科学家已有能力在实验室中合成病毒,人类要做造物主?
2002年,美国科学家在实验室中合成了世界上第1个人工病毒,与自然病毒类似,这种病毒同样具有活性和侵染性。
随着合成生物学的发展,现在人类已经有能力在实验室中合成许多种病毒。那么人造生命离我们还远吗?
众所周知,不管是单细胞形态的细菌,还是多细胞形态的人,它们的基础结构都是细胞。病毒只能在细胞中才能表现出生命特征,一旦脱离寄主就会失去活性,所以通常认为病毒是一种介于生命和非生命体之间的存在。
病毒的个头非常小,用电子显微镜才能观察到。由于个体微小,所以结构也十分简单,不像细胞那样具有细胞核、细胞质、细胞膜等复杂结构,病毒仅由核酸长链和蛋白质外壳构成,既没有自己的代谢机构,也没有酶系统,病毒的一切生命活动(复制、转录、转译、逆转录等)都必须依赖于细胞中的物质和能量。如果脱离细胞,看起来就完全是一个结构十分复杂的有机化学物质。比病毒结构更简单的则是亚病毒,仅由核酸或者蛋白质,这类病毒被称之为亚病毒,主要包括类病毒、拟病毒和朊病毒。
病毒严格意义上来说,并不完全具有生命特征。虽然人类已经有能力合成病毒,并不意味着人类制造出了世界上第1个人造生命,除非人类能够在实验室中完全人工合成一个细菌。
现在人类已经有能力在实验室中合成病毒,不过这种能力并不像大家想象的那样,那么夸张。目前科学家只能对已知的病毒进行合成和改造。
合成病毒的前提就是必须要知道基因序列,这就相当于一个设计图,然后科学家们按照设计图,利用有机分子进行搭积木式的组装,从而合成与原病毒基本上完全一样的人工病毒。这种形式类似于克隆。改造病毒就是对病毒的部分基因片段进行删除、替换、添加、重组,从而改造出具有某种特定功能的新型病毒。
在人工合成病毒之前,人类最先开始的是人工合成有机大分子。生物细胞内含有4种有机大分子,分别是:蛋白质、核酸、脂质和糖类。蛋白质的基本单位是氨基酸,主要由碳、氮、氧、氢等几种元素组成。1965年,我国科学家就在世界上第1次人工合成了具有生物活性的蛋白质——牛胰岛素。
病毒除了蛋白质外壳,最重要的是核酸长链,病毒的遗传物质就位于核酸长链。如果想要合成病毒,就必须有能力合成核酸。
核酸主要有两种,分别是脱氧核糖核酸(DNA)和核糖核苷酸(RNA)。DNA的组成碱基是ATGC,单位是脱氧核苷酸;RNA的组成碱基是AUGC,单位是核糖核苷酸。生命的遗传物质通常是DNA,不过某些病毒会以RNA作为遗传物质。RNA病毒的遗传物质不稳定,所以极易变异。
总之,人类现在还处于照猫画虎的阶段,并没有能力设计出一个完全有别于自然病毒的新病毒。
就算人类能够在实验室中独立制造病毒,离制造生命还有一个很远的路要走,因为制造病毒与制造生命,两者的难度有本质区别。
碱基对常被用来衡量DNA和RNA的长度,核酸长链的长度越长,复杂度也就越高,也就越难人工合成。冠状病毒则是最大的RNA病毒,遗传物质大约包含3万个碱基对,目前科学家也已经能够在实验室中对其进行人工合成。至于更复杂的病毒,目前还很难人工合成。
世界上已知最大的病毒是多噬棘阿米巴模仿病毒,这是一种DNA病毒,该病毒的遗传物质包含120万个碱基对。人类的遗传物质则包含31.6亿个碱基对。可见,人类离成为造物主的目标还很远。
人类要想战胜病毒,对病毒的研究是必不可少的,对病毒的人工合成能力是不可或缺的。有人说人类因此打开了潘多拉魔盒,可科学是把双刃剑,人工合成病毒用在了正确的地方,对人类就是有益的。
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(公众号:科学探索菌)