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主题：【原创】创造生命还是山寨生命，这是个问题 -- 二胡
家园 【原创】创造生命还是山寨生命，这是个问题 游MM的一篇好文吸引了我的兴趣，游识猷:【原创】天书中的涂鸦 ——以DNA为纸墨，写你不朽之名
正好暑假有空，可以对这个题材海阔天空地谈一些。当然，正题前的引子还是先说说一下本文的主人公Craig Venter。Craig Venter的成长经历可以说是一个典型的American Dream。 （窃以为年轻人应该多读读这类牛人的成长史，而不是浪费时间看时下流行的某些“青春励志剧”）。
科学和财富往往是挂不上勾的。越成功的科学家往往和金钱的距离越远。一个天顶星级别的科学狂人本身又是个富得流油的商人，这种联系一般只会让你联想到美国卡通里的人物，诸如Bat man 和 Iron Man之类的。不过本文的主人公，Craig Venter确确实实就是这么一个现实中存在的异类。
Craig Venter 的名字很好记，因为在我记忆中，Craig这个名用的频率不高。美国最近有一个很红火的社区网站叫Craiglist， 实际就是另外一个叫Craig的人开的网站，这两个Craig都来自湾区（看来加州的人对一些生僻的名字有特殊的爱好）。 小Craig其实不是个好学生，按他自己说，他小时候各科的成绩一般就在C和D之间徘徊（翻墙的河友们可能对美国教育的打分不太清楚，C就相当于刚及格，D就是不及格）。他那时的爱好就是天天跑到海边去冲浪划船，甚至到了17,8岁的时候，他对以后人生的规划还都停留在水上运动 （不过这些幼年的爱好确实对他现在取得的另外一些成就有决定性的影响，这就是后话了）。Craig小时候唯一的一个人生亮点就是考进了当地的Mills High School，湾区的朋友可能知道这个学校，我也不说这个学校有多好，只用报一个亚裔学生的比例就可以了，52%（美国的中学，如果白人的比例是minority的话，这个学校准是牛校）。 不过尽管从一个好的高中毕业，Craig不上进的人生态度还是让他没能够进入加州众多牛大学中深造，最终只能去一个小社区大学。一般来说，这种教育背景出来的Craig Venter很大可能就成为一个蓝领，从此浑浑噩噩下去了。 但老天爷注定是不想让这么一个牛人从此荒废一生，于是乎，越战爆发了。
越战对Craig的影响是戏剧性的。作为一个加州人，Craig是极其反对越战的，但服兵役是谁都逃不掉的，没办法，Craig还是被派到了越南，幸好的是，Craig没有成为披着全金属外壳的野战排中的一个炮灰，相反，他明智地选择了Corpsman的工作，就是救护兵。当时Craig的日常工作就是在后方的大野战医院中负责照看数百数千的伤员并决定谁先得到治疗，谁后得到治疗，恰恰就是这个残酷的工作不仅让Craig有机会从战争中存活下来，而且让Craig对生命的脆弱和生命的奥秘有了触及心灵的感悟。从越南回来后，Craig似乎是醍醐灌顶了一般，重新思考了人生方向，决定不在冲浪板上浪费生命了，而是重新接受教育。最后Craig在28岁的时候从牛校UCSD拿到一个学士学位。牛人一奋发，神都挡不住，拿到学士学位后短短三年（没错，是三年，不是五年），Craig又从UCSD拿到了博士学位。然后就是顺理成章的当教授，然后进入美国国立卫生研究院（NIH），走上了科研的这条道路。
