研究员用基因改良微生物:有助于人类实现太空殖民化

　　美国宇航局及其它机构的研究人员正在积极基因改良微生物，使它们具有帮助人类在地外星球生存的许多功能。

　　新浪科技讯 北京时间8月7日消息，据国外媒体报道，当人类在浩瀚宇宙中寻找地外生命时，我们可能遇到的多数“外星生物体”是我们携带到太空的微生物。美国宇航局及其它机构的研究人员正在积极基因改良微生物，使它们具有帮助人类在地外星球生存的许多功能。

　　数千年以来，人类一直坚持不懈地利用微生物为我们带来益处。过去我们曾用微生物制作面包、啤酒和奶酪，近代科学家利用微生物制造药物，为农作物提供肥料，甚至制造生物燃料。

　　合成生物学作为新兴领域有望促进微生物为人类带来更大的益处，基因编辑技术的进步使科学家再次编辑改良微生物基因，从而实现一些全新奇特的功能，例如：产生自然界中没有的化学物质；充当生物传感器，甚至进行计算处理。

　　微生物的多样化功能引起了美国宇航局的关注，特别是当美国宇航局规划火星任务的时候。太空探索面临的一个重大挑战是将人类和维持生命的物资发送至太空的巨额费用，而在远离地球的长期太空任务中，则需要花费数月时间发送新的物资。令人担忧的是，药物和食物等物资会随着时间的推移而逐渐降解，所以即使我们的太空舱有充足空间运载，它们也不会持续保存很长时间。

　　这就是为什么美国宇航局正在研究使用微生物制造重要营养物质和地外建筑材料的原因，关于营养物质的设想是一种装有可产生特殊营养物质的基因改良细菌的“加水包”，研究人员已经用转基因酵母证实了这一概念，这种酵母可以产生“玉米黄质（zeaxanthin）”——一种对视力健康非常重要的营养物质。

　　对于建筑材料，研究人员的目标是使用物理和化学方法将二氧化碳（大量存在于火星大气层）转换成简单的有机分子。之后基因改良微生物可以使用这些有机分子制造塑料、纤维和其它类型的原料，用于结合3D打印机制造栖息地、工具和零部件。

　　美国宇航局并非唯一试图将微生物实现太空应用的研究机构，美国加州大学伯克利分校研究人员正在基因设计微生物，能够使火星土壤更适宜植物生长。

　　当美国宇航局“凤凰号”探测车在火星表面探测到高含量高氯酸盐（perchlorate）时，科学家在火星种植农作物的希望遭受重大挫折，高氯酸盐是一种对生物体有毒的盐物质。目前加州大学伯克利分校研究小组正在基因改良一种微生物，它能够减少火星土壤中的高氯酸盐，同时可以增加有助于植物生长所需的氨。

　　美国麻省理工学院研究人员不仅专注于空间应用技术，还研发了一种合成生物系统，能够按需定制药物。他们没有使用整个生物体，而是冷冻干燥DNA部分和其它生物分子放入一种可再水化球芯中，从而开始制造药物。

　　这种便携式系统可用于设计处理一系列疾病的抗体，并且所用成本费用仅是传统方法的一小部分，可再水化球芯能够在室温条件下运输，并不需要任何专业技术。

　　虽然这些项目正在研究之中，但其他研究人员仍在展望未来。2015年，美国宇航局和加州大学伯克利分校的研究人员在《英国皇家学会界面杂志》上发表一篇论文，概述了使用微生物支持人类在地外星球上的潜在生存机会。其中不仅有制造建筑原料、药物和营养物质的项目，还有一些更大的计划，例如：基因改良微生物制造酸物质，从而可以从岩石中提取有价值成分，用于制造生物胶，可以将火星灰尘粘合在一起形成建筑砖。

　　同时，研究人员表示，当前有一定空间制造一个闭环系统，在该系统中所有废物都会被微生物循环利用，从而制造有用的副产物。基因改良微生物燃料电池可以在产生电能的同时，从废水中提取氮和磷等有用化学物质。

　　用于堆肥固体废料的细菌可用于制造一氧化二氮，这是一种潜在的火箭燃料。如果我们能够让微生物在栖息地的墙壁上繁衍，那么它们就能循环二氧化碳成为可呼吸氧气，并提供一层自愈合的辐射保护层。

　　进一步着眼于未来，研究人员假定这些合成生物体将结合在宇宙飞船和殖民地的控制系统中，作为一种生物传感器和生物控制器，可以帮助他们发现和处理高剂量辐射，控制其它合成有机物调节过程。

　　不过这仅是科学家的一些空想，在这些应用具体实现之前，仍需克服许多重大挑战，尤其是一些理论上似乎可行的情况下，我们在地球上还没有工具具体实现。在恶劣的太空环境中或者当前不适应居住的行星表面，更加难以实现。

　　在地球上最不适宜生存的地点（例如：深海热液喷口或者北极冰层之下）生存的极端微生物（Extremophile microbes），能向合成生物学家提供指引，帮助他们基因设计生命更顽强的生物体。但是将这些特征无缝结合制造重要化学物质的能力或者进行有用研究工作，并非一件简单的事情。

　　迄今为止，我们所知道的任何生物都无法适应地球之外的任何引力环境。对进入太空的微生物实验表明，大多数生物进入关闭非必需系统的损害控制模式，这很可能包含合成生物学家引入的基因改良途径。理解引力影响微生物的不同等级很难进行测试，因为太空中进行实验的成本费用很高。

　　但是伴随着CRISPR等制造合成生命体的新兴技术和方法的出现，将加快该领域的发展速度，有望很快克服这些挑战。这不仅有利于登陆其他星球的早期宇航员，还对生活在地球上的人们带来更多益处。

　　虽然这一解决方法不能“立竿见影”，但是生物学家仍不断地研制合成生物技术，试图解决太空旅行问题，并带来地球上具有革命性的影响。他们的研究包括：实现个性化医疗、吸收大气层中的二氧化碳，以及“零废物”的生活方式。（叶倾城）