老的状态。当时认为，这可能是用成年绵羊的细胞克隆“多莉”造成的，使其细胞具有成年细胞的印记，克隆牛，得到6头小牛，出生5～10个月后发现这些克隆牛的端粒比普通同龄小牛要长，有的甚至比普通新生小牛的端粒还长。还不清楚这一现象的原因，也不清楚为何与“多莉“的情况有巨大差别。但这一实验说明，在一些情况下克隆过程能改变成熟细胞的分子钟，使其“恢复青春”，关于这种变化对克隆动物寿命的影响，还有待于进一步观察。

换一种说法，克隆动物的寿命格外的长，但你能保证可以控制住他们吗？也许有一天从克隆试验室里，跑出一种比狼还凶猛，人还聪明，可以飞翔还能潜水的生物，到处攻击人……那是又该怎么办？

除了以上的理论和技术障碍外，克隆技术（尤其是在人胚胎方面的应用）对伦理道德的冲击和公众对此的强烈反应也限制了克隆技术的应用。但几年来克隆技术的发展表明，世界各科技大国都不甘落后，谁也没有放弃克隆技术研究。这一点上英国政府的态度非常具有代表性，在1997年2月底宣布中止对“多莉”研究小组投资后不到1个月，英国科技委员会就对克隆技术发表专题报告，表明英国政府将重新考虑这一决定，认为盲目禁止这方面的研究并不是明智之举，关键在于建立一定的规范利用它为人类造福。

世界首个

2010年5月世界首个“人造生命”在美国诞生，人类的能力已经拓展到可以“操纵”自然界。不过这一科技突破也引来不少诟病，批评人士说人类怎能堪当“造物主”之职，而美国总统奥巴马也下令在下周举行听证会，讨论这一问题。

项目的负责人J·克雷格·文特尔将“人造生命”起名为“辛西娅”（Synthia，意为“人造儿”）。他表示：“‘辛西娅’其实是一个人工合成的基因组，是第一个人工合成的细胞，也是第一种以计算机为父母的可以自我复制的生物。”

项目组其他成员表示，这仅仅是一个更宏大工程的一小步，未来他们甚至可以根据客户需求提供“定制”的有机物。此外，未来科学家还可以制造出能够产出石油或专以二氧化碳为食的环境友好型“人造生命”。文特尔自信地说，“人造生命”将成为非常强大有用的生物学工具。

实验中，科研人员先将“山羊支原体”的内部挖空，再向其中注入“蕈状支原体”的DNA（脱氧核糖核酸），最后新的支原体终于开始自我繁殖，成为世界首个“人造生命”。

虽然实验原理听起来很简单，但是科研人员在15年间花费4000万美元才得以成功，其中的难点就在于如何让人造基因序列生成人造染色体。科学家经过多年反复的实验，终于攻克了所有技术难题，制造出了“人造生命”。此次植入的DNA片段包含约850个基因，而人类的DNA图谱上共有约20000个基因。

前景

对人造生命持积极态度的科学家们包括文特尔等人都认为，人造生命将“大有作为”。待到技术成熟的那一天，实验室就可根据人们提出的不同需求，“量身定制”细菌

等人造生命，用以完成各种各样的任务。例如，用人造生命制造药物和燃料，把这些特殊设计出来的人造生命植入体内，用作生物传感器。

质疑

科学界把人造生命界定到一个新的学科——合成生物学。

有人称无论如何人类都不可以充当“造物主”，更没有资格像“上帝”或诸神一样创造生命；更多人则担心此研究成果会被用来合成大量生化武器，造成恐怖威胁。更有人预言，这项技术如果运用得不好，可能导致一场人类浩劫。

美国政府

奥巴马已经敦促生物伦理委员会督察此事，“评估此研究将给医学、环境、安全等领域带来的任何潜在影响、利益和风险，并向联邦政府提出行动建议，保证美国能够在伦理道德的界限之内、以最少的风险获得此研究成果带来的利益”。