Craig进入生命科学的时候，正好是分子生物学发展黄金期的前夜。那时候把生物的染色体的序列测出来就是生物学家的梦想。但是生物体的基因组都十分庞大，比如人的基因组有60亿的碱基，几乎相当于地球上人口的数量，要把所有的序列一个一个弄清楚，当时的科技手段是无能为力的。Craig当时觉得已有的办法非常的落后和无效，于是他就想如何可以快速地测出一段基因的序列。当时的科学进展已经让科学家明白了，尽管大部分生物的染色体很庞大，但其中可以编码蛋白质的序列只是一小部分，如果可以只测这些编码蛋白质的片段，那么整个测序工作量就会减少100倍甚至更多。带着这个想法，Craig做了一些先期工作，也取得了很好的结果，但是这个创新性的想法却没有受到老学霸的支持。坊间流传最广的一个段子就是DNA发现者，炸药奖得主Watson对Craig工作的评价是：“简单的连猴子都可以做。”（很打击人啊，还是一个炸药奖得主这么说，可以想象当时Craig的心里有多郁闷）
受到如此打击的Craig，再加上研究经费没有申请下来，一气之下，竟然一脚踢开了了有铁饭碗保障的NIH，自己开公司去了。不过Craig和那个和炸药奖失之交臂的倒霉蛋Douglas Prasher不一样（二胡:炸药奖，绿荧光蛋白，和一个半倒霉蛋的故事），都是早早因为经费问题从学术界退出，但最后的结果却截然不同。
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本帖一共被 1 帖 引用 (帖内工具实现)家园 创造生命还是山寨生命，这是个问题（完） 这个系列拖太久了，今天晚上加一下班，把它赶紧结束了。
话说这Craig的聪明绝顶的脑袋在想什么？当上帝去创造生命？那都是媒体的hype，行内人知道，Craig自己也知道，他的所谓的人造生命也就到此为止了，赚够了眼球后，这个方向再往下发展从技术角度讲已经不可能了。
08年，Craig突然宣称他要搞biofuel（生物柴油），而且他还放话说如果石油公司不赞助他，他可以从别的途径拿到钱。为什么Craig要点石油公司的名？实际上这就是欲擒故纵。结果呢就是大家都知道的爆炸性消息，一年后，石油大鳄Exoon决定注资6亿美刀到Craig的公司，用绿藻来制备生物柴油。
生物柴油是金融危机后炒的相当热的一个题材，普通老百姓都觉得这是个新科技，搞好了这个，摆脱了对海湾石油的依赖，美国又可以称霸世界100年了。但其实生物柴油这个概念和技术是相当老和成熟的。
外链图片需谨慎，可能会被源头改看到这辆80年代的奔驰老爷车了吗，它用的就是biofuel
但为什么最近Craig还可以拿这个题材骗Exoon白花花的银子呢？
在了解什么是biofuel前，我们先简单说说什么是石油。石油主要成分实际是各种长短不一的烷类分子的混合物
外链图片需谨慎，可能会被源头改烷类分子是很简单的，黑色的是碳原子，白色的是氢原子，
根据碳原子的多少可以分为甲烷（就是只有一个碳原子），乙烷（有两个碳原子），丙烷…。碳原子越多，化合物的气化点就越高，比如甲烷（就是沼气的主要成分）常温常压下是气态的，丁烷在常温下稍微加一下压就是液态的了，打火机里就是这个丁烷，但到了戊烷以后（就是大于5个碳原子的烷类）就是液态的。天然气是短链的烷类，而石油是长链的烷类分子，石油从地下采出来后，先用分馏法冶炼，比如100到200度左右，8到12个左右碳原子的烷类分子就气化了，这部分收集下来再液化就是汽油，温度再高一些，12到20个碳原子的烷类分子就被分出来，成为柴油，最后高温下出来的就是各位车里用的润滑油了，再最后就是各位搞生物的同学经常用到的paraffin了。
这柴油和我们日常生活用到的食用油好像八竿子打不到一块，但生物柴油就不一样了。我们先来看看食用油是什么
外链图片需谨慎，可能会被源头改食用油的主要成分是甘油三酯，就是上面这个东东，这里黑色的是碳原子，白色的是氢原子，红色的是氧原子。这个图和上面的烷类分子是不是很像，区别这里是三条烷类分子的支链被捆在了一起（科普为上，希望我的化学老师不要被我的描述气晕过去）。为了能让烧柴油的发动机可以烧这个食用油，我们就需要把这三条支链给解放出来。当然万能的化学家们早在几十年前就把这个分解过程研究的一清二楚了，实际方法也是很简单的，各位在家里都可以做，原材料可以在美国的各大超市买的到，基本上一天之内可以保证你从一升的食用油中提出一升的生物柴油。当然为了不让一些好奇心太重的小孩被家长打，我就不公开这个工艺流程了，不过如果哪位愿意做环保人士的话，可以给我私下发信询问。
