在本期《裸体科学家秀》中，我们探索合成生物学，找出如何学习和改进我们在自然界中发现的结构和系统。我们将会见一个学生团队，他们设计了一个生物传感器，赢得了国际基因工程机器竞赛(iGEM)，并了解如何构建定制蛋白质。在《厨房科学》中，我们将鸡蛋放入一些酶中，以了解生物洗衣粉的工作原理。此外，当看到熟悉的面孔时，大脑会做什么，转基因作物会增加抗性昆虫的数量，如何在实验室中产生对听力至关重要的毛细胞，以及生活在高海拔地区的西藏人与他们的低地邻居有什么不同的基因!
在这一集里
通过脑部扫描来识别面部识别
本周，来自加州的一组研究人员已经能够发现大脑识别人脸的那一刻。他们使用了被称为fMRI(功能性磁共振成像)的大脑扫描技术来做到这一点。
杰西·里斯曼(Jesse Rissman)领导的研究小组让他们的测试对象从图像数据库中查看数百张面孔。然后向他们展示一组新的面孔，其中一些已经出现在数据库中。当受试者看到这些新图片时，研究人员扫描了他们的大脑，看看是否发生了什么。
当受试者认出一张脸时，他们的大脑中会出现一种可识别的神经活动模式。根据发表该研究的《美国国家科学院院刊》(PNAS)，研究小组使用软件来识别这种模式，因为有相当多的神经元需要考虑。他们发现，当大脑识别人脸时，这种所谓的“神经特征”在所有的测试对象中都是一致的。所以很有可能，当任何一个人认出一张脸时，我们大脑的相同区域就会“亮起来”。
然而，有一个问题是，有时测试对象即使以前没有见过一张脸，也能认出这张脸。他们的大脑活动和真正的识别是一样的，所以如果你想对一个人检查警察队伍进行功能磁共振成像，它不能排除任何假阳性。扫描软件可以告诉你某人是否相信他们认出了一张脸，但这里的一个关键发现是，研究人员已经能够精确地确定当记忆被触发时会发生什么。
转基因增加了虫子的数量
科学家们发现，培育抗虫害的转基因作物品种可能会产生一种全新的虫子!
北京科学家陆艳辉和他的同事在《科学》杂志上发表文章称，在中国北方种植转基因棉花10年后，一种以前低水平的害虫——棉蚜，现在已经上升到突出位置，并成为一个严重的问题。
问题中的棉花已经被改造成产生一种由细菌产生的毒素苏云金杆菌(Bt)能杀死试图吞噬棉花的易感害虫，包括臭名昭著的害虫——棉铃虫，Helicoverpa armigera．
在中国，转基因棉花占棉花种植总量的95%以上。这反过来又转化为农药使用的大幅减少，但其中存在一个问题。
在引进转基因Bt棉花之前，农民定期喷洒棉铃虫，这也有杀死其他低水平害虫的效果，比如棉铃虫。但是，随着转基因棉花品种的引入和停止喷洒，研究人员发现，实际上不受Bt毒素影响的盲蝽的数量急剧增加。
但更重要的是，它们并不局限于棉花田。作为相当不挑剔的食客，它们也会传播并感染附近的其他当地作物物种。
这组科学家说，这表明“转基因作物的大面积种植可能对不同生物的生态状况带来各种(直接和间接的)影响，这应该以一种全面的方式进行评估或预测。”
为什么老鼠闻不到恐惧，却害怕气味……
研究人员发现，如果老鼠闻到捕食者的气味，比如猫、老鼠或蛇，它们会被这种化学物质吓得僵住。
来自加利福尼亚的一个研究小组发表在《细胞》杂志上，他们想知道这些捕食者是什么原因导致老鼠体内的应激激素水平上升，以及为什么它们会趴在地板上——即使捕食者看不见。
Lisa Stowers和她的同事发现，触发因素是尿液中的一组蛋白质，称为MUPs(主要尿蛋白)。地球上几乎每一种脊椎动物都分泌这些物质，但它们是有物种特异性的。老鼠鼻子的一部分对这些蛋白质非常敏感。
