染色体、基因组、细胞与生命体

  细胞内的所有层次结构各自执行着不同的功能,如细胞膜是细胞控制内外物质出入的门户,且具有信息传递的重要作用;细胞核贮存遗传信息,又是细胞代谢的控制枢纽;核糖体进行蛋白质合成;细胞骨架使细胞各种结构相对稳定在一定位置并维系细胞的形态,参与细胞运动;溶酶体是细胞内的“消化系统”;线粒体是细胞内的动力工厂等等,而这些细胞构成部分的综合表现正是细胞整体生命活动的动态过程。


  细胞作为一个生命系统,表现出新陈代谢;生长、发育、繁殖;遗传和变异、进化等生命特征,并非单个细胞器、子系统的功能表达,而是细胞内各复杂层次结构密切配合,协调、互动的结果。分子、基因、蛋白质都要整合起来发挥作用,单个的细胞器(包括包含全基因组DNA的细胞核),都只是细胞--真正生命体的一部分,不能表现出细胞的整体生命特性与功能,都不能称为生命体,只能是生物的元器件。

  酵母是单细胞真菌。

  作为真核生物,酵母基因组有16条染色体,含1130万个(约为人基因组的5%)碱基对。

  其实“人工合成酵母基因组计划”国际协作组只合成了5条染色体,约1/3的总碱基对,并没有合成全基因组。

  无可否认,他们的工作非常复杂、巨大,也取得了阶段性成功,“是迈向设计并合成复杂人工生命目标的一大步”;“意味着人类向‘合成生命’的梦想迈进一大步”。但不是“从头设计与全合成,从零开始去设计,产生一个全新的染色体”。“对于整个基因组的改动比例大约在5%~8%,这相当于1000万个碱基序列中,每500个碱基有一处改动”。更不能说“此次诞生的‘酵母菌2.0’就是世界上首个人工合成的真核生物。”而所谓“人工再造生命体”酵母基因组人工合成项目成果新闻发布会,就有夸大宣传的标题党的意味。更有专家宣称:“通过化学合成的方式将这些遗传信息以DNA的形式合成出来,放入到酵母里面替代原来的DNA。这样,这个酵母的所有生命活动都变成了由人工设计合成的DNA控制,成为一种人造生命体。”;“非生命的化学物质通过设计合成再造出新的生命体,已经在实验室里实现了。”这些专家言论明显混淆了生命元件与生命体的基本概念。忘记了真核生物除靠DNA控制的遗传外,还有非DNA依赖的表观遗传;忘记了生物(生命体)是物质、能量和信息的综合体。只有信息,不知信息如何与物质、能量相互关联过程(就是细胞核与细胞质、各种细胞器和细胞膜的互动),就无法真正了解生命体(细胞),更不可能制造生命体。

  三、“设计生命、再造生命和重塑生命”的愿望能在短期实现吗?

  虽然,“人工合成酵母基因组计划”国际协作组成功合成了5 条酵母染色体,“意味着用化学物质设计定制真核生物酵母生命体成为可能,科学家在合成复杂人工生命的道路上又迈进了一大步”。但可能不等于实现,迈了一大步不等于走完全程。据称该协作组2年内可全部合成16 条酵母染色体。就算染色体DNA全基因组都成功合成了,也不等于能人工合成一个由核膜、核仁、染色质-染色体和核基质等组成、真正有完整功能的细胞核。更不要说,细胞膜,线粒体、核糖体、高尔基体等200多种细胞器及细胞质内上千种酶,复杂的细胞骨架和膜性结构,至今它们的结构功能弄清楚了多少?那几种已经人工合成了?这些都没有完成,怎能合成真正完整的细胞?

  物质和能量通过细胞而摄取、转化、储藏和利用,生物信息也在细胞内储存、处理和表达。生命的连续性是以细胞为基础的,遗传连续性不是单纯的细胞遗传物质如基因和染色体的逐代传递,而且包括细胞整体分裂遗传。

  “深圳国家基因库基因组合成2020计划”中,第一个人造动物线虫、第一人造多细胞植物拟兰芥、第一条人的染色体----21号染色体的重塑和10000种人工噬菌体的合成都被写入。

  2020年前真能合成细胞吗?单细胞没有合成,怎能人工合成多细胞的线虫、多细胞植物拟兰芥?科学研究要有愿望和梦想,也要有完整可实现的具体计划。无法实现的计划,为获得基金、投资而偷换概念的抄作,是与科学精神背道而驰的。

  参考文献1.


  陈芳、董瑞丰.

  破解基因组“天书” 中国离世界生命科学巅峰有多远. 新华社2017-03-112.

  赵永新.4篇论文齐上《科学》封面,开启“再造生命”新纪元.

  人民日报2017年03月10日3.

  世界第二,我科学家利用非生命化学物质设计再造出新生命体.

  科技日报2017-03-10 4.

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