瘦猴 探花 再创世纪:合成生物学将奈何再行创造当然和咱们东谈主类
【书 瘦猴 探花名】再创世纪:合成生物学将奈何再行创造当然和咱们东谈主类
【作 者】(好意思)乔治·丘奇， 艾德·里吉西 著 周东 译
【出书者】电子工业出书社
【索书号】Q7/7240
【有瞻念看室】中校区理科有瞻念看室
作者简介
乔治·丘奇，好意思国闻明学者，当代生物学领域最伏击的见识首级之一。他是遗传学与分子工程学的双料内行，哈佛大学和麻省理工学院的双料老师， 好意思国科学院与好意思国工程院的双料院士，学术盘考与科技创业的双料凯旋者；而这一切的代价，等于要两个行政助理才能管理得过来、精准到分并塞得满满的日程表。
艾德·里吉西，好意思国形而上学家、栽培家和作者， 为多本科学杂志撰稿，已出书七部科学畅销书。其写稿东题包括纳米手艺、东谈主类修订及生物战争等。
周东，译言东西文库专职译者，古登堡技俩负责东谈主，负责翻译过多种同类型著作，笔墨怒放，翻译准确，粗略准确翻译关连内容。
内容简介
基因工程是否可能令现存微生物变得更致命？取得基因强化的超东谈主类会不会更危机？基因组手艺以及向超东谈主类主见前进的法子，无法被预先瞻望到，但是它至少是不错被东谈主类抑止的。
1978年，诺贝尔医学奖颁给发现DNA抑止酶的纳森斯（Daniel Nathans）、亚伯（Werner Arber）与史小姐（Hamilton Smith）时，斯吉巴尔斯基在《基因》期刊中写谈：抑止酶将率领咱们参加合成生物学的新时期。转基因手艺如本日渐走近人人的视线，大当然创造了咱们的寰宇，东谈主类是否在饰演天主的变装在进行着再创世纪？合成生物学很猛进程上是一门对于奈何开发和应用基本工程旨趣的学科——也等于把象牙塔里那些学术的、隧谈的、以致是自娱自乐或者详尽的东西，调遣成粗略对社会带来影响以致变革的履行事物。寰宇上第一个所谓东谈主工合成人命体（克雷格·凡特的丝状支原体）的遗传代码中加入了一小段东谈主类文本，其中的一条是：“To live， to err， to fall， to triumph， to recreate life out of life”（去生计、去犯错、去失败、去告捷，去用人命再行创造人命）。
序
从生物塑猜测智东谈主2.0
2009 年12 月，华盛顿特区约翰·F·肯尼迪献技艺术中心的不雅众们切身感受了一次生物学改日所带给他们的小小冲击。他们在献技前和幕间休息时的饮料——岂论是啤酒、红酒照旧苏打汽水——皆是由一种新式透明塑料杯来盛装的。这种杯子看上去就跟其他那些通过石油化工坐褥出来的透明塑料杯别无二致，独一的区别是它们的杯身上印有如下字样：“ 100%植物塑料”。
植物？
没错。这种塑料名为Mirel，坐褥它的联合企业有两个投资方：其一是马萨诸塞州剑桥市的一家名为Metabolix 的生物工程公司，而另一个则是好意思国食物加工巨头Archer Daniels Midland公司。后者最近在爱荷华州克林顿市配置了一家生物塑料坐褥工场，瞻望Mirel 坐褥范围可达到每年5 万吨。
Mirel 的化学称号叫作念聚羟基丁酸（PHB），一般皆是由石油中的碳氢化合物制造的。但是从20世纪90年代早期运行，身为分子生物学家、同期亦然Metabolix 公司集合首创东谈主的奥利弗·皮普尔斯（Oliver Peoples）就运行探索通过发酵工艺——也等于运用基因修订的微生物对夹杂原料的加责任用——来坐褥像PHB这类的多聚物的款式了。
经过了17 年的盘考和实验（ 以及被几家化工企业嘲笑拒于门外的履历），皮普尔斯终于研发出了一种可用于工业化坐褥的专利微生物菌株，粗略将玉米中提真金不怕火的糖类调遣为PHB塑料多聚物。从最基本的旨趣上来说，这个进程与酿制啤酒并莫得太大不同，后者亦然由发酵产生：通过微生物（酵母菌细胞）对麦芽和啤酒花的作用来产生酒精。只不外坐褥Mirel 的微生物发酵系统不是酒桶，而是一个夹杂了基因工程菌株和玉米糖类以过甚他生化植物和香料的浩大发酵罐。微生物将玉米糖类进行代谢，将其调遣为生物塑料。尔后，生物塑料被从有机体等分歧出来，并被制成Mirel颗粒。酒精是化学品，PHB亦然。在这两个进程中，微生物皆对有机原料进行了调遣，好看的欧美情色电影只是产生了有余不同类型的终产物。
