生物信息技術(shù)與設(shè)計(jì)生命

1、生物信息技術(shù)與設(shè)計(jì)生命BIOMECICAL INFORMATION TECHNOLOGY AND STHYNETIC LIFE摘 要本文所討論的設(shè)計(jì)生命主要為設(shè)計(jì)微生物，設(shè)計(jì)微生物即通過生物技術(shù)將多種不同DNA片段結(jié)合在一起后導(dǎo)入剔除了遺傳物質(zhì)的細(xì)胞內(nèi)使之成為一個(gè)全新的由人類設(shè)計(jì)的微生物。本文一共分為三章。第一章簡要闡述設(shè)計(jì)微生物技術(shù)的原理過程。第二章主要討論分析設(shè)計(jì)微生物的利弊：一方面設(shè)計(jì)微生物對于當(dāng)今社會意重大意義，如幫助環(huán)境保護(hù)、開發(fā)新能源與促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展等；另一方面設(shè)計(jì)微生物可能造成極大的危害，如細(xì)菌武器等。第三章在第二章的基礎(chǔ)上闡述了對設(shè)計(jì)微生物技術(shù)未來的發(fā)展趨勢與展望，個(gè)人對于新型

2、微生物的設(shè)想。ABSTRACTThe main topic of this essay is synthetic microorganism , synthetic microorganism is a kind of man-made life .Combine DNA pieces extracted from different organisms together to make new chromosomes ,then put them into a cell whose genetic codes has already been eliminated ,after the ma

3、n-made chromosomes coming into force ,a synthetic life is made. There are three parts of this essay .The first part gives a brief introduction of the theory of synthetic life.The second part mainly focuses on the influence synthetic microorganism may have on our society .On one hand , some certain k

4、inds of microorganisms can be created to make contributions to environment protection ,fuel production and sustainable development .On the other hand , synthetic microorganisms can do harm to our society if a designed virus is released . In the third part ,I express my own opinion and expectation on

5、 the future of synthetic microorganism technology ,and what kind of new microorganisms we shall create.關(guān) 鍵 詞設(shè)計(jì)生命 生物信息技術(shù) 設(shè)計(jì)微生物KEY WORDSSynthetic life ；synthetic microorganism ；biological technology引 言生物科學(xué)作為科學(xué)研究之中發(fā)展?jié)摿O大的一部分，在極短的時(shí)間內(nèi)，大量的新技術(shù)被開發(fā)并應(yīng)用到生活中，而微生物的設(shè)計(jì)，也是我非常關(guān)注的。相較于已經(jīng)廣為人知的設(shè)計(jì)嬰兒，設(shè)計(jì)微生物似乎因?yàn)槿鄙偃鐙雰耗菢泳唧w宏觀的

6、表現(xiàn)，但是對于設(shè)計(jì)微生物技術(shù)，人們是絕對不可輕視的。正因?yàn)槲⑸锖芏嗲闆r下不為人所察覺，如果微生物設(shè)計(jì)技術(shù)落入反人類組織之手，創(chuàng)造出可快速傳播、抗藥性極強(qiáng)且有一定潛伏期的新型病毒，便可以在無人察覺的情況下傳播疾病，其后果是毀滅性的。然而如果正確的使用這一技術(shù)，如創(chuàng)造出可以強(qiáng)力吸收溫室氣體的微生物，那對于可持續(xù)發(fā)展是有極大幫助的。本文的寫作目的，就是通過本人對于設(shè)計(jì)微生物現(xiàn)況的理解，進(jìn)而對于微生物設(shè)計(jì)的未來發(fā)展作出設(shè)想。本文著重于通過討論微生物設(shè)計(jì)技術(shù)被應(yīng)用于不同方面時(shí)的不同影響，提高人們對于微生物設(shè)計(jì)技術(shù)的重視，進(jìn)而分析微生物設(shè)計(jì)技術(shù)應(yīng)當(dāng)如何運(yùn)用，在什么地方可以大力發(fā)展。一、設(shè)計(jì)微生物技術(shù)的科