人造原理

1.科学家选取一种名为丝状支原体的细菌，将它的染色体解码。然后利用化学方法一点一点地重新排列DNA。

2.将重组的DNA碎片放入酵母液中，令其慢慢地重新聚合。

3.将人造DNA放入另外一个受体细菌中。通过生长和分离，受体细菌产生两个细胞，一个带有人造DNA，另外一个带有天然DNA。

4.培养皿中的抗生素将带有天然DNA的细胞杀死，只留下人造细胞不断增生。

5.几个小时之内，受体细菌内原有DNA的所有痕迹全部消失，人造细胞不断繁殖。新的生命诞生了。

反对者

“创造生命”再次激起了古老的争论：人类是否可以扮演上帝的角色？

英国牛津大学的伦理学教授朱利安·萨乌莱斯库认为：“凡特推开了人类历史上最重要、最基础的那扇大门———窥视生命的本质。他直接扮演了上帝的角色———创造出自然界原本不存在的新生命。”

一个名为“人类基因学警告”的团体负责人戴维·金说：“凡特的研究无异于打开了潘多拉的魔盒。”反对者认为，人造的有机体如果扩散到自然界，引发生物基因变化，有可能造成环境灾难，它们还有可能被用来制造生物武器。

2010年，生命终于结束了单一的“如其所能”阶段，进入到“如吾所识”的新纪元。在苏格拉底“认识你自己”的无解命题面前，人类以标新立异的方式实现了破解：创造你自己。

创造生命不再是上帝、女娲、普罗米修斯们的特权。涉入这个神圣的领域，也许意味着人类已自封为神。

作为神话定律，神灵总是与魔鬼相伴而生；作为人间定律，当人类承担起越来越大的责任时，往往意味着危机的出现、逃避责任的开始。在成功创造了生命的同时，人类创造了怎样的魔鬼？人类可做好了承担创造生命后的责任的准备？

危机还是宿命？判断已不再重要，人造生命已经诞生。指望伦理道德或法律制度进行有效约束，不过人类的自欺：科学怪人何曾在意过世俗的眼光。

值生命新篇章揭开之际，平凡的人们能做的也许只剩下祈祷：即使复亡的命运终会来临，但愿我们不是自取灭亡。

背景介绍

支原体（mycoplasma）：又称霉形体。在支原体细胞中，唯一可见的细胞器是核糖体（支原体是原核细胞，原核细胞的细胞器只有核糖体）。支原体的发现是在1898年，也是到目前为止，人类发现的最小最简单的原核生物。其大小介于细菌和病毒之间，结构也比较简单，多数成球形，没有细胞壁，只有三层结构的细胞膜，故具有较大的可变性。克雷格·文特尔（JohnCraigVenter）是一名极具争议的生物学家，同时也是一名财产过十亿的企业家。科学界一些人质疑他将基因组研究活动变成一种相互竞争的比赛。他1946年出生，曾在越南服役，在照顾伤兵时决心从医。1992年成立了私人的基因组研究所。约3年后，成功分析出一种导致幼儿脑膜炎的生物体的基因组序列。2005年他成立了一家Synthetic公司，期望研究出能生产可替代燃料的生命形式。在2007年和2008年入选《时代》影响世界的100人。

科学界的“坏小子”克雷格·文特尔又有惊人之举。他创立的J。克雷格·文特尔研究中心宣布：世界首例人造生命——完全由人造基因控制的单细胞细菌诞生。这么说，人类已经具备造物能力了？这个念头让不少人心慌慌。英国小说家阿道司·赫胥黎曾在1932年的长篇科幻小说《美丽新世界》中描述道：由于社会与生物控制技术的发展，人类从基因和胎儿阶段就开始沦为垄断基因公司和政治人物手中的玩偶。

将来真会有个叫“弗兰肯斯坦”的科学怪人出现吗？

人造儿“辛西娅”

文特尔给这个人造生命体取名“辛西娅”（Synthia）——取“合成”（Synthetic）的意思。“辛西娅”其实是将人工合成的基因组植入另一个内部被掏空的细胞内，最终实现自我复制。文特尔自豪地称，这是世界上首个“血统”继承自一台电脑、并可以自我复制的细胞体。

文特尔把这一重大突破比喻成为细胞创造了新“软件”。他说：“把合成基因植入受体细胞中，新‘软件’一进入，细胞就会解读它，然后转变成那个基因代码所指定的种类。”这是人类首次创造出完全由人造DNA控制的细胞。

从理论上讲，如果这项研究可以继续深入下去，就有可能创造出更加复杂的生命体，例如植物或者动物，但是需要科学家花更多时间来研究。文特尔和他的团队还处于设计、创造支原体细胞阶段。

