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| 編輯推薦： |
这是一本详细论述生命科学的基本原理的杰出著作，全景展示了分子生物学的历史沿革和未来发展方向。更重要的是，读者可以从中了解当今科学跨学科的融合：物理、化学、生物学以及天文学之间密不可分的关系。
21世纪，是生命科学大发展的时代，下一次科技产业革命必将发生在生命科学领域！人类正在经历一个重大转折点，本书讲述的就是奇点到来之时DNA信息和计算机如何有机结合的有趣故事，不但震撼力十足，也极具说服力。人类进化一旦经过奇点，生命、社会以及我们关心的一切，都可能有令人震惊的事情发生。
中国科学院北京基因组研究所研究员、中国科学院精准基因组医学重点实验室主任曾长青、著名科幻小说作家 畅销书《三体》作者刘慈欣，果壳网、在行创始人姬十三，中国科学院大学人文学院科学传播教授李大光，社会生物学之父爱德华威尔逊，奇点大学校长 《人工智能的未来》作者，雷库兹韦尔 畅销书《从0到1》作者彼得蒂尔联袂推荐
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| 內容簡介： |
70年前，诺贝尔物理学奖得主薛定谔提出了著名的薛定谔之问生命是什么。70年后，人造生命之父克雷格文特尔通过合成第一个人造细胞的方式给出了最完美的解答。
从解码生命、开创全基因组霰弹测序法到合成噬菌体phi X174，从合成第一个完整的基因组，到把一个物种转变为另一个物种，最终到合成第一个人造细胞，文特尔和他的团队完成了一个又一个不可能完成的任务，他们在某种意义上，扮演了上帝的角色。
假设火星上的生命与地球上的生命都是基于
DNA 的, 假设火星有生命或者曾经有过生命,假设火星上有一 个基因测序设备,可以读取任何有可能存在于那里的火星人的 DNA 序列,那么,只需要 4.3 分钟把火星人
的基因序列发送回地球,我们就可以在地球上的实验室里重造火星人！生命的未来值得我们每一个人期待，不是吗？
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| 關於作者： |
【美】克雷格·文特尔
“人造生命之父”，基因测序领域的“科学狂人”。
1946年出生于美国，加州大学圣迭戈分校生理学和药理学博士。
1990年参与到总投资30亿美元的“人类基因组计划”的研究中，但中途退出，1998年创立“赛莱拉公司”，一人单挑6国科学家，仅用两年时间就完成了人类基因组序列的测定。
“文特尔研究所”创始人，2003年合成噬菌体phi X174的DNA，2008年合成生殖支原体的基因组，2010年5月合成了包含110万个碱基对的丝状支原体基因组，然后将其移植到山羊支原体细胞中，创造了第一个“人造细胞”。
美国国家科学奖获得者，2007-2008年，连续两年入选《时代周刊》“全球最 具影响力100人”榜单。2013年，被《前景》杂志评选为“最 伟大思想家”。
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| 目錄：
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前 言 我的薛定谔演讲
引 言 合成生命时代向我们走来
001
薛定谔认为,生命现象一定能通过物理学和化学来解
释,染色体一定包含了很多种能够决定个体未来发
展的完整模式的密码本。1953 年,沃森和克里克发现了
DNA 双螺旋结构,这标志着人类迈出了重要一步;
2010 年,文特尔利用合成 DNA 创造了第一个人造细
胞,这预示着合成生命时代向我们走来。
第一部分 生命是什么
01 合成生命是可能的吗? 013
德国化学家维勒通过化学方法合成尿素,虽然并未对 活力论造成实质性影响,却吹响了反击的号角。我们唯一需要做的就是用化学物质创造出一个人造生命。 当我们创造第一个合成细胞时,我们在某种意义上扮 演了上帝的角色。
合成尿素,一个对神秘生命力说不的故事
形形色色的活力论
冯
诺依曼的细胞自动机
合成生命时代的到来
02 数字生命的曙光 037
我们原以为,DNA 过于简单,不可能携带遗传信息, 只有蛋白质才能在细胞分裂时将足够多的信息从一个 细胞传递给另一个细胞。但实际上,正是 DNA 这个生 命的软件,管理着我们的细胞。限制性内切酶的发现 和基因拼接技术的出现,为分子生物学的蓬勃发展奠 定了坚实基础。
遗传物质:蛋白质,还是 DNA ?
分子生物学的兴起
蛋白质:生命的硬件
布朗运动:生命的驱动力
第二部分 生命的合成
03 解码生命,从基因测序开始 067
噬菌体phiX 174 的基因测序最初是用桑格测序法完成的。不过,桑格测序法速度慢,测序难度大。20 世 纪 90 年代,文特尔利用独创的全基因组霰弹测序法 快速完成了流感嗜血杆菌和生殖支原体的基因组测序。此时,一个更大的难题摆在人们面前:怎样合成一个 完整的基因组?
