把一个物种转变为另一个物种

为了向“合成生命”再迈进一步，文特尔决定将丝状支原体的基因组向山羊支原体移植。对“蓝色菌落”的测序结果表明，所有的序列都只与移植到受体细胞的丝状支原体基因组相匹配，文特尔和他的团队成功地实现了整个基因组的移植，完成了“不可能完成的任务”。

LIFE AT
 THE SPEED
 OF LIGHT

从一种处于危机中的旧范式过渡到一种新范式的过程，不仅仅是一个积累的过程，这不是靠对旧范式的进一步阐释和推广就能够实现的。恰恰相反，这个过程涉及该领域在新的基础上进行重建，这种重建将改变该领域的某些最基本的理论以及许多范式方法和具体应用。在过渡时期，会产生一大批问题，既能用旧范式解决，也能由新范式解决，但这些问题之间绝不会完全重叠。然而，解决方法之间存在决定性的差异。当过渡完成时，领域内的研究人员就会彻底改变研究目的、研究方法和对该领域的根本认识。

——托马斯·库恩

如果让我在一项研究、一篇论文或者一个实验结果中进行选择，到底哪一个对我理解生命更有价值，那么我会毫不犹豫地选择以下这项研究：《细菌中的基因移植：把一个物种变为另一个物种》（Genome Transplantation in Bacteria：Changing One Species to Another）。基于这项研究的论文发表在2007年的《科学》杂志上。

这项研究不仅塑造了我对生命的看法，而且也为创造出第一个合成细胞奠定了坚实的基础。基因组移植不仅为完成惊人的转型提供了一个可行的途径，而且也有助于证明DNA就是生命的软件。

历史上的细胞核移植

从科学史的角度上，我们提出的这个“细胞核移植”概念是有前身的。在苏格兰爱丁堡附近的罗斯林研究所，伊恩·维尔穆特（Ian Wilmut）领导的一个研究团队曾经根据类似的概念克隆出一只名为“多利”的绵羊。一个包含了来自一只成年绵羊乳腺细胞DNA的细胞核被移植到了一个已经被抽走了细胞核的卵子中，从而有效地让乳腺细胞DNA返回到胚胎状态，其结果促使“多利”羊的诞生，这项成就在1997年成为全球头条新闻，因为“多利”是从成年羊的乳腺细胞中创造出来的。这只克隆羊取名为“多利”，是借用了一位天赋良好的歌手多利·帕顿（Dolly Parton）的名字。在克隆羊“多利”诞生之前，人们一直认为，利用从一个成年生物体中提取出来的细胞生产出克隆体是绝不可能做到的事情。罗斯林研究所之所以能够取得成功，依赖于许多因素，从对细胞生命周期理论的理解到实际采用的技术手段，例如在保护性琼脂的庇护下保护重构的胚胎。然而，正如许多人所知道的那样，“多利”并不是第一个克隆体，也不是第一只克隆羊。

细胞核移植的历史实际上可以追溯到1938年，当时极具创造力和影响力的德国胚胎学家汉斯·施佩曼（Hans Spemann，1869—1941）发表了第一个细胞核移植实验的结果。施佩曼是被他称为实验胚胎学或者“发育结构学”这门学科的开拓者，由于他的巨大学术贡献，他于1935年被授予诺贝尔奖。施佩曼与希尔德·曼戈尔德（Hilde Mangold，1898—1924）一起在蝾螈身上进行了第一个细胞核移植实验。蝾螈卵子很大，而且很容易操作，所以成了一个非常理想的实验对象。施佩曼在1938年出版了他那本里程碑式的著作——《胚胎发育和诱导》（Embryonic Development and Induction），这本书中描述了他的实验是如何依赖灵巧地运用显微镜、镊子以及有可能是从他女儿玛格丽特头上扯来的一根纤细的头发的。

