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侏罗纪公园中蕴含的生物学知识(基因工程师可以从侏罗纪公园电影中学到一两件事)

时间:2023-07-21 作者: 小编 阅读量: 1 栏目名: 钓鱼百科

CRISPR快速、便宜且相对易于使用。科学家们目前正在试验这种技术来控制携带疾病的蚊子。自大流行开始以来,就有传言称导致COVID-19的病毒是由基因实验出错导致的。虽然这些谣言仍未得到证实,但它们重新引发了围绕功能获得研究的伦理问题的辩论。科学家们这样做是为了预测和准备现有病毒的潜在突变,这些突变会增加它们造成伤害的能力。通过精确设计指导细胞产生无害病毒蛋白的遗传密码,疫苗能够启动免疫系统在遇到实际病毒时做出反应。

DNA 操作的科学和技术是否会继续超过任何关于如何以合乎道德和负责任的方式使用该技术的共识?

Jurassic World: Dominion 是好莱坞最好的双曲娱乐,它的故事情节动感十足,拒绝让现实妨碍一个好故事。然而,就像它的前辈一样,它提供了一个非常真实的技术狂妄自大的潜在警示故事。

正如我在《来自未来的电影》一书中所讨论的,斯蒂芬·斯皮尔伯格 1993 年的电影《侏罗纪公园》改编自迈克尔·克莱顿 1990 年的小说,并没有回避与不受约束的企业家精神和不负责任的创新的危险作斗争。21 小时的书籍和电影捕捉到了新出现的担忧:用大自然的遗传密码玩弄上帝可能会导致毁灭性的后果。杰夫·戈德布鲁姆(Jeff Goldblum)扮演的电影主角之一伊恩·马尔科姆博士(Dr. Ian Malcolm)著名地捕捉到了这一点,他宣称:“你的科学家们全神贯注于他们是否可以做到,他们没有停下来思考是否应该做。”

侏罗纪公园系列的最新迭代中 ,社会正在接受创新的后果,这些创新充其量是考虑不周的。一连串的“可能”胜过“应该”导致了一个未来,复活和重新设计的恐龙可以自由漫游,人类作为一个物种的统治地位受到威胁。

这些电影的核心是比以往任何时候都更相关的问题:研究人员是否吸取了侏罗纪公园的教训 并充分缩小了“可以”和“应该”之间的差距?或者 DNA 操作的科学和技术是否会继续超过任何关于如何以合乎道德和负责任的方式使用它们的共识?

(重新)设计基因组

人类基因组的第一稿 于 2001 年大张旗鼓地发表 ,为科学家们阅读、重新设计甚至重写复杂的基因序列奠定了基础。

然而,现有技术既耗时又昂贵,使许多研究人员无法进行基因操作。人类基因组的初稿估计花费了 3 亿美元,随后的全基因组序列花费不到 1 亿美元——除了资金最充足的研究小组之外,这对所有研究小组来说都是令人望而却步的数额。然而,随着现有技术的改进和新的技术上线,小型实验室——甚至 学生 和 “DIY生物”爱好者——可以更自由地进行阅读和编写遗传密码的实验。

2005 年,生物工程师 Drew Endy 提出应该可以 像工程师使用电子元件一样使用 DNA 。就像电子设计师不太关心半导体的物理特性一样,他们更关心依赖它们的组件,Endy 认为应该可以创建标准化的基于 DNA 的部件,称为“生物砖”,科学家无需成为专家就可以使用它在他们的基础生物学中。

Endy 和其他人的工作是 合成生物学新兴领域的基础,该领域将工程和设计原理应用于基因操作。

科学家、工程师甚至 艺术家 开始将 DNA 视为一种生物代码,可以像数码照片或视频一样在网络空间中进行数字化、操作和重新设计。这反过来又打开了重新编程植物、微生物和真菌以生产 药物 和其他 有用物质的大门。例如,改良酵母产生素食Impossible Burgers的肉味 。