7、學(xué)含義1.合成人造DNA（1）合成較短的DNA片段，通過同源重組將DNA片段連接成較長的片段 （2）將人造DNA引入其他細(xì)胞（3）人造 DNA中（已人為拼接入）的限制酶表達(dá)并將細(xì)胞中原有的遺傳物清除，人造DNA開始在新細(xì)胞中表達(dá)，得到一個(gè)全新的人工設(shè)計(jì)的微生物。簡單來說，設(shè)計(jì)微生物就是將已有的各類基因在人類的操作下結(jié)合在一起，然后進(jìn)行表達(dá)，這與設(shè)計(jì)嬰兒相似，但不同之處在于，設(shè)計(jì)嬰兒的基因來自人類，而設(shè)計(jì)微生物的基因來源是多種多樣的。二、設(shè)計(jì)微生物的社會影響1設(shè)計(jì)微生物可以造福人類1.1 解決溫室效應(yīng)與能源緊缺問題 人類向大氣中排放了大量的二氧化碳，僅憑不斷減少的森林與濕地已經(jīng)無法維持全球的氣溫

8、平衡，如果人們可以設(shè)計(jì)制造一種微生物，使得它能以二氧化碳等溫室氣體為能量來源，或者可以以二氧化碳為原料，生產(chǎn)清潔能源的話，我們現(xiàn)在面臨的種種問題便迎刃而解了。 1996年，人們在1.5英里的深海中發(fā)現(xiàn)一種生活于沸水中的微生物，它以氫元素為能量來源，可以將二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲烷，這對于上述微生物的設(shè)計(jì)非常有幫助。 如果人們破譯了該微生物的遺傳密碼，得到能夠控制生物以二氧化碳為原料的DNA片段，并與其他基因拼接，創(chuàng)造出一種微生物，它可以大量吸收二氧化碳，而生產(chǎn)出清潔能源或者其他對人類有益的物質(zhì)，那么對于減輕溫室效應(yīng)、保護(hù)環(huán)境與緩解能源緊缺問題，將是有極大的幫助的。1.2 制造疫苗 當(dāng)流感襲來時(shí)，人們并

9、不能及時(shí)得到疫苗。事實(shí)上，我們總是在某種疾病最肆虐時(shí)才有打疫苗的機(jī)會。而即使人們掌握了某種疾病的發(fā)病規(guī)律（比如季節(jié)、年齡等），我們也很可能要為打疫苗而在不同的時(shí)間去不同的地方，這實(shí)在是非常影響生活的，更何況，使用注射器會增加受感染的幾率。 而大量的接種會導(dǎo)致打錯(cuò)疫苗或重復(fù)接種。 如果能夠把各種互不妨礙作用效果的疫苗組合在一起，不僅給生活帶來便利，也可以減少醫(yī)療垃圾的產(chǎn)生，是個(gè)事半功倍的做法。 例如，某人對A類疫苗過敏，而對B、C類疫苗無過敏反應(yīng)，并且B、C類疫苗可以同時(shí)接種，不影響各自的作用效果（如白喉、百日咳、破傷風(fēng)三合一疫苗），那么可以將疫苗B、C結(jié)合成一種混合疫苗，一次性接種。 2.設(shè)計(jì)

10、微生物可以破壞社會合成病毒病毒的破壞力不小，結(jié)構(gòu)卻并不復(fù)雜。這也意味著它們可以為一些反人類組織所用。2002年，美國紐約州立大學(xué)石溪分校生化專家?？丝ǖ?#183;威爾默教授研究小組就曾合成出過結(jié)構(gòu)相對簡單的脊髓灰質(zhì)炎病毒。這是人類第一次完全依靠化學(xué)途徑成功合成病毒。美國哈佛公共衛(wèi)生學(xué)院院長巴里·布盧姆評價(jià)說：“紅色警報(bào)真的拉響了！這篇論文意味著更為復(fù)雜的病毒可以被合成出來，甚至自然界根本不存在的病毒也可以被合成出來?！逼鋵?shí)，對世界各地成千上萬的生物實(shí)驗(yàn)室來說，這個(gè)研究小組的工作純屬“小兒科”。許多科學(xué)家早就相信，只要接受過一些科學(xué)訓(xùn)練，具備一些病毒基因組信息的知識，再加上一些常規(guī)的