施佩曼把头发当作“套索”，在双目显微镜的帮助下把一个刚刚受精的蝾螈卵子分开，“创造”出一个哑铃形的胚胎。这个“哑铃”的一侧是包含DNA的细胞核；而另一侧则是只包含细胞质（实际上包含着所有被细胞膜包裹着的除了细胞核之外的物质）。记住这一点非常重要，施佩曼最初是受到了奥古斯特·魏斯曼在遗传学上研究工作的启发。魏斯曼强调，“众所周知，遗传的秘密全隐藏在细胞核内”。细胞核在经过4次分裂后，发育成一个含有16个细胞的胚胎，这时候，施佩曼松开了头发，并且允许其中的一个细胞核进入到原先被隔离开来的哑铃的另外一部分，让这个更为成熟的细胞核与卵子原来的物质相结合形成一个新的细胞。然后他再次收紧了头发，并且把它分隔成了两个胚胎。这样一来，施佩曼也就证明了，细胞核在经过4次分裂后，仍然能够变成任何类型的细胞。利用这种方法，施佩曼创造了一个克隆体。从遗传学角度看，这是一个只比另一个“年轻”一点点的完全一模一样的复制品。

施佩曼把这一过程称为“双生”（twinning）。这个胚胎，作为在实验室中利用细胞核移植的方法创造出来的第一个动物克隆体而被载入史册。施佩曼还想更进一步，提出了一个“异想天开的实验”的设想——利用一个成年的细胞来做同样的事情，但是如同他之前许多人一样，施佩曼出于对生命发展奥秘的敬畏而踟蹰不前，他认为克隆不仅仅取决于物理和化学。

在接下来的十年里，施佩曼的挑战引起了费城兰克努医院研究所研究人员罗伯特·布里格斯（Robert Briggs）的注意。这个研究所后来更名为癌症研究所，现在则被称为福克斯·蔡斯癌症中心。1952年，布里格斯与托马斯·J.金（Thomas J.King）一起利用细胞核移植方法对豹蛙进行了克隆。布里格斯和托马斯·J.金在实验时所使用的方法与施佩曼在他1938年的书中所提出的方法（即利用蝾螈作为实验对象进行克隆）非常相似。他们把一个来自早期胚胎的青蛙细胞核移植到普通的北美洲豹蛙的一个巨大的卵子上（1毫米），创造出了能够变成蝌蚪的青蛙胚胎。但是他们在进一步的实验中得出结论，随着细胞的分化，发育能力会不断降低，因此从成年细胞的细胞核中制造出一个克隆体是不可能的。接着，在牛津大学工作的约翰·格登（John Gurdon）于1962年用一个来自蝌蚪肠内成熟的、已经特化的细胞来取代爪蟾蛙卵细胞的细胞核。这个卵子开始发育了，它变成了一只克隆蝌蚪，在随后的实验中，格登又培育了一些成年的青蛙。格登的研究告诉我们，一个成熟的、特化的细胞的细胞核可以返回到一个不成熟的状态，这一开创性的实验让格登在50年后，也即2012年获得了诺贝尔生理学或医学奖。

从某种意义上讲，我们正在尝试着做的事情要比这些开创性的细胞核移植实验还要复杂得多。当然毫无疑问，前辈的实验都是极其非同凡响的。施佩曼的工作有点儿类似于在不了解任何软件的情况下，简单地通过直接从网络上下载代码的方法，改掉了计算机内的程序。与更复杂的真核细胞不一样，细菌没有细胞核，而只有一个被封闭在细胞膜内的细胞结构。在细菌细胞内，基因组以及其他的细胞成分都悬浮在由细胞质组成的厚重的“汤”里。因此不存在可以通过外科手术方法去除的细胞器。我们面临着的一个更大的潜在挑战是，我们现在要把一个物种的遗传物质移植到另一个物种中去，而以前所有的细胞核移植实验都是在同一物种之间进行的（尽管有时候不在同一种动物之间进行）。

