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設(shè)計(jì)疫苗
、人工細(xì)胞
、體內(nèi)編程……合成細(xì)胞離我們還有多遠(yuǎn)？

媒體：文匯報(bào) 作者：許琦敏 專業(yè)號(hào)：梅泥 2022-12-14 19:22:49

今后，我們的衣食住行會(huì)否主要來源于合成生命的“生物制造”

？人工智能在蛋白質(zhì)預(yù)測(cè)領(lǐng)域的成功

，會(huì)使它在合成細(xì)胞上大放異彩嗎？11月5日舉行的世界頂尖科學(xué)家國際聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室論壇聚焦近年來大熱的合成生物學(xué)

，中外專家?guī)砹嗽O(shè)計(jì)疫苗

、人工細(xì)胞、細(xì)胞體內(nèi)編程等前沿進(jìn)展

，并對(duì)該領(lǐng)域的未來發(fā)展提出前瞻性思考

。

能否在實(shí)驗(yàn)室外生存是“合成細(xì)胞”面臨的第一關(guān)

在實(shí)驗(yàn)室里設(shè)計(jì)并合成出一種抗原受體，并將它嵌入細(xì)胞

，通過CAR-T療法使癌癥小鼠體內(nèi)的腫瘤得到抑制

。2012年拉斯克基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究獎(jiǎng)得主、美國藝術(shù)與科學(xué)學(xué)院與美國國家科學(xué)院院士羅納德·維爾饒有興致地介紹著這項(xiàng)由他領(lǐng)銜的基礎(chǔ)研究成果

，“我們還想嘗試在體內(nèi)對(duì)骨髓細(xì)胞進(jìn)行‘編程’

，希望可以在體內(nèi)生成一些因子，殺死癌細(xì)胞”

。

自合成生物學(xué)興起

，人工設(shè)計(jì)蛋白質(zhì)、合成基因

，為人類了解生命本質(zhì)推開了一扇新大門

。論壇上，2013年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)得主詹姆斯·羅斯曼講述了神經(jīng)突觸囊泡上的一個(gè)蛋白是如何抓住并釋放分子的

，這個(gè)蛋白是他利用冷凍電鏡發(fā)現(xiàn)的

。2014年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主斯特凡·赫爾則展示了由他創(chuàng)建的一套精準(zhǔn)“追蹤”生命分子的體系——時(shí)間可短至毫秒級(jí)，空間分辨率可高達(dá)納米級(jí)

。

有了這些尖端手段

，人類是否離“合成細(xì)胞”不遠(yuǎn)了？羅斯曼認(rèn)為

，真正的合成細(xì)胞一時(shí)還無法實(shí)現(xiàn)

，或者說為時(shí)尚早。盡管現(xiàn)在科學(xué)家已經(jīng)能夠合成DNA片段

，對(duì)微生物的基因組進(jìn)行編輯

，但細(xì)胞如同一個(gè)復(fù)雜社會(huì)，除了房舍道路

，還有各司其職的“打工者”

。因此，人工合成細(xì)胞要過的第一關(guān)就是

，是否具有足夠的穩(wěn)定性與自然細(xì)胞競(jìng)爭(zhēng)并存活下來

，尤其是要面對(duì)實(shí)驗(yàn)室外嚴(yán)苛的環(huán)境

。在德國工程院院士、西湖大學(xué)教授曾安平看來

，“這在目前還做不到

，因?yàn)槲覀儗?duì)細(xì)胞運(yùn)行的規(guī)律還需更深入的了解”。

1/3的衣食住行需求或可通過“生物制造”來滿足

雖然離合成細(xì)胞路途尚遙

，但合成生物學(xué)引發(fā)的“生物制造”探索熱潮已在路上

。羅斯曼認(rèn)為，合成生物學(xué)對(duì)于人類應(yīng)對(duì)目前的生存困境大有可為

。

曾安平表示

，未來百年，人類社會(huì)1/3的衣食住行需求將可能通過“生物制造”來滿足

。“我們最新的探索是想用二氧化碳來取代糖

，作為生物制造的原料

。”他說

，這是一條雄心勃勃的“從一碳到三碳”的合成之路，因?yàn)槎趸己芊€(wěn)定

，要讓它“變身”需要注入能量

，而且要充分利用其產(chǎn)物，這需要系統(tǒng)性的解決方案

。

通過合成生物學(xué)手段來設(shè)計(jì)蛋白質(zhì)

，已在工業(yè)、農(nóng)業(yè)

、環(huán)保等領(lǐng)域得到大量應(yīng)用

，成為目前炙手可熱的研究領(lǐng)域。而“阿爾法折疊2”在預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)上的巨大成功

，使得大量人工智能人才涌入蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)領(lǐng)域

。

清華大學(xué)和北京大學(xué)訪問教授許錦波認(rèn)為，人工智能在蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)上的作用不容小覷

。他的研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)設(shè)計(jì)出超過200個(gè)氨基酸的蛋白質(zhì)

，這種蛋白可在極端高溫下保持功能不喪失，“人工智能設(shè)計(jì)出的蛋白更穩(wěn)定

、親和力更強(qiáng)”

。

不過，盡管人工智能改變了微生物學(xué)家的工作方法

，但蛋白質(zhì)科學(xué)本身的問題并不能依賴人工智能來解決

。許錦波指出，一些“孤兒蛋白”的結(jié)構(gòu)就很難預(yù)測(cè)

，多個(gè)蛋白結(jié)合的構(gòu)象也超出了“阿爾法折疊2”的預(yù)測(cè)能力

，“尤其當(dāng)我們需要構(gòu)建大自然中不存在的蛋白質(zhì)時(shí)，就會(huì)面臨更多挑戰(zhàn)。”

作者：許琦敏

圖片：受訪者提供

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