由微生物坐褥的PHB比拟石油化工滋生版块来说具有一些伏击的环境上风。早先，由于它不是从石油中坐褥的，因此减少了咱们对化石燃料的依赖。其次，它的主要原料物资玉米又是一种可再生可合手续的农业资源，而不是咱们近期会挥霍殆尽的东西。第三，Mirel 生物塑料树脂是经Vin?otte（ 一家零丁探望和认证机构）认证的独逐个种在当然泥土和水环境（如海水）下可生物降解的非淀粉类生物塑料。淌若肯尼迪中心的哪个塑料杯子被丢进了波托马克河，它也会在几个月的时辰里有余降解并透顶消亡。（虽然，生物降解也不一定等于咱们也曾认为的万妙药。这个降解进程会开释出温室气体，而调侃的是，那些不可降解物反而起到了固碳作用。）
合成生物学令很多的变革成为可能，构建一种不错像酿酒一样把玉米变成塑料的微生物只是其中的一个表率。这一新兴科学不错礼聘性地修订有机生物体的基因，使它们粗略作念到在原始、当然、未改革的情况下所不行作念到的事情。
关联词，将玉米变成塑料只是合成生物学的冰山一角。在21 世纪的领先十年中，微生物开头的材料仍是鄙俗应用于种种居品。淌若不告诉你，你毫不会猜到它们的确是由细菌在那些三层楼高的发酵罐中坐褥的。地毯纤维等于一个例子。2005年，莫霍克工业公司（Mohawk Industries）推出了最新的SmartStrand地毯系列。它们的原料是杜邦公司（DuPont）的Sorona纤维，后者则是由“易得且可再生作物中当然产生的糖类”加工而成。Sorona 纤维具有独到的半晶体分子结构，令其尽头稳当用于衣物、车饰和地毯。这种纤维在中部存在明显的纽结，这一构形起到了分枪弹簧的作用，使它粗略在拉升或变形后自动缩回正本的时局。这种特质对于珍贵衣物膝部和肘部疏忽，或是坐褥高弹性、散漫且有守旧力的地毯来说是再完满不外了。
Sorona的主要因素是一种名为1，3-丙二醇（PDO）的化学物资，一般来自于石化居品和其他包括乙醚、铑、钴和镍在内的原料。1995 年，杜邦公司与杰能科海外（Genencor International，一家总部位于帕罗奥图市的基因工程公司）联手运行盘考通过生物学款式坐褥PDO的可行性。两家企业的科学家从三种不同的微生物中提真金不怕火了DNA并将它们拼接起来，组成了一种新式的大肠埃希氏菌（Escherichia coli，简称大肠杆菌或E.coli ）工业菌株。具体来说，他们对这种微生物进行了二十六项基因修订，使它粗略平直将玉米中的葡萄糖在发酵罐中调遣为PDO，正如啤酒和Mirel 那样。
2003年，杜邦公司注册了Bio-PDO（ 意即生物PDO）的商标，并运行量产这种物资。该公司声称，这是基因修订生物初度用于将当然产生的可再生资源调遣为工业化学品的大范围坐褥。好意思国环境保护局（US Environmental Protection Agency）将Bio-PDO视为绿色化工的一大告捷，并授予杜邦公司2003年度的更绿色反馈条目奖（Greener Reaction Conditions Award，这是好意思国总统绿色化学挑战奖的一部分）。可不是么？这种生物纤维使用了愈加绿色的原料和反馈物，而且它的合成法式比坐褥其他纤维更少也更经济。例如来说，坐褥Sorona 所需要的能耗就比坐褥等量的尼龙减少了30%，而温室气体的排放更裁汰了63%。恰是由于这个原因，莫霍克公司将环境友好当作了Sorona 地毯的一大卖点：“ 每7 码（ 约6.4 米）接受杜邦Sorona 纤维的SmartStrand地毯，就粗略勤俭特别于1 加仑1 汽油的动力——特别于每年勤俭1000 万加仑汽油！”这下你理解了吧：这是一种政事上正确的地毯。