当我们开始考虑如何把合成DNA移植到细菌中，并且替换它现有的染色体时，我们就很清楚，我们需要开发出一种基因移植的新方法，因为我们必须插入新物种基因组的裸DNA，以此来代替宿主物种的整个基因组。这里所说的裸DNA，是指没有经过任何两个基因组的混合（重组）的DNA。数十年来，在分子生物学领域内，个体基因已经被当作是一种通常的物质毫无限制地加以移植，包括把病毒基因和人类基因移植到细菌和酵母中，然后在那里被表达出来。然而据我所知，从来没有人尝试着去移植整个基因组，这被许多人认定为一个“不可能完成的任务”。

这种偏见往往会限制我们去尝试新方法或接受新突破。例如，微生物学家曾经认为，细菌细胞只有一个染色体。但真实的情况更加有趣，正如我在20世纪90年代中期对霍乱基因组进行测序时所发现的那样（霍乱是一种影响了全世界500万人口的重大疾病，它每年都会导致多达12万人死亡）。我们算法中一个独一无二的地方在于，我们已经开发出霰弹测序法，在测序过程中我们能够利用计算机来对基因片段重叠部分的序列代码进行匹配，它们只有在识别出重叠部分基因代码的基础上才会去组装基因序列。利用这种方法，不需要事先知道有多少染色体、质粒或病毒需要进行组装，而只要利用一种有效的数学方法把要匹配的基因碎片放到一起即可。当我们对来自霍乱基因组的序列碎片进行组装时，我们发现，它们清晰地组装成了两个独立的染色体，而不是如大多数人所认为的那样组装成一个染色体。当我们对这两个染色体进行比较以及把它们与其他基因组进行比较时，发现彼此是非常不同的。

在霍乱中发现了这种情况后，我们又进一步找到了存在于我们这个世界上的相当多的多倍染色体微生物。这便提出了这样一些问题：这些物种是如何获得这些多倍染色体的？难道这只是因为这个细胞碰巧接管了一个来自被溶解的细胞的额外DNA，并且因为这个新染色体在到达新环境时增加了一些关键性生存能力而安营扎寨了吗？两个古生菌细胞融合会形成一个新的物种吗？我们暂时无法给出明确的答案，但是对我来说，这些想法确实具有很大的吸引力。大多数人都认为，物种的演化是由于DNA序列内的单个碱基变化逐渐积累的结果，这是一个历时数百万年甚至数十亿年才能完成的过程。但是我认为，如果随机变化给我们正在讨论的某个物种提供了生存优势，那么它是能够适应新环境的。在我看来，我们所观察到的发生在演化过程中的一些巨大飞跃，至少部分可以归因于获得了额外染色体这种事件，因为这样一来，就等于立即增加了数以千计的基因和新的特性。我相信这种假设是有道理的。

我们现在已经知道了，在演化进程中，当早期的真核细胞彻底吞噬了一些最初与它们具有共生关系的微生物物种时，一些具有高级功能的真核细胞就出现了。可以证明，最重要的一个例子发生在大约20亿年前，那时一个真核细胞获得了一个光合细菌藻类细胞，它最终出现在所有植物的叶绿体内（光合作用就是在那里发生的）。这种过程的第二个最生动的例子被称为“内花生”（endosym biosis），它常见于我们细胞的“动力车间”线粒体内，线粒体与叶绿体一样，携带有它们自己的基因密码，并且来自一个共生的立克次氏体细菌。

很明显，基因组和整个细胞的移植是我们演化过程中必不可少的一个组成部分，因此我有信心我们能够找到一种方法来人工移植基因组。我们选择了支原体来进行最初的移植实验，因为与大多数细菌不一样，支原体没有细胞壁（那是一个牢固的、相当坚硬的外层），只有细胞脂质膜，这样我们就可以很简单地把DNA移植进细胞。同时我们也拥有大量的数据集，包括支原体基因组序列和大量的基因敲除数据。我组建了以两位科学家为中心的新的移植团队：一位是约翰·I.格拉斯，他的大部分职业生涯都在礼来公司研究支原体，当礼来公司停止了抗菌项目时，他加入到我们的研究团队中来；而另一位是一个刚刚参加我们项目的法国博士后卡罗拉·拉蒂格，她也拥有与支原体物种有关的工作经验。这个团队的其他主要成员还包括尼娜·阿尔佩罗维奇和伦伯特·皮珀。

