美國科學(xué)家使用計算機(jī)制造出"虛擬細(xì)菌"

撰文指出，他們首次利用計算機(jī)制造出了“虛擬細(xì)菌”，其能模擬微生物的生命軌跡和一舉一動。科學(xué)家們表示，最新突破或許有助于改進(jìn)人類對疾病的理解并為疾病找到新的療法。

《每日電訊報》在報道中指出，生物學(xué)和計算機(jī)科學(xué)的聯(lián)姻讓科學(xué)家們能借用計算機(jī)腳本模擬生命，這將讓人類大大受益，并有助于回答人類最大也最基本的問題“生命是什么？”。

“代碼腳本”首次讓生物和計算機(jī)“聯(lián)姻”

自古以來，當(dāng)兩種不同的科學(xué)思維碰撞在一起時，都會激起人們靈感的火花，讓人類做出更重大的科學(xué)突破，分子生物學(xué)的誕生就是如此。上世紀(jì)50年代中葉，研究遺傳學(xué)的生物學(xué)家開始同使用X射線研究物質(zhì)原子結(jié)構(gòu)的物理學(xué)家們合作，這場“聯(lián)姻”讓人類首次看到了DNA優(yōu)雅的雙螺旋結(jié)構(gòu)，分子生物學(xué)（在分子水平上研究生命現(xiàn)象的科學(xué)，主要通過研究核酸、蛋白質(zhì)等生物大分子的結(jié)構(gòu)、功能和生物合成等方面來闡明各種生命現(xiàn)象的本質(zhì)，研究內(nèi)容包括光合作用、癌癥的發(fā)生等各種生命過程）這門新興學(xué)科也在1953年順勢興起，將對人類自身和疾病的研究推到更高的層次。

無獨有偶，另外兩門科學(xué)也在慢慢靠近并相互結(jié)合。其中一個科學(xué)領(lǐng)域是生物學(xué)，主要專注于研究DNA指令，正是這些指令決定了活體生物是如何建立起來以及如何運(yùn)轉(zhuǎn)的；另一個領(lǐng)域計算機(jī)科學(xué)則專注于研究操作計算機(jī)運(yùn)行的代碼。

備受爭議的基因組研究先鋒、美國生物學(xué)家克雷格·文特爾目前是讓這兩門科學(xué)“聯(lián)姻”的積極推手，其實，奧地利的量子力學(xué)天才埃爾溫·薛定諤早在1943年提出的“代碼腳本”這一概念正是生物學(xué)和計算機(jī)科學(xué)結(jié)合的雛形。

薛定諤于1943年發(fā)表了一場具有里程碑意義的演講，在那場演講中，薛定諤提出了一個天才性的問題：生命是什么？薛定諤問道：一個受精卵如何能獲得“一些包含了該生物未來所有發(fā)育信息的代碼腳本。”為了回答這個問題，薛定諤提出，染色體就像“非周期性（大分子）晶體”一樣，是一種由同分異構(gòu)元素連續(xù)組成的非周期晶體，構(gòu)成其的原子具有一個復(fù)雜的非重復(fù)性的模式；他也描述了該大分子內(nèi)“原子排列有序的結(jié)合”像摩斯代碼中的劃線和點一樣，擁有建立微生物的指令。

這是科學(xué)家們首次對遺傳代碼進(jìn)行嚴(yán)肅的討論，盡管與很多同齡人一樣，薛定諤也曾錯誤地認(rèn)為，遺傳代碼被寫入蛋白質(zhì)而非核酸中。然而，基于他1943年的演講而撰寫的《生命是什么》這本書卻給了很多人靈感。其中包括DNA研究領(lǐng)域的開創(chuàng)者、DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)者之一吉姆·沃森和文特爾。文特爾在演講中表示：“薛定諤的‘代碼腳本’為未來的很多發(fā)現(xiàn)指明了方向。”

用計算機(jī)腳本模擬細(xì)菌

現(xiàn)在，文特爾正在撰寫他自己的代碼腳本——使用計算機(jī)設(shè)計基因組。他說：“我們正在嘗試?yán)糜嬎銠C(jī)，使用遺傳代碼合成出基因組，讓計算機(jī)科學(xué)和生物學(xué)完美地聯(lián)姻。”

實際上，計算機(jī)不僅能模擬生命，也能模擬活著的細(xì)胞。幾天前，為了幫助人類理解一個細(xì)胞的復(fù)雜性，斯坦福大學(xué)的馬庫斯·卡沃特領(lǐng)導(dǎo)的科研團(tuán)隊與文特爾的研究機(jī)構(gòu)攜手合作，制造出了虛擬的生殖支原體細(xì)菌，并再現(xiàn)了該細(xì)菌的整個生命循環(huán)過程。該細(xì)菌是所有細(xì)菌中最簡單的一種，它擁有已知的活體生物中最小的基因組，并且是第二種被排序的非共生微生物。1995年，文特爾對其基因組進(jìn)行了排序。

生殖支原體細(xì)菌目前已經(jīng)成為首個被詳細(xì)建模的微生物，科學(xué)家們使用128臺計算機(jī)，模擬出了其525個基因中每一個基因的詳細(xì)情況，也在分子層面繪制出了該細(xì)菌從DNA到RNA再到名為代謝物的小分子的情況。

科學(xué)家們表示，虛擬細(xì)胞和虛擬細(xì)菌將幫助他們厘清生命和疾病的本質(zhì)。當(dāng)人們談?wù)撃硞€“癌癥基因”時，其意思是，他們發(fā)現(xiàn)了一個基因，當(dāng)該基因出故障時，會引發(fā)癌癥。但是，當(dāng)人們詳細(xì)研究一個癌細(xì)胞時就會發(fā)現(xiàn)，體內(nèi)2.3萬個基因中的大部分基因都會受到影響，模擬基因組的整個工作情況，對于理解造成疾病的遺傳原因至關(guān)重要。

文特爾表示，用計算機(jī)來模擬生命、設(shè)計生命并“再現(xiàn)生命”，標(biāo)志著科學(xué)研究將跨入一個新領(lǐng)域，借此，人類會比以往更接近“生命是什么”這一終極問題的答案。

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