這一年是2030年。在一個(gè)高安全性的收容實(shí)驗(yàn)室里，科學(xué)家聚集在一臺(tái)高聳的機(jī)器周?chē)?，急切地等待著?duì)火星上新發(fā)現(xiàn)的細(xì)菌的第一眼看法。

通過(guò)一系列嗶嗶聲，機(jī)器 - 數(shù)字 - 生物轉(zhuǎn)換器，或DBC - 表示它已成功接收細(xì)菌的數(shù)字化基因組文件。使用由DNA構(gòu)建塊組成的化學(xué)混合物，它旋轉(zhuǎn)起來(lái)，自動(dòng)重建外星生物的基因。

在一天之內(nèi)，科學(xué)家們對(duì)火星細(xì)菌進(jìn)行了精確的復(fù)制。

致2016年創(chuàng)造第一個(gè)合成生命形式的遺傳特立獨(dú)行者克雷格·文特爾(Craig Venter)，讓外星人回歸到地球上重建可能聽(tīng)起來(lái)像科幻小說(shuō)，但“可能是真實(shí)的”。

最近，與合成基因組學(xué)DNA技術(shù)副總裁Daniel Gibson合作，Venter發(fā)布了一個(gè)原型DBC，能夠下載數(shù)字化DNA指令并從頭開(kāi)始合成生物分子。

這臺(tái)未來(lái)派機(jī)器不僅可以抽出DNA，疫苗和蛋白質(zhì)的功能，而且還可以從頭開(kāi)始自動(dòng)合成病毒顆粒。

將外星生命傳送到地球只是Venter為DBC設(shè)想的一個(gè)角色。另一方面，我們可以將地球的極端微生物細(xì)菌送到火星上的打印機(jī)。如果通過(guò)基因增強(qiáng)來(lái)抽出氧氣，細(xì)菌可能會(huì)慢慢改變火星的景觀，使我們?cè)谔ど霞t色星球之前更容易適應(yīng)人類(lèi)。

更接近家庭，DBC可以允許在爆發(fā)期間即時(shí)，按需訪問(wèn)拯救生命的藥物或疫苗，或最終獲得個(gè)性化醫(yī)療。

一生都是代碼

在Venter進(jìn)軍“生物傳送”的基礎(chǔ)上，所有生命形式 - 至少在地球上 - 本質(zhì)上都是DNA軟件系統(tǒng)。DNA指導(dǎo)和創(chuàng)造由蛋白質(zhì)，細(xì)胞和組織制成的更有形的生物“硬件”。

因?yàn)镈NA包含啟動(dòng)生命形式的所有必要信息，通過(guò)破解其代碼并編寫(xiě)自己的代碼，我們現(xiàn)在有能力創(chuàng)造前所未有的生物。

早在2010年，Venter就將實(shí)驗(yàn)室化學(xué)物質(zhì)完全合成的細(xì)菌基因組插入到單細(xì)胞受體中。合成的基因組啟動(dòng)了活細(xì)菌，使其能夠復(fù)制到大量的人造生物體中。六年后，他的團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步探索了科幻小說(shuō)的領(lǐng)域，創(chuàng)造了一個(gè)只有437個(gè)基因的新細(xì)菌物種- 這是支持生命所需的絕對(duì)已知最小遺傳密碼量。

這些研究和其他研究清楚地表明，我們現(xiàn)在有了一套新的工具，可以讓科學(xué)家們制造新的生物物種，加入“我們星球的生命清單。”但為什么要停在那里?如果生活只是可以打包，通過(guò)電子郵件發(fā)送，下載和復(fù)制的代碼，為什么不使用相同的技術(shù)來(lái)傳遞生命?

數(shù)字生物轉(zhuǎn)換器

DBC是Venter試圖轉(zhuǎn)移和制造生命的嘗試。

這臺(tái)機(jī)器長(zhǎng)8英尺，高6英尺，是一個(gè)弗蘭肯斯坦的機(jī)械塊和橫跨雙層桌子的電線。“我們正致力于利用微流控芯片和微陣列等新技術(shù)實(shí)現(xiàn)機(jī)器的便攜性，”作者解釋道。

DBC配備了以太網(wǎng)集線器，從互聯(lián)網(wǎng)上下載DNA文件，并使用DNA-腺苷，鳥(niǎo)嘌呤，胸腺嘧啶和胞嘧啶(A，G，T，C)的四種化學(xué)堿基打印代碼。