我们最初的想法是，试着把生殖支原体基因组移植入大肠杆菌内，但是，虽然支原体与其他物种一样在DNA中也使用同样的四种碱基，但是在生殖支原体中密码子UGA是为色氨酸编码的，而在其他物种内，UGA是为终止密码子编码的，终止密码子会终止DNA变成蛋白质的转录过程。它会产生截短蛋白质，这与制造一个活的细胞是自相矛盾的。我们必须使用另一个支原体物种来做移植实验。

基因组移植：从丝状支原体到山羊支原体

由于生殖支原体的基因组非常小，所以我们选择了它进行基因组的测序和分析工作。出于同样的原因，对于DNA的合成我们也选择了它，因为我们认为，在制造一个合成基因组的过程中，有限的步骤将使我们有能力使用化学过程繁殖基因组。然而一做出这个决定我们就开始后悔了，这主要出于以下这个重要的现实原因：在实验室里，生殖支原体的生长速度非常缓慢。大肠杆菌每20分就能分裂出子细胞，但是生殖支原体复制出一个自己的副本却需要整整12小时。虽然这听起来可能并不是什么大不了的事情，但是由于指数增长的关系，这实际上就意味着实验结果到底可以是24小时之内就能出来，还是需要好几个星期才能出来，这两者之间无疑存在天壤之别。因此，在最初的基因组移植实验中，我们选择了两种不同的快速增长的支原体物种来做实验，即丝状支原体（mycoplasma mycoides）和山羊支原体（mycoplasma capricolum），这两种支原体是山羊的两个条件致病菌，它们可能是在大约一万年前当动物被驯化时在动物体内扎根下来的。作为家畜的重大的病原体，这些微生物在实验室里是被常规性地培育的。虽然它们没有像大肠杆菌繁殖得那么快，但是丝状支原体能够在60分钟内进行分裂，而山羊支原体则在100分钟内能够进行分裂。

我们的实验是一个基因组实验，因此我们很自然地同时对丝状支原体和山羊支原体都进行了测序，这也是为了搞清楚这两种支原体之间具有何种相关性。结果我们发现，丝状支原体拥有一个具有1 083 241个碱基对的基因组，其中3/4（76.4%）的碱基对在序列上与略微较小的山羊支原体（它由1 010 023个碱基对组成）基因组中的碱基对是相互匹配的。在序列相互对应的那些基因组区域中，它们两者之间的匹配准确率达到91.5%。在丝状支原体基因组中，剩下的1/4（24%）的碱基对无法在其较小的“姐妹”（山羊支原体）的基因组中找到序列上相对应的碱基对。

鉴于DNA序列的相似性，我们推断，每个物种用于解释遗传密码指令的关键蛋白质的生物化学性质应该具有充分的相容性，这样就能读出其他物种的基因组。与此同时，它们又具有足够不同的基因，这样我们很容易就可以将它们区分出来。我们还认为，如果基因组序列差异非常大，那么它们之间是不可能进行重组的。

接下来，该决定哪个基因组被移植、哪个基因组充当宿主了。我们选择了丝状支原体作为基因组的供体，而将山羊支原体作为受体，因为丝状支原体的增长速度更快，且具有较大的基因组，这能够让我们更容易观察到移植成功的迹象。不过，这里还有另外一个影响我们选择的技术原因。卡罗拉·拉蒂格在她之前的实验中曾经研究过一种被称为“起始点复制复合体（origin of replication complex, ORC）”的特殊DNA软件片段，它对细胞分裂过程极为重要。她的研究结果表明，由于它们各自的“起始点复制复合体”的性质不同，承载了丝状支原体的起始点的质粒能够在山羊支原体内生长，反之则不行。

