合成細菌基因 人造生物大突破

【聯合報╱國際中心綜合24日外電報導】 2008.01.26

美國科學家24日宣布，他們在人造生物（artificial life）領域已獲致重大新進展。研究人員費盡心血，合成化學成分，製造出一個細菌的完整基因組（entire genome）。這項進展是新興的合成生物學（synthetic biology）一個重大分水嶺。

下一步 人造DNA生物

此一研究由爭議性頗高的知名科學家凡特（J. Craig Venter）召集一組研究員，在他的馬里蘭州凡特研究所實驗室完成。科學家過去曾合成病毒的完整DNA，但這項新研究首次製出細菌的完整基因組。

細菌的構造遠比病毒複雜。新製出的基因組的長度，是過去合成的最長DNA的10倍。

這項進展是五年研究的成果，報告刊登在24日上市的「科學」（Science）雜誌上。

科學家認為，他們下一步將可完全依賴人造DNA基因組製造出人造生物，方法是，把人造的基因組植入「宿主細胞」。基因組可自力更生，生長其所需的蛋白質，逐漸把細胞轉化為新生命。

可以研發生質燃料

凡特研究所的科學家史密斯（Hamilton Smith）在報告中指出：「藉著同心協力的團隊工作，我們已經顯示，製造出大型基因組現在已經可行，可以研發出重要用途，例如生質燃料（biofuel）。」

凡特表示：「我們現在所做的合成基因努力，將引進未來的基因設計。」一般認為，這項進展是合成生物學的分水嶺，這門科學涉及設計執行特別任務的有機物，像是生質燃料。合成生物學者希望，有朝一日能在電腦上設計出一種有機物，按一下「列印」鍵，產生必要的DNA，然後把此種DNA植入一個細胞，製造出「訂做的」的生物。

萬一失誤 釀出災禍

但是，外界擔心，合成生物學可能被用於製造病原體（pathogens），或因用心本善的科學家發生失誤而釀出災禍。

科學家和哲學家一致認為，用人造DNA創造生物將是一個重大分水嶺，使生物和人造生物的界線變得模糊，迫使人類重新思考「生物」的意義。



◆ 成功合成DNA 人可望取代上帝

閻紀宇／綜合廿五日外電報導 中國時報 2008.01.26

美國生物科技先驅克雷格．文特（Craig Venter）領導的「文特研究中心」（ＪＣＶＩ）廿四日宣布，該機構科學家成功利用人造的去氧核糖核酸（ＤＮＡ）片段，創造出迄今最大型的人造ＤＮＡ結構：一個含有五十八萬二千九百七十個鹼基對的生物基因體。

此舉使人類朝向製造「合成生物」（synthetic organism）目標邁進一大步。但也有許多人強烈反對這類研究，認為這是人類試圖扮演上帝自行造物。

基因體移植 文特創造奇蹟

麻省理工學院（ＭＩＴ）生物工程系的安迪博士預測，到了二○一二年，設計建構各種細菌與單細胞真核生物的基因，將如同家常便飯，甚至連哺乳類動物的染色體都可以調整。英國紐塞大學的生物倫理學家伍茲則認為，合成生物這個新領域必須建立管制規範，否則有可能會引發危險後果。

該論文刊登於最新一期《科學》（Science）周刊。

由文特研究中心研究員吉布森與一九七八年諾貝爾醫學獎得主史密斯領導的十七人團隊，已經合成出「生殖道黴漿菌」（Mycoplasma genitalium）的基因體，命名為「生殖道黴漿菌JCVI-1.0基因體」（M. genitalium JCVI-1.0）。生殖道黴漿菌是一種常見於人類生殖道的致病細菌，構造極為簡單，只具一條帶有五百餘個基因的染色體，是已知基因體規模最小的生物之一，因此適合作為人造生物的基石。

