Science与Nature共同关注合成整个人类基因组的计划

一项大规模的公私合营计划：从零开始合成整个人类基因组。这一努力需要花费10年时间，并需要数十亿美元用于技术开发。此新闻在其首次在秘密会议发布后一个月于今天正式公布。Science和Nature都对此进行了深度报道。

去年，研究人员着手合成一株酵母菌株的基因组并开始着眼于更宏大的项目：从零开始组装驱动人类细胞的30亿个碱基对。这个建议引起了其他杰出科学家的关注，并激发了6月3日在Science在线发表的一个提案。这个所谓的人类基因组编写计划(HGP-write)旨在从化学成分合成人类和其它物种的整个基因组，并让他们在活细胞中获得功能。研究团队由纽约大学的合成生物学家Jef Boeke，哈佛医学院的基因组科学家George Church，Autodesk公司的未来学家Andrew Hessel所领导。

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HGP-write的起始和目的

这一举措在哈佛医学院上个月召开的一次封闭性的会议上讨论了发展前景后，引起了七嘴八舌的讨论。组织者的目的是在更正式的提案发表前保持细节保密，此举让那些希望更广泛的公众讨论其伦理、法律和社会影响的人很愤怒。有些人推测，科学家将运用这些基因工程改造的细胞来创造没有遗传意义上双亲和被设计好的人类。

新的提案明确指出，HGP-write没有这样的目的。其主要目标是降低构建大片段DNA的花费以及测试它们在细胞中的活性。作者写道：“HGP-write会推进目前的概念和技术的数量级范围。”但是起初的想法：来开发降低DNA合成成本的技术并没有获得研究人员之间的普遍兴奋。

有些意见是称赞的，比如“通过构建来学习”的方式将推动科学家对基因组测试的理解。德国Philipp大学的染色体生物学家Torsten Waldminghaus说：“你了解组成染色体需要哪些部件，所以你组合这些部分并重建它。如果它起作用了，你就知道你对了。”而另一些人认为这个项目应该推迟直到合成人类基因组能获得更广泛的支持。

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HGP-write的内容和存在的问题

今天Science上发表的三页纸关于HGP-write的提案填充了细节。它指出，当前的技术合成30亿个人类基因组的碱基对都太贵太原始。研究团队呼吁了一系列的试点项目，比如合成基因组中短一些的片段以及削减染色体做一些特定的工作，来让其最终目标能够实现。他们说整个项目需要不到30亿美元（公众资助的人类基因组计划的价格）。

研究人员已经构建了有功能的病毒和细菌的基因组，以及称为Sc2.0的酵母基因组计划。Sc2.0旨在于在明年年底前将所有的16条染色体，大约1000万个碱基进行组装。但是Sc2.0的合作者，伦敦帝国理工学院的合成生物学家Tom Ellis说哺乳动物的基因组是一个不同的前景。研究者需要选择合适的细胞系来作为宿主，然后用合成的DNA逐步替换出它基因组的大组块。目前仍不清楚如何最好地将这一基因导入到哺乳动物细胞，或者怎样设计合成序列让他们的宿主细胞正常运作。Ellis说：“如果你一次导入百万个碱基对，你怎样调试它呢？这是个很大范围的搜索工作。”

这些挑战足以让一位领域资深人士停顿下来。Sc2.0的另一合作者，纽约大学的基因学家Jef Boeke说：“我是一个保守的人，起初我对HGP-write的反应不是很热情。”当Boeke和Sc2.0的研究者去年夏天集会讨论他们下一个目标生物时，未来学家Andrew Hessel的软件公司Autodesk正为新的人类基因组计划来抓住公众的想象力和激励大众而进行慷慨激昂的演讲。随着越来越多的潜在合作者的加入，包括哈佛的遗传学家George Church，Boeke说他越来越相信这真的是一个很好的关注点。

Church解释：和基因编辑的工具比如CRISPR/Cas9相比，构建一个完整的基因组可能允许更广范围的操作。为了提高精度地创造细胞中大量的遗传改变，CRISPR已经被优化了。但对于整个基因组中的不同的点，他说：“这实际上只是低成本地合成整个事物。”

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HGP-write相关的试点项目

新的发表的提案介绍了为人类健康应用进行大规模合成的试点项目。其中的一个例子就包括了“超安全”的人类细胞系：在药物治疗中分泌蛋白的细胞可以设计成能抵抗会污染产品的病毒，或者将作为治疗注入到病人体内的干细胞设计成其抑癌基因不那么容易突变、导致癌症。一个可能的试点项目将创造能够不需要典型的氨基酸和维生素，容忍简单一些、不是那么贵的培养基的人类细胞。另一个将改造猪的基因组，去除嵌入的病毒基因和编码免疫原性的基因，比如研究人员可能培养适合人类的移植猪器官。

本文的25位作者希望今年推出他们配备1亿美金的项目。Boeke称不管如何都是一个里程碑。至少现在，合作者并不那么期待大笔的联邦资金的注入。他说起始资金可以从已经在基因组合成方面工作的实验室已存在的项目经费中汇集。

但是完全合成人类细胞的原理在某些程度上是有问题的。西北大学的生物伦理学家Laurie Zoloth说其潜在的好处是“不采取迈出有巨大道德问题的一步的充分理由。”她认为开发能够制造大的基因片段的工具是人类的重要目标，但是合成一个完全新的人类基因组是完全不同的项目。Zoloth和斯坦福大学的合成生物学家Drew Endy第一次注意到五月份的会议时，他们发表了批评的意见，认为这些初步的讨论应当是开放给公众的。

Church解释作者希望这篇文章与上个月的会议事件相吻合，他们在会议日期到来时还没有一个完整的信息。新的提案承诺对于有关工作的伦理、法律和社会影响保持“公开和持续的对话”，并建议该项目的资金比例应该支持这种讨论。Church说：“基因工程如何被应用于人类，是人们一直讨论的问题之一。这是好的，但不会是偶然发生的。但是他也介绍合成细胞将被设计成使生殖不可能：“我们不想制造克隆人军队或者开始一个优生的新时代。这不是计划。”