一旦我们选定了供体和受体支原体，我们就有信心能够找到一种很好的实验体系，它将会为我们进行基因组移植提供最佳时机。接下来，我们需要进行很多繁琐的试错实验，这将带领我们进入一个未知的领域。我们必须开发出新方法把一个完整的染色体从一个物种中分离出来，并且在不损坏或不切断DNA的情况下把它移植到受体细胞中去。小的DNA片段容易操作些，且不容易被损坏，而大的染色体，特别是由数以百万计个碱基对组成的完整染色体则非常“脆”，而且容易被损坏。

我们还必须确定完成实验的整体方法。在我们从丝状支原体细胞把一个新的基因组移植到山羊支原体细胞中去之前，我们需要设法去除或破坏山羊支原体的基因组吗？在真核细胞中，这一过程相当于细胞核移植中一个叫作“去核”的步骤，这一步做起来比较简单，因为仅仅利用一个微量吸液管就能够从受体卵子中吸出细胞核了。但我们不知道，在加入新的DNA之前先移除或破坏受体细胞中的基因组是不是很重要的一步；我们也不知道，如果我们最终让两个基因组在同一个细胞中共存，到底会发生什么。

我们想出了各种不同的方法去攻击宿主染色体，包括使用辐射去破坏它的DNA，理由是更大的DNA分子比蛋白质更容易受低剂量辐射的影响。我们还仔细观察了使用限制酶来消化受体细胞基因组内DNA的情况。我们还关注过使用任何一种方法之后有可能留下的DNA碎片，这些碎片有可能与移植染色体进行重组，使得“启动”一个纯粹合成的基因组成为不可能的事情。经过广泛的讨论，汉密尔顿·史密斯提出了一个简单的想法，我们什么也不用做，因为移植后有可能发生这种情况，当受体细胞分裂为子细胞时，其中只包括移植的染色体。

虽然从表面上看起来，以这种方式取得成功的机会似乎不大，但是我们还是决定进行实验。不过，首先我们还是需要先回答一些关键问题，而且还要开发出一种方法，在不破坏DNA的前提下来隔离和操纵染色体。为了保护DNA，我们选择把染色体隔离在一小块（100微升）琼脂糖中，它的稠度与明胶类似。我们先把细菌细胞放进液体琼脂糖混合物里，然后倒进模具中，当它冷却成冰时，凝固成了一些微小的插头。当细菌被完全遏制后，我们就可以加入酶来打开细胞的大门，这样细胞内的物质（包括染色体）就会溢出来进入到插头中。为了分离出DNA，我们用蛋白酶来清洗这些插头以消化掉所有的蛋白质，留下完好无损的DNA。然后，我们将这些包含有DNA的插头放置到分析凝胶的顶部，使用电流把凝胶分开。由于在主链上磷酸基团的缘故，DNA是带负电的，当把它放置在电场中时，它会朝正电极移动。通过改变电压梯度和凝胶的百分比，并且通过使用不同的染色剂，我们能够确定染色体的大小和蛋白质受污染的程度，而且如果染色体已损坏或破裂，它们就会变成线性分子，因为线性DNA比环状DNA能够更快地通过凝胶，超螺旋DNA则移动得最慢。

在完成了释放基因组和使基因组进入分析凝胶的实验后，我们开始确信，我们已经掌握了一种分离染色体的方法，能够以此来确定它们是不是没有蛋白的（我们需要知道，是否所有蛋白质都需要移植），并且评估它们到底是双链还是环状或超螺旋状的。在原核生物和真核生物中，DNA是被各种不同的方式紧密缠绕着的，因为这样才能紧凑地容纳在细胞或细胞区室内。例如，人类细胞中的DNA是被一种叫作组蛋白的蛋白质所包围着的，而细菌倾向于通过超螺旋的方式完成这项“工作”，顾名思义，它是被一圈套一圈地包裹着的。大多数细菌基因组是“负超螺旋的”，这意味着细菌DNA是以与双螺旋相反的方向被扭转的。一些初步的前期实验已经表明，DNA的实际状态是非常重要的，因为完整的、环状的染色体似乎最适合移植。

