再創世紀：閤成生物學將如何重新創造自然和我們人類 epub pdf mobi txt 電子書 下載 2024

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編輯推薦

基因工程是否可能令現有微生物變得更緻命?得到基因強化的超人類會不會更危險?基因組技術以及嚮超人類主義前進的步伐,無法被事先預計到,但是它至少是可以被人類控製的。

內容簡介

1978年，諾貝爾醫學奬頒給發現DNA限製酶的納森斯（Daniel Nathans）、亞伯（Werner Arber）與史密斯（Hamilton Smith）時，斯吉巴爾斯基在《基因》期刊中寫道：限製酶將帶領我們進入閤成生物學的新時代。轉基因技術如今日漸走近大眾的視野，大自然創造瞭我們的世界，人類是否在扮演上帝的角色在進行著再創世紀？閤成生物學很大程度上是一門關於如何開發和應用基本工程原理的學科――也就是把象牙塔裏那些學術的、純粹的、甚至是自娛自樂或者抽象的東西，轉變成能夠對社會帶來影響甚至變革的實際事物。世界上首例所謂人工閤成生命體（剋雷格?凡特的絲狀支原體）的遺傳代碼中加入瞭一小段人類文本，其中的一條是：“To live， to err， to fall， to triumph， to recreate life out of life”（去生活、去犯錯、去失敗、去勝利，去用生命重新創造生命）。

作者簡介

　　　　周東，譯言東西文庫專職譯者，古登堡項目負責人，負責翻譯過多種同類型文章，文字流暢，翻譯準確，能夠準確翻譯相關內容。

　　　　喬治·丘奇,美國著名學者,現代生物學領域 *重要的意見領袖之一。他是遺傳學與分子工程學的雙料專傢,哈佛大學和麻省理工學院的雙料教授, 美國科學院與美國工程院的雙料院士,學術研究與 科技創業的雙料成功者;而這一切的代價,就是要 兩個行政助理纔能管理得過來、精確到分並塞得滿 滿的日程錶。

　　　　艾德·裏吉西,美國哲學傢、教育傢和作傢, 為多本科學雜誌撰稿,已齣版七部科學暢銷書。其 寫作主題包括納米技術、人類改造及生物戰爭等。

精彩書評

《再創世紀》這本書為我們介紹瞭閤成生物學的前世今生,帶給我們的不僅是畫布上幾筆粗略的綫條 或是水晶球裏模糊的一瞥,而是一份充分重視多樣性和安全性的重塑自然的大膽企劃書。

目錄

目 錄
序
從生物塑料到智人2．0
vii
第1章
38億年前，冥古宙晚期
站在無機與有機的邊界
001
第2章
35億年前，太古宙
閱讀最古老的文本與有生軟件的未來
031
第3章
5億年前，寒武紀
鏡像世界與多樣性大爆發
進化的速度能有多快，多樣性的程度又能有多高？
055
第4章
3．6 億年前，石炭紀
“ 石油的最佳替代品還是石油”
107
第5章
6韆萬年前，古新世
哺乳動物免疫係統的齣現
通過基因組工程來解決醫療危機
131
第6章
3萬年前，更新世公園
滅絕基因組的工程學
165
第7章
1萬年前，新石器時代
産業革命
農業革命與閤成基因組學
BioFab宣言
189
第8章
100 年前，人類世
第三次産業革命
iGEM
231
第9章
1年前，全新世
從個人基因組到永生人類組件
263
錶觀遺傳學後記
1年後，起點的終結
轉基因人與泛生時代
社會危機與應對措施
293
緻謝 335
備注：如何將本書編碼入DNA 343

精彩書摘

38 億年前，冥古宙晚期

站在無機與有機的邊界

接下來的將是有史以來最偉大的故事。

這是關於一種無形存在的故事。它亙古以來默默無名。現在，它叫“ 基因組”。它的存在跨越時空，作為自然的傑作，它的深度、它的復雜、它的豐富和它所錶現齣的多樣性就是我們要講述的故事。它既古老又現代，它的存在早於我們最初的祖先，卻又比新生的嬰兒更加鮮活。它的子嗣遍布我們這顆星球，現存數量比以十億乘以十億乘以十億（ 1027 ）計還要多。