研究人员已经知道，老鼠的犁鼻器官可以从其他老鼠身上收集信息素，但它们对其他哺乳动物的信息素敏感的想法是新的。在他们的实验中，他们把犁鼻器官不活动的老鼠放在麻醉的老鼠旁边(这样老鼠就不会吃它们了!)因为老鼠闻不到这些MUPs，所以它们没有表现出恐惧的迹象。其中一只甚至蜷缩在老鼠旁边睡觉。因此，这表明老鼠本身的视觉奇观在识别捕食者方面不起作用。
因此，对猫、老鼠和蛇的气味的恐惧一定是与生俱来的，因为这些老鼠已经在实验室里饲养了近80年，在那段时间里很少有人见过蒂布尔斯先生。
现在听听这个:科学家制造了新的毛细胞
科学家们已经发现了如何诱导干细胞变成毛细胞的方法，毛细胞是内耳中将声波转化为脑电波的结构。
斯坦福大学研究员斯特凡·海勒和他的同事在细胞他首先通过添加Oct4、Sox2、Klf4和cMyc四个基因，将小鼠皮肤细胞转化为干细胞。然后将生成的细胞暴露在许多不同的生长因子中，用化学方法欺骗它们，使它们相信自己处于发育中的胚胎的某些部位。这促使细胞以高度特异性的方式特化或分化。最后，将这些细胞与从鸡内耳区提取的另一批细胞一起培养，使它们发育成完全成熟的毛细胞，与真正的毛细胞具有相同的机械敏感性。
每个人的耳朵里大约有15000个这样的细胞，在细胞的一端有细细的毛发状突起。在完整的耳朵里，这些毛发，被称为立体声纤毛，随着进入内耳的声波振动，产生神经信号，并将其传递到大脑的听觉区域。
不幸的是，这些细胞的相对稀缺，加上科学家们在尝试培养它们之前所经历的困难，意味着对它们的了解很少。
然而，三分之一的人在晚年会因为这些细胞的丢失或功能障碍而出现听力问题，因为人类和其他哺乳动物与鸟类不同，如果这些细胞丢失或受损，它们就无法再生。
但是现在，科学家们说，大量生产这种细胞的能力意味着，研究如何用化学方法保护这些细胞免受年龄或声音相关的损害，甚至如何替换它们，将变得容易得多。
“也许利用这种毛细胞新来源最有希望的策略是高通量筛选药物，以唤醒哺乳动物失去的再生毛细胞的能力，就像其他动物一样，”海勒说。
10个基因帮助藏族人在一万英尺以上茁壮成长
与犹他大学的塔图姆·西蒙森合作
本周还有一条新闻，研究人员发现了为什么喜欢高海拔生活的藏族人比生活在低海拔地区的藏族人更能忍受高海拔地区的低氧环境。事实证明，它们携带了至少10种独特的基因，使它们能够做到这一点。来自犹他大学的塔图姆·西蒙森告诉我们更多。你好,泰特姆。
塔图姆-你好。
克里斯:你能不能先告诉我们，做这项研究的原因是什么?你想知道什么?
塔图姆:我们对确定高海拔适应的遗传基础很感兴趣，有趣的是，几个研究小组已经做了一项出色的工作，描述了当地高海拔居民特有的一系列生理特征。这些研究表明，种群已经适应了这种极端环境，但遗传基础尚不完全清楚。
换句话说，在高海拔地区生活了很多代，这些人一定积累了某种基因变化，使他们比我更适应那里的生活。
塔图姆:完全正确。
克里斯:那么，你是如何处理这个问题的?
塔图姆:直到最近，我们才能够真正地观察我们的遗传密码，或DNA，通过观察DNA序列中的单个变化，我们可以识别出受我们所谓的自然选择影响的区域——这种想法是，这些变异在特定的环境中由于某种特殊的原因是有益的，并且代代相传，使个体得以生存。
克里斯:问题是人类遗传密码中有30亿个字母。在这种情况下，你如何把注意力集中在你认为可能重要的那一点上?