11、實(shí)驗(yàn)儀器，任何人都可以在實(shí)驗(yàn)室里合成出小兒麻痹癥病毒，只不過這之前從來沒有人做過嘗試。以此事實(shí)為基礎(chǔ)，如果真的有擁有相應(yīng)知識的人為反人類組織效力，那么他們可以將多種病毒的遺傳因子混合，使得設(shè)計(jì)病毒擁有多種病毒的特質(zhì)，如長達(dá)十五年的潛伏期（當(dāng)疾病真正開始爆發(fā)，研究疫苗為時(shí)已晚），極強(qiáng)的傳染性，像超級細(xì)菌一樣的抗藥性等等。那么人類的噩夢便降臨了。三、對設(shè)計(jì)微生物的未來設(shè)想由第二章我們可以知道設(shè)計(jì)微生物技術(shù)具有雙面性，但是這并不代表我們不能化弊為利。人之所以會出現(xiàn)腹脹等，是因?yàn)槟c道內(nèi)的微生物會產(chǎn)生甲烷，而甲烷是一種燃料。如果通過生物技術(shù)使得微生物產(chǎn)生甲烷的效率大大增強(qiáng)，讓它可以在短時(shí)間內(nèi)生成大量氣體

12、，然后將這種微生物引入動物的腸道內(nèi)，讓動物在生長過程中不斷制造燃料，在生長成熟后再宰殺，就等于是將養(yǎng)殖場和燃料制造廠結(jié)合在了一起。以當(dāng)今的養(yǎng)豬場和養(yǎng)牛場為例，大多數(shù)被飼養(yǎng)的豬與牛一生都擠在狹小的空間中，并沒有多大的活動空間，也就是說人們并不認(rèn)為它們擁有道德感與自尊心，沒有必要進(jìn)行過優(yōu)的對待。在此背景下，可以將存儲氣體的容器設(shè)置于飼養(yǎng)場附近，氣體通過管道來收集，管道一端連于儲氣容器，另一端接于動物的肛門，管道還可分為兩根，上彎的一根收集因較熱而上升的甲烷，下彎的一根收集排泄物進(jìn)行沼氣發(fā)酵。既使得飼養(yǎng)環(huán)境更好，也生產(chǎn)了大量能源。而關(guān)于第二章中提到的疫苗改進(jìn)法，人們需要接種疫苗，但是不管怎么制作混合

13、多效疫苗，打針是不可避免的，為什么不能通過別的方法來接種呢。有些傳染性極強(qiáng)的傳染病病毒可以通過水和食物傳播（如霍亂），它們并非通過注射感染人體，卻可以出現(xiàn)在人體的血液中，如果人們可以將病毒改造，使得它只能繁殖人為指定的代數(shù)，如乙肝疫苗中需要10微克的抗原含量，假如10微克是大約2n個(gè)抗原的質(zhì)量，那么所設(shè)計(jì)的病毒只可以繁殖n代，然后用設(shè)計(jì)過的病毒將抗原攜帶或包裹，得到新型的疫苗。這種疫苗無需通過針管注射，只要在醫(yī)生的指導(dǎo)下在水中加入適量的設(shè)計(jì)病毒飲用下去，便可以達(dá)到和注射疫苗一樣的效果。參考文獻(xiàn)：腸道疾病患者糞便中的產(chǎn)甲烷菌許寶孝  張達(dá)榮  蘇皖文  肖樹東  人工合成病毒可能被恐怖