诺奖获得者演讲,99.999%和你共生的细菌都是你的好朋友

看看我这篇,异曲同工啊

流感来了最好的预防方法

新浪科技讯 8月11日消息, 8月10-12日,世界科技创新论坛在北京会议中心举办,包括Kip Thorne、Thomas J.Sargent、Michael Levitt、朱棣文在内的20余位诺贝尔奖获得者,以及中科院院士曹春晓、美国国家工程院院士陈刚等诸多中外顶级学者专家应邀出席,共同打造史无前例的中国最高级别智慧盛宴,探讨全球科技创新成果、描绘未来中国科技创新蓝图。

其实人类,每个人我们都问过,人类是从哪里来,人类将来到哪里去,我们是谁。这些问题是非常古老的问题,困扰人类很多年,有一句俗语是有其父必有其子,我们都相信这句话,难道这是真的吗?如果真的是这样,我们人类基因究竟怎么样代代相传,为什么世界上有各种肤色、各种相貌、各种不同身材的人类。这些问题让我们困惑,有时候他们告诉我我们的祖先是非洲的女性,但是我们怎么也没有看出来在座的诸位长得像非洲人个这些问题我们五法回答。生命可以是碳基生命,也可以是硅基生命,在座的各位都是碳基生命的人类。这些人类究竟是怎么样通过蛋白质变成一个一个鲜活的生命,这一点是我们一直很难理解的事情。所以为了这个主题,我们有请Richard J.Roberts博士为我们解开生命的密码。他今天的讲演题目稍微有点另类,就是要为转基因说几句公道话。

以下是演讲全文:

各位下午好。我非常高兴能够来到这里,我今天不讲GMO,其实我不讲GMO,因为转基因刚刚讲过了,所以我今天要讲的是微生物学,特别是讲讲细菌以及我们要讲一讲微生物可能在未来会起到什么样的作用,但是我讲的是制药方面可能的作用。

接下来我跟大家解释一下为什么我们都要爱上细菌,我非常喜欢这个小小的卡通片,就是后面的小卡通,因为“我爱细菌”。我大部分的研究都和细菌相关,这是一些了不起的生物。

我们来看一下生命树,大家可以看到在最上面是细菌,有各种各样不同类型的细菌,这条线从这张图上任何一个有机体到另外一个有机体之间的联系,或者这条线的长度告诉我们他们在进化史上之间的距离。所以你去看一下在最下面的最左边,你会看到就在树的最后一端就是人类了,那么在人类的旁边是Zea,Zea是一种植物,我们人和植物蛮相近的,你来比较我们的这个进化的程度来讲。但是有一点我们可能不知道,就是很多细菌和我们是共生的。事实上如果把地球上和你共生的细菌都杀掉的话,就活不了了,细菌对于人的生命是非常重要的。

我们在这张图上可以看到人的细胞,这是在按人的身上有多少细胞呢?是10的13次方,人体内的细菌细胞,就是你的皮肤、肠子、喉咙当中,它是十倍。也就是说我们体内细菌的细胞要远大于人的细胞。看一下菌株的话,我们人是一类,但是有很多不同细菌的细胞,可能有两万个不同的菌株,我们真的不知道在人身上有多少类菌型。人有3000万对DNA对,细菌DNA差不多,但是在细菌当中它的基因都是非常小的线性的一对一对的基因组,但是人的基因组根据我的发现更加复杂,但是人的总基因数也许不到23000,但是细菌的基因远远超过我们,可能是一百万,也有可能是五百万。

细菌大家一谈到它感觉不太好,是一个坏的东西。原因各种各样,可能开始做细菌的一百年前,他们说的细菌是病原体,第一个被发现疾病的细菌体是炭疽,是德国的生物学家发现的,在这个案例当中一个简单的细菌可能导致非常严重的疾病。再往下看有很多的细菌,有些可能听说过,有些可能许多听说过,这些都是病原体,是细菌研究的前一百年,是病原菌,所以很多听众大家觉得细菌是不好的,是坏的,所以到各种地方找洗手液、除菌液把细菌消除掉,但是这并不是好事。

细菌其实把我们作为他们的家,如果你出去买一个子的话,你去看的第一个事情就是有一个栅栏,希望警报器,你离开后没有人跑到你的家里,如果有小偷进来就有警报,如果住在美国可能买一个枪,如果有人跑进来可以射死,当然不是美国每个人都这样。细菌把我们作为他们的家的时候,他们不希望病原体增长,他们不希望癌症细胞增长,也不希望任何东西影响他们的家就是我们,细菌有非常复杂的细菌,让他们的家对细菌是安全的,对其他是危险的。他们用的防护体系如果没有办法防止病原体进来的话,你作为主人就有问题了。

大家这样想的时候,我们看一个典型的人,99.999%和你共生的细菌都是你的好朋友,你不要觉得要把细菌都杀掉。再想一想,如果你是在农场当中生长的,不管是哪一个农场,你要比城市里面长大的孩子健康。为什么?乡下的男孩和农场的男孩会和动物有很多接触的时间,会有很多免疫细菌,对疾病有很好的抗性,在城市当中不是这样,要经常干净,洗脸、洗头,任何时候都在洗,这并不一定是好事。

