从从“设计生命”到理解生命

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1、从"设i性命"到醐生命2018-03-0119:16:33文化纵横2018年1期金帆近年来，主命科学的蓬勃发展，使得人类不仅能够更好地“认识牛.命”，甚至开始“设计生命”，充当新时代的“造物主”；在“上帝己死”的时代，人类自身开始扮演起近乎“上帝"的角色。本文在介绍生命科技前沿领域一合成生物学的基础上，指出合成生物学及其技术确实能够揭示出生命的某些特质。但仅仅如此是不够的，微观的受控实验需耍与宏观的哲学认知互相结合、交互印证，才能逐步加深我们对生命的理解。2010年以来，人工智能和生命科技作为科技发展的两大前沿，呈现出

2、蓬勃发展的态势，并对人类生活发生着日益深入、广泛的影响。2010年，基因科学家温特尔（JohnCraigVenter）带领他的团队在实验室合成了第一个人工合成细胞，命名为“辛西娅”（Synthia）,并称它是第一种“以计算器为父母的自我复制的生物”。今年，人类的创造物“阿尔法狗”以3:0大败柯洁，成力围棋界的“上帝之手”。人类对世界的认知似乎开始逐渐摆脱肉体感官，进入精密工具操作、介入和干预的阶段，人类自身似乎开始扮演近乎“上帝”的角色。从管人类认识和操控世界（包括人体自身）的能力越来越强，但是，人对生命的理解，对人类

3、大脑和意识的了解，都远远跟不上对生物细节知识的了解和操纵。本文将简单介绍近儿年新兴的合成生物学，并揭示它对如何理解生命有什么意义。W前，合成生物学己经制造出一些抟制生命的个别过程的生物组件，并开始应用于与我们生活密切相关的环保、医疗、食品制造等领域。也就足说，人类“设计生命”的巨变正在发生，己在路上！我认为，在此过程中，虫命科技的研究者不能缺少宏观哲学思考，必须有意识地去认识“生命是什么”，才能使生命科技更有效地造福于人类。合成生物学与“设计生命”经过多年的知识积累和技术准备，人类己经幵始通过工程化的没计理念，对生物体

4、进行有B标的设讣、改造乃至重新合成，从而创建赋予非向然功能的“合成生命体”，这个领域被称为合成生物学，其通过基因回路的设计和植入讨实现对细胞行为的精确控制。生命系统的基因回路是通过数I•亿年演化形成的，但科学家可通过工程化的逆向设计，如按照拼接逻辑电路的方法来设计基因回路，达到控制生命的U的。比如，若我们想控制细胞内某个基因的表达出现周期性振荡，就可参考数字电路屮经典振荡器的没计一将三个非门串起來，如果输入1,输出就变成0;如果输入0,输出就变成1,通过将1由输出返回输入，使回路在0和1之间振荡。UCLA生物学家就是利

5、用冋样的原理将三个由基因表达系统构成的非门进行串联，从而实现丫基因表达振荡器。［1］该基因振荡器4以调节细胞的自然发育节奏及其内部运作过程。换言之，U前合成生物学的研究步骤是先绘制出一幅理解生命现象的原理图，再按照这幅图来对生命过程进行设计，没计出來的生物组件耍完成没计目标。本來，理解复杂的生命系统极其艰难，合成生物学和技术，可以通过对初级棊因片段的设讣、拼接，并比较设计、拼接的结果和鉍初的预想，进而由点及面地理解牛.命。这就为人类理解S杂的生命系统提供了一个新思路。合成生物学在21世纪快速发展。有一个组织，2003年

6、麻省理工学院(MIT)创办的国际遗传工程机器大赛(InternationalGeneticallyEngineeredMachineCompetition)简称iGEM，是合成生物学领域的一个半学术、半民间的国际性学术竞赛合作的重要组织，目前有西多个、包括中国十儿个髙校参与。iGEM每年举行大赛，参赛者是由本科生组成团队，参赛内稗是把生物零件(BioBrick)，即把零件(Part)组装成装置(Device)，再把装置(Device)组成系统(System),实现基因组件的模块化，由此构建有特定功能的人工生物模块、系统

7、，实现对复杂生物系统的操纵和测量。iGEM另一个基本理念足开源共享，所奋参与团队都必需公开他们的研究成果，同时也可无偿享用他人己研发出来的生物模块。由于有越来越多的基因片段的发现和共享，拼接技术的应用门槛大大降低。另外，与以前拼接基因片段需花费高额费用，并且只冇在专业实验室才能完成相比：现在，费用在呈指数下降，本科生经培训就能做。因此，在合成生物技术大为普及的情况下，如何拼装S因片段？如何设计生物？更重耍的是，如何实现基冈拼接、生物设计的校块化？理念(idea)变得愈发重耍，它正在倒逼科学家们加深对生命的认识。整体上看

8、，合成生物学作为新兴科学技术，仍处于初级阶段。对合成生物学发展的最大限制仍然是人类对生命系统的理解。尽管科学家可以按照电路控制对基因进行设计和调控，但任何生命都是一个多重控制调节回路的复杂系统，人工设计的电路系统并不能整体上仿真这-•系统，即使合成生物实现了对生命现象的局部模拟，但这一设计是否最优，对生命整体会产生什么样的新问题，