支原体细胞是最简单的生物，只有1条染色体和517个基因，同时也没有细胞核，所以容易注入DNA分子；而人类的每个细胞都有23对染色体和约3万个基因，并且人类染色体的组织成分也比细菌的复杂得多，要想把人工合成基因组技术应用到复杂的生物身上非常困难。

文特尔和同事希望最终能造出有实际功能的新细菌。文特尔甚至把前景描述成“新的工业革命”：“如果我们真的能让细胞实现我们希望的功能，它们将清除油污，并且捕捉二氧化碳减少对环境的破坏。”

文特尔研究机构已经与一些制药公司和石油公司合作研发能生产石油和新型疫苗的细菌核糖体。诚如文特尔所想，能按照电脑程序的设置随心所欲创造出新型的人造生命，那么眼下墨西哥湾上的大面积浮油就不会那么令人无措了。

但是，在这个新的科技领域，“创造”与“干涉”始终是纠结不清的，更何况涉及生命。批评者认为，人造生命体的潜在效益被过分夸大了。

英国生物学家、“英国基因观察”（GeneWatchUK）发言人海伦·华莱士表达了自己的担忧。“如果新的生命体进入自然环境，会带来弊大于利的后果。（带着治理污染的目的）把它们播散出去，实际上是释放了一种新的污染物。我们不了解这些生命体在自然环境中会有什么反应。”华莱士觉得，文特尔欺瞒了潜在危险性。“他不是上帝。他实际只是个普通人，试图从中获利，并规避可能限制他的技术投入使用的一切规定。”

“人类是否可以扮演上帝的角色？”美国科学家在人类历史上首次“创造生命”，再次激起了这个古老的争论。日前美国科学家克雷格·文特尔宣布培育出第一个由人工合成基因组控制的细胞，被认为是地球上首个人造生命形式。对这一成果，有人看到未来解决品短缺、能源危机的希望，但更多的人担心这打开了“潘多拉盒子”。有网民在《纽约时报》的报道后留言称，“这是继原子弹后人类又一个可以毁灭自己的。”随着技术、技术和基因工程等飞速发展，基因粮食和药物与人类越来越近，“人造生命”引发的有关伦理道德和人类存在的危机争论越来越激烈。类似于《生化危机》等描写人类几乎被自己制造的“非生物”灭种的影片在全球流行深深地反映出人类的恐惧。

人造生命对经济和政治的影响

克雷格·文特尔的“人造生命”撼动的已不只是科学界，更有美国的政治中心。他挂帅的研究所宣布“人造生命”问世没几天，美国国会众议院能源和商务委员会即要求文特尔出席特别听证会。日前，文特尔来到华盛顿国会山，为其引发巨大的“伦理担忧”的人造生命研发作证。

科学家为研究成果上国会接受质询在美国罕见。

不仅如此，美国总统奥巴马在“人造生命”消息一出，即要求美国生物伦理委员会“督察此事”。显然完全预估到此事将掀起怎样轩然而复杂的波澜，奥巴马显得很讲究“进退有据”，奥巴马的指示是：“评估此研究将给医学、环境、安全等领域带来的任何潜在影响、利益和风险，并向联邦政府提出行动建议”。文特尔自信地表示：“人造生命”的技术价值“超过万亿美元”，将成为非常强大有用的生物学工具。推出由人工基因与自然细胞合成的“辛西娅”仅仅是一个更宏大工程的一小步，未来他们可以根据客户需求提供“订制”的有机物。

文特尔从不掩饰他科研工作的“商业指向”。当初因为人类基因组图谱“专利计划”落空，不但令他自己钱包大损，甚至后来还被塞莱拉的董事们踢出公司，当时文特尔情绪低落到选择逃到他那艘95英尺长的新游艇“魔法师二号”去自我疗伤。但这一次文特尔应该不再失手了，“人造生命”成果由文特尔自己的研究所一手掌控。

据美国媒体报道，文特尔已经和石油巨头埃克森美孚达成协议，要制造可以吸收二氧化碳并将其转化为燃料的水藻——一种能赚大钱的有机物。

专访《人造生命》杂志主编马克·贝多

问：这项成就是否真的代表着新生命的创造？

答：出于两个原因，不该称这项成就为“新”生命的创造。首先，它所创造的生命形式并不是新的。在此过程中大致完成的，是对现有细菌的生命形式的重塑，只不过它被赋予了一个经修复（在实验室里合成）的基因组，该基因组又被植入种类略为不同的细胞质而已。