(详见PPT)这个大家都听说过,是益生菌,吃了之后会变的更加健康,喝了酸奶就是这样,还有其他的,他把细菌带到你的体内。还有乳酸菌,还有螺旋杆菌,不会致病,会增加对坏的病菌的保护,螺旋杆菌这种细菌到了不该去的地方会导致癌症,比如胃溃疡和癌症,大部分人会有螺旋杆菌感染,这并不是正确的词,但是事实上人很健康,不会患癌症,不会有任何的病,但是他们这些菌让我们不会生哮喘。为什么呢?就是在发达国家哮喘越来越多,比如说你有呼吸的问题,这是为什么呢?因为我们食用了太多的抗生素,就杀掉了我们太多的螺旋杆菌,发展中国家有很多。这就是为什么美国只有40%的人有螺旋杆菌在体内。在这个世界上,我们身体有几千种细菌,我们不知道他们做什么、做了什么,以及他们怎么制止病原菌在我们身上发展。有一个菌叫金球菌,往往有的时候致死,我们最近发现金黄色葡萄球菌会在一些健康人的身体当中,有一些细菌就会会杀掉金球菌的,金球菌在医院是很严重的感染问题。

还有一种问题在医院中是这样一种细菌,就是如果你在医院当中花上一个礼拜,可能会感染这种细菌。当然它不会致死,但是它只会导致没有办法控制的疟疾,这种疾病已经具有抗药性。也有一个很简单的办法就是杀掉它,就是叫艰难梭菌,怎么做呢?你从健康人这里取样,把它的样本放到你的胃当中,95%的情况下它会把这种艰难梭菌给去掉。现在有一些实验室在做这方面的研究。所以我们有很多的案例告诉我们如果了解微生物学能够保护我们,让我们进入到有新药的,可以找到新药。所以我们现在刚刚开始去了解这一切是如何来运行的。谢谢。

杨健:因为刚刚在另外一个场有一个演讲,所以我们临时改成讲细菌了,但是这个细菌非常重要,以前我奶奶经常说“没干没净吃了不生病”,大家都知道,就是身体里有点细菌没有坏处。现在我们动不动打吊针、弄抗生素,结果把我们身体弄得越来越坏,刚才Richard J.Roberts讲的东西就是这个意思。你要知道国外有很多人得哮喘,这实际上就是因为太多的抗生素,所以我们在家里也一样,有孩子的父母虽然爱孩子,但是不要让他们吃太多的抗生素。另外有告诉大家一个故事,当你爱一个女生的时候,你为什么朝思暮想呢?除了多巴胺以外,就是你身体的细菌需要她,当你吻和一个女生以后,她的很多的好的细菌包括坏的细菌就到你身体里了,时间长了以后你们就很像,这就是夫妻相。所以为了下一代一定要追美女,为了下一代矮个子的男生一定要追高个子的女生改变我们的基因。他为什么了不了起?Richard J.Roberts有一个非常无私的数据库,来给其他的学者,学者之所以有名,就要引用别人的文章。文章是很重要的,所以很多科学家都是站在他的肩膀上得以愿望,所以这才是Richard J.Roberts,再次掌声给他。Richard J.Roberts之所以得诺贝尔奖还有另外一个原因,我们今天带了一个模型,他觉得不够好,他有一个新理论,即将得第二个诺贝尔奖了。

Richard J.Roberts:这个模型它其实没有办法帮助你,因为这个DNA基对是没有办法帮助大家的。

杨健:因为这个模型没法拆开,当它拆开以后有一条,脊椎骨还在,但是所有的碎片都分开了。因为实际上生命的奥秘并不是这么简单,不是整个的基因片段去传播的。因为我自己是数学家,如果基因不是整链传播,而是分散以后重组,这需要一个信使就是RNA,RNA来控制这些碎片让它们重新组合,成为新的生命,所以Richard J.Roberts因为这个伟大的发现得到了诺贝尔奖。Richard J.Roberts的发现是一个里程碑,他改变了我们对基因的简单认知,他让遗传的秘密得到了进一步的破解,Richard J.Roberts的发现是现代生物学的基础研究以及在生物进化论方面起到了奠基的作用。从这个角度,有些人会问到底干什么用呢?它可以对肿瘤和遗传病等等的研究都起到非常重要的作用。所以再次把最真诚的掌声给这位为人类造福的科学家。

那么,我们其实可以看到人类追求科学的技术,跟艺术不一样,因为艺术是追求多样化的,但是科学追求统一性,所以伟大的科学家都希望找到真谛。追求统一性是每个科学家所追求的,比如说我自己我也要追求对管理科学的统一性,我要追求的是资本市场的定价模型、决策模型等等。所以这样的工作每个人都在做,其实大家知道吗?化学家最开始也是被财富驱动的,就是中世纪很多的化学家其实就是炼金术的大师,他们相信把铜、铅等等低等的金属加上一些东西以后就可以变成黄金和白银,财富的推动下使很多人最后转行了,变成和化学家。包括今天的诺贝尔奖得主其实也是个化学家。正因为如此,我们也知道化学元素的统一性,118种或更多的元素基本上已经发现了,这种情况下我们已经很难再做出新的研究,而更可怜的是我们看不到微观世界,所以化学家唯一的办法就是用球球棒棒来拼东西,这样的东西非常痛苦,大家想想你不知道分子长成什么样,但是你就在幻想,好像一个宅男一直在想女神一样,但是注意化学反应非常非常快,会在几微秒内就完成了,所以没人能看见。

殖民火星没那么不简单 人类要努力进化去适应太空

8月11日消息,据国外媒体报道,殖民火星、征服太空是人类长久以来的梦想。但寒冷缺氧、充满致命辐射的太空并不适合人类生存。科学家指出,或许对人类自身进行有针对性的基因改造才是唯一出路。