在基因組的故事裏，性所占的比例超過你能想象的絕大多數情色小說。它的字裏行間充滿著令人驚奇的動作場景，數不勝數的生死掙紮，最渺茫的希望成為瞭現實，以及重重艱難阻隔也未能遏製的全麵勝利。這是一個關於傢族和宇宙的真實故事。在復述它的時候，它就成為瞭你自己的故事的一部分。這個故事嚮你展示瞭一個充滿活力的過去，並有可能將我們指嚮更美好的未來。作為一本終極自助手冊，它能帶來健康、延年益壽，並令子孫滿堂“ 數如夜空之繁星和海岸之砂礫”（ 正如猶太教、基督教、伊斯蘭教的傳統說法），或是“ 多如恒河之沙”（ 佛教說法）。

為瞭配閤這個史上最偉大的故事，本書也就成瞭一個多元化的故事，即根據螺鏇式的理解進程進行組織和講述。藉由其保真性、多樣性以及豐富的存量，基因組很好地適應瞭這個物質世界。它反復地在幾個基本問題上不斷挖掘探索，將問題的答案傳承下去，甚至時不時還能將已經亡佚的解決方案重新再找迴來。通過進化的過程，我們第一次從生物學的角度看到瞭這些被它解決的問題。自然將無機物轉變為有機物。自然有機體可以讀取並翻譯基因組，並且還能創造齣巨量的遺傳多樣性。這個自然互動的網絡就是我們要講述的第一個故事。

很久很久以前，在那個叫做冥古宙的時代。

前言/序言

　　序

　　從生物塑料到智人2.0

　　2009 年12 月，華盛頓特區約翰·F·肯尼迪錶演藝術中心的觀眾們親身感受瞭一次生物學未來所帶給他們的小小衝擊。他們在演齣前和幕間休息時的飲料——無論是啤酒、紅酒還是蘇打汽水——都是由一種新型透明塑料杯來盛裝的。這種杯子看上去就跟其他那些通過石油化工生産齣來的透明塑料杯彆無二緻，唯一的區彆是它們的杯身上印有如下字樣：“ 100%植物塑料”。

　　植物？

　　沒錯。這種塑料名為Mirel，生産它的閤資企業有兩個投資方：其一是馬薩諸塞州劍橋市的一傢名為Metabolix 的生物工程公司，而另一個則是美國食品加工巨頭Archer Daniels Midland公司。後者最近在愛荷華州剋林頓市設立瞭一傢生物塑料生産工廠，預計Mirel 生産規模可達到每年5 萬噸。

　　Mirel 的化學名稱叫做聚羥基丁酸（PHB），一般都是由石油中的碳氫化閤物製造的。但是從20世紀90年代早期開始，身為分子生物學傢、同時也是Metabolix 公司聯閤創始人的奧利弗·皮普爾斯（Oliver Peoples ）就開始探索通過發酵工藝——也就是利用基因改造的微生物對混閤原料的加工作用——來生産像PHB這類的多聚物的方法瞭。

　　經過瞭17 年的研究和實驗（ 以及被幾傢化工企業哄笑拒於門外的經曆），皮普爾斯終於研發齣瞭一種可用於工業化生産的專利微生物菌株，能夠將玉米中提取的糖類轉化為PHB塑料多聚物。從最基本的原理上來說，這個過程與釀製啤酒並沒有太大不同，後者也是由發酵産生：通過微生物（ 酵母菌細胞）對麥芽和啤酒花的作用來産生乙醇。隻不過生産Mirel 的微生物發酵係統不是酒桶，而是一個混閤瞭基因工程菌株和玉米糖類以及其他生化植物和香料的巨大發酵罐。微生物將玉米糖類進行代謝，將其轉化為生物塑料。此後，生物塑料被從有機體中分離齣來，並被製成Mirel顆粒。乙醇是化學品，PHB也是。在這兩個過程中，微生物都對有機原料進行瞭轉化，隻是産生瞭完全不同類型的終産物。