塔图姆:所以我们使用的方法是观察我们所谓的单核苷酸多态性(snp)或整个基因组中的标签，我们确定了基因组中表现出某种特征的块或区域。我们看到的自然选择的特征是，基本上，你有一个整个地区的人口迅速增长。这留下了一个特定的标志，我们可以观察并将其与基因组的其余部分进行比较。这确实是一个引人注目的信号，需要我们深入分析。
克里斯-换句话说，如果你把生活在西藏高海拔地区的人和世界上其他地方生活在高海拔地区的人进行比较，你就会在他们的DNA中寻找特定的热点，这些热点在西藏人身上一次又一次地出现，而在其他人身上却没有。这让你想到，在基因组的那个区域，一定有一些有益的变化帮助这些人在他们所处的地方生存。
塔图姆:完全正确，我们可以通过比较藏人与日本和中国人口的公开信息来做到这一点。
克里斯:这些人群可能很重要，因为他们在人类祖先方面与你所研究的人有相对密切的关系。
塔图姆-对。
Chris:所以你可以解决很多其他的变化。
塔图姆:没错，他们通常生活在低地地区，这是我们研究的关键。
克里斯-当你这么做的时候，你发现了什么?你有没有找到一些你认为能让这些人在我挣扎的地方生存下来的基因?
塔图姆:是的，正如你所提到的，我们至少鉴定了十个基因，有趣的是，其中两个基因实际上与西藏人特有的某种生理特征有关。这就是西藏人表现出血红蛋白浓度的事实，这与住在伦敦的人类似，所以有人在海平面附近。然而，他们在海拔4000米的地方。任何不适应的个体都会增加血红蛋白以补偿缺氧的环境。因此，当我们将我们选择的两个基因组区域与我们测量的血红蛋白水平进行比较时，我们发现其中两个实际上与血红蛋白水平下降有关。
克里斯-换句话说，如果我上升到很高的海拔，我会通过增加血红蛋白的量来补偿低氧。
塔图姆-对。
克里斯:这有助于我的身体获得更多的氧气，但也有负面影响，因为我的血液会变得更稠、更粘、更粘稠。因此，我更有可能有高血压、心脏病和中风等后果。
塔图姆-没错。完全正确。
但是西藏人没有?
塔图姆-但是西藏人不这样，是的。这个领域肯定需要更多的研究。我们知道这并没有发生，但它也可能是其他有利因素和选择的副作用，所以它们不需要增加血红蛋白，因为它们已经很有效了，也许是通过其他一些突变。
克里斯:我想，最后我想说，做这种工作的好处是，有些情况下，那些不住在海拔4000米以上的西藏的人血液中的含氧量很低;我在想那些肺部有问题，肺部感染，肺部有血块的人，也许他们的整个身体都暴露在低氧环境中，因为溺水或一氧化碳中毒之类的。因此，了解人们在这些环境中是如何自然应对的，可能会为我们如何开发医学疗法来帮助那些处于这种情况下的人提供线索。
塔图姆:是的，确实如此。所以，这些信息绝对可以帮助研究人员开发治疗方法，甚至是针对患有各种缺氧疾病或类似疾病的人的药物靶点。
克里斯-这就是你接下来要做的吗?
塔图姆:是的。我们确实希望向前发展。如果我们理解了为什么人们表现得很好，那么也许我们可以帮助那些在高海拔地区表现不佳的人。
克里斯-也许包括一两个登山者。
塔图姆:是的，那是真的。
克里斯-塔图姆，非常感谢。那是塔图姆·西蒙森。她来自犹他大学，她本周在《科学》杂志上发表了这项研究成果。
什么是合成生物学?
剑桥大学的Jim Haseloff博士
戴安娜:吉姆，合成生物学是什么意思?
吉姆:合成生物学的含义很宽泛，有些人可能会说它的含义很模糊，如果你在字典里查合成生物学及其定义，你会发现合成生物学有两种公认的含义，这也反映在该领域的活动中。所以合成的意思是人造的，衍生的和非自然的东西，有很多人在生物学中使用人工系统，因为它们不是来自自然界。但除此之外，你还知道了“合成”这个词的原意，来源于它的词根，它与构造有关，有人会说，合成生物学的主要努力之一就是建立新的技术来构造或重组生物系统。
戴安娜:那么，如果我们用生物学来建造东西，那其中涉及到什么样的学科呢?
吉姆:嗯，这是高度跨学科的因为你已经了解了所需的生物系统，以及这些来自工程的形式。因此，构建生物系统的理念是基于模块化的理念，拥有可以组合在一起的单个组件，粗略地说，就像乐高积木一样，它们是可以组合在一起的模块化部件。但同时，生物系统的复杂性与正常的人工制品的工作方式非常不同，人工制品可能是从上到下设计的，事物之间是相互连接的，但在生物系统中，事物是紧急的，事物有简单的基础，但正是相互作用建立了我们在生物系统中看到的复杂性，这也适用于人工制品。正是在那里，计算科学在我们对这些系统的理解中起着重要作用，不仅需要理解，也需要设计。
戴安娜:你能举几个例子来说明目前合成生物学的应用吗?
