| "基因编写器"人工合成长链 DNA |
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| 科技日报 科技日报 2002-04-05 |
不久前美国放映了一部名叫“物种”的科幻电影。其故事情节大概为：一种来自太空的神秘信号描绘出了一种未知生物体的基因组，一位疯狂的科学家按照这种描述合成了 D NA，并在此 D NA的基础上培育出生物体，结果它长得与运动女星娜塔莎非常像。不幸的是，潜伏在它柔软的身体内的异种形成的破坏力相当于二战时期的德国装甲师，故事的结局是，这位性急的遗传学家和他的实验室都陷入了困境。
这部电影的制作人员在构思剧本时，曾就生物专业方面的问题向艾文斯博士征询过意见，结果他们并没有完全遵循艾文斯的指点。艾文斯博士是位于加州圣地亚哥的 E gea生物科学公司的首席执行官，作为回报，他获赠一幅电影海报，海报上是迷人的娜塔莎小姐，他将这张海报挂在了自己办公室的墙上。“物种”的制作人员向艾文斯博士咨询算是找对人了，最近艾文斯博士表示，他的公司虽然不能创造出电影中那样的外来女妖，但在不久之后就会利用能模拟活细胞活动的人造蛋白质制造出小型生物技术“机器”。
合成这些人造蛋白质需要有合成长链脱氧核糖核酸（DNA）的能力，细胞基因就是 D NA分子，它能指导氨基酸编码成蛋白质。现有的 D NA合成技术能设法合成的基因只能编码几十个氨基酸，这太短了，不能生成有意义的蛋白质。这表示，研究人员必须花大量时间来研究正常基因及基因导致的变异蛋白质。
然而， E gea的技术将允许生物学家们批量地制造基因。该公司的科学家们能合成足够编码6000个氨基酸的长基因，他们打算在2年内合成一种基因为30000个氨基酸编码，这个数量相当于最简单活细胞的基因组所含有的遗传物质。
依靠一种蛋白质可能采用的大约1500个折叠的折叠库， E gea的科学家们可运用计算机设计出具有所需要的外形和特性的新蛋白质。为了合成能编译这些蛋白质的 D NA，Egea公司使用一种名叫“基因编写器”的机器，艾文斯博士把这种设备比作适用于 D NA的文字处理器，你可以用字母按顺序编写定义一条 D NA，并得出相应的分子。“基因编写器”的软件可将长链 D NA分解成容易制造的小片段，这些小片段可以被成批地合成。指挥吸液管的机器人通过挑选一团片段并将它加到下一个上面来把这些片段连接成双链 D NA，这个过程需要在一个特定温度下并在连接酶的帮助下进行搅拌，以便两个片段的重叠端融合在一起，接着两对 D NA双链按同样的方法粘合形成更长的 D NA。一步步地，链接的 D NA片段越来越长直到整个 D NA链完成。
这一技术的诀窍是，设计出的 D NA片段能最充分地正确链接。该公司的科学家们还必须小心控制粘合过程，除去那些连接点不好的，从而使得批量生产的 D NA保持纯净。
一旦 D NA链合成成功，就可以将其嵌入染色体以使生物细胞能制造出被编码的蛋白质。在此阶段，“基因编写器”可作为翻译器，改写 D NA以考虑生物之间遗传表达的微小差异。大多数氨基酸可按照2、3个不同的 D NA片段编码，而且物种也已经进化到能选择它们想要的片段，通过替换最经常被用来编码各种物种的特定氨基酸的少量密码，“基因编写器”使得基因能在细菌中被开发和检测，也就是说，将基因扭曲以便植物和昆虫能有效识别。“基因编写器”也使得 E gea公司能合成不同的基因，从而可以帮助科学家改善蛋白质的功能。 E gea公司早期的一个项目是，通过利用在发出绿色荧光的细菌蛋白质上制造变异，生产出彩色光谱。该项目现在已经进入商业运用。美国军队付钱与 E gea公司签下合约，要求公司将蜘蛛丝混进纤维蛋白原（一种可引起血液凝固的分子）中，目的是制造军用胶布以便战士能迅速使伤口处止血。几家农业公司也已授权 E gea公司通过设计能被嵌入农作物染色体中的新基因来提高这些作物的抗虫性。
随着 E gea公司能合成的DNA越来越长，艾文斯博士设想：我们除了编译蛋白质，为什么不能编译整个生化过程也即指导代谢过程的蛋白质组呢？这种蛋白质组分子可以令人信服地像体内的微型机器一样发挥作用，也能像体内的免疫细胞一样抵御疾病。或许艾文斯博士和他的同事们应该与好莱坞的这帮朋友们取得联系。
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