【原】沈玥：我們正在顛覆進化論，再造伊甸園 | 造就

造就Talk 2020-07-21

展開全文

華大基因x造就聯(lián)合呈現(xiàn)

沈玥

華大基因深圳國家基因庫合成與編輯平臺負責人

有三個問題困擾了人類幾千年——我是誰，我從哪來，我要去哪里？

究竟我們的生命的本質(zhì)是什么，我們從怎么樣的一個形式，演化而來，我們未來可能會變成什么樣子？

從上帝決定論到基因決定論

在文明初期，關(guān)于這個問題，西方主要是以上帝創(chuàng)世紀的故事呈現(xiàn)，而東方則是盤古開天辟地，女媧造人的傳說。

冥冥之中，大家都覺得有一個超越生命之上的存在，在掌控著生命，這好像已經(jīng)成為一個共識，但是科學的發(fā)展使得我們摒棄了這樣陳舊的觀念。

從孟德爾用三萬多株豌豆發(fā)現(xiàn)遺傳的規(guī)律，到后來格里菲斯和艾弗里證明了DNA才是遺傳物質(zhì)的基礎(chǔ)，再到富蘭克林通過晶體衍射給DNA拍了照片，在這個基礎(chǔ)之上，沃森和克里克又通過解析DNA，發(fā)現(xiàn)它原來是雙螺旋結(jié)構(gòu)……這樣一步一步，我們慢慢對生命的本質(zhì)有了一個清晰的概念。

那么下一步就是研究這些信息是怎么樣構(gòu)成生命的，這樣簡單的四個堿基，A、T、C、G，它是以怎么樣的一個形式，使得我們?nèi)顺蔀槿?，動物成為動物?/span>

在20世紀的最后十年，“人類基因組計劃”使這個問題有了決定性進展。

參與“人類基因組計劃”的六個國家，用了13年的時間，花了30億美金，完成了第一個個人的基因組的測定和描繪，這之后，我們才大概知道了原來生命是這個樣子。

在這之后有成千上萬的基因組得到解析，我們慢慢地知道了我們頭發(fā)的顏色，五官的樣子，我們的高矮胖瘦，為什么會這么不同。

除了人類之外，我們對其它的物種也有了遍地開花的研究，我們越來越了解到生命是怎么樣演化過來的；我們也知道物種之間的相似處和差別是什么。

所有的這些秘密都藏在基因和基因組里面。

人類和老鼠有80%的基因相似卻樣子如此不同，因為基因一直在變化

比如說我們和植物只有17%的相似性，我們和小白鼠卻有80%的相似性，我們和猴子、大猩猩的相似性已經(jīng)超過90%，我們?nèi)撕腿酥g這么不同，但是在我們的基因組上，也只有0.5%的差異。

基因這個生命密碼，就像是一個啟動生命的程序，但它并不是一成不變的，相反，它一直在變化的。

大家看到西蘭花、卷心菜、花菜，這幾種我們餐桌上非常常見的食物，它們長相不同，味道不同，但它們卻是甘藍這個2500年以前出現(xiàn)的植物，因為基因隨機突變，長期自然選擇之后演化出來的一些新的生物。

我們逐漸顛覆達爾文之后，有沒有可能開始扮演上帝？

隨著技術(shù)的發(fā)展，我們已經(jīng)進入可以人為加速生命密碼改變的階段。

比如說線粒體缺陷的問題。

線粒體是細胞里面的一個細胞器，當這個很小的細胞器產(chǎn)生缺陷之后，會導致非常嚴重的結(jié)果，比如說先天性心臟病，失明或者是肝衰竭，并且線粒體缺陷是隨著母親向下遺傳的，這也就意味著如果一個母親是線粒體缺陷疾病的患者，那她的孩子無一例外一定都是患者。

而人為的干預可以改變這個情況。

我們把患病母親的DNA通過核移植的方式，轉(zhuǎn)運到另外一個健康女性的卵子里面，然后用這個卵子，來做受孕的載體，這樣一來就可以使得她的孩子不再成為線粒體缺陷類疾病的患者。

他的基因，即他的生命密碼，也由此發(fā)生了改變，這個改變逆轉(zhuǎn)了他一定會得病的命運。

所以，四十億年前，生命主要是依靠隨機突變和自然選擇的一個方式去生存的，而我們現(xiàn)在正在通過一種并行式的思路，把進化的過程加速，使它成為一種可以是非自然選擇、定向變異的過程。