吉姆:这是一个非常新兴的领域，一个非常早期的领域，事实上，在某种程度上，iGEM竞争，这个基因工程机器的竞争你马上就会谈到它是这个领域的主要投入之一。这是不寻常的，因为它本质上是一场学生驱动的竞争，它是由人们聚在一起分享组件或模块的概念驱动的。你可以把这些简单的功能元素组合成更复杂的系统这个想法在生物学上是相当新的。作为一个领域，我们研究系统的基因工程已经有35年了我们操纵基本系统的能力有了相对巨大的增长。举个例子，用一种轶事的方式来看待这个问题，如果你用我们现有的那种理解，你可以让地球上任何两个生物学家把一些东西放在一起。任何两个分子生物学家都可以组装一个系统，如果你为他们定义的话。但他们会用完全不同的方式来做。每个人都会使用定制的技术来建造它，这与目前任何其他形式的工程都不一样。所以，合成生物学所要做的就是把规则和组成部分放在适当的地方，这些规则和组成部分允许你以一种常规的方式正式地组装系统，这是其他任何形式的工程学所采用的。
戴安娜-所以这不仅仅是生物化学。生物系统也是如此。你需要结合许多不同的系统去创造一个结果。
吉姆:当然，我想我们认为这些生命的特性是理所当然的，事实上，事物可以自我组织，自我维护，自我修复。它们是人们需要的一种属性，用来应对可持续资源方面的重大挑战，以及像可持续农业这样有生物基础的领域。为了能够重新设计系统，你需要这种非常不同的方法。
戴安娜:科幻小说喜欢写的一件事是生物计算机。计算机科学家目前是如何看待这个问题的?到目前为止都做了些什么?
Jim -主要的方法是采用这样的想法你可以有简单的组件还有涌现的概念你可以采用简单的基础它们不仅仅是指你可以组合在一起的部分，还包括构成系统的相互作用这些系统可能由简单的元素组成。归根结底，我们在这里讨论的这种生物学，与社会系统和经济系统有更多的相似之处。我们有复杂的行为和复杂的现象来自于局部的相互作用。在合成生物学的例子中，基因和基因产物之间的相互作用在更广泛的社会环境中——个体之间的相互作用。在一个社会里，如果你饿了，你就去拿食物，然后有人来填，因为他们需要自己去拿食物，这样他们就会为其他人提供食物。你有一种复杂的社会系统，围绕着食物，消费食物和社会，这是由这种非常简单的基本互动驱动的。这是一个粗略的类比，但在生物学中，你需要能够思考如何从这些简单的相互作用中组装这些系统——这些复杂的系统。计算机科学家拥有的工具允许人们处理这些复杂的相互作用，并着眼于设计自我组织。
戴安娜:所以，他们可以使用这些工具来查看组织，但是有人真的建立了可以存储比特、数据和二进制信息的东西吗?
Jim -嗯，有很多粗略的尝试将系统组合在一起来保留信息，比如遗传记忆和信息处理。所以从本质上讲，所有的遗传系统都是基于这样的想法:接受输入，提供输出。所以它本质上就像一个细胞或基因计算机。有很多小的例子，比如生物传感器，一个简单的输入，可能是一种化学物质的浓度，产生一个基因反应，产生一些输出，比如你可以看到的一种色素。
戴安娜:你觉得接下来会是什么?
吉姆:合成生物学的概念以及使用更正式的工程方法来操纵遗传系统的想法并不是以应用为导向的，而是一种全新的过程，一种看待生物系统并能够操纵它们的全新方式。我们这些在这个领域的人看到它可能会对我们正在发展的可持续技术做出重大贡献这些技术将以生物原料为基础取代我们目前处理环境的一些相当有害的方式并朝着可持续技术的方向发展。
戴安娜:嗯，一点植物肥料听起来肯定比我现在电脑上的600瓦动力装置好!
飞行员的血红蛋白更多吗?
