该项目将耗时多年并具有一定风险,但可能会引发遗传学领域的第二次革命。
测序和编辑人类DNA的能力彻底改变了生物医学。如今,一个新的联盟希望迈出下一步,从零开始构建人类基因组。
人类基因组计划是上世纪最伟大的科学登月计划之一。 绘制人类DNA全图耗费了全球数千名研究人员13年时间,耗资近30亿美元,但其成果却十分巨大。
该项目彻底改变了我们对疾病遗传基础的理解,并推动了读取和解读DNA所需技术的快速发展。人类基因组测序的成本已从2008年的约一百万美元骤降至如今的数百美元。
不仅能够读取人类基因组,还能从零开始构建人类基因组,这或许能带来更多根本性的突破。目前,全球最大的医疗慈善机构——惠康基金会 (Wellcome Trust) 正提供 1000 万英镑(约合 1360 万美元)的资金,用于启动合成人类基因组计划 (SynHG)。
该项目负责人、牛津大学的杰森·陈(Jason Chin) 在一份声明中表示:“合成大型基因组(包括人类细胞基因组)的能力可能会改变我们对基因组生物学的理解,并深刻改变生物技术和医学的视野。”
该项目建立在近年来DNA合成领域稳步进展的基础之上。Chin本人领导的团队于2019年合成了大肠杆菌的整个基因组。 2023年,一个国际合作联盟完成了首个酵母基因组的合成——酵母是一种复杂得多的生物体,在进化上与人类更接近。
目前,SynHG 项目专注于开发基础工具和方法,组织者承认,合成完整的人类基因组可能需要数十年时间。目前,他们的目标是在未来 5 到 10 年内构建单个人类染色体——构成人类基因组的 46 个紧密缠绕的 DNA 束之一。
基因编辑技术可以修改现有的遗传指令,而基因合成技术则可以从零开始构建更大的DNA片段。这类技术有望突破我们对疾病的理解,并开启基于设计细胞甚至设计组织和器官的新疗法的前景。
英国威康桑格研究所所长马修·赫尔斯 (Matthew Hurles) 告诉英国广播公司 (BBC):“从头构建 DNA 使我们能够测试 DNA 的实际运作方式并检验新的理论,因为目前我们只能通过调整生物系统中已经存在的 DNA 来做到这一点。”
我们目前对基因组的了解大多局限于约2%编码特定蛋白质的片段,其余98%的“非编码”DNA在很大程度上仍是一个谜。英国医学研究委员会分子生物学实验室的朱利安·塞尔告诉《卫报》 ,能够从零构建整个序列可能有助于我们理解基因组中的“暗物质”。
然而,该项目备受争议。人们担心,同样的技术可能会被用于更多伦理上值得商榷的用途。爱丁堡大学遗传学家比尔·恩肖告诉BBC ,这些用途可能包括新型生物武器、基因增强人类,甚至是包含部分人类DNA的奇异新生物。
“妖怪已经从瓶子里出来了,”他说。“我们现在可以制定一系列限制措施,但如果一个拥有适当机制的组织决定开始合成任何东西,我认为我们无法阻止他们。”
为了消除这些担忧,SynHG 还将开展一项社会科学项目,旨在找出潜在风险并制定应对措施。该项目将重点关注的一个问题是,目前基因组研究主要侧重于欧洲血统人群,这可能会限制其更广泛的应用。
幸运的是,鉴于未来巨大的技术挑战,我们很可能还有充足的时间来找出潜在的陷阱。如果该项目成功,它可能会引发遗传学领域的第二次伟大革命,其利大于弊。