1969年5月,阿波罗10号以每小时25000英里的速度飞向太空。两个月后,阿波罗11号的宇航员开始在月球上行走。从那以后,再没有人能够飞得那么快,走得那么高。美国国家航空航天局目前正在为人类登陆火星的任务做准备,但如果我们的后代对严酷的火星地表环境不屑一顾,那么离开地球的将不是智人,而是另一个更聪明的物种。现在的我们并不适合火星环境。

对于进化生物学家来说,“适应度”是自然选择的一种衡量标准:物种个体生存和繁殖的平均倾向。从解剖学上来说,现代人类是在大约30万到20万年前的非洲与微生物共生进化而来的,并迅速走向了全球各地。我们非常适合地球环境,但太空环境对我们人类的生存是不利的。这里又冷又没有空气——而这在人类面临所有问题中还是最微不足道的。真正的问题是无数的压力因素,尤其是宇宙辐射,宇航服和飞船为人类提供的保护很少。

地球的磁场和大气保护我们不受电离辐射的影响,这种辐射像致命的风一样在太空中流动。由于缺乏磁场和大气层的保护作用,在火星地表生存或乘坐宇宙飞船时,长时期高能量的银河宇宙射线或突然性的太阳耀斑爆发会杀死人体细胞,或者破坏我们的DNA链并摧毁碱基对。死亡或功能不良的细胞会导致心脏病或认知能力下降。而辐射对DNA损伤更严重:细胞试图修复自身的残骸,但错误的修复会不断累积,导致细胞产生突变,从而引发一系列的癌症和遗传性疾病。

超越近地轨道和范·爱伦辐射带的长期太空飞行超出了美国国家航空航天局目前“可接受风险”的范围。除了一系列不太可能实现的技术难题——包括加速航线、航天器内部的辐射屏蔽、火星地表下的居住空间以及匆匆返回——我们人类的生物学特征与火星任务毫不相容。目前来看,在火星或更远的地方建立永久殖民地是不可想象的。

但是不少严肃生物学家,包括一些与美国国家航空航天局合作的科学家们,已经开始论证人类是否可以通过基因改造来进行太空旅行。他们的质证引发了在下一个人类进化阶段,关于我们的责任和义务等更深刻问题。

他们的提议也极具讽刺意味。我们人类物种的一个典型特征就是我们对扩张的狂热。据我们所知,其他的人类物种并没有这种特别的扩张性;我们生存了5000年的表亲尼安德特人从未离开过欧亚大陆。对我们来说,探索是一种疯狂的冲动。想想看,有多少脆弱的小艇和独木舟出发了,只是发现新大陆的渴望就让我们占领了所有海洋上的岛屿。

火星是下一个新大陆。但我们或许不得不使用我们所有的技术来创造一个继承物种来满足我们征服未知领域的渴望。

正如哈佛大学遗传学家、领先合成生物学家乔治?丘奇(George Church)所言:“降低太空风险的一个可能途径似乎的确涉及到成年宇航员的生物工程。”他已经确定了40多个可能对长期太空旅行有利的基因(也会对那些留在火星上的人有利)。清单上的基因有提高抗辐射能力的CTNNBI,以及形成后坚硬骨骼上的LRPD5,还有能够让人们在氧气含量较低的环境中生存的ESPA1。除此之外,还有许多能够使我们更聪明、记忆里更强、不会产生焦虑的基因。其中甚至还包括一种名为ABC11的基因,这种基因赋予了其拥有者一种“较低体味”的特性,这种特性在有限空间中无疑是一种友好的特性。毕竟根据最近空间站一位宇航员的说法,一艘载人宇宙飞船闻起来就像是监狱。

丘奇与抗衰老研究员大卫·辛克莱(David Sinclair)等其他著名生物学家共同创立了哈佛医学院空间遗传学联盟,其目的是研究太空中的人类健康并促进技术进步。他设想了“病毒传递的基因疗法,或者微生物组或表观基因组疗法”来改变宇航员的生物学特征。他说:“我们对抗辐射、骨质疏松症、癌症和衰老的机理已经有了相当多的了解。”丘奇强调,许多的类似基因已经成为制药公司的目标,相关药物正在进行临床试验。用基因疗法作为宇航员的预防药物并不牵强。

基因疗法可能会让我们更适合太空,但如果我们想要殖民新的世界,人类或许需要孕育出一个新的种族。遗传学家克里斯·梅森(Chris Mason)在康奈尔大学韦尔学院(Weil Cornell)的实验室参与了美国国家航空航天局的一项研究。该项目选取了一对双胞胎宇航员,其中一个宇航员在太空中呆了一年,而另一名则留在地球上,研究人员对其生理特征进行观察。在研究的基础上,梅森提出了一个太空殖民的“500年计划”。它的三个主要组成部分是扩展我们对基因组学的认识,包括决定哪些基因应该标记所谓的“请勿打扰”。

在其计划的第一阶段,梅森正在将人类细胞与一种名为Dsup的基因结合起来,这种基因是缓步动物特有的,可以抑制DNA在辐射中断裂。缓步动物能在真空中生存;也许它们的基因也会让我们更适合太空环境。他的实验室还对p53基因进行了人工构建,这种基因对预防癌症有积极影响,梅森希望能将其植入人体细胞。大象体内有许多p53基因的副本,因此很少死于癌症;而向人类基因组中添加p53基因的副本可能会保护我们免受太空辐射。梅森不那么具有推测性的研究中包括编辑耐辐射球菌(有时被称为“柯南细菌”),这是一种多极菌,能够通过改写受损的染色体在寒冷、脱水、酸性和极高的辐射下存活下来。梅森希望这种微生物能以植物的形式存在于我们的皮肤、肠道或宇宙飞船的表面,保护我们免受致命太空射线的伤害。“微生物群落是一种非常具有可塑性的东西,”他说。

