全基因組合成技術可能治療遺傳疾病？

在新冠疫情全球大流行的初期，中國科學家就迅速完成了新冠病毒的測序工作，並將基因序列上傳到了公開的遺傳物質資料庫。緊接著，瑞士的一個科研小組迅速合成了整個基因組並依此製造出了病毒。這就像是直接把病毒樣本傳送給瑞士的實驗室一樣。

因此，歐洲的科學家根本不需要經過漫長而嚴苛的實體病毒寄送過程就能開展研究。這樣的速度就是全基因組合成技術推動醫學和其他領域發展的一個例證。

可以說，全基因組合成是正在蓬勃發展的合成生物學的又一次延伸。研究人員可以使用軟體設計基因序列，合成後再匯入微生物體內。也就是說，研究人員可以對微生物程式設計，實現某些特定的功能，比如讓細菌合成某種新型藥物。到目前為止，科學家只能對基因組進行輕度編輯。但隨著基因合成技術和設計軟體的進步，科學家將有機會合成更大的遺傳物質片段，對基因組進行更深度的編輯。

從2002年開始，科學家就在嘗試合成小型病毒的基因組，比如由7500個核苷酸編碼的脊髓灰質炎病毒。與合成冠狀病毒一樣，這些人工合成的病毒基因組在科學上有特殊的意義，能幫助科學家弄清相關病毒是如何傳播並引發疾病的。有些合成病毒還被用於疫苗生產和免疫療法。

設計包含數百萬個核苷酸的基因組（比如細菌和酵母菌的基因組）已經變得越來越容易。合成這樣大小的基因組能把微生物變成工廠，這座工廠不僅能夠生產藥物，還能生產其他產品。比如，它們可以被設計為持續生產某些化學物質、燃料和新型建築材料的工廠。而生產原材料也只是非食物類的生物質，甚至是被看作廢氣的二氧化碳。

很多科學家還希望能夠合成更大的基因組，比如來自植物、動物和人類的基因組。要實現這一點，我們還需要加大對設計軟體（很有可能使用人工智慧）、合成裝置和組裝裝置（能更快、更廉價地合成和組裝長DNA序列）的投入。如果資金充足，在近10年內就有可能實現合成包含數十億個核苷酸的基因組。

對此，科學家已經設想出了很多值得期待的應用場景，比如設計能抵抗病原體的植物，極其安全的人類細胞系（可以不受病毒、癌症和輻射的影響，因此可以用於開發細胞療法）。在未來，隨著技術的發展，科學家一定會掌握合成人類自身基因組的能力，這或許可以讓醫生治療幾乎所有的遺傳疾病。

當然，全基因組工程也有可能被濫用，比如用來製造生化武器或者製造可以產生毒素的病原體。科學家和工程師需要設計一套綜合性的生物安全過濾機制，透過一系列現有技術或是新興的技術對威脅進行實時檢測和追蹤。調查人員也需要發明能快速規模化的檢測策略。
更重要的是，世界各國政府需要達成比現在更深入的合作。2016年成立的基因組編寫計劃(The Genome Project-write)將負責搭建這張安全網。

文章摘選自《環球科學》