克里斯-航空公司将他们的飞机加压到大约7000英尺的高度，所以比地面略高，因此，血红蛋白会有轻微的增加，但不是很大。可能不是生理上(换句话说，身体上)显著的影响。
如果这些飞机没有加压，在这样的高度飞行，当然，机上的每个人都会死。大多数飞机的飞行高度都在3万英尺以上。这相当于珠穆朗玛峰的顶峰，如果你没有补充氧气，你没有适应，那么你就会很快死亡。
所以答案是，当你去高海拔地区时，你会得到更多的血红蛋白来补偿血液中氧气的减少，但这与你在高海拔地区待的时间和你去的高度成正比。因为这些飞机飞得不是很高，也就是说，由于机舱内的压力，暴露在空气中的量是有限的，所以不会有非常大的影响，但可能会有一个小的影响。
26:49 - iGEM -国际基因工程机器竞赛
iGEM -国际基因工程机器竞赛
詹姆斯·布朗，艾伦·沃尔布里奇，维维安·穆伦
自2003年以来，世界各地的大学生(包括剑桥大学的学生)每年都会参加一项名为iGEM的合成生物学竞赛。这是国际基因工程机器的缩写。参赛团队实际上会得到一套生物碎片，包括DNA和一些基因序列，他们必须用这些来解决一个更大的生物学问题，然后让他们的解决方案在真正的活细胞中发挥作用。在前几年，研究小组已经让虫子闻起来像香蕉，甚至是闻起来很香的冬青，他们甚至建造了一个细菌砷传感器。Meera Senthilingam采访了去年的剑桥大学大肠chromi团队。他们设计了颜色变化大肠杆菌并赢得了比赛，她一直在研究他们是如何进入比赛的，以及他们从中得到了什么。研究生詹姆斯·布朗(James Brown)是参与研究的导师之一。
James - iGEM是麻省理工学院五年前发起的一个教育项目，它将不同学科的学生聚集在一起，特别是生物科学专业的学生和工程专业的学生一起思考我们在21世纪面临的一些新挑战。这些团队的规模一般从6到12名本科生不等。他们被赋予了一组生物部件。这是他们在夏初运送的DNA片段，由一系列开关和珊瑚和水母的荧光蛋白组成。所有的基本组件都是由以前的团队在过去的夏天里设计和建造的，然后他们不仅要创造自己的组件，还要用这些基本组件拼凑起来，构建模块化的生物系统。
米拉-谢谢你，詹姆斯。E. chromi团队由四名生物学家、两名工程师和一名物理学家组成。和我一起的是生物学家薇薇安·马伦。薇薇安，跟我说说E. chromi吧。那么它到底是什么，它到底是做什么的呢?
E. chromi是我们今年夏天开发的项目。基本上，它是一种细菌生物传感器。我们制造了一种细菌，它能够感知污染物的存在，比如重金属，然后根据这种化学物质的浓度改变颜色。
米拉-这个生物传感器是由什么构成的?
薇薇安:所以它由三个部分组成，这是DNA部分。第一部分是重金属传感器，基本上包括一种蛋白质，当化学物质存在时，它会与DNA结合。当它这样做的时候，它会产生输出，所以在一个简单的系统中，它会直接产生颜色的输出。但是在我们的系统中，我们还有一个叫做灵敏度调谐器的东西。我们有重金属传感器，然后引起一种蛋白质的表达，然后与另一段DNA结合，然后输出颜色。所以基本上，使用这种蛋白质和另一段DNA的不同组合，我们能够改变原始重金属传感器的输出阈值。
米拉:所以基本上，你可以测试不同浓度的特定化学物质。
薇薇安:是的，然后你实际上会有一个可见的输出和多种不同的颜色，这取决于你如何设计系统。
米拉-这些都被植入了什么细菌?
薇薇安-所以这是大肠杆菌这是我们使用的标准主机。
Meera - iGEM的主要目的是汇集生物学家，工程师，所以不同科学领域的人。这是Alan Walbridge他是团队的工程师之一。艾伦，你对这个项目有什么贡献?那么你认为你的关键作用是研究E. chromi是什么时候开发出来的?
艾伦:所以我们在这个项目中引入了数值分析。所以我们在看基因表达一个简单的测量方法就是使用荧光蛋白因为我们知道荧光蛋白不会很快衰减，如果我们看一下荧光的变化率，我们可以相当肯定它对应于荧光的产生速率然后是特定点上的基因活性。因此，通过大规模分析，在不同浓度下，我们能够计算出这种基因活动。
Meera:从本质上讲，你是在看项目中涉及的数据和实际数字，以了解它的有效性。
艾伦:是的，没错。
米拉:薇薇安，你能总结一下这个项目的生物贡献吗?