　　由微生物生産的PHB相比石油化工衍生版本來說具有一些重要的環境優勢。首先，由於它不是從石油中生産的，因此減少瞭我們對化石燃料的依賴。其次，它的主要原料物質玉米又是一種可再生可持續的農業資源，而不是我們近期會消耗殆盡的東西。第三，Mirel 生物塑料樹脂是經Vin?otte（ 一傢獨立調查和認證機構）認證的唯一一種在自然土壤和水環境（ 如海水）下可生物降解的非澱粉類生物塑料。如果肯尼迪中心的哪個塑料杯子被丟進瞭波托馬剋河1，它也會在幾個月的時間裏完全降解並徹底消失。（ 當然，生物降解也不一定就是我們曾經以為的萬靈藥。這個降解過程會釋放齣溫室氣體，而諷刺的是，那些不可降解物反而起到瞭固碳作用。）

　　閤成生物學令許多的變革成為可能，構建一種可以像釀酒一樣把玉米變成塑料的微生物隻是其中的一個範例。這一新興科學可以選擇性地改造有機生物體的基因，使它們能夠做到在原始、自然、未改動的情況下所不能做到的事情。

　　然而，將玉米變成塑料隻是閤成生物學的冰山一角。在21 世紀的最初十年中，微生物來源的材料已經廣泛應用於各種産品。如果不告訴你，你絕不會猜到它們居然是由細菌在那些三層樓高的發酵罐中生産的。地毯縴維就是一個例子。2005年，莫霍剋工業公司（Mohawk Industries）推齣瞭最新的SmartStrand地毯係列。它們的原料是杜邦公司（DuPont ）的Sorona縴維，後者則是由“ 易得且可再生作物中自然産生的糖類”加工而成。Sorona 縴維具有獨特的半晶體分子結構，令其特彆適閤用於衣物、車飾和地毯。這種縴維在中部存在明顯的紐結，這一構形起到瞭分子彈簧的作用，使它能夠在拉升或變形後自動縮迴原來的形狀。這種特性對於防止衣物膝部和肘部鬆弛，或是生産高彈性、舒適且有支撐力的地毯來說是再完美不過瞭。

　　Sorona的主要成分是一種名為1，3-丙二醇（PDO）的化學物質，一般來自於石化産品和其他包括乙醚、銠、鈷和鎳在內的原料。1995 年，杜邦公司與傑能科國際（Genencor International，一傢總部位於帕羅奧圖市的基因工程公司）聯手開始研究通過生物學方法生産PDO的可行性。兩傢企業的科學傢從三種不同的微生物中提取瞭DNA並將它們拼接起來，構成瞭一種新型的大腸埃希氏菌（Escherichia coli，簡稱大腸杆菌或E.coli ）工業菌株。具體來說，他們對這種微生物進行瞭二十六項基因改造，使它能夠直接將玉米中的葡萄糖在發酵罐中轉化為PDO，正如啤酒和Mirel 那樣。

　　2003年，杜邦公司注冊瞭Bio-PDO（ 意即生物PDO）的商標，並開始量産這種物質。該公司宣稱，這是基因改造生物首次用於將自然産生的可再生資源轉化為工業化學品的大規模生産。美國環境保護局（ US Environmental Protection Agency ）將Bio-PDO視為綠色化工的一大勝利，並授予杜邦公司2003年度的更綠色反應條件奬（ Greener Reaction Conditions Award，這是美國總統綠色化學挑戰奬的一部分）。可不是麼？這種生物縴維使用瞭更加綠色的原料和反應物，並且它的閤成步驟比生産其他縴維更少也更經濟。舉例來說，生産Sorona 所需要的能耗就比生産等量的尼龍減少瞭30%，而溫室氣體的排放更降低瞭63%。正是由於這個原因，莫霍剋公司將環境友好作為瞭Sorona 地毯的一大賣點：“ 每7 碼（ 約6.4 米）采用杜邦Sorona 縴維的SmartStrand地毯，就能夠節省相當於1 加侖1 汽油的能源——相當於每年節省1000 萬加侖汽油！”這下你明白瞭吧：這是一種政治上正確的地毯。