文特本人也參與這項研究計畫，並強調他們的新方法與新技術未來將廣泛運用於「合成基因體學」，發展出諸如研製新藥物、分解二氧化碳等溫室氣體、製造生質燃料、對抗生物戰劑等實際用途，前景不可限量。不過許多人認為這類實驗形同試圖「扮演上帝」，涉及複雜的宗教與倫理爭議，而且難以避免有心人士濫用的風險。

生殖道黴漿菌 人造生物基石

約翰霍普金斯大學生物學家博克認為，這項研究是生物科技的一大突破，具有里程碑意義。紐約州立大學石溪分校病毒學家魏默則指出，文特的團隊還須再接再厲，將人造基因體植入剔除ＤＮＡ的生殖道黴漿菌細胞中，證明它能夠讓生物的各項功能正常運作。

日本學者曾經製造出鹼基對數目為生殖道黴漿菌十倍的基因體，但他們的方法是結合兩種現有細菌的染色體。相較之下，文特的團隊可說是一磚一瓦、白手起家，難度與開創性都遠高於前者。

研究人員首先對生殖道黴漿菌重新進行基因定序，做為後續步驟的依據。然後以化學合成方法，製造出一百零一個生殖道黴漿菌ＤＮＡ的「基因盒」（cassette），每一盒約含五千至七千個鹼基對，彼此部分重疊，並加入一些天然生殖道黴漿菌沒有的基因資訊，做為合成之後驗證身分的「浮水印」。

接下來研究人員展開五個步驟，以大腸桿菌與釀酒酵母做為基因選殖（cloning）的宿主，像一層一層堆疊積木一般，讓一百零一個個基因盒相互結合在一起。隨著鹼基對數目逐漸增加，結構越來越脆弱而難以處理，但研究人員最終還是克服挑戰。大功告成的基因體分子量高達卅六萬「千道爾頓」（kDa），如果以十級字印出其代碼（A、C、G、T），可以印出一百四十七頁。

未來研究人員將嘗試完全以人造基因體為材料，製造出活的生殖道黴漿菌細胞，文特去年實驗成功的「基因體移植」（genome transplantation）技術將派上用場。史密斯博士解釋：「那就像在電腦中安裝新軟體，我們要設法啟動植入的基因體，讓它開始運作。」

※ 還差一步，讓合成基因組「活起來」。



◆ HFEA掌控生死門 防製半人半獸

諶悠文／綜合廿五日外電報導 中國時報 2008.01.26

雖然「人類是否應扮演上帝」的爭議不斷，但尖端的基因研究卻一直挑戰人神之分際。英國「人類授孕與胚胎學管理局」（ＨＦＥＡ）今年一月十七日便批准了兩所大學團隊的人獸胚胎研究申請。

英國當局允許他們使用人類的體細胞與動物（牛或兔子）卵子結合，發育為「細胞質混合胚胎」（cytoplasmic hybrid embryo），進而抽取胚胎幹細胞研究。

劍橋大學國王學院「幹細胞生物學實驗室」與紐卡索大學「東北英格蘭幹細胞研究中心」兩支團隊於二○○六年向當局提出申請，如今獲得一年的研究許可。日後英國其他研究單位想要從事類似實驗計畫，也需要提出專案申請，取得ＨＦＥＡ核可。

所謂「細胞質混合胚胎」是運用複製生物「細胞核轉殖技術」，先將動物（牛或兔子）卵子的細胞核移除，因此胚胎基因有九九．九％屬於人類，只有○．一％的「粒線體基因」來自動物。

學者指出，這類胚胎最多發育到十四天就予銷毀，絕不會植入母體子宮內著床，所以不可能產生「半人半獸」的「嵌合體」（chimera） 動物。科學家主要希望利用這類「混種」胚胎擷取出幹細胞，進而找到治療帕金森氏症、老年失智症等神經退化性疾病的新方法。