薇薇安:所以我们能够做实验室工作，然后带来一些生物刺激物来解释工程师们提出的数据集。
Meera:那么这种设计的目的是什么呢?这有什么希望或潜在的应用?
薇薇安，我们团队的一名成员，她今年就要毕业了，她会留下来，把这些部件搬到另一个主机上，所以我们在那里工作大肠杆菌但是，对于这种设计的应用，其他宿主可能会更有用，然后实验室的其他成员正在努力将其转移到植物中。
Meera -如果进一步开发，会有哪些潜在的现实应用?
薇薇安:所以我们项目的重点是解决水污染问题。我们想开发一种真正方便用户使用的技术，任何人都可以用它来测试水是否被污染，是否可以安全饮用。
Meera:最后，我想这个项目的一个关键部分就是把各个学科混合在一起。你觉得你们对彼此的学科都学到了什么?
薇薇安:所以我学会了如何像工程师一样思考，不是去思考这个在自然环境中会做什么，而是我们如何在一个系统中使用它和其他部分，以及我们如何将它们拼凑在一起。那真的很有趣。
米拉:那艾伦呢?
艾伦:就像我说的，我进入这个行业时几乎没有什么生物学经验，但我学到了很多关于细菌如何工作的知识，通过整个夏天的实验室工作，我觉得我现在已经有点像一个生物学家了。
克里斯:我自己也想参加。听起来很棒，很有趣。那是艾伦·沃布里奇，在他之前是薇薇安·穆伦。他们都是剑桥大学的学生，也是去年iGEM竞赛的获胜者。你们也听到了团队主管和研究生詹姆斯·布朗的声音。他开始说话，他们都在和米拉·森蒂林甘聊天。看看iGEM的网站，看起来他们预计今年将有180个来自世界各地的团队参加，所以它肯定是蓬勃发展的。
提高酶
布里斯托尔大学的罗斯·安德森博士
克里斯:合成生物学的一个主要目标是，科学家们不是依靠自然来得出所有的答案，相反，我们希望能够利用自然已经创造的东西，并使其在某些工作上做得更好，布里斯托尔大学的罗斯·安德森博士正在努力做到这一点。
基本上，我想做的是从零开始创造一种酶。酶是一类蛋白质。蛋白质是一种分子聚合物，我们称之为氨基酸。它们是蛋白质催化剂。它们执行并加速化学反应，酶催化的种类繁多，比如光合作用，制氢。有大量的反应对我们来说是非常有益的，比如利用太阳能来产生氢气。那会非常非常吸引人。
克里斯-所以这些是大自然的催化剂……
罗斯-是的。
克里斯-…没有它们，维持我们生命的化学反应就不可能发生。听起来大自然做了一件很棒的工作。我们为什么需要你?我说这话是出于好意。
罗斯:在研究蛋白质这么多年之后，我们仍然对如何在蛋白质中构建功能知之甚少。所以我们对酶的工作原理有了比较好的了解，但到目前为止，我们还不能从头开始制造酶。我认为我们的理解存在很大的差距——如果我们不能从零开始创造一些东西，我们如何真正理解它?这就是我的出发点，我认为如果我们能利用大自然的工具箱，那么我们就有了各种各样的可能性。另一件事是，通过进化，这些蛋白质是如何进化的，如何被自然组合在一起的，在某种程度上，我们失去了这段历史，我们没有看到这些蛋白质在进化过程中所承受的选择压力。
Chris:换句话说，我们看到的是成品，而不是正在开发的产品，这使得我们很难首先了解这些东西，这些微型机器是如何工作的。
罗斯:没错。所以我们看到一种蛋白质已经进化了几十亿年，然后我们想以某种方式改变它以满足我们自己的需求，我们遇到的问题是，这就像，举个例子，把一辆法拉利变成一辆公共汽车。基本要素是相同的;一个引擎，一个轮子，但是你知道，用这种特殊的方式来实现它是非常复杂的。
克里斯:继续，给我们举几个你一直在做的事情的例子。