桑格测序法
全基因组霰弹测序法
最小基因集
新挑战:完整基因组的合成
04 噬菌体phi X174的合成
087
20 世纪
60 年代,阿瑟科恩伯格利用 DNA 聚合酶在实验室成功复制了 phi X174 噬菌体的基因组并成功激 活。那时,基因测序技术还未出现。phi X174 也成了文 特尔第一个 DNA 合成的目标。实验表明,包含 5
384 个碱基对的 phi
X174 合成 DNA,在进入大肠杆菌后,能 够感染、复制,并且杀死大肠杆菌的细胞。人工合成 病毒取得了成功!
科恩伯格,探索生命奥秘的先锋
精度,合成基因组的关键
大功告成:第一个合成传染性病毒 phi X174 诞生
伦理问题
05 第一个基因组的合成 113
文特尔把第一个合成基因组的目标瞄向了生殖支原体。这种生命体的基因组拥有
582 970 个碱基对,合成的 精确度要求是每 10 万个碱基对中的错误少于一个。完 整基因组的组装是在酵母细胞中进行的。实验证明, 有 17
个细胞包含了完整的生殖支原体基因组,甚至连 插入的水印文特尔研究所都清晰可见!
目标:合成 582
970 个碱基对
准备高精度的 DNA 序列数据
合成基因组的组装
重大突破:第一个合成支原体诞生
06 把一个物种转变为另一个物种 131
为了向合成生命再迈进一步,文特尔决定将丝状支原体的基因组向山羊支原体移植。对蓝色菌落的测 序结果表明,所有的序列都只与移植到受体细胞的丝状 支原体基因组相匹配,文特尔和他的团队成功地实现了整个基因组的移植,完成了不可能完成的任务。
历史上的细胞核移植
基因组移植:从丝状支原体到山羊支原体
蓝色菌落,移植成功的重要标志
不可能完成的任务:改变物种!
07 第一个人造细胞的诞生 149
若想创造出一个合成生命,必须解决两大难题。一个难题 是宿主细胞中的限制性内切酶会摧毁被移植的基因组;另一 个难题是生命对合成基因组的精度要求非常高。甲基化和 高精度桑格测序法,让两大难题迎刃而解。培养皿中的蓝 色菌落宣告了第一个人造细胞的诞生!正是因为这一成果, 人们称文特尔为人造生命之父。
无法绕过的两个难题
甲基化,合成基因组移植的关键
生死之间:一个碱基对的对错
奇迹出现:第一个有生命的合成细胞
第三部分 生命的未来
08 合成生命究竟意味着什么? 171
关于什么是合成生命,什么是合成细胞,文特尔给出 了他的定义:这些细胞是完全由人工合成的 DNA 染色体所控制的。由于合成基因组既需要使用一个已存在的基因组,还需要使用一个自然受体细胞,因此,合成生命不能算是从 头到尾的真正合成。创造一个通用受体细胞,成为摆在科学家面前的一个新课题。
什么叫合成生命
有个通用受体细胞就好了
新探索:细胞间的合作
09 设计生命 187
未来,在创造真实的细胞之前,我们可以先设计一个 虚拟细胞,用它来对我们的设想进行检验。国际基因工程机器设计大赛iGEM吸引了无数才华横溢的年轻人参与 操控生命的软件的实践活动。这些来自实践的真知,提高了我们设计基因组的能力,进一步加快了我们合成新生命的进程。
生命的计算机建模
iGEM 大赛
安全与伦理
10 造福人类的生命瞬间转移
213
文特尔正在完善一种技术,它可以让我们以电磁波的形式发送数字化的 DNA 密码,然后在一个遥远的地方 用一种独特的方法来接收这些数字化的 DNA 密码,从 而重新创造生命。从目前来看,生命瞬间转移技术 的最新应用,可能是流感大暴发时的疫苗分发,或者用噬菌体疗法对付超级细菌。
瞬间转移,人类永恒的梦想
快速提供疫苗
快速提供噬菌体
结语 只需4.3分钟传回基因信息，我们就能重造火星人／237
假设火星上的生命与地球上的生命都是基于 DNA 的, 假设火星有生命或者曾经有过生命,假设火星上有一 个基因测序设备,可以读取任何有可能存在于那里的火星人的 DNA 序列,那么,只需要 4.3 分钟把火星人 的基因序列发送回地球,我们就可以在地球上的实验室里重 造火星人!
