 1 科学家把萤火虫身上的荧光素酶移植到拟南芥里。  1 安东尼·埃文斯（左）和凯尔·泰勒在展示被移植了水母基因的大肠杆菌。（资料图片）  1 发光羊移植的发光蛋白来自水母。  发光羊移植的发光蛋白来自水母。 发光羊、发光鱼横空出世，合成生物学技术发展迅速 未来，夜间的照明有可能会在用电消耗上大大节约，因为我们可以将照明的任务交给由合成生物学家们精心设计出来的能发光的植物。最近，美国科学家将萤火虫身上的荧光素酶移植到一种叫拟南芥的植物上，培育出了能发光的拟南芥种子。不仅如此，会发光的动物如发光鱼、发光羊也陆续被科学家培育成功。 对此，中国科学院院士、合成生物学研究专家赵国屏教授在接受本报采访时表示，让生物发光已不是难事，困难之处在于这背后的基因线路设计，即如何让这些生物按设计者的意愿，在该发光的时候发光，不该发光的时候“休息”，积累能量。 把发光基因移植到生物体内是福是祸？合成生物学技术将怎样改变人类的未来生活？ 文：记者 李文 实习生 颜彬栩嘉 送情人发光的玫瑰不是梦 最近，在美国旧金山，合成生物学博士奥姆瑞·艾米诺·卓瑞、植物学博士凯尔·泰勒以及科技企业家安东尼·埃文斯正在大张旗鼓共同研究开发“发光植物”项目。在其网站上，他们称想为大家提供更天然、节能的照明方式，终有一天让大家跟电灯泡说再见。他们用合成生物技术将萤火虫身上的一种荧光素酶基因移植到植物身上，经过改良的基因设计和表达控制，目前已可以让一种叫拟南芥的植物发出相比先前其他类似科研成果更明亮的荧光。在未来，他们希望能开发出可持续发光的植物用作路灯照明，并将该技术应用到诸如花卉园艺等领域。 目前，这个团队已经将能发光的拟南芥的种子培育了出来。接下来，科学家有可能将这种DNA移植到其他植物身上。科学家信心满满，下一步想让玫瑰也能发光，从而使这种技术更有商业价值。 这些年轻的科学家很有商业头脑，他们一边研究，一边借助网络平台广泛寻求来自网友的科研基金赞助支持。他们将自己的成果迅速包装成很酷的时尚产品，用这些产品换取来自全世界网友的赞助。比如赞助25美元，就可以拥有一件印着实验成功的拟南芥照片的T恤。实验室培育出来的会发光的拟南芥种子大概要价40美元。如果你想从实验阶段开始玩，那就得多掏100美元，几位博士会将自己是怎么做的写进攻略。你还别说，他们确实获得了全球6000多人次数额不等的捐赠。他们用最终募集来的6.5万美元完成了对拟南芥的实验。目前，他们的研究和经费募集正朝着更为复杂的目标玫瑰进发。结果如何，现在还无从定论。 基因奇迹：能在黑暗中发光的羊 让植物发光的基因移植技术并不算特别新奇。我国台湾的科学家已经成功把叫做“生物LED”的发光金色纳米粒植入到一种水生植物中，让水生植物发出光来。美国纽约大学的研究者也有类似的发光植物研发出来。不过，奥姆瑞·艾米诺·卓瑞和凯尔·泰勒在接受媒体采访时则称，在之前研究的基础上，他们的设计更加完善，能用更好的基因排序让它们更明亮。 对此，赵国屏教授笑道：“首先，这种技术并不难。值得肯定的是，让植物发光来照明，这个创想很好玩。相比其他植物，拟南芥已经是生物学家们了解得比较清楚的植物，人工控制起来也相对简单。来自萤火虫的荧光素蛋白是一种发光蛋白，让它发光需要消耗能量，将它移植到植物身上，植物自身的光合作用能够产生让荧光素蛋白亮起来的能量。”研究者也介绍，拟南芥的光合作用给外来的荧光素蛋白以“动力燃料”，但并不会让植物像开着的灯泡一样发热。 无独有偶，最近，媒体也在广泛报道乌拉圭的科学家创造出会发光的羊的新闻。乌拉圭的科学家们指出，也许未来我们能获得荧光闪闪的羊毛纺织品。赵国屏指出，跟发光的拟南芥不同，发光羊移植的发光蛋白来自水母。来自水母的发光蛋白需要太阳光或者紫外线的照射才能发亮。而来自萤火虫的荧光素蛋白并不需要太阳，可以在夜里发光，相比之下，就更容易将移植了荧光素酶的植物向着路灯的应用方向引领。“相比一些基础性的科学探索，大众更喜欢问科研成果有什么用，但也许好玩本身就有意义。