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基因电路:生命的模块化变革

【摘要】:首先,合成生物学的科学家们将模块化的目标瞄准了控制生命活动的核心——基因。合成生物学家们通过学习了解“基因组控制不同基因表达”的原理,利用人工合成基因的方法,制造了各种各样人工的“基因功能模块”,控制细胞做各种各样的事情,还可以像变形金刚一样进行各种“变化合体”。这些模块被称为“基因电路”。例如,在一个细菌中加入一个生物传感器模块,使细菌能对不同的光照条件做出相应的反应。

相较于单纯把一个物种的一段DNA复制下来放到另一个物种中的“粗糙的”转基因技术,合成生物学就“高级”得多了。在合成生物学的理论中,DNA这种遗传物质只是由一些生命基本的“小积木”组成,现在只要通过电脑的设计,各种各样的“小积木”都可以靠人工合成出来,接着按我们的意愿组装到细胞里,简直跟拼真的积木一样轻松随意。

然而,这并非人类凭空造出了一种生物。毕竟,谁也不比大自然更有创造力,能够设计出如此精密的结构。人类要想亲手“写”生命密码,就要先学会“读”——在人工合成遗传物质之前,科学家得把原有物种的生命信息密码解读一遍。也就是说,要合成一种生物细胞,首先要测一测它的基因,找出其中遗传物质的本来面目:每种遗传物质的量有多少?A、T、C、G四个碱基怎么排列?有了这份蓝图,就相当于有了一张图纸,然后根据这份图纸进行合理的设计,随后的合成工作就会轻松很多。

只有向大自然学习,才能领悟生命的真谛。所以,合成生物学的玩法还是很尊重自然规律的,不过,就是“皮”了一些。(https://www.chuimin.cn)

首先,合成生物学的科学家们将模块化的目标瞄准了控制生命活动的核心——基因。我们知道,细胞的生命活动都由自身的基因组控制,基因组就像电脑的CPU(中央处理器),通过不同基因的表达控制细胞内各种各样的生命活动,进而控制细胞乃至生命的行为。合成生物学家们通过学习了解“基因组控制不同基因表达”的原理,利用人工合成基因的方法,制造了各种各样人工的“基因功能模块”,控制细胞做各种各样的事情,还可以像变形金刚一样进行各种“变化合体”。这些模块被称为“基因电路”(就像电脑里的电子电路一样)。例如,在一个细菌中加入一个生物传感器模块,使细菌能对不同的光照条件做出相应的反应。又比如,在细菌中加入能感知病原体并释放毒素杀死病原体的装置,使得细菌摇身一变成为我们打入敌人内部的间谍。更有趣的是,通过在细菌中加入感应自身群体密度的模块,可以控制细菌菌落的运动模式,从而控制它们产生各种各样的图案。