2016年6月2日，美國紐約大學(xué)的杰夫·博伊科、哈佛大學(xué)的喬治·邱奇、耶魯大學(xué)生物工程師法瑞恩·艾薩克等領(lǐng)銜的科學(xué)家在美國《科學(xué)》雜志上刊文宣布，將籌資1億美元，啟動歷時10年的人類基因組編寫計劃(GP-write)，從頭開始在實驗室中合成出人類基因組。

消息一經(jīng)發(fā)布，就引發(fā)了科學(xué)界和公眾對于實驗室“合成”出人類的強烈擔(dān)憂。但在歷時兩年的喧嘩與騷動后，該項目領(lǐng)導(dǎo)小組5月1日在波士頓宣布，將暫時放棄從頭制造人類基因組的嘗試，專注于編輯細胞以對抗病毒感染。

那么，他們?yōu)楹稳绱饲嗖A所謂的“超安全”的抗病毒細胞呢?新計劃的實施面臨哪些困難?《科學(xué)》和英國《自然》雜志都在1日的報道中進行了關(guān)注。

“超安全”的細胞

研究人員表示，最新項目的主旨很明確：重新設(shè)計人類和其他物種的細胞基因組，以使細胞“超安全”。

《自然》雜志報道說，研究人員表示，“超安全”的細胞將讓多個領(lǐng)域受益。比如，當(dāng)藥物公司用細胞制造治療性蛋白質(zhì)時，如果細胞受到病毒感染，那么整個生產(chǎn)必須停止;而抗病毒的人類細胞系可讓企業(yè)在制造疫苗、抗體和其他生物藥物時，沒有病毒污染的風(fēng)險。

而且，耐藥細胞系也是更安全有效的醫(yī)藥工廠，不需要進行太多監(jiān)測工作。另外，這些細胞也可以幫助科學(xué)家制造擁有類似人類蛋白質(zhì)中出現(xiàn)的化學(xué)“裝飾物”的蛋白質(zhì)藥物，從而降低人體免疫系統(tǒng)的排異風(fēng)險。

人類基因組編寫計劃科學(xué)執(zhí)行理事會成員法瑞恩·艾薩克表示，更重要的是，新項目可能有助于研究人員超越目前的CRISPR等編輯工具，獲得更寬泛、更好的基因組重新設(shè)計工具。他設(shè)想，未來科學(xué)家們將“重新編寫基因組，以使生物體擁有全新功能”——比如僅在實驗室嚴格控制環(huán)境下繁殖的能力等。

除了能抗病毒外，組織者們也在考慮其他超安全的細胞特征，例如對抗癌癥突變、輻射以及冷凍等。

對遺傳密碼進行病毒防護

那么，如何使細胞“百毒不侵”呢?

研究人員解釋，使細胞不受病毒侵害需要“重新編碼”，也就是改變細胞的DNA序列，即所謂的密碼子，其能解碼蛋白質(zhì)的氨基酸組成。

由于多個密碼子可以代表同樣的氨基酸，研究人員可換出冗余的密碼子，并保留細胞的重要功能。通過消除某些密碼子，他們可以安全地去除將這些密碼子翻譯成蛋白質(zhì)的一些細胞機制。當(dāng)病毒“劫持”細胞并試圖復(fù)制時，也依靠這些細胞機制來解碼自身的基因。

德國馬爾堡大學(xué)染色體生物學(xué)家托斯頓·瓦爾德明霍斯并沒有參與基因組編寫計劃。他說，由于重新編碼的細胞“基本上講的是另一種語言”，所以無法“招待”病毒，也就對病毒產(chǎn)生了抵抗能力。根據(jù)人類基因組編寫計劃領(lǐng)導(dǎo)小組1日發(fā)表的聲明，要想讓人類細胞抵抗病毒，基因組至少要有40萬個變化。

新項目可能需要人類基因組編寫計劃創(chuàng)始人和領(lǐng)導(dǎo)者在實驗室中孕育出來的技術(shù)。2005年，艾薩克開始實驗重新編碼大腸桿菌的基因組。在2013年的一篇論文中，艾薩克、邱奇和合作者對大腸桿菌中一個密碼子進行了321種互換，使其對某些病毒具有抗性。目前，兩個實驗室正在努力去除大腸桿菌的其他密碼子。

針對細胞重編碼這一想法，瓦爾德明霍斯說：“它在大腸桿菌中起作用，我希望它也能在人類細胞中起作用，這并非新的科學(xué)見解……但我仍然認為這是值得的。”

實際問題依然存在

新項目理想很豐滿，但現(xiàn)實很骨感。要想實現(xiàn)該項目，仍面臨諸多難題。首當(dāng)其沖的是資金問題。盡管在1日的會議上，有基因編輯技術(shù)公司表示愿意將自己的技術(shù)貢獻出來，但肯拿出真金白銀的人士或團體仍不見蹤跡。

此外，該項目將如何執(zhí)行目前尚不清楚。博伊科希望優(yōu)先考慮人類和小鼠基因組的重新編碼。他說，如果新項目以正在進行的酵母基因組計劃(Sc2.0)為藍本進行建模，那么選擇參與的團體將提供資金。

人類基因組編寫計劃有約200名科學(xué)家參與，其中一些已自發(fā)組成9個“工作組”來處理各類主題，從技術(shù)和基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展到項目的道德、法律和社會影響等，并為將來的工作制定“章程”和“路線圖”。

最后，知識產(chǎn)權(quán)問題也可能使新項目變得更復(fù)雜。博伊科說：“在合成生物學(xué)和合成基因組學(xué)方面，通常只有部分知識產(chǎn)權(quán)。”

艾薩克也指出，哈佛大學(xué)、耶魯大學(xué)和麻省理工學(xué)院都擁有與重新編碼相關(guān)的專利。不過，人類基因組編寫計劃工作組中有一個知識產(chǎn)權(quán)團隊，將探討該計劃中使用的技術(shù)以及未來可能的突破如何共享。