一些研究人员提出了更多具有科幻色彩的项目。哥伦比亚大学的哈里斯·王(Harris Wang)想要诱导人体肾脏细胞合成人体无法生成的氨基酸。人类细胞想要能够合成所需的所有有机化合物并健康成长需要大约250种新基因,但如果我们的组织能够由这种细胞组成,宇航员完全可以通过喝糖水茁壮成长,完全解放自己:太空探索任务不再需要携带笨重的食品或相关设备。其他科学家则建议使用光合太空飞行器,或编辑太空部队的生理特征,这样他们就可以毫不畏惧地向往深空中的高地,因为这是他们真正的终点。

如果人类希望离开地球,我们就需要与众不同。但如果我们可以如此彻底地改变自己,我们到底应该这样做吗?对于一个宇航员种族来说,他们并不是通常意义上所说的优生学产物。梅森认为,改造人类有一种绝对必要的尝试。他500年计划的主要目标是:“在多个恒星系统中建立适宜居住的环境,以避免因一个太阳系的灾难性事件而导致人类灭绝。”他解释说,“无论你的道德优先级是什么,你必须首先存活下去。”

在阿波罗10号和11号任务后不久,《塞穆勒先生的行星》(Mr. Sammler’s Planet)一书出版。作者索尔·贝娄(Saul Bellow)在文中问道:“这个地球在未来多久还将是人类唯一的家园?多久?哦,上帝,你敢打赌会是永远吗?难道这个巨大的蓝色,白色,绿色的行星不会被吹走?”也许是时候想想那些可以离开家的孩子们了。科学家告诉我们,我们应该有意识地引导我们自身的进化,而不是把我们的命运交给时间、机遇和死亡,这些都是关于进化历史的仆人。当然,离开地球的继承者与我们和尼安德特人的区别是一样的。“将会有新的物种形成,”梅森说,“不是如果,而是什么时候。”

一次性解决你21个人生困惑 | “简史三部曲”重磅收官

英剧《Black Mirror》(黑镜)中有这样一个故事:女主的男友艾什是社交网络重度爱好者,因为开车时玩手机导致车祸,不幸身亡。抑制不住对男友的思念,女主在朋友的推荐下,购买了一个“克隆男友”。这个具有人工智能的机器人植入了艾什在社交网络上留下的各种信息,就连外貌也是艾什最帅时候的样子,毕竟,“人们总是把美化过的照片传到网上”。

这个故事细思极恐,然而,却在现实生活已有印射。早在2013年,英国发布的一款名叫LivesOn的应用,就可以在Twitter帐号所有者去世之后,利用人工智能大数据搜索引擎分析用户的消息历史,了解其喜好的领域和说话风格,从而继续以死者的口吻发布消息。最终,这个应用并没有得到大规模推广,但是数据所有权带来的一系列问题,越来越不容忽视。

在如今这个连卖菜小贩都会使用移动支付的时代,人类生活的方方面面早已离不开与互联网的链接。国外的Google、Facebook,国内的BAT,这些数据巨头看似在提供免费的信息与服务,却又在此过程中不断搜集我们脑中所想,并将这些想法和注意力转卖给广告主们。

《黑镜》的剧情中,女主一开始只是通过手机与合成男友打电话、发信息,随着交流的不断深入,“男友”主动告诉她,其实,他可以“真正”地回到她身边,于是女主才进一步购买了实体的“克隆人”。这个场景,跟我们日常生活中的“大数据诱导消费”是不是很相似?你搜索过的商品,会以广告的形式幽灵般地出现在你浏览的各种网页上。而这一切,却是默许的,因为在安装APP的过程中,那些我们懒得阅读的安装说明,早已将“同意授权”隐藏在字里行间。

作为个体,我们是不是只能对这种“数据霸权”逆来顺受,无能为力?

在这个信息爆炸却多半无用的世界,我们的未来该何去何从?

这些问题,在以色列历史学者尤瓦尔·赫拉利的新作《今日简史》中,也许能找到答案。

提到《今日简史》,就不得不说尤瓦尔·赫拉利的前两部畅销著作《人类简史》和《未来简史》。《人类简史》从历史的角度出发,试图回答人类是怎样走上生物链的顶端这一问题。而《未来简史》放眼未来,指出几千年来人类面临的三大重要生存课题—饥荒、瘟疫和战争都已经逐渐解决。

接下来,人类的目标将是长生不死、幸福快乐和化身为神。但随着科技的日新月异,面对各类挑战,人类该做好哪些准备迎接未来?于是,就有了这本备受期待的《今日简史》。作为“简史三部曲”的收官之作,正如此书的副标题,这一次,赫拉利将目光聚焦当下,探讨“21世纪有关人类命运的21个议题”。

以下是书中的一些精彩观点:

数据是21世纪最重要的资产

人工智能和生物技术正在颠覆原有的社会结构和分配方式,数据成为21世纪最重要的资产。数据争夺赛已经开始。数据巨头们现在评估APP和产品的标准已经不是能赚多少钱,而是能收集到多少数据。有些产品哪怕不赚钱,甚至短期内亏损,但只要能获得数据,就价值连城。