生物柴油很容易做，成本也很低，现在用屠宰场的下脚料或地沟油（萨大提到日本就是这么干的）来制备生物柴油，最后价格可以控制在100美刀每桶，这个基本上就和真正地柴油的价格不相上下了。实际上，欧洲的同学开的柴油车中加的柴油中有5%到10%都是这种生物柴油。
既然生物柴油如此便宜，为何没有普及起来呢？原因很简单，没有原材料。毕竟屠宰场的下脚料和地沟油的供应是有限制的。要想增加产量，就要多养肥肉型猪，但这养猪本身也要消耗能量，食物，和空间，最终是不合算的买卖。于是科学家就开始想寻找一种能够快速廉价提供甘油三酯的办法。小日本是个能源奇缺的国家，所以上个世纪以日本为主搞了不少这个方面的研究，最后锁定了一种生物，就是绿藻。（在这里，我要严重鄙视一下中国的两大石油巨头，除了关心自己的钱包和在500强里的排名，还关心过啥别的 ）
外链图片需谨慎，可能会被源头改绿藻就是这种不起眼的单细胞生物
研究发现绿藻中有大量的甘油三酯（实际是绿藻的储备能量），在一些种类中甚至可以达到绿藻干重的40%。绿藻的好处是：首先你不用粮食去喂它，只要给它足够的日光，二氧化碳，水，和微量的无机盐，它就可以不停地生长分裂，制造甘油三酯。其次绿藻直接把空气中的二氧化碳转变成甘油三酯，并同时放出氧气，这样在制造生物柴油的过程中，又同时消耗了温室气体； 其三，绿藻中的甘油三酯被提取后，剩下的蛋白质可以作为食品添加剂和饲料来源，这样大家也就不用担心再会有黑心商人因为不愿意买饲料而去加三聚氰胺了。 上个世纪的推算表明，如果在欧洲如果绿藻的培养面积可以达到葡萄牙那么大，那么全欧洲就可以不用石油了，而且副产物绿藻蛋白质可以满足欧洲所有的蛋白质需要，这样的话，大豆和玉米都可以不种了，节省了耕地全部造公园，节省了水源造water park，如此一来，全世界面临的所有生存危机都似乎可以迎刃而解了。
但前景如此之好，为什么到现在还是没有一个国家大规模的采用绿藻来制备生物柴油呢？答案很简单，成本太高。由于现在已知的几种绿藻都有共同的缺点，比如细胞壁太厚，造成后期提取的困难，利用日光的效率不高，合成甘油三酯不快，储存甘油三酯不够多。这些问题造成现在从绿藻中制备生物柴油的成本一直在4,5百美刀一桶左右徘徊。商业是要讲究回报的，如果从绿藻中提取生物柴油不能把成本降到200美元以下，这个技术是没有前途的，毕竟这个世界是靠钱，而不是靠人的良心运转的。
现在全世界搞生物柴油的科学家最想拿到的就是一个好的绿藻品系，没有所有上述的缺点。这个梦想可以通过两个办法来完成，一是寻找一个新的绿藻品种，二是对已有的绿藻品种进行转基因改造。但可惜的是，我们对这个世界上的绿藻的了解还远远不够，完成全基因测序的绿藻只有几种，基因水平上的研究也才起步没多久。Craig这回可以拿到Exoon的钱，一方面是他用转基因衣原体和人类基因组测序证明里他在转基因微生物这个领域的权威地位，另一个原因就是Craig前两年用他的私人游艇做了一次环球旅行，
外链图片需谨慎，可能会被源头改能把自己的业余爱好和科研结合的如此紧密的也就是Craig这种牛人了
在这次为其两年的过程中，Craig他们采集了无数的海水样本，他们的目的是对全世界的微生物群落进行一次普查，并从中寻找对人类生产生活可以产生革命性影响的新物种。没有人知道Craig到底找到了什么新东西，但Exoon的6亿美刀似乎让我们嗅到了一些不寻常的东西，最后的结果是一个类似人造生命的噱头，还是一个造福子孙万代的新发明，让我们拭目以待吧。
