作者：燕景洲發(fā)布日期：2018-05-23
日前，自誕生以來(lái)就頗受關(guān)注的“基因組編寫(xiě)計(jì)劃“（GP-write）宣布重大調(diào)整：項(xiàng)目的重點(diǎn)將由合成所有人類(lèi)基因組堿基對(duì)轉(zhuǎn)向重編碼基因組，以制造對(duì)病毒感染免疫的細(xì)胞。
GP-write發(fā)起于2016年6月2日，當(dāng)時(shí)項(xiàng)目發(fā)起人宣稱(chēng)將籌資1億美元，在實(shí)驗(yàn)室從零開(kāi)始設(shè)計(jì)并組合所有人類(lèi)基因組，項(xiàng)目預(yù)計(jì)歷時(shí)10年。該研究也被認(rèn)為是人類(lèi)正在向“造物主”靠攏，引發(fā)了對(duì)于實(shí)驗(yàn)室人造人（labmade humans）的強(qiáng)烈質(zhì)疑與擔(dān)憂(yōu)。而隨著該計(jì)劃的艱難起步，最初的這一想法已漸漸被束之高閣。
前不久，GP-write科學(xué)工作會(huì)議在波士頓召開(kāi)，GP-write領(lǐng)導(dǎo)人宣布，將組織國(guó)際科研合作團(tuán)隊(duì)，共同進(jìn)行“重編碼計(jì)劃”，旨在改變細(xì)胞基因結(jié)構(gòu)，抵抗病毒感染。
紐約市紐約大學(xué)Langone醫(yī)療中心遺傳學(xué)者 Jef Boeke說(shuō)，新發(fā)布的項(xiàng)目更為具體，旨在對(duì)人類(lèi)及其他物種的細(xì)胞進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，使之“極度安全”，同時(shí)，也代表了“貫穿GP-write始終的主題”。
而他也將與哈佛大學(xué)著名遺傳學(xué)者George Church、紐約市Nancy J Kelley + Associates 律師行 Nancy Kelley 律師、舊金山軟件公司Autodesk Research的 Andrew Hessel 共同領(lǐng)導(dǎo)此項(xiàng)目。
那么，這是否意味著抗病毒人類(lèi)即將出現(xiàn)？根據(jù) George Church 的說(shuō)法，存在這種可能性。作為 GP-Write 項(xiàng)目的領(lǐng)軍人物，他曾表示重編碼人類(lèi)將是合成生物學(xué)的“巔峰”。
圖丨George Church
目前，GP-write 和其管理機(jī)構(gòu)“卓越中心（Center of Excellence）”并不會(huì)為新計(jì)劃提供資助。Kelley說(shuō)，“我們正在計(jì)劃尋求基金會(huì)、慈善投資人或政府出資人的幫助。”
但是，一旦新項(xiàng)目能像最近完成的合成酵母基因組項(xiàng)目那樣，就“構(gòu)建極度安全的細(xì)胞”這一目標(biāo)，與全球其他合成生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室展開(kāi)合作，那么該項(xiàng)目也能獲得實(shí)際收益，收益來(lái)源之一就包括各大藥廠。這是因?yàn)?，一旦用于生產(chǎn)藥用蛋白的細(xì)胞遭到病毒感染，藥廠有時(shí)就要被迫停產(chǎn)。而耐藥細(xì)胞系則更安全有效，對(duì)藥廠的檢測(cè)要求也更低。
圖丨Farren Isaacs
GP-write 科學(xué)執(zhí)行委員會(huì)的成員、耶魯大學(xué)的生物工程師 Farren Isaacs 表示，更廣泛地來(lái)說(shuō)，該項(xiàng)目可能有助于研究人員超越 CRISPR 等編輯工具的限制，不再局限于在幾個(gè)特定位置對(duì) DNA 進(jìn)行調(diào)整，而是對(duì)基因組進(jìn)行更廣泛的重新設(shè)計(jì)。
他設(shè)想，未來(lái)的方向是“通過(guò)重新編寫(xiě)基因組……賦予生物體全新的功能”，比如，擁有那些只有在嚴(yán)格控制的生物防護(hù)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中才能發(fā)展壯大的能力。除抵抗病毒以外，GP-write 組織者還在考慮開(kāi)發(fā)其他極度安全細(xì)胞特征，例如抗癌性突變、抗輻射、抗寒等。
抗病毒基因序列
想要細(xì)胞不受病毒的侵害，就需要對(duì)其進(jìn)行“重新編碼”，即改變DNA序列中被認(rèn)為是“密碼子（編碼蛋白質(zhì)的氨基酸結(jié)構(gòu)單元）”的堿基順序。