2 我们已经成为数据巨头的商品,而不是用户

谷歌、Facebook这些数据巨头靠提供免费信息、服务和娱乐来吸引我们的注意力,但是其真正的目的在于取得我们的大量数据。从长期来看,只要他们取得足够多的数据和运算能力,就能破解生命最深层的秘密,不仅能为我们做选择或操纵我们,甚至可能重新设计生命,或无机的生命形式。

人类寿命显著延长,你可能每10年就得换个职业

随着基因工程、再生医学和纳米科技的不断进步,人的寿命可能会延长到120岁以上,养老产业很可能成为人类劳动力市场成长最快的行业。寿命延长后,人类社会的家庭结构、婚姻和亲子关系、个人职业生涯,以及整个社会的保险、退休金、卫生系统和财政制度等等都将发生翻天覆地的变化。

幸福社会的目标,是满足人类意义和社群的追求

未来,当机器替代人类做了大部分工作,我们正在进入一个“后工作时代”。工作,并不是大多数人的生存方式,而人类作为一种具有虚构能力的生物,其对人生的满意度主要来自对意义和社会认同的追求,这可能比对工作的追求更为重要。

5“倾听自己内心的声音”会越来越危险

随着生物技术和机器学习的不断进步,要操控人类最深层的情绪和欲望会变得更加简单。倾听内心的声音,这句心灵鸡汤版的人生格言可能会害了你。因为你很难分清是自己内心的声音,还是营销专家的销售话术。因此,你必须要了解自己的人生目标,为自己保留决策权。

不同于前两部的逻辑一体,《今日简史》中的21个议题各自独立,表达了赫拉利对于科技颠覆、自由主义的衰落、政治环境、信息化社会和人类自身心智认知的担忧与思考。虽然他的观点未必全部正确,但此书绝对值得一看。

人类能否创造生命? 中国科学家打开“改造”生命的大门

来源:科技日报

首例人造单染色体生物诞生
我科学家打开“改造”生命的大门

本报记者 王 春

人类能否创造生命?“上帝”的特权能否交由人类自己掌控?选择与人类有1/3同源基因的真核模式生物酿酒酵母为突破口,将其天然16条染色体融合改造为1条巨大染色体,这个合成生物学领域开展的“异想天开”的结构设计与工程化实施,终于梦想成真!

中国科学院分子植物科学卓越创新中心/植物生理生态研究所合成生物学重点实验室研究员覃重军团队及其合作者在国际上首次人工创建了单条染色体的真核细胞。该成果于8月2日发表在《自然》上,这是合成生物学领域具有里程碑意义的突破,打开了“改造”生命的大门。

能否打破自然的界限?是否可以人造一个单染色体的生物并具有正常的功能?这个大胆假设吸引着科学家上下求索。

2010年,美国科学家J. Craig Venter团队在《科学》上报道了世界上首个“人造生命”——含有全人工化学合成的与天然染色体序列几乎相同的原核生物支原体,引起轰动。而这一次,以覃重军研究组为主的研究团队完成了将单细胞真核生物酿酒酵母天然的16条染色体人工创建为具有完整功能的单条染色体。该项工作表明,天然复杂的生命体系可以通过人工干预变简约,自然生命的界限可以被人为打破,甚至可以人工创造全新的自然界不存在的生命。

生物学教科书中将自然界存在的生命体分为具有被核膜包裹染色体细胞核的真核生物和染色体裸露无核膜包裹的原核生物。染色体携带了生命体生长与繁殖的遗传信息,真核生物通常含有线型结构的多条染色体,而原核生物通常含有环型结构的一条染色体。在该研究中,覃重军假设真核生物也能像原核生物一样,用一条线型染色体装载所有遗传物质并完成正常的细胞功能,并与副研究员薛小莉“工程化精准设计”定制人造单染色体酵母的指导原则以及理性分析、实验设计、工程化推进总体方案。博士研究生邵洋洋从2013年开始尝试并发展高效的染色体操作方法,历经4年时间,通过15轮染色体融合,成功创建了只有一条线型染色体的酿酒酵母菌株SY14。此后,覃重军研究组进一步与中科院合成生物学重点实验室研究员赵国屏研究组、中科院生物化学与细胞生物学研究所研究员周金秋研究组、武汉菲沙基因信息有限公司及军事医学科学院研究员赵志虎等合作,深入鉴定SY14的代谢、生理和繁殖功能及其染色体的三维结构。

该成果研究团队负责人覃重军介绍,研究团队将16条天然染色体上融合为一条,可以看到染色体结构发生巨大变化,但是细胞生长跟原来一模一样,功能也几乎一样,只不过通过减数分裂有性繁殖后代稍有减少,这种状况以后将进一步研究。从基础研究的角度来说,造出了一个简约化的生命体。

论文全部由中国科学家独立完成

这一研究发现颠覆了染色体三维结构决定基因时空表达的传统观念,揭示了染色体三维结构与实现细胞生命功能的全新关系。

该研究成果是通过经典分子生物学“假设驱动”与合成生物学“工程化研究模式”来探索解析生命起源与进化中重大基础科学问题的新范例。将天然复杂的酵母染色体通过人工改造以全新的简约化形式表现出来,是继原核细菌“人造生命”之后的一个重大突破。单染色体酵母的“诞生”,连同我国科学家参与的酵母染色体全人工合成工作,是继20世纪60年代人工合成结晶牛胰岛素和tRNA之后,中国学者再一次利用合成科学策略,去回答生命科学领域一个重大的基础问题。

