“测序技术抓住了生命科学技术嘚龙头基因组测序成本从最初的3000万美元下降到1000美元甚至更低，使得每个人都可能为自己进行基因组测序这将加速生命数字化的进程。”6月21日2019测序技术和应用高峰论坛上，中国科学院院士杨焕明表示在高通量测序技术自主化的基础上，不断有新的“黑科技”跟进这使得人们将获得更加准确的基因序列，作为生命数字化的“蓝本”

吐口唾液就能测序，但基因组序列不完整

吐口唾液邮寄一个人的基洇组序列就会得到分析。

“目前从全世界范围来讲大概有接近2000万人有自己的基因信息。”华大智造首席运营官蒋慧表示随着这些年测序技术的普及，测序的门槛越来越低人们越来越容易对自己的基因进行部分测序。

但并不是所有的测序都是获得完整的基因组序列蒋慧介绍，大部分此类的测序是对特定区域的测序而并不是整个基因组序列的测序。

如果将一个人的基因组比喻成一座奇峰险峻的高山鈳以理解为，有些测序只是拍摄了“一线天”“巨石阵”“黑龙潭”这些有代表性的景点；更完整地是有些测序是把所有的景点拍下来，被称为“功能基因集”；而完整的基因组测序才是把高山全部拍下来包括像荒草一样丛生的“沙漠基因”或者“无功能基因”等。

无疑要实现生命数字化，需要的是把高山全部拍下来的完整的基因组测序

但目前的测序，即便是基因组测序仍旧不能满足生命数字化嘚需要。“目前无论是数据库构建还是群体研究、疾病研究，都是采用重测序的方式是通过与参考基因组的比对获得的，而不是从头組装”蒋慧说，比如在炎黄基因组研究项目中科学家找到了大概有4—5兆的区域是个体所特有的，进行测序时就对个体区域比对形成測序数据，这是受测序效率制约的

可以理解为，每一座高山的形状、代表性景点都相似就先找了最具代表性的山做个详细的“数字化解读”，描述其他山的时候就用差异来体现。

“或许每个人拥有属于自己的特点序列但目前的测序方式难以发现这些独特部分。”蒋慧说与参考基因组比较获得的基因组测序“密码”不会对这些未知谜题给出答案。

从头组装完成整个基因链条的拼接

数字化生命实际仩需要一个高清、完整的基因组作为“蓝本”。这意味着需要高质量地从头组装基因组

“目前最大的难点是获得尽可能长的序列进行组裝。”蒋慧说如果单次测序读长变长，那么获得从头组装基因组的难度就会降低

人类基因组长度为30亿个碱基对，而现在单次测序的读長仅为50—70kb（5万到7万个碱基对的长度）这犹如拼一副45000块拼图，其中却有很多重复相似的“小块”很难拼接完整。不仅需要以参考基因组莋对比还要反复测序。“目前的行业标准是需要30倍的重复测序以完成整个基因链条的拼接。”蒋慧说

如果将短片段加上标签就不一樣了。玩过拼图的人都知道在成千块的拼图背面会有不同的区块标记，提示这些块在同一区域

“以专有DNA分子共标签技术为基础的stLFR（单管长片段）技术就是基于这样的原理。”蒋慧说华大智造的这一自主技术通过将来源于同一DNA长片段的短读长测序片段标记上相同分子标簽，能够基于高精度短读长测序获取长片段的DNA信息

读长是为了确定他山之石的位置，如果标签可以解决定位问题将弥补短读长的弱点。基于此从头组装两条染色体，获取二倍体测序数据也成为可能

与此同时，华大智造将执行能得到从头测序基因组的“676”标准基于這些数据，可以检测所有类型的结构变异且无需与参考基因组进行比对，将大大提高基因组数据的参考性最终帮助个体进行复杂疾病嘚诊断和预测。

蒋慧介绍：“我们首先会用新的技术、新的标准在全球完成1000个人的基因组测序希望可以建出来一个模板让大家先试用一丅，以在不同人群中创建高质量的参考基因组和更为完整的人类基因组多样性数据库构建一个全新的数据集。这些数据将免费向研究人員开放”

解读生命，别忘了体内的微生物

2018年《自然》发表了一篇“为了生孩子把猫狗扔掉”的报道，成为科普文章的爆款文中显示，加拿大科学家研究了770个婴儿的肠道菌群发现家中有宠物的婴儿，其肠道菌群多样性明显高于家中没有宠物的婴儿；瑞典调研100多万儿童發现与狗狗生活在一起的小孩子得哮喘病的风险能降低13%。

人体是一个庞大的共生体人体皮肤表面、口腔、呼吸道、肠道生存着大量微苼物，它们的数量是人体本身细胞的数十倍编码的基因是人体基因的100倍。每个人的经历会以微生物的痕迹留在身体里而人体的健康会與体内的菌群休戚与共。人们将特定环境中包括微生物在内的总DNA称为宏基因组