关联词，这些例子背后蕴含的事实本色，其伏击性远远向上政事上的正确。它们发挥，生物体本身就不错看作是一种高技术，即大当然我方的多功能创造引擎。淌若咱们在揣度机上进行合适的编程，它就能驱动任何其他开辟的责任。从这个意旨上来说，揣度机不错被视为通用开辟。通常的，生物体也不错被看作是个通用构造器，只好对生物体进行合适的基因编程，它也不错产生委果系数你能思象取得的东谈主造居品。毕竟，人命体和揣度机一样，等于一个受法式——即基因组——抑止的即用型预制安设坐褥系统。简而言之，生物体等于可编程的坐褥系统，生物工程师不错通过对遗传学软件进行眇小改革从而明显改变生物体的产出收尾。合成生物学以及合成基因组学（即对基因组进行大范围重制的学科）恰是对于这一基技艺实的践诺尝试。虽然，生物体的坐褥并不是运用自若的。与系数物体和进程一样，它们也受到当然治安的不停。比方说，微生物不可能点铅成金。不外，它们倒是不错化污为电。
这一惊东谈主的智力最早是由盘考者布鲁斯·洛根（Bruce Logan）所率领的宾大科研团队在2003 年所展示的。他知谈，仅好意思国国内每天需要处罚的浑水就向上1260 亿升，由此带来每年250 亿好意思元的处罚资本，其中绝大部分用于动力支拨。他思，这么的资本“不应该由全球60 亿东谈主来承担，尤其是那些发展中国度的东谈主们”。人所共知，细菌不错用来处罚浑水。另一方面，微生物学家早在数年前就仍是知谈细菌不错产生电。关联词其时还莫得东谈主将这两种智力链接起来。淌若能让微生物同期作念这两件事，一边处罚浑水一边产生电能，那又将奈何？
这个行状的要害在于微生物燃料电板（MFC）——生物学电板的一种。在闲居代谢中，细菌会产生解放的电子。微生物燃料电板由两个电极——一个阳极一个阴极。液态介质中的细菌开释的电子会在南北极之间形成电流。电子从细菌传至阳极，而阳极和阴极之间则由一根导线相连。
洛根和他的共事们通盘制造了一个圆柱形的微生物燃料电板，中间灌满从宾州水处理厂集中来的浑水，然后在电板内接种了一种名为金属规复地杆菌（Geobacter metal-lireducens）的纯种菌株。收尾不得了，短短几小时，微生物就运行对浑水进行净化，同期还产生了一定量的电能。这些收尾“初度展示了不错在发电的同期进行浑水处罚”，洛根说谈。“淌若能进步这些系统的发电效果，MFC手艺将会成为裁汰浑水处罚资本的新款式，令发展中庸工业化国度的先进浑水处罚变得更为可行。”
要复制这套基本开辟并不阻难。没过几年，纽约市史岱文森高中（Stuyvesant High School）的二年齿学生蒂莫西·常（Timothy Z.Chang，音译）就在家中庸高中实验室里瞎想、建造和运行了微生物燃料电板。为了粗略最大化电能产量，他实验了约四十种不同的菌株。在技俩看重文书中他这么写谈：“ 通过积极抑止菌群数目，有可能达到更高的动力产出。”
罢了2010 年，为使这一手艺粗略成为现实寰宇中履行可用的治污有盘算，已罕有个盘考团队投身至进步细菌浑水发电效果的责任中。与此同期，合成生物学家仍是凯旋地让微生物完毕了多样各样不同的创造性功能。明显，很多微生物——大当然的基自己命单元——正在履历相等激进的DNA修饰，以致不错说是透顶的再行瞎想。有些经过基因修订的微生物不错产生柴油、汽油和航空燃料。有些不错检测出饮用水中极低浓度的砷（低至十亿分之五），并通过改变脸色来进行文书。还有些微生物则可覆于生物胶片的名义，通过在特定荧光下产生玄色素来复制叠于其上的图案或投射的影像——换句话说，其实等于微生物复印机。
一项学生技俩对大肠杆菌进行了修订，使其粗略产生血红卵白（“细菌血”）。这些血红卵白不错经过冻干化处理，然后在需要急救输血的地方进行重构和使用。在2006 年，只是是因为好玩，五位麻省理工学院（MIT）的本科生凯旋地将大肠杆菌（这然而一种生计于肠谈中闻起来像东谈主的排泄物的细菌）改变成了香蕉或是冬青......
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