家园 看照片背景象是在夏威夷。 看照片背景象是在夏威夷。而夏威夷大学生物工程也确实也有人在搞生物藻柴油。搞这个研究的教授目前已经和中石化（或中石油）在广东建了商业化的实验基地。所以，小小鄙视一下中国的两大石油巨头即可，哈哈。
家园 石油只是烷烃的混合物么？还是包括烯烃、炔烃？ 我大概记得应该表述成“碳氢化合物的混合物”，好像是。
家园 山寨有宝 恭喜：你意外获得【通宝】一枚
鲜花已成功送出，消耗 铢钱 1 个，可能得宝。可通过工具取消
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家园 工艺橡树村已经公布过了，大锅放氢氧化钾煮 家园 这可太好了：直接把空气中的二氧化碳转变成甘油三酯， 绿藻直接把空气中的二氧化碳转变成甘油三酯，并同时放出氧气，这样在制造生物柴油的过程中，又同时消耗了温室气体； 其三，绿藻中的甘油三酯被提取后，剩下的蛋白质可以作为食品添加剂和饲料来源，这样大家也就不用担心再会有黑心商人因为不愿意买饲料而去加三聚氰胺了。上个世纪的推算表明，如果在欧洲如果绿藻的培养面积可以达到葡萄牙那么大，那么全欧洲就可以不用石油了，而且副产物绿藻蛋白质可以满足欧洲所有的蛋白质需要，这样的话，大豆和玉米都可以不种了，节省了耕地全部造公园，节省了水源造water park，如此一来，全世界面临的所有生存危机都似乎可以迎刃而解了。前景令人欢欣鼓舞。非常感谢这个系列，可惜这么快就结束了。有下一个吗？
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家园 【原创】创造生命还是山寨生命，这是个问题 （续续之续） 开始这一章节前，先来个小花絮。当初Craig的基因组测序和NIH的基因组测序在DNA来源上是有所不同的。Craig开始计划用5个人（包括他自己）的DNA样本，后来就完全只用他一个人的了。所以第一个人类基因组草图实际上就是Craig个人的基因组草图。2001年刚公布的时候，这个序列还没有达到100%正确。一直到前两年，Craig的基因组序列才基本完善。结果发现Craig的基因中存在一些突变。比如，其中一个基因变异表明Craig的耳屎是油性而不是干性的（这个基因是小日本做的，他们关心的一些东西确实挺另类的）。但另一些突变就不那么好了，比如一些突变显示Craig极有可能得老年痴呆症，而另一些突变则表明Craig这个人具有反社会倾向（anti-social behavior，那Craig到底有没有反社会倾向，看官们这个应该有定论了吧）。
外链图片需谨慎，可能会被源头改这就是典型的anti-social的美国Teenager,
Craig还专门就他自己基因组的这些突变写了本书，预测了一下他今后的人生会是如何，书好像销路还不错。（商人就是商人，赚钱都赚的都这么潇洒）
有意思的是，Francis Collins （就是当年Craig的对手，现在NIH的大老板）也把自己的基因组测了一下（好像有点以公谋私的味道），结果发现自己很可能会得糖尿病，吓得老兄赶紧锻炼身体，一下减了二三十斤
外链图片需谨慎，可能会被源头改这张照片和时代上那张照片比Collins确实是瘦了不少。
好了，我们还是回来讲Craig的这个“人造生命”吧。最近Craig的“人造生命”已经被炒作的沸沸扬扬了。新闻媒体中诸如“里程碑”“科学上帝”之类的词语可以说是把普通百姓的八卦细胞撩拨的及其兴奋。于是，这幅图片马上在大众的脑子里冉冉升起
外链图片需谨慎，可能会被源头改奇怪的是，不管媒体怎么炒作Craig是科学上帝，作为God的正牌代言人梵蒂冈却没有出来发难，反而是梵蒂冈还专门开了个新闻发布会来给Craig站台，认为Craig此举并没有推翻上帝是造物主的宇宙第一准则。