在某種程度上，我們已經(jīng)在逐漸地顛覆達爾文的進化論。

緊接著下一個問題是，我們有沒有可能扮演上帝，創(chuàng)造生命？

這里的人造生命不是指AI，不是指Alpha Go，而是指我們在DNA、RNA，以及一系列必需的物質(zhì)基礎(chǔ)上，創(chuàng)造出來的一個活生生的生命。

這個問題在2010年的時候就已經(jīng)有了一個非?？隙ǖ拇鸢?。

第一個人造生命是以計算機為母體

這是一個叫做支原體的基因組的一個序列，科學家通過計算機以及四種不同化學試劑的配合，可以從無到有地創(chuàng)造一個完整的基因組，然后把基因組轉(zhuǎn)移到一個受體的細胞里面，這個生命的密碼得以啟動，使得這個細胞搖身一變，變成另外一個物種，我們把這個物種叫做“辛西婭”。

“辛西婭”是第一個以計算機為母體的一個生命，它的出現(xiàn)意味著什么呢？意味著我們可以以計算機為起點，創(chuàng)造一個生命。

大多數(shù)的細菌都是原核生物，相比較而言是比較低等的生物，而生命的高級形式是真核生物，比如說我們?nèi)司褪钦婧松铩?/span>

能否創(chuàng)造一個人造的真核生物，這是造物的一個新的高度。

這個微生物叫做釀酒酵母，我們平時用它來做面包、饅頭，用來釀酒。最近，我們的團隊做了一個酵母2.0版本，這個2.0版本就是世界上第一個真核的人造生物。

跟“辛西婭”和酵母1.0相比較，它的區(qū)別是什么？

簡單來說，我們不僅是重現(xiàn)了一個真核生命，我們同時使得它變成了一種工具。

舉個例子，大家都知道胡蘿卜素，它主要是從胡蘿卜里面提取出來的，這個胡蘿卜素在你攝取之后，可以轉(zhuǎn)化成維生素a，它能夠改善你的眼睛和皮膚的問題，那么這個酵母2.0作為工具，只要簡單地通過外源基因的導入，就能生產(chǎn)胡蘿卜素。

甚至我們可以控制它的產(chǎn)量。所以這意味著未來我們不需要有胡蘿卜，就可以獲得大量的胡蘿卜素。

再舉另外一個例子，屠呦呦因為成功地從這種叫做黃蒿的植物中提取出青蒿素，獲得了去年的諾貝爾醫(yī)學或生理學獎。

青蒿素是目前用來治療瘧疾的唯一有效的藥物，但是在黃蒿里面提取率非常低，只有1%~5%左右，而如剛才所說，通過酵母外源基因的導入，就可以使得我們的酵母變成青蒿素的一個細胞工廠，利用這樣的技術(shù)，一個簡單的一個生產(chǎn)線，青蒿素年產(chǎn)量即可超過全球需求量的三分之一，這是一個非?？捎^的數(shù)字。

未來5年，合成生物成本降到目前的1%？

在回顧我們創(chuàng)造2.0版本的酵母人造生命的歷程里面，我們發(fā)現(xiàn)它在基因組的解讀上，也是有同樣的趨勢，就是從小到大，從簡單到復雜。

而能夠使得我們有這樣的發(fā)展是因為技術(shù)的更新?lián)Q代。

從我們測第一個基因組需要13年到今天我們只要一天的時間就能完成一個個體基因組的測序；同樣，過去合成技術(shù)一開始一天只能有百級的產(chǎn)量，到現(xiàn)在每天有萬級的通量，使得成本上有了一個非常大的變化。

我們把測序與合成的成本做了一個對比，取了一個log值，你可以看到在2003年，兩者的成本還差不多是一致的，但是后來，尤其是過去的五年里面，測序成本急劇降低使得兩者之間的成本有了百萬級的差距。

在過去的幾年里面，我們的團隊一直專注于如何提升技術(shù)從而降低成本，現(xiàn)在我們可以非常自信地說，在未來的5~10年，我們可以把這個成本降到現(xiàn)在的百分之一。

那么這個技術(shù)的突破會帶來什么呢？

有可能在不久的將來，它能使得我們這個世界再次進入“寒武紀”時代，有大量的新物種，可以通過數(shù)字化的設(shè)計而產(chǎn)生。

合成生物學將解決90億人口在地球生存的問題

大家可能會問，為什么我們要做這樣的事情？

我們現(xiàn)在整個世界的人口是60億，但是在不到40年的時間，這個60億馬上會變成90億。

我們現(xiàn)在所有的食物、清潔能源以及我們的醫(yī)藥，都是圍繞這60億來準備，滿足60億人口就已經(jīng)非常困難，更不用提90億人口會是怎么樣的一個挑戰(zhàn)。