尽管人们对基因编辑越来越感兴趣,但合成生物学早期先驱们的想象力和远见的最大障碍仍然是编辑技术的速度和成本。

然后 CRISPR 改变了一切。

CRISPR革命

2020 年,科学家 Jennifer Doudna 和 Emanuelle Charpentier 因在革命性的新基因编辑技术上的工作而获得 诺贝尔化学奖, 该技术使研究人员能够精确地剪除和替换基因中的 DNA 序列:CRISPR。

CRISPR 快速、便宜且相对易于使用。它激发了 DNA 编码员的想象力。

与以往基因工程的任何进步相比,CRISPR 使数字编码和系统工程的技术能够应用于生物学。这种思想和方法的交叉融合导致了从使用 DNA 存储计算机数据 到创建 3D“ DNA 折纸”结构的突破。

CRISPR 还为科学家探索重新设计整个物种开辟了道路——包括 让动物从灭绝中恢复过来。

基因驱动 使用 CRISPR 将一段遗传密码直接插入到生物体的基因组中,并确保特定性状被所有后代继承。科学家们目前正在试验这种技术来 控制携带疾病的蚊子。

尽管该技术具有潜在的好处,但基因驱动引发了严重的伦理问题。即使应用于清除蚊子等公共卫生威胁, 这些问题也不容易解决。在考虑人类的假设应用时,它们变得更加复杂,例如 提高后代的运动表现。

功能增益

基因编辑的进步也使得从基因上改变单个细胞的行为变得更加容易。这是 生物制造技术的核心 ,重新设计简单的有机体以生产从 航空燃料 到 食品添加剂的有用物质。

它也是围绕基因工程病毒的争议的中心。

自大流行开始以来,就有传言称导致 COVID-19 的病毒是由基因实验出错导致的。虽然这些谣言 仍未得到证实,但它们重新引发了围绕 功能获得研究的伦理问题的辩论。

功能获得性 研究使用 DNA 编辑技术来改变生物体的功能,包括增加病毒引起疾病的能力。科学家们这样做是为了预测和准备现有病毒的潜在突变,这些突变会增加它们造成伤害的能力。然而,这样的研究也提出了一种危险的增强病毒被释放到实验室外的可能性,无论是偶然的还是有意的。

与此同时,科学家们对生物源代码的日益掌握使他们能够 迅速开发辉瑞-BioNTech 和 Moderna mRNA 疫苗 来对抗 COVID-19。通过精确设计指导细胞产生无害病毒蛋白的遗传密码,疫苗能够启动免疫系统在遇到实际病毒时做出反应。

负责任的生物源代码操作

迈克尔·克莱顿(Michael Crichton)很有先见之明,但他不太可能预见到科学家在过去三十年中改造生物学的能力取得了多大的进步。 恢复灭绝的物种虽然是一个活跃的研究领域,但仍然 非常困难。然而,在许多方面,我们的技术比侏罗纪公园和后续电影中的技术要先进得多。

但我们在责任方面做得如何?

幸运的是,对基因编辑的社会和伦理方面的考虑与科学的发展齐头并进。1975 年,科学家 们就 确保新兴重组 DNA 研究能够安全进行的方法达成一致。从一开始,科学的伦理、法律和社会维度就与 人类基因组计划紧密相连。DIY 生物社区一直处于 安全和负责任的基因编辑研究的前沿。社会责任是 合成生物学竞赛不可或缺的一部分。

然而,随着基因编辑变得越来越强大和容易获得,一个由善意的科学家和工程师组成的社区不太可能是足够的。虽然侏罗纪公园电影在对未来的描绘中获得了戏剧性的许可,但它们确实做对了一件事情:即使有良好的意图,当你将强大的技术与没有接受过思考其后果的训练的科学家混合时,坏事就会发生。行动 - 并没有想过要问有的专家。

也许这就是侏罗纪世界:统治的持久信息——尽管在基因设计和工程方面取得了令人难以置信的进步,但如果我们不以对社会负责的方式接受技术的开发和使用,事情可能而且将会出错。

好消息是,在科学家如何重新设计和重新设计遗传密码方面,我们仍有时间缩小“可以”和“应该”之间的差距。但正如侏罗纪世界:统治提醒电影观众,未来往往比看起来更近。

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