尽管梵蒂冈对待科学一直采取煮熟的鸭子的态度，但这回，梵蒂冈确实没有说错。因为Craig确实没有“创造”或“人造”生命。Craig所做的最多就是“山寨”生命。
为什么二胡敢这么说。那我们先看看Craig的实验。
其实这个实验很简单：首先，Craig选了一个基因组很小的生物，衣原体。衣原体是常见的一种微生物，常见的沙眼就是衣原体引起的。这个衣原体的基因组有100万个碱基。由于有研究微生物的牛人Clair和Hamilton O. Smith在他公司里，所以这个衣原体的基因组序列他们早就测出来了； 接下来Craig根据这个基因组蓝图，在体外合成了1000段各长1000个碱基的小DNA片段，然后Craig采取了三步法，第一步，将10个连续的小DNA片段放到酵母细胞中，利用酵母细胞的DNA重组功能把10个小片段连成一个大点的片段（包含一万个碱基）；然后用同样的办法再将10个一万碱基的片段合成为10万个碱基的片段，最后再来一次，一个一百万碱基的DNA序列就拿到了。然后Craig他们把这个一百万碱基的基因组放到衣原体中，在衣原体分裂数代后，有一部分的后代就把本身的基因组丢失了，而只保留了这个“体外合成”的基因组。而就是这些衣原体后代被称作了“人造生命”。很明显，技术上将上，这确实是人造生命，因为所有的基因组都是在实验室做出来的；但实际上，这又不是人造生命，因为除了Craig人为加入的那些没用的水印外，所有有用的基因组信息都来自于衣原体本身。
看完这个实验，有点专业知识的同行应该都能看出来，实际是Craig利用的技术都是上世纪70年代就发现的技术。之所以之前没有人这么做过，一是因为上个世纪体外合成DNA片段只能保证合成几十个碱基不出错，而不像现在Craig可以合成1000个碱基。另外一个就是NIH根本就不会批准这样的研究，因为实用意义基本很小。
为什么说实用意义很小？
第一是成功率，由于现在体外合成DNA片段的上限也就是几千个碱基，把这些小DNA片段连成大的（尤其是连接1万个碱基以上的片段）必须依赖酵母细胞来重组，但酵母细胞在重组这些片段是也会出错或连错。Craig在实验中给出的数据表明他们最后拿到的一个无错的全长基金组的成功率是10万分之一。而且这个成功率是越来越低，比如如果要拿到一个1千万无错的基因组的成功率可能只有一亿分之一了。
第二，这个方法要受到酵母细胞的限制，现在这个100万个碱基基本上就是酵母细胞可以有效重组DNA的上限了，但现在对人类有用的生命形式的基因组小则几千万，大则几十个亿，用这个方法根本没戏。而且除了用酵母，也没有别的实用方法可以连接那么长的DNA片段了。
第三，这个方法只能应用在衣原体上，而且是没有细胞壁的一小类衣原体上。因为大部分细菌都有细胞壁，这个细胞壁决定就算Craig可以体外合成出一段全长的基因组，他也没办法把这个基因组放到细菌中。因为细胞壁一旦被破坏了，细菌也就完蛋了。
第四，这个方法只能用在原核生物上（就是细菌这种低等生物），对于真核生物（就是这个世界上所有的动物，植物）没戏。因为真核生物的最大特点是基因组外还包了一层特殊的脂膜，外源的基因组就算可以合成出来，也是没办法进入到里面的。
Craig这个实验的唯一意义就是证明了只要肯花钱，有足够的廉价劳动力，你就可以从零开始，按照“已有”的基因组蓝图，再山寨出一幅一模一样的基因组，但是这个山寨的基因组本身没有任何生命的特征，要让这个山寨基因组活下去，还要把它放进一个活的衣原体里，也就是“借尸还魂”。这么看下来，这个实验被八卦的意义其实是远远高于被应用的意义。
但话说回来，从Craig的这几十年的经历看，他每做一件事情都是有他的目的的，他往往会用一个小实验产生的噱头作为一个饵来钓市场上的一个大鱼（投资），然后他再用这个调来的鱼做一个更大的饵去钓另外一条更大的鱼。那这回，这个“人造生命"又可能是一个什么样的饵呢？