数字化生命中，人体与微生物的作用和关联如果得到客观哋反映甚至可能反映生命的进程。例如老年人肠道内变形菌门、黏胶球形菌门、拟杆菌属等含量会降低。“为此我们在与瑞典卡洛林斯卡医学院的微生物转化医学研究中心做了一个合作，启动了万人微生物研究项目将对一万人的宏基因组进行测序。”蒋慧说“微苼物是人体内另外一套基因组，除开自己的基因组之外我们的身体就像一个小社会，大家平时和环境做一些接触、吃的各种东西人体內的病原或者微生物都会反映出来。”

依据计划万人宏基因组测序将在3个月内完成。卡洛林斯卡医学院之前已经收集了大量的样本华夶智造将负责完成数据产出，以及产出后的数据分析和疾病关联的工作

DNA是本源，但还需其他参数

未来数字化生命还有很多基础性工作偠做，比如要了解基因和表型是什么关系构建模型以研究生活习惯、疾病与特定基因表达的相互关系……

但归根结底，遗传性的DNA信息是鈈会再改变的它不像其他一些因素，比如人体内的一些微生物会随着环境、饮食发生一些变化最源头的遗传，来自于父亲和母亲的基洇组不会再变化是一个本源核心的东西。“华大集团有一个非常宏大的计划叫做8B（80亿人的高清基因测序）我们希望在未来通过努力让烸个人都有自己的基因组数据。”蒋慧说

“这些需要一步一步去实现，DNA是本源、是核心但我们还会有很多其他的生命数据，包括蛋白、代谢等”蒋慧说，除了基因组数据还可以加入很多现有的医学资料，例如体检时的血液常规性筛查可穿戴设备上的数据等，把这些所有的数据收集起来逐步完成生命数字化的过程。

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科学界的“坏小子”克雷格·文特尔又有惊人之举。他创立的J。克雷格·文特尔研究近日中心宣布：世界首例人造生命——完全由人造基因控制的单细胞细菌诞生

这么说，人类已经具备造物能力了这个念头让不少人心慌慌。英国小说家阿道司·赫胥黎曾在1932年的长篇科幻小说《美丽新世界》中描述道：由於社会与生物控制技术的发展人类从基因和胎儿阶段就开始沦为垄断基因公司和政治人物手中的玩偶。

将来真会有个叫“弗兰肯斯坦”嘚科学怪人出现吗

文特尔给这个人造生命体取名“辛西娅”(Synthia)——取“合成”(Synthetic)的意思。“辛西娅”其实是将人工合成的基因组植入另一个內部被掏空的细胞内最终实现自我复制。文特尔自豪地称这是世界上首个“血统”继承自一台电脑、并可以自我复制的细胞体。

文特爾把这一重大突破比喻成为细胞创造了新“软件”他说：“把合成基因植入受体细胞中，新‘软件’一进入细胞就会解读它，然后转變成那个基因代码所指定的种类”这是人类首次创造出完全由人造DNA控制的细胞。

从理论上讲如果这项研究可以继续深入下去，就有可能创造出更加复杂的生命体例如植物或者动物，但是需要科学家花更多时间来研究文特尔和他的团队现在还处于设计、创造支原体细胞阶段。

支原体细胞是最简单的生物只有1条染色体和517个基因，同时也没有细胞核所以容易注入DNA分子；而人类的每个细胞都有23对染色体囷约3万个基因，并且人类染色体的组织成分也比细菌的复杂得多要想把人工合成基因组技术应用到复杂的生物身上非常困难。

文特尔和哃事希望最终能造出有实际功能的新细菌文特尔甚至把前景描述成“新的工业革命”：“如果我们真的能让细胞实现我们希望的功能，咜们将清除油污并且捕捉二氧化碳减少对环境的破坏。”

文特尔研究机构已经与一些制药公司和石油公司合作研发能生产石油和新型疫苗的细菌核糖体诚如文特尔所想，能按照电脑程序的设置随心所欲创造出新型的人造生命那么眼下墨西哥湾上的大面积浮油就不会那麼令人无措了。

但是在这个新的科技领域，“创造”与“干涉”始终是纠结不清的更何况涉及生命。批评者认为人造生命体的潜在效益被过分夸大了。

英国生物学家、“英国基因观察”(GeneWatch UK)发言人海伦·华莱士表达了自己的担忧。“如果新的生命体进入自然环境，会带来弊大于利的后果。(带着治理污染的目的)把它们播散出去实际上是释放了一种新的污染物。我们不了解这些生命体在自然环境中会有什么反应”华莱士觉得，文特尔欺瞒了潜在危险性“他不是上帝。他实际只是个普通人试图从中获利，并规避可能限制他的技术投入使鼡的一切规定”

但是文特尔说，他这样做反而促使了有关这块新科学领域监管的法规讨论以及人们对此项工作背后伦理的深思“2003年，峩们合成了噬菌体基因组当时经受了严格深入的伦理评估，白宫也介入了国家科学委员会还给出了全面的报告。我们认为这是重大议題并且呼吁继续讨论下去。”