由于多個(gè)密碼子可以代表相同的氨基酸，研究人員可以置換出多余的密碼子，但不影響細(xì)胞的重要功能。當(dāng)病毒劫持細(xì)胞并嘗試復(fù)制時(shí)，其需要依賴(lài)可將這些密碼子翻譯成蛋白質(zhì)的細(xì)胞機(jī)器對(duì)其基因進(jìn)行解碼。通過(guò)完全消除某些密碼子，研究人員可以安全地?cái)[脫這些細(xì)胞機(jī)器。
德國(guó)馬爾堡菲利普大學(xué)染色體生物學(xué)家 Torsten Waldminghaus 說(shuō)，重新編碼的細(xì)胞無(wú)法解碼、傳播病毒，因?yàn)樗鼈?ldquo;基本上是雞同鴨講”。他并沒(méi)有參與GP-write。
根據(jù) GP-write 最新的聲明，如果要讓人類(lèi)細(xì)胞具有病毒抗性，那么將改變至少400,000個(gè)基因組。
圖丨病毒感染了一個(gè)細(xì)胞系
Isaacs 說(shuō)，根據(jù)新基因組的設(shè)計(jì)方式，該項(xiàng)目可能仍然嚴(yán)重依賴(lài)基因編輯，即交換已有 DNA 序列上不同位置的堿基。但是為了將密實(shí)填集的密碼子換成基因組的某部分，甚至將來(lái)插入全新的基因組，研究人員將不得不設(shè)計(jì)和運(yùn)送更大范圍的實(shí)驗(yàn)室合成的 DNA 。
該項(xiàng)目可能需要 GP-write 參與者們的實(shí)驗(yàn)室技術(shù)。2005年，當(dāng) Isaacs 還在 Church 實(shí)驗(yàn)室做博士后研究員時(shí)，他就開(kāi)始進(jìn)行試驗(yàn)，重新編碼細(xì)菌大腸桿菌基因組。在2013年的一篇論文中，Isaacs、Church 和其同事通過(guò)單個(gè)置換大腸桿菌中全部321個(gè)密碼子，使其可以抵抗某些病毒。現(xiàn)在，以上兩個(gè)實(shí)驗(yàn)室研究都正在努力去除其他大腸桿菌密碼子。
在談到重新編碼這一想法時(shí)，Waldminghaus 說(shuō)：“它在大腸桿菌中已初見(jiàn)成效，我希望它對(duì)人體細(xì)胞同樣有用。雖然這并不是令人驚訝的科學(xué)‘新鮮事’，但我還是認(rèn)為把時(shí)間花在上面是值得的。”
實(shí)際問(wèn)題依然存在
目前，我們尚不清楚新項(xiàng)目的具體執(zhí)行細(xì)節(jié)。
Boeke希望優(yōu)先考慮重新編碼人類(lèi)和小鼠的基因組。同時(shí)，他希望能夠收集反饋并評(píng)估其潛在合作伙伴的興趣度。如果此新項(xiàng)目仿造正在進(jìn)行的酵母基因組計(jì)劃（即 Sc2.0）的模式，那么選擇參與的團(tuán)體將根據(jù)其份額提供資金，并按照染色體分配其具體工作。
Boeke預(yù)計(jì)，他們會(huì)面對(duì)Sc2.0中沒(méi)有的挑戰(zhàn)。他說(shuō)，酵母計(jì)劃的“團(tuán)隊(duì)相對(duì)較小、合作無(wú)間。我要想到，對(duì)于這個(gè)更大、更多元的團(tuán)隊(duì)來(lái)說(shuō)，可能不會(huì)這么簡(jiǎn)單。”
GP-write 囊括了近 200 位科學(xué)家，還包括9個(gè)自組的“工作組”，負(fù)責(zé)技術(shù)以及該項(xiàng)目倫理、法律、社會(huì)影響等基礎(chǔ)設(shè)施的開(kāi)發(fā)。自去年 GP-write 會(huì)議以來(lái)，這些小組都為其未來(lái)工作制定了“章程”及“規(guī)劃”，這些內(nèi)容近期將做披露。
同時(shí)，知識(shí)產(chǎn)權(quán)方面的考慮也可能使此項(xiàng)目復(fù)雜化。Boeke 說(shuō)，“在合成生物學(xué)和合成基因組學(xué)方面，很多IP（知識(shí)產(chǎn)權(quán)）只是大概一提。而人類(lèi)研究的收益要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于酵母研究。”
Isaacs 指出，哈佛大學(xué)、耶魯大學(xué)和劍橋麻省理工學(xué)院都擁有與基因重新編碼有關(guān)的專(zhuān)利。但縱觀這個(gè)能激發(fā)未來(lái)各種科學(xué)突破的 GP-write，目前卻僅有一個(gè)知識(shí)產(chǎn)權(quán)小組負(fù)責(zé)探討本項(xiàng)目所用技術(shù)該如何走向大眾。
參考：http://www.sciencemag.org/news/2018/05/genome-writing-project-aims-rally-scientists-around-virus-proofing-cells
來(lái)源：DeepTech深科技