“這是包裝復(fù)雜的生物學(xué)，我們的每個(gè)小細(xì)胞都以非常小的規(guī)模表現(xiàn)得非常好，”文特爾解釋道。

雖然自動(dòng)DNA打印機(jī)已經(jīng)上市，但DBC更進(jìn)了一步。該機(jī)器能夠根據(jù)遺傳密碼構(gòu)建蛋白質(zhì)(可以說(shuō)是打印生物硬件)，使其從頭開(kāi)始更接近于構(gòu)建活細(xì)胞。

該系統(tǒng)的核心是Archetype，這是一種專有軟件，可以將輸入的DNA序列最佳地分解為更易于管理的短序列，以便并行合成。這大大提高了效率并減少了隨著DNA鏈長(zhǎng)而增加的測(cè)序錯(cuò)誤。

組裝完成后，機(jī)器掃描鏈條是否有任何錯(cuò)誤，然后將這些位“粘貼”回完整的DNA裝配體。從那里，一系列機(jī)械臂將DNA從模塊轉(zhuǎn)移到模塊，自動(dòng)添加將合成基因轉(zhuǎn)化為功能蛋白的試劑。

合成醫(yī)學(xué)

在一項(xiàng)概念驗(yàn)證研究中，該機(jī)器抽出了綠色熒光蛋白，這是一種藻類(lèi)蛋白，通常在實(shí)驗(yàn)室中作為實(shí)驗(yàn)性金絲雀。在DBC運(yùn)行之后，所得產(chǎn)物如預(yù)期的那樣發(fā)出亮綠色，隨后的分析發(fā)現(xiàn)超過(guò)70%的所有合成分子都沒(méi)有錯(cuò)誤。

雖然令人印象深刻，但該團(tuán)隊(duì)承認(rèn)未來(lái)的模型需要做得更好。

吉布森警告說(shuō)：“所有這一切都需要一個(gè)DNA基礎(chǔ)才能使蛋白質(zhì)不能正常工作，或治療不能做到它應(yīng)該做的，或者細(xì)胞不能發(fā)揮作用”。

在另一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中，DBC成功地產(chǎn)生了功能性流感病毒顆粒，RNA疫苗和噬菌體病毒，這些病毒感染可用于對(duì)抗感染甚至癌癥的細(xì)菌。

那是巨大的。“如果有大流行病，你身邊的每個(gè)人都快死了，你不能去戶外，你可以在幾秒鐘內(nèi)從互聯(lián)網(wǎng)上下載疫苗，”文特爾說(shuō)。在醫(yī)院，家庭和偏遠(yuǎn)地區(qū)這樣的機(jī)器可以徹底改變醫(yī)學(xué)。

文特爾也關(guān)注個(gè)性化醫(yī)療。他說(shuō)，將來(lái)，如果您感染了感染，您可以在幾分鐘內(nèi)對(duì)基因組進(jìn)行測(cè)序。然后，醫(yī)生可以通過(guò)在線數(shù)據(jù)庫(kù)交叉引用您的錯(cuò)誤，下載并在辦公室打印可用的噬菌體治療并送您前往。

太空旅行

文特爾的野心并不止于此。他想象將DBC與其合成生物的技術(shù)相結(jié)合，構(gòu)建一個(gè)能夠生產(chǎn)食物，氧氣和燃料的“空白板巖”受體細(xì)胞 - 這是發(fā)送到世界各地或進(jìn)入太空的完美主力。

理論上，細(xì)胞能夠接受任何旨在產(chǎn)生生命支持分子的合成基因組。文特爾表示，這些細(xì)胞必須經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)，但強(qiáng)調(diào)可以做到。

擁有一名DBC意味著一個(gè)穿越太空的船員將不再依賴供應(yīng)船會(huì)合 - 我們將永遠(yuǎn)不會(huì)讓現(xiàn)實(shí)生活馬克·沃特尼挨餓并擱淺在火星上。

但那看起來(lái)遙遙領(lǐng)先。

根據(jù)吉布森的觀點(diǎn)，在我們對(duì)空間的幻想思想太過(guò)分心之前，還有很多工作要做。首先，DBC需要縮小到更易管理的大小。另一方面，目前的DNA合成技術(shù)非常低效且浪費(fèi) - “大約99.999%的原材料浪費(fèi)了”，他說(shuō)- 隨著團(tuán)隊(duì)轉(zhuǎn)向更大的DNA結(jié)構(gòu)，問(wèn)題進(jìn)一步擴(kuò)大。

這些都不是小問(wèn)題，但DBC表明生物材料的生物隱形傳輸是可行的。那么為什么不瞄準(zhǔn)高?

“我的未來(lái)不是幻想，”文特爾說(shuō)。“我們的目標(biāo)不是想象這些東西。我們科學(xué)家實(shí)際上是這樣做的。“