让细胞“百毒不侵”

——人类基因组编译计划转向设计“超级安全”细胞

记者刘霞

人类基因组计划旨在使人类细胞对抗包括艾滋病毒在内的各种病毒。图中显示病毒感染了一个细胞系。照片来源:自然杂志官方网站

2016年6月2日，由纽约大学的杰夫·博伊科、哈佛大学的乔治·丘奇和耶鲁大学的法伦·艾萨克领导的科学家在《科学》杂志上发表的一篇文章中宣布，他们将筹集1亿美元，启动为期10年的全科医生写作，在实验室从零开始合成人类基因组。

这一消息一经发布，就引起了科学界和公众对实验室“合成”人类的强烈关注。然而，在经历了两年的喧嚣和混乱之后，该项目的领导小组于5月1日在波士顿宣布，它将暂时放弃从零开始创建人类基因组的尝试，并专注于编辑细胞以对抗病毒感染。

那么，为什么他们喜欢所谓的“超级安全”抗病毒细胞呢？实施新计划有什么困难？《科学》和《自然》杂志在1日的报道中都给予了关注。

“超级安全”细胞

研究人员表示，最新项目的主旨很明确:重新设计人类和其他物种的细胞基因组，使细胞“超级安全”

《自然》杂志报道称，研究人员称“超级安全”细胞将有益于许多领域。例如，当制药公司用细胞制造治疗性蛋白质时，如果细胞被病毒感染，整个生产过程必须停止。抗病毒人类细胞系允许企业生产疫苗、抗体和其他生物药物，而没有病毒污染的风险。

此外，耐药细胞系也是更安全、更有效的制药工厂，不需要太多监控。此外，这些细胞还可以帮助科学家制造带有化学“修饰”的蛋白质药物，类似于在人类蛋白质中发现的那些，从而降低人类免疫系统的排斥风险。

人类基因组写作计划科学执行委员会成员法·瑞恩·艾萨克说，更重要的是，这个新项目可能帮助研究人员超越当前的编辑工具，如CRISPR，获得更广泛、更好的基因组重新设计工具。他设想，未来的科学家将“重写基因组，使生物具有新的功能”，例如只有在实验室严格控制的环境下才能繁殖。

除了能够抵抗病毒之外，组织者还在考虑其他超安全的细胞特征，如对抗癌症突变、辐射和冷冻。

遗传密码的病毒防护

那么，如何使细胞“百毒不侵”？

研究人员解释说，保护细胞免受病毒侵害需要“重新编码”，也就是说，改变细胞的DNA序列，即密码子，它解码蛋白质的氨基酸组成。

由于多个密码子可以代表同一个氨基酸，研究人员可以替换多余的密码子，保留细胞的重要功能。通过去除某些密码子，他们可以安全地去除一些将这些密码子翻译成蛋白质的细胞机制。当病毒“劫持”细胞并试图复制时，它们也依赖这些细胞机制来解码自己的基因。

德国马尔堡大学的染色体生物学家托斯顿·沃尔丁霍特没有参与基因组计划。他说，由于重新编码的细胞“基本上说另一种语言”，它们不能“娱乐”病毒，从而对病毒产生抵抗力。根据人类基因组准备项目领导小组1日发布的声明，要使人类细胞对病毒具有抵抗力，基因组必须至少有400，000个变化。

新项目可能需要人类基因组计划的创始人和领导者在实验室培育的技术。2005年，艾萨克开始实验重新编码大肠杆菌的基因组。在2013年的一篇论文中，艾萨克、丘吉和他们的合作者交换了大肠杆菌中的321个密码子，使其对一些病毒具有耐药性。目前，这两个实验室正试图去除大肠杆菌的其他密码子。

作为对细胞重新编码想法的回应，沃尔丁霍特说:“它在大肠杆菌中有效，我希望它也能在人类细胞中有效。这不是一个新的科学观点...但我仍然认为这是值得的。”

实际问题仍然存在。

这个新项目充满了理想，但现实却很脆弱。要实现这个项目，仍然有许多困难。首先是资金问题。尽管一些基因编辑技术公司在1日的会议上表示愿意贡献他们的技术，但还没有人或团体愿意拿出真金白银。

此外，尚不清楚该项目将如何实施。Boico希望优先考虑人类和小鼠基因组的重新编码。他说，如果新项目是以正在进行的酵母基因组项目(Sc2.0)为模型，被选中的参与组织将提供资金。

人类基因组计划涉及约200名科学家，其中一些人自发组成了9个“工作组”，处理各种主题，从技术和基础设施的发展到项目的道德、法律和社会影响，并为今后的工作制定“章程”和“路线图”。

最后，知识产权问题也可能使新项目复杂化。博伊科说:“在合成生物学和合成基因组学中，通常只有一些知识产权。”

艾萨克还指出，哈佛大学、耶鲁大学和麻省理工学院都拥有与重新编码相关的专利。然而，人类基因组项目工作组中有一个知识产权小组，该小组将探索如何分享项目中使用的技术以及未来可能的突破。

(北京，5月2日，《科技日报》)