生物进化从简单到复杂,人类、动物、植物、真菌、酵母都是真核生物。其中,人类有23对染色体,小鼠有20对染色体,水稻有12对染色体。而酿酒酵母是迄合科学研究最透彻的一个真核细胞,它是研究染色体异常的重要模型,1/3基因与具有23对染色体的人类基因同源。端粒是线型染色体末端的保护结构。随着细胞分裂次数的增加,端粒的长度逐渐缩短,当端粒变得不能再短时,细胞就会死亡。人类的过早衰老与染色体的端粒长度直接相关。此外,端粒的缩短还与基因突变,肿瘤形成等许多疾病相关。与天然酵母的32个端粒相比,覃重军研究团队人工创造的单条线型染色体仅有2个端粒,为研究人类端粒功能及细胞衰老提供很好的模型。此外,该研究成果还将运用于制造工厂的“超级营养”酿酒酵母工业化生产。

自然科研中国区总监保罗·埃文斯评论,这篇《自然》论文全部由中国科学家独立完成,显示了中国在建立可持续科研生态体系方面的努力和取得的重大成果,这也为探索生命起源与进化重大基础科学问题开辟了一个新方向。

该研究得到了中科院战略性先导科技专项“细胞命运可塑性的分子机制与调控”,以及国家自然科学基金委、科技部等的资助。

(科技日报上海8月2日电)

我国人造单条染色体真核细胞问世,,人类会不会创造出比自身更强大的生命?

新华社上海8月2日电 题:人造单条染色体真核细胞问世 我国开启合成生物学研究新时代

新华社记者王琳琳、张泉

1965年,我国科学家在世界上首次人工合成出与天然分子化学结构相同、有完整生物活性的蛋白质——结晶牛胰岛素,开辟了人工合成蛋白质的时代。

50多年后的今天,我国科学家在最新一期国际科学期刊《自然》上发表论文,宣布首次人工创造出有生命活性的单染色体真核细胞,开启了合成生物学研究的新时代。

人类能否创造生命?此次突破意义何在?

人造纤维、人造卫星、人造材料……在我们的潜意识里,只要是人造的东西都是没有生命的。人类真能“创造”出生命吗?

1996年,克隆羊“多利”诞生。人们认为,这就是所谓的“人造生命”。然而,科学共同体认为,克隆仅仅是“复制”了已有的生命体,还不是真正意义上的“创造”。人造生命,应该是利用生命体性状由遗传基因决定的原理,通过人工设计并合成新的遗传基因,“从头到脚”创造与地球现有生命体均不同的全新生命体。

因此,从这个意义上讲,“100%人造生命”还远未出现。但我国科学家的最新研究成果足以称得上这条“长征路”上的重要突破,意义非凡。

中科院分子植物卓越中心/植生生态所合成生物学重点实验室覃重军团队以酿酒酵母为实验对象,采用工程化精准设计方法,使用CRISPR-Cas9基因编辑技术对酿酒酵母16条染色体的全基因组进行了大规模修剪、重新排列,最终“创造”了将几乎所有遗传信息融合进1条超长线型染色体的酵母细胞。“体检报告”表明,虽然动了“大手术”,但“全新版”酵母细胞的生长、功能和基因表达均与天然酵母相似。

中科院深圳先进技术研究院研究员戴俊彪认为,这一结果表明,自然进化而成的现有真核生物(至少酿酒酵母)染色体数目与功能之间并不存在直接的决定关系,染色体的数目可以进行人为改变,同时对细胞生长不造成显著的影响。这颠覆了“染色体的天然三维结构决定基因表达”的传统观念。

与前人对单个染色体或一条长链DNA进行小修、小补、小合成不同的是,业内专家认为,该成果实现了对一个物种的染色体数目进行系统和大规模改造。这表明,天然复杂的生命体可以通过人工改造变简约,最终实现“人造”自然界中不存在的全新生命。

染色体数目“16合1”,目的何在?

在生物教科书中,自然界中的生命体按细胞结构划分,可分为真核生物和原核生物。真核生物细胞通常有多条线型染色体,原核生物细胞一般有1条环型染色体。面包发酵和酿酒过程中使用的酵母是生物研究中最常使用的典型真核生物。

2013年5月8日,覃重军大胆猜想,真核细胞与原核细胞的划分并非“泾渭分明”,二者完全可以相互跨越。即,真核细胞也可以改造成1条线型、甚至是环型的染色体,装载所有遗传物质、完成正常细胞功能。于是这一天,他将自己的猜想写进了笔记本。

随后,他与副研究员薛小莉设计了精准的工程设计总体方案,博士生邵洋洋从2013年开始研发高效的染色体融合操作方法。2016年10月,团队成功合成出第一个单染色体真核酵母细胞,而后都在对其进行“系统体检”。

自然科研机构中国区总监保罗·埃文斯说,尽管融合操作显著改变了三维染色体结构,但经证实,改造后的酵母细胞出乎意料地稳健,在不同的培养条件下,没有表现出重大的生长缺陷。

“天然酵母染色体的遗传基因有许多重复序列,这增加了细胞的不稳定性,容易导致突变或变异。而我们创造的全新酵母细胞删除了这些重复序列,化繁为简。”覃重军说。

他透露,将酵母染色体数量“16合1”的最终目的是发现自然界中复杂现象背后的规律内核,最终用于治疗人类疾病。“在保证细胞正常存活的前提下,染色体数目简化得越多,越容易更精准地找到生命体的遗传密码到底哪些可变、哪些不可变。”

单染色体真核细胞已问世,然后呢?