从先前不曾存在过的意义上来说，这种方法可以较为简便地用来生产某种“新”的物质。那就是引入足够的新基因（或者剔除足够的现有基因）。这一点在技术上是切实可行的，而最终利用这种潜质，原先也是创造“合成细胞”的主要动机。然而，应该强调指出：创造全新的生命形式也许是非常困难的。这是因为，甚至连最简单的生命形式也是非常复杂的，所以要预测你在大幅度改变它们的基因组时会发生什么是非常困难的。

如今，即使合成基因组和任何现有的生命形式存在本质区别，人们也依然可以对新生命的创造这一说法提出质疑，因为合成细胞是通过改造现有的生命形式而构建的。合成细胞中的所有物质，几乎都源自于先前存在的生命形式，只有基因组是合成的。从这个意义上可以说，只有在整个细胞经合成的条件下，合成细胞才有资格称为“新”的生命。世界各地有少数研究团队致力于用仅仅购自化学品供应公司的物质来创造完全的合成细胞（有时候称为“原始细胞”）。当然，即使是活生生的原始细胞也无法从零开始创造，因为它是由预先存在的物质构成的。

问：这项目技术有助于延长人类寿命吗？它能治愈糖尿病和癌症等顽疾吗？

答：虽然这项成就是合成基因组的一个里程碑，但在利用合成生物学来增进健康和治疗疾病方面仅仅迈出了一小步。接下来，这个研究团队将试图研制携带有指令、促使细菌变成流感疫苗的合成基因组，但是迈出那一步究竟有多么艰难，谁也无法知晓。

问：合成细胞能复制吗？如果这样的话，它的子细胞能独立生存吗？

答：带有植入基因组的细胞是会复制的，就像最终形成的子细胞一样。事实上，在研究人员能将细胞经冷冻存档前，菌落已经历了10亿次的复制。

问：如果细菌细胞偶然倾弃于环境会发生什么不测？是否可以采取预防措施？

答：在这个领域工作的研究人员都充分意识到：创造仅存在于研究实验室的合成细胞与创造倾弃于环境的合成细胞，两者之间有着巨大的伦理差异。倾弃于环境会招致不容忽视的风险。由于这个原因，任何倾弃于环境的行为只有在相应苛严的条件下才可以考虑。不过，偶然发生意外和并非蓄意地倾弃于环境的可能性依然是存在的。在这种情况下，有两点是应该引起重视的。

首先，即使在实验室的理想条件下，要让合成细胞存活也不是一件易事。所以，合成细胞偶然倾弃于环境只会导致它们迅速消亡。

其次，目前正在展开有关的讨论，计划对合成细胞建立多重保护。其中包括赋予它们严格限制的寿命、安装通/断开关，使它们对环境中天然不存在的食物或条件产生依赖性，或是采取措施阻止它们进化。除此之外，重要的还在于建立帮助追究责任的独特辨识标志。值得注意的是，文特尔团队合成的细胞就融入了这种“水印”。

人造生命的水印

人造基因组中加入的“水印”是为了将其与天然基因组区别开来。文特尔此前在接受采访时曾表示：“这些‘水印’中包含着一些加密信息。如果要破译这个信息，首先要确定‘水印’中暗含的氨基酸序列。”虽然文特尔拒绝透露这些加密信息究竟是什么，但他的话也给破解这个谜团提供了线索。

有人对文特尔研究所提交的基因组进行了分析。由于每三个相邻碱基可以决定一个氨基酸，并可以用一个字母代码来表示，将几条水印中氨基酸字母代码组合起来后发现，原来这是一句如诗般的名言，作者是爱尔兰的作家和诗人詹姆斯·乔伊斯。“去活着，去犯错，去跌倒，去胜利，去从生命中创造新生命。”这个经典的句子第一次有了新的载体——蛋白质。这句话本身就是对这个事件和人造生命的写照和祝福。不知道天上的乔伊斯如果知道自己的诗句会有如此进步且革命性的应用，会作何感想？

或许，这条水印将跟随人类第一个完整的人造生命写入历史。

人造生命