译者后记 249
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| 內容試閱：
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我的薛定谔演讲
2012 年 7 月 12 日,我应圣三一学院的邀请到都柏林发表演讲,这次演 讲时值著名物理学家、诺贝尔奖得主薛定谔初次发表他的《生命是什么》系 列演讲整整 70
年之后。主办者要求我再次论述薛定谔当初提出的伟大主题, 并且希望我在现代科学的基础上,就有关生命的定义这一深奥的问题提 出新的洞见和答案。显而易见,对于这个问题,几乎每个人都非常有兴趣, 个中原因可谓不言自明。我本人也不例外,不过我还有一些个人的原因。我 年轻时曾在越南当过医护兵,在那个时候,我无比惊异地发现,有生命的 与无生命的两者之间的区别竟是如此的微妙:一张小小的纸巾就能把活 着的、有呼吸的人与死人区分出来;甚至在良好的医疗护理下,存活下去的
可能性也仍然部分依赖于病人积极向上的思想和乐观开朗的心态。这就证明,
高度的复杂性源于活细胞的组合。
在一个美好的星期四晚上,时间是下午 4
:30,得益于数十年来分子生 物学的发展,我终于走上了薛定谔曾经站过的那个讲台。像他一样,我也是 在爱尔兰总统面前发表演讲的。唯一不同的是,现在这个礼堂已经成了圣三一学院的考试大厅,但是讲台仍然是那个无与伦比的讲台。在巨大的枝形 吊灯的照射下,站在威廉 莫利纽兹William Molyneux和乔纳森 斯威夫 特Jonathan
Swift等人的肖像画下面,我注视着讲台下 400
位听众,所有 人的脸上都浮现出翘首以待的表情;数不尽的式样各异的摄像机闪耀着令人 眩目的亮光。当然,我还知道,与薛定谔当初发表演讲时不一样的是,我这 个演讲将会被录音、被现场实况转播、被写进博客,还将会在 Twitter
上被大 量推送,尽管我所要回答的问题,就是我的前辈们已经付出过许多努力试图 给出答案的那同一个问题。
在演讲开始后的 60 分钟时间里,我向听众详细地解释了 DNA
是如何驱 动生物机器运行并最终组成生命的。所有活的细胞都在运行着 DNA 这个软 件,它指挥着成千上万个蛋白质机器人。自从我们人类第一次搞清楚如 何通过对 DNA
进行排序来解读这个生命的软件以来,我们对生命进行数 字化操作的历史已经有几十年了。现在,我们可以从计算机数字代码出发, 走到另一个方向,即我们能够设计出一种新的生命形式,用化学的方法合成 它的 DNA,然后用它来生产制造出实实在在的生命有机体。这是因为, 我们现在可以对所有的信息进行数字化处理,并且能够将它们以光的速度发 送到任何地方,并且最终能够重组 DNA,再造生命。坐在爱尔兰总统恩达 肯 尼Enda
Kenny旁边的是詹姆斯 沃森 ,沃森一直自称是我的老牌竞争对 手。在我的演讲结束之后,沃森走上讲台,握着我的手,大方地祝贺我发表 了一个非常美妙的演讲。
《生命的未来》这本书的部分内容就是在圣三一学院演讲的基础上写成的。 本书的宗旨是,将我们现在已经取得的令人难以置信的进展描述清楚。自薛定谔发表《生命是什么》系列演讲到现在,才过了 70
多年,说起来这只不 过相当于一个人的生命周期。但是在这段时间里,我们确实已经取得了极大 的进展。从薛定谔的非周期性晶体aperiodic crystal到对遗传密码的正 确理解,再到第一个合成染色体的成功构造,又到制造出第一个人造细胞, 从而最终证明 DNA
就是生命的软件,这些伟大成就是建立在过去半个多 世纪以来的各项巨大进展的基础之上的,也是来自世界各地的许多杰出科学 家在各自的实验室里不断努力的共同成果。
在本书中,我将对分子和合成生物学领域中的进展进行一个综述,一方 面是对这个史诗般的事业和成就的致敬,另一方面是对那些为这个伟大事业 做出杰出贡献的无数重要科学家的致谢。当然,我的目的并不是对合成生物 学的发展历史做一个全面、完整的描述,而是希望借此阐明,被我们称为科 学的这项事业,它的力量固然无比巨大,但是它也极其需要所有人齐心协 力进行合作。
现在,作为数字化信息的 DNA
不仅能够在计算机数据库中实现不断的 积累,而且能够通过生物传送器以一种电磁波的 形式以光速或者接近光速进行传输,从而在一个 遥远的地方重新创造出蛋白质、病毒和活的细胞,
或许这将永远地改变我们对生命的看法。随着这 个对生命的全新理解以及我们驾驭生命的能力的 逐步扩展,我们有力地敲开了一扇全新的蕴含着无限可能性的大门。这是极其激动人心的。
随着工业化时代接近尾声,我们有幸见证了生物设计时代的来临。 人类即将进入一个全新的演化阶段。
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