　　然而，這些例子背後蘊含的事實本質，其重要性遠遠超過政治上的正確。它們證明，生物體本身就可以看作是一種高科技，即大自然自己的多功能創造引擎。如果我們在計算機上進行閤適的編程，它就能驅動任何其他設備的工作。從這個意義上來說，計算機可以被視為通用設備。同樣的，生物體也可以被看作是個通用構造器，隻要對生物體進行閤適的基因編程，它也可以産生幾乎所有你能想象得到的人造産品。畢竟，生命體和計算機一樣，就是一個受程序——即基因組——控製的即用型預製裝配生産係統。簡而言之，生物體就是可編程的生産係統，生物工程師可以通過對遺傳學軟件進行微小改動從而明顯改變生物體的産齣結果。閤成生物學以及閤成基因組學（ 即對基因組進行大規模重製的學科）正是對於這一基本事實的實踐嘗試。當然，生物體的生産並不是隨心所欲的。與所有物體和過程一樣，它們也受到自然法則的約束。譬如說，微生物不可能點鉛成金。不過，它們倒是可以化汙為電。

　　這一驚人的能力最早是由研究者布魯斯·洛根（Bruce Logan）所帶領的賓大1 科研團隊在2003 年所展示的。他知道，僅美國國內每天需要治理的汙水就超過1260 億升，由此帶來每年250 億美元的治理成本，其中絕大部分用於能源支齣。他想，這樣的成本“ 不應該由全球60 億人來承擔，尤其是那些發展中國傢的人們”。眾所周知，細菌可以用來治理汙水。另一方麵，微生物學傢早在數年前就已經知道細菌可以産生電。然而當時還沒有人將這兩種能力結閤起來。如果能讓微生物同時做這兩件事，一邊治理汙水一邊産生電能，那又將如何？

　　這個事業的關鍵在於微生物燃料電池（MFC）——生物學電池的一種。在普通代謝中，細菌會産生自由的電子。微生物燃料電池由兩個電極——一個陽極一個陰極。液態介質中的細菌釋放的電子會在兩極之間形成電流。電子從細菌傳至陽極，而陽極和陰極之間則由一根導綫相連。

　　洛根和他的同事們一起製造瞭一個圓柱形的微生物燃料電池，中間灌滿從賓州水處理廠收集來的汙水，然後在電池內接種瞭一種名為金屬還原地杆菌（Geobacter metal-lireducens ）的純種菌株。結果不得瞭，短短幾小時，微生物就開始對汙水進行淨化，同時還産生瞭一定量的電能。這些結果“ 首次展示瞭可以在發電的同時進行汙水治理”，洛根說道。“ 如果能提高這些係統的發電效率，MFC技術將會成為降低汙水治理成本的新方法，令發展中和工業化國傢的先進汙水治理變得更為可行。”

　　要復製這套基本設備並不睏難。沒過幾年，紐約市史岱文森高中（ Stuyvesant High School）的二年級學生蒂莫西·常（Timothy Z.Chang，音譯）就在傢中和高中實驗室裏設計、建造和運行瞭微生物燃料電池。為瞭能夠最大化電能産量，他實驗瞭約四十種不同的菌株。在項目正式報告中他這樣寫道：“ 通過積極控製菌群數量，有可能達到更高的能源産齣。”

　　截至2010 年，為使這一技術能夠成為現實世界中實際可用的治汙方案，已有數個研究團隊投身至提高細菌汙水發電效率的工作中。與此同時，閤成生物學傢已經成功地讓微生物實現瞭各式各樣不同的創造性功能。顯然，許多微生物——大自然的基本生命單位——正在經曆非常激進的DNA修飾，甚至可以說是徹底的重新設計。有些經過基因改造的微生物可以産生柴油、汽油和航空燃料。有些可以檢測齣飲用水中極低濃度的砷（ 低至十億分之五），並通過改變顔色來進行報告。還有些微生物則可覆於生物膠片的錶麵，通過在特定熒光下産生黑色素來復製疊於其上的圖案或投射的影像——換句話說，其實就是微生物復印機。

　　一項學生項目對大腸杆菌進行瞭改造，使其能夠産生血紅蛋白（“ 細菌血”）。這些血紅蛋白可以經過凍乾化處理，然後在需要急救輸血的場閤進行重構和使用。在2006 年，僅僅是因為好玩，五位麻省理工學院（MIT）的本科生成功地將大腸杆菌（ 這可是一種生活於腸道中聞起來像人的排泄物的細菌）改造成瞭香蕉或是鼕青的氣味...

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