发光的羊毛也许在未来的舞台上，在聚光灯下，能给明星们的华服增添美轮美奂的效果。让我们鱼缸里的宠物鱼会发光，也许会让喜欢养鱼的玩家更开心。”赵国屏笑道。 下一步：为发光生物装一个控制开关 赵教授指出，让原本不会发光的生物发光并不难，难在让生物按照研究者的意愿，在应该发光的时候发光。如果在这方面有所建树，才是真正有“含金量”的合成生物学技术新进展。 “理论上，人也可以发光。但你会不会同意让你或者你的孩子变得闪闪发光呢？除却技术层面的问题，这背后还有伦理的问题。如果美国的这几位博士能将基因线路设计到植物发不发光有一个可控制的开关，例如可以在白天的时候不发光，夜晚来临后，天越黑亮度越高，这就比较难了，但这样也才真正有了应用的意义。用不同的基因元件，设计出基因线路，让基因元件在植物中能按照我们的意愿表达，在外界有光的时候不表达，在"休息"，通过光合作用积累能量，而在外界黑暗的时候就表达出来，熠熠生辉，这才是"含金量"高、有实用意义的合成生物学研究。” 因为植物自身的遗传学差异以及人们对不同植物进行遗传操作技术水平的差异，想要让玫瑰发光，要比拟南芥困难得多。“上海街道上比较多法国梧桐树，想让它们有一天代替传统的路灯，来为行人照明，恐怕会是更困难的事，但也不是不可能。”赵教授说。 隐忧： 新技术会否 造成基因污染？ 来自世界各地的网友们对于美国科学家的新技术，一个比较大的担忧是安全问题。“这个东西会不会污染我们家花园里的其他植物，让它们也发起光来？”“如果我不小心把它们养死了怎么办？简单埋掉就可以降解吗？” 几位科学家请来哈佛大学生物安全方面的教授来为大家做出解释。他们承认：“昆虫、鸟类造成的花粉传播，确实会造成与其他近亲植物相互传染的风险。”但他们表示，在科研过程中，这些问题都被小心考虑了，“之所以会选择拟南芥，是因为它是自己给自己授粉的植物，也不是美国的本土植物，在美国的荒野植物世界里也没有"亲戚"。” 对此，赵国屏教授认为，事实上还有很多解决方式，譬如自然界有不少植物，就是通过无性过程来繁殖的，可以让这些植物来发光。也可以让发光的植物根本就不开花，也能彻底避免花粉传播这个问题。 也许是因为好莱坞科幻大片的渲染，对于基因合成生物，公众有诸如变异之类的恐怖想象。对此，几位科学家的解释是，目前设计出来的拟南芥基本上把所有多余的能量都用来发光了，在进化能力方面比其他普通植物要弱许多。赵国屏教授说：“在合成生物学研究中，每一个进步都异常艰难，想要达到科幻片里的夸张恐怖程度，恐怕不太可能。另外，有责任感的科学家多数是好人，如果真有什么危害，首当其冲受害的就是科学家自己。安全问题是要从专业角度被严格控制的。” 链接： 正在改变世界的 合成生物学 合成生物学目前对于公众来说仍是一个较陌生的概念。美国波士顿大学生物工程学教授詹姆斯·柯林斯曾在《自然》杂志上发表过一篇科普文章，向普通读者解释合成生物学目前是在做什么工作。他用形象的搭积木，来解释这一研究领域在发生的革新变化。他指出，利用生物学和工程学手段，科学家正在改变着世界。科学家们正试图将细胞看成是一套积木，他们在使用基因“积木”和蛋白质“积木”创造各种新的细胞及其新的功能，比如能够清理原油泄漏污染的细菌、能够生产新型材料的细胞等。用新奇有趣的方法对生命重新进行组合。 合成生物学也被寄望可降低制药产业的成本，比如治疗癌症和传染病的药物，典型的例子是能抗疟疾的青蒿素，过去生产多少主要依赖草药青蒿的产量。目前，已经能在实验室用真核单细胞生物体生产前体青蒿酸，使得药物成本大大降低。此外，人们还能利用合成生物学发现新的药物。如果科学家想寻找一种针对某种致病基因的药物，可以通过合成生物学平台技术进行快速、大批量的筛选。平台上的工程细菌如果对药物有反应，相关的报告基因（多数使用的是发光蛋白）会被开启，从而将细胞“点亮”，告诉科学家们，药物正在按照他们的目的在发挥作用。科学家发现和开发药物的步伐又向前走了一步。 |
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