罗斯:氧结合蛋白就是一个例子。我们称它为人造肌红蛋白或神经红蛋白我们所做的是从一个非常通用的序列开始，所以我们从一个由100个氨基酸组成的蛋白质开始，但是只有三种不同的氨基酸组成了这100个氨基酸。所以我们知道它折叠成一个对我们有用的特殊结构然后我们依次添加功能，所以我们取了一个存在于血红蛋白和肌红蛋白中的分子。它叫做血红素，我们把它插入蛋白质内部。之后我们所做的就是改变蛋白质的序列这样氧气就能进入血红素分子并进行可逆的结合。这实际上是第一个从头开始构建具有这种特殊功能的蛋白质的例子。
克里斯-这些都是在体外完成的吗?换句话说，你在一个培养皿中人工制造这些东西，或者你实际上可以在这个阶段说，“这就是我想要的蛋白质所以我可以计算出基因序列然后我可以做出那个基因序列，然后说，把它放入大肠杆菌或者酵母之类的东西来给你做。”
罗斯:现在两者都有。通常情况下，我们从一个我们非常喜欢的蛋白质序列开始，然后在体外合成它。现在有相当不错的系统，有点像一个机器人，它会为你建立蛋白质序列。但它们非常昂贵，所以我们倾向于订购人工基因，现在非常非常便宜。然后我们得到大肠杆菌或者像你说的，酵母为我们制造蛋白质。一般来说，我用的蛋白质，我得到大肠杆菌来制造它们最终会变得非常便宜。
克里斯:做这种事有什么风险吗?
罗斯-以我的工作，我觉得不行。我们插入的基因大肠杆菌是完全良性的，当然，它不会改变毒性有多大大肠杆菌对我们来说。所以从这个意义上说，不，我个人做的事情真的没有风险。
克里斯:展望未来，假设我们可以制造定制的蛋白质，会在治疗和工业上都有应用吗?你能不能从这些疾病中找出一些人因为自己的蛋白质形状错误而患上的疾病，然后制造一种对他们更有效的蛋白质，然后把它放进去?
罗斯:是的，当然。这就是未来将要发生的事情。我们还处于整个领域的起步阶段，尽管它已经运行了大约10到15年。并没有很大的进展。主要是因为并没有那么多的团队参与其中。但在未来，我们肯定会看到针对体内折叠不当的蛋白质的靶向治疗。此外，针对癌症的定向治疗，例如，我们可以制造抗体沉默蛋白，使其进入并进行杀死癌细胞的反应。工业是我的工作更适合的地方。在未来，在没有原油的情况下，我们将不得不寻找其他燃料来源，其中一个很大的兴趣领域是从甲烷中制造甲醇。同样，大自然在虫子身上做得很好，但当我们试图处理特定虫子外部的蛋白质时，它们不太适合工业过程。 So what we're really trying to strive for is a cheap form of catalyst that we can just grow, essentially.
合成生物学会被用来制造危害吗?
我们向剑桥大学的Jim Haseloff博士提出了这个问题:
吉姆:我认为，就像许多技术一样，有不同的应用，当然，正如人们所看到的，人们对恐怖活动和其他潜在危险的担忧，人们非常担心技术的滥用。例如，最近该领域强调了这样一个事实，即这些合成生物学技术可能产生不同类型的、更极端的风险，需要加以防范，
克里斯-我记得大约七年前，有人决定重新组装脊髓灰质炎病毒的基因组使用他们在网上购买的遗传物质片段来证明这是有可能做到的。我想，更进一步，你可能会做一些相当讨厌的事情，考虑到现在做这些事情是多么容易。
吉姆:是的。事实上，DNA合成已被确定为主要的潜在危险之一——例如，人们可以重建可能致病的元素。最近，主要的DNA合成公司达成了一项国际协议。所以每个提交合成的序列现在都经过审查。所以，我不是说不可能，但在这一点上，故意为病原体设计一个新的DNA序列可能非常困难。
克里斯:但是如果你把这些片段做得很短，他们就不会知道了，对吧?如果你从很多不同的公司订购，然后用很多小块把它们缝在一起。这可能需要很长时间，但这些人很敬业。他们想做他们想做的事，如果他们想绕过这个系统，他们会找到办法的。
Jim -我认为DNA元素的独特之处在于它的体积非常小要大规模地制造是不现实的，即使是最小的病毒也很难用这种方法制造出来。
如何改良植物使其具有抗虫害能力?