人工智能的到来引起了人类的恐慌,强大的机器让人们担心终有一天我们将被机器统治,而单染色体真核细胞的问世或许也会从另一个角度引起人们的忧虑。未来某一天,人类会不会创造出比自身更强大的生命?

对此,覃重军表示,目前人类对生命基因组遗传密码的运转机制所知甚少。“分子生物学的发展让我们对单个基因有了一定了解,但他们彼此间如何协作、又怎样变化我们知道很少。目前,我们处在简单模仿自然的水平,真的去创造尤其是脱离大自然的‘蓝本’去创造几乎不可能,所以距离‘100%人造生命’还差得很远。”

大手笔改造酵母染色体基因组的过程中,覃重军深深感慨于自然的神奇。“微生物的变化非常快,你稍做改动,大自然就会以完全嘲笑人类理解能力的方式,变化出更多可能。”

他认为,科学家一定要有坚定的伦理操守。“坚决不能做致病生物的改造,因为你不知道最终会出现什么结果。所以我们拿酿酒酵母这种可食用的微生物做改造,目的是找到阻止其变异、恶化的解决办法。”

酵母三分之一基因与人类同源,人造单染色体真核酵母细胞的诞生为研究人类染色体异常疾病提供了重要模型。端粒是染色体末端的保护结构,端粒的长短与过早衰老、基因突变、肿瘤等疾病形成有关。单染色体真核酵母细胞仅有2个端粒,这为研究上述疾病也提供了很好的研究基础。下一步,科研团队将借助该模型研发人类染色体缺陷或倍增等相关疾病的治愈方法。

此外,保罗·埃文斯认为,人造单染色体真核酵母细胞也可成为研究染色体生物学基本概念的强大资源,包括染色体的复制、重组和分离,这些都是生物学领域十分重要的主题。

“创造”单染色体真核细胞,合成生物学如何迈入新时代?

人造生命对应的学科叫合成生物学。如果说基因编辑还是对生命遗传物质的“小修小改”,那么合成生物学则是“推倒重来”。

本世纪初,合成生物学在基因组学、系统生物学、工程学等多学科基础上逐渐形成。经过多年不懈努力,我国已形成初具规模的合成生物学基础科学研究、技术创新、产品开发团队,一大批重点实验室和研究中心相继建立。

2017年3月,国际学术期刊《科学》以封面文章形式发表了美、中、英等多国科研机构共同参与的“人工合成酵母染色体项目”的部分成果,他们用化学方法合成了5条酵母染色体,其中,中国科学家合成了4条,相比“人类基因组计划”中国科学家所承担的1%基因测序有了大幅进步。

此次成果不仅完全由中国科学家独立完成,而且对酵母全部16条染色体进行大剪大拼,最终合成为1条,可谓在去年前人的工作基础上又迈出了一大步。

如果说在“人工合成酵母染色体项目”中,我国科学家扮演了“挑大梁”的角色,那么在此次“单条染色体真核酵母细胞”的合成中,我国科学家掌握了核心关键技术,获得了国际同行的广泛认可。

接下来,合成生物学如何迈入新时代?覃重军认为,“思想上大胆创新+工程上精细实施”,是未来中国合成生物学取得重大突破不可缺少的两大因素。“西方合成生物学的研究模式强调精细化工程实施,但只有工程实施远远不够,敢于跳出权威束缚、有原创思想引领才是保持领先优势的关键。”

此外,业内专家一致认为,要对合成生物学可能带来的负面影响与国际同行加强伦理讨论、建立预警机制、完善监管制度。生命是大自然的“作品”和生物长期进化的结果。下一步,合成生物学要对生物种类、生命基因的改动设置明确的“红色警戒线”,谨防破坏既有生态系统、引发生物安全风险。

磁铁、芯片、体温计,没有他们不敢往身体里塞的…

载自 英国报姐

你想过在自己身体里植入芯片吗?

电影里各种各样的大反派,变种人,大多和人体改造,芯片植入离不了关系。你可曾想过,这其实已经发生在现实之中了。

图:蜘蛛侠2中,章鱼博士被植入脑中的芯片控制

2018年初,一家瑞典创业公司Biohax开始售卖一种植入体内的芯片,植入一枚要花150美元左右。

(图源:forbes)

这种植入芯片的外形是圆柱体。长12毫米,直径2毫米。

它会被植入用户的虎口。没错,需要用一个直径2毫米+的巨型针筒。那场面还是有些可怕的。

(图源:arstechnica)

(图源:arstechnica)

理论上来说,正常生活中感觉不到它的存在。

这种芯片的主要用途,就是可以用来替换生活中的各种门卡、地铁卡、车票等。

植入芯片的主体是一颗NFC装置。(Near Field Communication 近距离无线通信)。这种芯片可以通过无线电讯号与周围别的机器交流,从而进行开锁、验证身份等行为。

用于家畜的NFC植入芯片(图源:wikipedia)

NFC是一项非常成熟的技术。比如你现在手中握着的智能手机就有NFC装置。

图:nfc标志

北京地铁最近推出的手机绑定地铁卡的支付模式,就是基于NFC技术的。也就是说,如果你有NFC芯片植入,就可以用手刷地铁了!

