互动科普

2010年，美国分子生物学家克雷格•文特尔（Craig Venter）博士的研究团队成功制造出人类历史上首例人造生命—完全由人工合成的DNA控制的单细胞细菌。

文特尔博士用人工合成的DNA，完全替换了支原体（mycoplasma）原有的DNA（遗传信息）。支原体是一种没有细胞壁的细菌，由于能形成有分支的长丝而得名。

这个细菌的诞生，是否标志着人类已经具备造物能力了？而这项成就，是否也真的意味着人造生命的诞生？老实说，科学界对此还存有争议。虽然这项研究用人工合成的基因代替了原有的基因，但是细胞膜和细胞质等其他组成部分还是利用了细菌（支原体）原有的组成，因此从严格意义上来说，还不能说是人工合成了整个细菌。

自上而下vs.自下而上

2011年，东京大学名誉教授菅原正领导的研究小组，把DNA和DNA合成酶注入袋状脂质膜，成功地合成了能够自我增殖的人造细胞。这是一种远比实际细胞简单的人造细胞。虽然还不能说它与生物细胞完全相同，但它可能已经非常接近最初的原始生物了。

文特尔博士的研究团队利用现有生物来人工合成生物，这种方法称为“自上而下型”。菅原正教授的研究团队则把分开制备的生物“元件”组装起来，利用“非生物”来创造“生物”，这种方法称为“自下而上型”。

让分解后的大肠杆菌“复活”

用“自下而上”的方式合成活细胞是一件极为困难的事情，科学家根本不知道该怎样组装“元件”才能制造出“成品”。这项工作异常复杂，它的难度达到让一般人无法想象的地步。于是，有些科学家就把“自上而下型”和“自下而上型”两种方法结合起来，用自己独特的方法去合成细胞。东京大学的田端和仁助教就是其中的一个。他先把大肠杆菌分解，然后再重新组合起来，试图让大肠杆菌“死而复生”。

首先，需要准备一个与大肠杆菌的体积几乎相同的极其微小的“凹腔”，然后，破坏大肠杆菌的细胞膜，把细胞内的成分全部植入到凹腔内。现在，研究已经证实，大肠杆菌在凹腔中有生命活动（代谢等）。这种状态既不是普通物体也不是有生命的生物体，而是两者的“混合体”。如果真的在这个极其微小的凹腔中生长出了大肠杆菌的话，“虽说会有一些争议，但是可以说，这将是世界上首例利用非生物制造的生物，”田端助教这样说，“其实，好几年前我就想到了‘把大肠杆菌分解开再重新组合起来’这个主意，但是当时的技术还不能精确地控制每个大肠杆菌。现在，这项技术取得了长足的进步，终于有机会实现我的梦想了。”

到底是什么使得细胞处于“活着”的状态呢？是细胞内的蛋白质浓度，还是细胞膜的结构？研究人员正在孜孜不倦地探索着，并且在实践中不断地积累经验，获得了越来越多的有用信息。在不久的将来，用“自下而上型”的方法来合成细胞，或许不再只是个美丽的梦想。

每个凹模的直径约5微米（0.005毫米)，容积约40飞升（飞，英文写作femto，意思是1015分之1，即1000万亿分之1）。容器的材质是二氧化硅（SiO2）。在每个凹腔中植入一个大肠杆菌的细胞成分，并在表面盖上脂质膜。（图片提供：日本东京大学田端和仁）

（本文发表于《科学世界》2013年第10期）