“生物传送”接近克雷格文特的数字生物转换器
这一年是2030年。在一个高安全性的收容实验室里,科学家聚集在一台高耸的机器周围,急切地等待着对火星上新发现的细菌的第一眼看法。
通过一系列哔哔声,机器 - 数字 - 生物转换器,或DBC - 表示它已成功接收细菌的数字化基因组文件。使用由DNA构建块组成的化学混合物,它旋转起来,自动重建外星生物的基因。
在一天之内,科学家们对火星细菌进行了精确的复制。
致2016年创造第一个合成生命形式的遗传特立独行者克雷格·文特尔(Craig Venter),让外星人回归到地球上重建可能听起来像科幻小说,但“可能是真实的”。
最近,与合成基因组学DNA技术副总裁Daniel Gibson合作,Venter发布了一个原型DBC,能够下载数字化DNA指令并从头开始合成生物分子。
这台未来派机器不仅可以抽出DNA,疫苗和蛋白质的功能,而且还可以从头开始自动合成病毒颗粒。
将外星生命传送到地球只是Venter为DBC设想的一个角色。另一方面,我们可以将地球的极端微生物细菌送到火星上的打印机。如果通过基因增强来抽出氧气,细菌可能会慢慢改变火星的景观,使我们在踏上红色星球之前更容易适应人类。
更接近家庭,DBC可以允许在爆发期间即时,按需访问拯救生命的药物或疫苗,或最终获得个性化医疗。
一生都是代码
在Venter进军“生物传送”的基础上,所有生命形式 - 至少在地球上 - 本质上都是DNA软件系统。DNA指导和创造由蛋白质,细胞和组织制成的更有形的生物“硬件”。
因为DNA包含启动生命形式的所有必要信息,通过破解其代码并编写自己的代码,我们现在有能力创造前所未有的生物。
早在2010年,Venter就将实验室化学物质完全合成的细菌基因组插入到单细胞受体中。合成的基因组启动了活细菌,使其能够复制到大量的人造生物体中。六年后,他的团队进一步探索了科幻小说的领域,创造了一个只有437个基因的新细菌物种- 这是支持生命所需的绝对已知最小遗传密码量。
这些研究和其他研究清楚地表明,我们现在有了一套新的工具,可以让科学家们制造新的生物物种,加入“我们星球的生命清单。”但为什么要停在那里?如果生活只是可以打包,通过电子邮件发送,下载和复制的代码,为什么不使用相同的技术来传递生命?
数字生物转换器
DBC是Venter试图转移和制造生命的尝试。
这台机器长8英尺,高6英尺,是一个弗兰肯斯坦的机械块和横跨双层桌子的电线。“我们正致力于利用微流控芯片和微阵列等新技术实现机器的便携性,”作者解释道。
DBC配备了以太网集线器,从互联网上下载DNA文件,并使用DNA-腺苷,鸟嘌呤,胸腺嘧啶和胞嘧啶(A,G,T,C)的四种化学碱基打印代码。
“这是包装复杂的生物学,我们的每个小细胞都以非常小的规模表现得非常好,”文特尔解释道。
虽然自动DNA打印机已经上市,但DBC更进了一步。该机器能够根据遗传密码构建蛋白质(可以说是打印生物硬件),使其从头开始更接近于构建活细胞。
该系统的核心是Archetype,这是一种专有软件,可以将输入的DNA序列最佳地分解为更易于管理的短序列,以便并行合成。这大大提高了效率并减少了随着DNA链长而增加的测序错误。
组装完成后,机器扫描链条是否有任何错误,然后将这些位“粘贴”回完整的DNA装配体。从那里,一系列机械臂将DNA从模块转移到模块,自动添加将合成基因转化为功能蛋白的试剂。
合成医学
在一项概念验证研究中,该机器抽出了绿色荧光蛋白,这是一种藻类蛋白,通常在实验室中作为实验性金丝雀。在DBC运行之后,所得产物如预期的那样发出亮绿色,随后的分析发现超过70%的所有合成分子都没有错误。
虽然令人印象深刻,但该团队承认未来的模型需要做得更好。
吉布森警告说:“所有这一切都需要一个DNA基础才能使蛋白质不能正常工作,或治疗不能做到它应该做的,或者细胞不能发挥作用”。
在另一项实验中,DBC成功地产生了功能性流感病毒颗粒,RNA疫苗和噬菌体病毒,这些病毒感染可用于对抗感染甚至癌症的细菌。
那是巨大的。“如果有大流行病,你身边的每个人都快死了,你不能去户外,你可以在几秒钟内从互联网上下载疫苗,”文特尔说。在医院,家庭和偏远地区这样的机器可以彻底改变医学。
文特尔也关注个性化医疗。他说,将来,如果您感染了感染,您可以在几分钟内对基因组进行测序。然后,医生可以通过在线数据库交叉引用您的错误,下载并在办公室打印可用的噬菌体治疗并送您前往。
太空旅行
文特尔的野心并不止于此。他想象将DBC与其合成生物的技术相结合,构建一个能够生产食物,氧气和燃料的“空白板岩”受体细胞 - 这是发送到世界各地或进入太空的完美主力。
理论上,细胞能够接受任何旨在产生生命支持分子的合成基因组。文特尔表示,这些细胞必须经过精心设计,但强调可以做到。
拥有一名DBC意味着一个穿越太空的船员将不再依赖供应船会合 - 我们将永远不会让现实生活马克·沃特尼挨饿并搁浅在火星上。
但那看起来遥遥领先。
根据吉布森的观点,在我们对空间的幻想思想太过分心之前,还有很多工作要做。首先,DBC需要缩小到更易管理的大小。另一方面,目前的DNA合成技术非常低效且浪费 - “大约99.999%的原材料浪费了”,他说- 随着团队转向更大的DNA结构,问题进一步扩大。
这些都不是小问题,但DBC表明生物材料的生物隐形传输是可行的。那么为什么不瞄准高?
“我的未来不是幻想,”文特尔说。“我们的目标不是想象这些东西。我们科学家实际上是这样做的。“
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