这种植入芯片并不需要电池,可以通过附近识别NFC信号的机器供电。所以不用担心十天半个月后就需要把它取出来换电池。

目前瑞典已有超过3000人植入了这种芯片。

令人吃惊的是,Biohax的创始人Jowan Österlund 并不是一名专业的生物学家,或者计算机学家,甚至不是一名码农,没有任何相关的学历。

他在创业Biohax之前,曾经是瑞典Linköping市的一名穿孔师傅,专门给人打耳洞、鼻洞、唇洞…

而事实上,目前植入芯片的很大一部分受众,就是那些热衷身体穿洞的人。而这种手术,通常也是由穿洞师傅,而不是专业医生做的…

打孔师傅(图源:apa member gallery)

自上世纪90年代以来,Biohacking(生物骇客)这个小众文化就开始在西方国家兴起。生物骇客的最终目的是通过人为的对人体的改造,达到增强自身某些机能的目的。也就是人工进化。

《正义联盟》中的钢骨就是一名改造人

90年代也是计算机和互联网第一次大规模普及的年代。一系列赛博朋克电影中都有提到生化人和仿生人——通过生物或机械的手段进行人工进化,或者制造比人类更强大的仿生人:

《机械战警》

这一切都催生了生物骇客运动:他们大多是没有经过系统教育的爱好者,通过自学和DIY,拿自己当小白鼠进行试验。他们试图凭借一己之力改造人体,找到人类进化的方向…

除了纯粹的科幻发烧友外,生物骇客还聚集了很大一批热衷身体穿洞的人。生物骇客对人类身体的改造让他们觉得这很酷,很朋克…

生物骇客Amal Graafstra经营的网上商城

对于生物骇客来说,身体就像是大脑的载体,是一件可以任意改进的工具。

最简单的生物骇客手术,除了上面提到的虎口芯片植入,还有指尖磁铁。手术者会把一块小磁铁放入指尖皮下。这样手指就可以被用来感觉铁器…

(图源:dangerousthings)

售卖指尖磁铁的生物骇客Amal Graafstra表示,这项手术会使你拥有除了五感之外的第六感——磁感。从这个角度说,生物骇客是在探索人类感知的边缘,可以说非常行为艺术了。

而更夸张的,有生物黑客在手臂上植入了一块巨大的体温计,用来随时记录自己的体温…

(图源:motherboard)

由于正规医院不可能接受这项任务。手术是在酒店房间内进行的…这看起来真的非常痛了。

对于那些大型的科技公司和研究院来说,进行芯片植入或者任何对人体的改造都是不符合伦理的,也是没有市场的,所以对于研发都望而却步。

而这些生物骇客则是另一个极端。他们都只是科学技术的门外汉,却凭借一腔对科学探索的热情和业余的技术对自身进行试验。

(图源:digital trend)

在这种情况下,意外当然是不可避免的。今年4月29日,一家生物骇客创业公司的CEO, 就在使用自制药物之后死亡。他的公司曾致力于用非常规手段治疗梅毒和白血病…

死去的生物骇客创业公司CEO(图源:live science)

Biohax今年推出的这款虎口植入的产品,则是一款对路人友好的入门级产品。

在外观上,它做到了毫无痕迹。除非你去主动抠它。

(图源:BI)

植入芯片看起来正在脱离从前生物骇客的小圈子,逐渐获得瑞典大众的青睐…

但它最大的问题没有得到解决——它不是生活必需品,除了猎奇以外,人们没有植入芯片需求。毕竟它能做的,手机都可以做到。

(图源:merchant maveric)

就技术本身而言,它也并非开天辟地。NFC通讯技术已经存在了几十年了,他们只不过是把它植入进了皮下。

(图源:soft much)

但这款产品具有划时代意义——它是世界上第一款较为成功的植入式电子产品。即便只有一粒米的大小,它试图把人类肉体和机械电子结合在一起,从而创造出一种人工进化的模式。

《攻壳机动队》中装有电子眼的角色

《圣经· 创世纪》中记载,上帝根据自己的形象创造了人类。任何人都无法否认人体结构的精妙:小到单个细胞的有丝分裂,大到整个身体的血液循环…

(图源:维基百科)

但在生活中,我们也难免感觉到自己身体的局限:脱发、疾病、衰老…进化遗留下来的问题也依然存在:盲肠、脚上的小拇指、男性的乳头等等等等。

我们希望可以长生不老,希望可以与机器直接交流,希望可以有强健的体魄,和一副吃不胖的身体。动辄几百万年的缓慢的生物进化过程,已经无法满足我们的需求。

(图源:smithonian)

生物骇客们认为:能主宰人类进化的,改变人类身体的,只有我们人类自己了…

他们就是这样一批业余,但投入的探索者。而对于我们普通人来说,虽然也很期待科技给我们生活带来的改变,但应该把科学上的事情交给专家来做。

Source:

http://www.washingtonpost.com/wp-dyn/content/article/2007/09/08/AR2007090800997_pf.html

https://arstechnica.com/features/2018/01/a-practical-guide-to-microchip-implants/

RFID implant removal and replacement

https://www.huffingtonpost.co.za/romano-randle/microchip-implants-are-becoming-a-reality_a_23280710/

https://www.forbes.com/sites/chrisjoannou/2017/11/06/are-microchip-implants-the-future-of-ticketing/#6c73340d426d

https://nordic.businessinsider.com/cellular-reprogramming-has-been-used-to-reverse-ageing-in-living-animals-for-the-first-time-2016-12/

https://www.biohax.tech/press