我们向剑桥大学的Jim Haseloff博士提出了这个问题:
吉姆:有机农民实际上使用细菌，苏云金芽孢杆菌，这种细菌有一种蛋白质，可以影响特定昆虫的肠道，当然，这种蛋白质被编码在基因中，然后可以通过基因工程技术将该基因转移到植物中。所以它本质上是一种外科手术，用一种天然细菌分离出特定的基因，将其转移到植物中，然后一旦它在那里，它就被用作繁殖的基因。
Chris -所以根据合成生物学，我们可能会说"与其从细菌中提取毒素，不如研究我们想让植物抵抗的有机体，然后找到我们自己的方法让植物抵抗"然后把一些特定的东西放入植物中这将比细菌毒素对我们的作用更好。
吉姆:从长远来看，这当然是可行的。我认为目前最重要的是利用现有的系统进行更好的工程设计，从我们所知道的生物世界中现有的部分重新安排它们在内部的传递，比如一个作物系统，你可能会解决一些问题我们之前在节目中讨论过的一些昆虫对这些非常特殊的毒素有免疫力，可以逃脱。所以你可以想象第二个元素来处理这个问题。
植物突变会传染给人类吗?
我们向剑桥大学的Jim Haseloff博士提出了这个问题:
吉姆——我想可以肯定地说不。从植物到人类的水平转移过程需要某种载体，某种转移方式我当然不知道有什么方法，
为什么转基因种子应该是不育的?
我们向剑桥大学的Jim Haseloff博士提出了这个问题:
吉姆:我认为这是一个非常有趣的问题，关于合成生物学，我们很多人都在努力实现这个想法，即转向基于部分的改良生物系统，这些部分可能是开源的，技术非常便宜，所以发展中国家当然有可能获得技术，这些技术可以直接进入重要的可持续技术。目前的生物技术模式涉及保护元素，并防止其他人在未经许可的情况下使用它们。因此，这种保护或去除种子生育能力的想法可以从生物安全的角度考虑，但也可以从限制使用的角度考虑。所以，我认为这不是科学家的问题，而是社会的问题。
我们对石油降解细菌了解多少?
我们向剑桥大学的Jim Haseloff博士提出了这个问题:
Chris:这是一个与墨西哥湾发生的事情非常相关的问题。
吉姆:是的，第一批获得专利的生物体之一(这是另一个有争议的问题，你是否可以申请专利)是一种微生物，它具有改进的石油降解特性，所以，很明显，合成生物学方法的吸引力在于你可以把你在自然界中发现的一些多样性转移到生物体中，用于更具体的目的。
换句话说，就是把细菌变成可以吃油的东西，从而帮助清理油污。
为什么我们有血型?
我们向伦敦大学学院儿童健康研究所的读者Kenth Gustafsson博士提出了这个问题……
肯斯-有许多不同的血型系统，或者应该被称为历史血型系统，然而，我们通常认为的主要的人类血型系统是ABO系统。现在，我想可以肯定地说，大多数血型领域的人认为ABO系统是在我们与病原体，换句话说，细菌和病毒相互作用的过程中发展起来的。基因控制的ABO血型存在于大多数人的胃和肠中。
戴安娜:所以在血细胞上发现的ABO抗原也会在肠道的一些细胞上发现。
这就导致一些细菌把它们当作受体——可能只是停留在那里，甚至通过这种途径进入人体，因此对其中一些产生了偏好。比如霍乱，弯曲杆菌，大肠杆菌157还有一些病毒，比如诺如病毒会导致肠胃炎。但并非同一物种或种类的所有细菌或病毒都必然与同一类型的ABO结合——同一细菌种类内的不同菌株可能以不同的亲和力与不同的ABO血型结构结合。很明显，除了人类，其他灵长类动物，也有ABO血型系统，所以它可能在灵长类动物分化之前就发展起来了。而且，在其他哺乳动物中也有非常相似的血型系统，例如，众所周知，牛有许多不同的血型系统。
戴安娜:所以，拥有特定的血型可以为你提供一些保护，抵御特定的病原体。肯斯还补充说，一些细菌和病毒会选择它们上一个宿主的血型，这样当它们入侵一个不同血型的新宿主时，新宿主的抗体就会识别并攻击它。
- 以前的藏人基因让呼吸更轻松
- 下一个炸弹和细菌
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