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閱讀次數：5744 發布時間：2016/3/21 10:11:27
J. Craig Venter博士被譽為是21世紀*的科學家，其主要貢獻在于基因組學的研究。除了一些科學上的重要頭銜，他還是一位企業家，是克萊格•凡特研究所（J. Craig Venter Institute，JCVI）的創始人、總裁兼CEO。JCVI是一個非盈利性、主要致力于人類、微生物、植物、合成物及環境基因組學研究組織，并致力于探索基因組學的社會學和倫理學問題。
此外，Venter博士還是美國合成基因組學公司（Synthetic Genomics，SGI）繁榮聯合創始人、執行總裁和首席科學家；人類長壽公司（Human Longevity）的聯合創始人、執行總裁和CEO。
近日，生物技術出版業全球的雜志GEN（Genetic Engineering & Biotechnology News，基因工程與生物技術新聞）采訪了這位集企業家和科學家光環于一身的“大牛”。
記者：Venter博士博士，您一直走在基因組學、合成基因組學、合成生物學的研究前沿。能否介紹下您在合成生物學/合成基因組學的主要研究項目？
Venter博士：JCVI研究所的合成生物學項目始于，在當時我們團隊進行了首個全基因組的測序。同年，第二個全基因組測序是北卡羅來納大學的Clyde Hutchinson團隊與我們合作測出來的，也是史上*小的生物——生殖支原體（Mycloplasma genitalium）的基因組測序。這個項目使得Clyde教授、我的同事Hamilton Smith與我開始關注于比較基因組學的概念，并激發我們探索世界上可能存在的*原始和*簡單的基因組的序列。這是合成基因組學領域發展的起點，我們認為要回答這個問題的方法是合成一個包含所有必需基因的染色體，并用它來創建一個新的生命形式。
全球首個“合成細胞”
然而，這個想法花了近20年才得以實現。2010年，我們成功制造出全球首個“合成細胞”，一種稱為絲狀支原體的細菌——絲狀支原體JCVI - syn1.0（Mycoplasma mycoides），它是個擁有以染色體編碼為網址的生物體?！犊茖W》雜志報道了這項研究后，許多獨立科學家和哲學家認為這是一個標志性突破。盡管JCVI - syn1.0基于預先存在的物種存在許多顯著變化，但這讓我們向創造和構建新生物的目標更加接近。
目前JCVI研究所的工作主要來自于合成基因組學公司（SGI）的項目，后者是從研究所剝離的子公司，并與SGI的Dan Gibson團隊合作，一直以從電腦上的草圖來構造新物種為首要目標。不過在合成細胞的*終設計稿中，超過10%的基因對生命至關重要但具體功能尚不清楚。這在一定程度限制了合成基因組學方面能做些什么。
在我們看來，合成基因組學是首先真正設計生物學進程和基因組，然后是從零開始構建目標物的化學性質，*后基于過去經驗不斷改善這個過程。然而，由于我們尚未清楚所有基因的功能，即使是*小的生物也不能基于原理設計，挑戰遠大于我們*初的想法。因此，很多人擔憂我們的設計生物會出現超級漏洞（super-bugs）、超級物質（super-organisms）甚至是超級物種（super-species）是有道理的。事實證明，就是合成不到500個基因都非常困難，更不用說在更復雜的層面。
記者：面對這些新的挑戰，您如何推進現在的合成基因組計劃？
Venter博士：我們利用了大量的計算機隱喻，并用以整理基因組碎片的過程。20億年的進化并沒有高度有序，事實上，他們一直很亂。我們所測出的基因組幾乎沒有“有序序列”，譬如一些復制起點必須受人為控制。雖然人們一直認為物種的進化會使基因功能更加有序，事實上受進化作用的主導，使得基因功能相當紊亂。
這類似于當電腦長時間無組織性、信息存儲隨意的高度運行后，它將很難正常工作。這個時候，倘若你運行一個可以整理硬盤和碎片組織文件的軟件，你的電腦將會好很多。在基因組學領域也一樣，我們正在通過重建染色體和鏈接相關基因的形式來整理基因碎片：例如將所有與糖酵解相關的基因分組到同一個盒子里，將與細胞分裂相關的基因分組到另一個盒子里。通過這種方式，未來的物種設計至少可以以這些“盒子”為起點。此外我想，我們還必須構建一個基因未知功能的“盒子”，直到它們的功能被破解。
我們認為主要通過直接設計的新“功能細胞”將成為一個巨大的實驗工具。因此我們考慮創辦一個公開競賽，為設計出進化功能的細胞作者頒發獎品。自我復制的細胞代表早期、相對原始細胞生活的形式。如果我們添加基因和復雜的功能，我們可將細胞轉換成更復雜的有機體。
在研究期間，我寫了一本書，叫做《Life at the Speed of Light》，書中闡述了從19世紀到20世紀初的研究者的觀點。其中一位法國研究者曾說：本質上，給我一個基本的原生質（protoplasm），我將能夠再現所有的生命。那個時候，他們并不清楚protoplasm里包括什么，他們不知道DNA是什么，也不知道構成蛋白質的分子里面包含了生命的基石?，F在我們可以在超級工作臺上來模擬進化的過程，并作為一個非常有用的學習工具。
記者：請談談您在合成生物學領域的項目進展和這一領域的發展方向？
Venter博士：我認為合成生物學或多或少重新定義了“分子生物學”領域，以及“系統生物學”可以看做是更加現代化的“生理學”。雖然現在人們做的事情和過去差不多，但是內心的想法與過去相比大不相同。有些人一直在做著基礎分子生物學的工作，現在卻聲稱他們正在做合成生物學的工作，畢竟他們可選的方向太多。尤其是隨著CRISPR系統的發現，使得我們在構建物種方面的速度遠遠超過采取直接合成的方法。我認為將CRISPR技術與合成生物學相結合，產生的影響將是相當驚人的。
Synthetic Genomics與United Therapeutics合作的一個重要項目就是通過改寫豬的基因，使得豬的器官可以代替人類器官進行器官移植，這些器官包括心、肺、腎臟和肝臟。這項技術類似于早期的單克隆抗體技術，后者是對小鼠體內的單克隆抗體進行人源化；而前者則是對豬的器官進行人類基因的修飾。毫無疑問，進行同種異體移植產生的排斥變化要復雜得多，但我們從設計階段開始，已經取得了部分成功。
目前我們已經創建了一個全新的高度準確的豬基因組“盒子”，里面攜帶所有功能清晰的基因，并正在進行系統地改變豬的基因組。在豬的基因組里，我們可能進行基因修飾，也可能加入新的合成物質，還可能加入一個“著陸臺（landing pad）”。而對部分人來說，當在豬和人的基因中只需要輕微的編輯時，就可以使用CRISPR系統進行編輯，并將豬的基因序列轉換為一個人類的基因序列。
SGI公司的Dan Gibson教授在“用豬的器官代替人類器官”項目的早期做出了重大突破，當時他把幾種不同過程使用的不同種類的酶放在同一溫度的試管中，這被稱作是“Gibson組裝”。作為一種簡單的等溫一步拼接法，“Gibson組裝”只需一種master mix（含有三種酶）和大約一小時的孵育，現在該過程已經可以通過機器人來控制了。此外，SGI有一款叫做BioXp™的儀器，是一款自動化的DNA組裝機器人，可以將需要用寡核苷酸或其亞群來構建成更大的結構體。這個商用儀器目前已經被幾個實驗室使用?？偠灾?，如果我們不能夠編輯大量的DN段，那么這個合成生物學也不會有更大的發展。
原創作者：南京信帆生物技術有限公司