但衛道人士認為，即使是少許的人類基因與其他動物的基因混合也不行，此舉違反自然，而且引發道德倫理的爭議。「保護未出生胎兒學會」便譴責ＨＦＥＡ是「人類尊嚴的一大倒退」。但英國學界人士泰半都表示樂見。

紐卡索大學教授萊爾．阿姆斯壯表示，母牛卵子與人類卵子做起來的結果差不多，但母牛卵子更容易取得。紐卡索團隊的混種胚胎實驗目的是希望了解幹細胞如何發育成不同的組織細胞。

「嵌合體」動物指的是部分組織細胞基因中混入其他生物體基因（外源基因）的動物。而「凱美拉」（chimera）典出希臘神話，原指一隻獅首、羊身、蛇尾而且能噴火的怪物。

※ 相關報導：

＊ Complete Chemical Synthesis, Assembly, and Cloning of a Mycoplasma genitalium Genome
http://www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/1151721

Daniel G. Gibson, Gwynedd A. Benders,
Cynthia Andrews-Pfannkoch, Evgeniya A. Denisova,
Holly Baden-Tillson, Jayshree Zaveri, Timothy B. Stockwell,
Anushka Brownley, David W. Thomas, Mikkel A. Algire,
Chuck Merryman, Lei Young, Vladimir N. Noskov, John I. Glass,
J. Craig Venter, Clyde A. Hutchison III, Hamilton O. Smith
Science, Published Online January 24, 2008
DOI: 10.1126/science.1151721

We have synthesized a 582,970 bp Mycoplasma genitalium genome. This synthetic genome, named M. genitalium JCVI-1.0, contains all the genes of wild-type M. genitalium G37 except MG408, which was disrupted by an antibiotic marker to block pathogenicity and to allow for selection. To identify the genome as synthetic, we inserted "watermarks" at intergenic sites known to tolerate transposon insertions. Overlapping "cassettes" of 5 to 7 kb, assembled from chemically synthesized oligonucleotides, were joined by in vitro recombination to produce intermediate assemblies of approximately 24 kb, 72 kb ("1/8 genome"), and 144 kb ("1/4 genome"), which were all cloned as bacterial artificial chromosomes (BACs) in Escherichia coli. Most of these intermediate clones were sequenced, and clones of all four 1/4 genomes with the correct sequence were identified. The complete synthetic genome was assembled by transformation-associated recombination (TAR) cloning in the yeast Saccharomyces cerevisiae, then isolated and sequenced. A clone with the correct sequence was identified. The methods described here will be generally useful for constructing large DNA molecules from chemically synthesized pieces and also from combinations of natural and synthetic DNA segments.

＊ NEXT 危基當前

＊ 合成染色體 製出人造生物
＊ 研究者成功讓「人造染色體」在植物中遺傳
＊ 研究者培育出威力鼠
＊ 科學家發現大樺斑蝶遷徙的分子基礎
＊ 美科學家複製自己 胚胎活5天

＊ 基因工程參賽者創造模組化的 DNA 開發套件
＊ 新技術能大幅降低 DNA 定序成本
＊ 繞過 DNA 的遺傳新途徑：RNA 快取樣板！
＊ 化學家解決生物學挑戰
＊ 科學家發現挑選幹細胞的新方法
＊ Science「年度科學突破」：人類遺傳變異
＊ 研究：超級病菌由同一種細菌演化而來
＊ 新方法讓設計、製造新穎藥物成為可能
＊ 男人為何容易罹患肝癌？基因的性別戰爭？
＊ 愛情是什麼東西？神經學解祕
＊ 科學家發現生命大爆發至少有 2 次以上
＊ 8萬年前人類頭蓋骨 許昌出土

＊ 燃料電池的新觀點：利用細菌產生電力
＊ 超級電池讓油電混合車破記錄
＊ 科學家強調「生物燃料」的環境衝擊
＊ 研究：空氣汙染中的超細微粒子會引起心臟病
＊ 生態系統「非線性」的回應指出環保解決辦法