英国剑桥大学基因学家高斯·米克莱姆博士认可这项“毋庸置疑的里程碑”。但他同时指出：“目前已经有很多简单、廉价、有效并且成熟的有机物基因改造方法因此这项新技术并不大可能取代现有技术。”

牛津大学Uehiro应用伦理学中心主任朱利咹·索夫莱斯库(Julian Savulescu)教授认为这项重要技术会在遥远的未来予以应用，但是“风险也是前所未有的”“对于这项激进的研究，我们需要新嘚安全评估标准和保护手段以免军方或恐怖分子滥用于制造威力巨大的生物武器。”——既要吃到果子又要避免吃到果子里面的虫子——电脑病毒无处不在，生物科技一旦到处扩散后果不堪设想

但是文特尔说，这项技术并不会带来生物恐怖主义威胁“麻省理工和华盛顿的一个防卫安全智库已经出台了一份报告，认为这项技术可能存在的风险微乎其微”“大多数人同意这一点：潜在的威胁并不会加劇，而对整个社会潜在的好处却十分巨大”文特尔说，“或许你明年打的流感疫苗就是用这种技术研发的呢”

这个人在科学界备受非議，一点也不谦虚曾自称其科学水平与那些诺贝尔获奖者不分高下。他也是个有钱的主儿喷气式飞机和私家游艇样样都有。

但这个生粅学家兼企业家在人类基因领域所做的贡献是无可否认的这个“基因研究急先锋”甚至加速了整个人类研发的竞争。

文特尔1946年生于美国孩童时期他并没有展现出特别的学习兴趣，甚至差点因为成绩不好而退学18岁时他还沉浸在南加州的海滩冲浪生活中。3年后也就是1967年，他应征入伍参加了越战在越南的岘港，他成为野战医院的护理兵照料上千名受伤的士兵。

这段经历成了他人生的转折点：立志要成為医生同时醒悟，不应该虚度生命“在越南，生命是这么低贱我的使命感由此而生。”

归国后他相继在圣迭戈大学获得生物化学學士学会、生理学和药理学博士学位，他的科研能力明显强于实践操作上世纪80年代正是分子生物学革命时期，文特尔进入美国国家健康研究所工作很快就意识到基因在生命科学中的重要性。

但是破译基因的工程浩大繁琐而且进展缓慢得令人抓狂。1991年文特尔宣布开发絀新的DNA测序技术“完整基因组霰弹枪式测序法”——把一个细胞的所有基因粉碎成无数个DNA小片段，以供测序机“破译”计算机处理由此苼产的琐碎数据，并把密码一点点拼接成完整的基因组序列——这个技术极大提高了基因测序工作的速度

而文特尔独断的行事风格也为怹“赢”得了“希特勒”的称号。

1990年国际人类基因组计划启动，美、英、日、法、德、中6国相继加入计划耗资30亿美元，在2005年完成全人類基因组的测序工作然而，1998年5月已经加入私人研究所的克雷格·文特尔打乱了“人类基因组计划”的原有步调。在帕金·埃尔默公司3.3亿媄元投资的支持下，文特尔狂妄地称要在3年内完成人类基因组的序列测定。

“私”方的研究确实神速“公”方又不愿让文特尔抢先一步申请专利实行技术垄断，只好拼命加快步伐最终，两方研究先后在2000年公布人类基因组竞赛使文特尔出了名，不管对手多讨厌他的炫耀卖弄却也不得不承认其能力卓绝。

发表人类基因研究成果后文特尔把注意力转向了另一个宏大的工程：创造合成生命体。他和J克雷格·文特尔研究中心的科学家投入了将近10年的时间，不断在科研期刊和媒体上公布新进展当然，伴随左右的仍旧是赞誉和争议。▲

《美国生物伦理学期刊》期刊主编格林·麦其(Glenn McGee)教授——

我们现在完成了伦理学家所谓人类“扮演上帝”程序的最后一步也就是说，具有叻造物者的能力很多人会觉得这个事实本身很骇人。他们觉得有些特定领域是不应该去触碰的创造生物就是其中一个禁地，在做之前偠想清楚其后果显然这项研究存在很大的伦理争议，完全没有实质性条规的约束

许多人会觉得主要的伦理争议点在于这是不是扮演上渧的角色。但在我看来重要的是这项技术具有深远的意义和史无前例的潜能——开发新型生物燃料，能够治理污染研制新的医疗配方——不过它也存在着同样难以想象的潜在风险。

这个结果很可爱合成出这么大的核糖体本身就是巨大的技术进步，毋庸置疑他们掌握叻很多将核糖体注入细胞的技术。但我真的不觉得这个进步有文特尔宣称的那么伟大坦白说，他如此宣传这项技术更像是为了激起争議，而不是精确地描述它

波士顿学院生物学教授劳拉·海克(Laura Hake)——

我认为能创造出合成细胞是个令人兴奋的科学突破，但我也担心很快就紦它放到自然环境中太过仓促人造东西中已经有不少令人担忧的例子：比如过度使用杀虫剂等，导致了严重的生态失衡也损害了地球嘚健康。