卡罗拉·拉蒂格和她的团队尝试了很多方法，并最终选定了一个程序，这个程序虽然复杂，但最终被证明是有效的。我们知道，无蛋白的DNA将会成功地被移植到山羊支原体的细胞中。我们还发现，受体细胞的微小变化有助于移植成功。例如，把细胞的pH值从7.4变为6.2，就能够极大地改变山羊支原体细胞的外观，通常的卵圆形会变成细长形。这种细长的形状使它们更具渗透性，大概是由于细胞膜变得松弛而实现的。为了帮助新的基因组进入山羊支原体细胞内，我们采用了一种标准方式，使用了一种叫作聚乙二醇（PEG）的化学物质，这种物质不仅能够使细胞膜更具渗透性，而且还能在DNA通过细胞膜时受到保护。

我们发现，聚乙二醇的纯度、种类和来源是进行成功移植的一个关键因素。我们发现的这个简单的事实以及对细节的极端追求给我们带来了大量繁琐、重复和非常枯燥沉闷的工作。当你正在开发一种新技术时，没有任何“现成的处方”可供复制，也没有任何教科书可供查阅，当然也不会有记载了一些保证能够成功的小窍门和秘诀的指南手册可供阅读。你最终不得不尝试在每一个条件下使用每一种成分。你永远无法确定，在这么多的因素中，到底哪个因素才是真正非常重要的；它们是以什么方式相互配合以及相互对抗的，等等。要梳理出所有这些变量则需要精心设计实验并多次重复实验。这是难度最大的基本实验过程，如果成功了，就会得到最好的结果。对每一个成功的实验来说，大概都要经过数百次的失败。在这个方面，功劳最大的是卡罗拉·拉蒂格和她的团队，经过无数个日日夜夜的艰苦奋斗后，她们制定出详细的实验步骤。到了这一步，我们的基因组移植终于能够由一个想法变成一个真正的、详细而有效的程序了。

蓝色菌落，移植成功的重要标志

为了提高我们成功的机会，在移植之前，我们添加了两个基因“卡带”到丝状支原体基因组中。一个“卡带”是用来实现抗生素选择的，这样就保证了当我们在培养基中加入抗生素以后，任何存活下来的细胞都必定携带着这种保护性的基因集。另外，为了能够更为清晰地确定基因组移植的成功，我们使用了一种叫作半乳糖苷酶（lacZ）的基因，它是为在一种叫作半乳糖苷（X-gal）的化学物质面前能够把受体细胞变为宝蓝色的蛋白质编码的。现在我们已经能够预测成功结果应该是什么样子了：出现蓝色、耐抗生素的菌落。但是我们还必须确定这种情况确实发生了。因为观察到的蓝色有可能是由于半乳糖苷酶所导致的结果，同时观察到耐抗生素性则是因为抗生素抗性基因被转移到了山羊支原体的基因组中的结果。

不幸的是，这并不仅仅是一个理论上的可能性。我们曾经无数次尝试过把生殖支原体基因组移植到生殖支原体细胞中，虽然我们经常得到蓝色的细胞，但是我们发现它总是由于简单的重组事件而导致的，在这个过程中，半乳糖苷酶和抗性基因的确从几乎完全相同的被移植的生殖支原体基因组中转移到了受体细胞的生殖支原体基因组中。

被移植的基因组与受体细胞的基因组在序列结构上太接近了，因此很容易把两者弄混淆。我们历尽千辛万苦终于明白了一点：在完全确认成功之前，即使看到蓝色的菌落，也千万不要太激动了！

再一次，继丝状支原体的基因组移植到山羊支原体细胞中之后，我们的这个团队在获得新的蓝色细胞上又取得了一些明显的成功。在获得了一个蓝色菌落后，她们完善并重新进行了实验，一周又一周，一月又一月，数字不断在增加，最后我们得到了几十个菌落。现在我们已经学聪明了，我们设计了多个实验来分析基因组移植过程中所产生的蓝色细胞。

我们的第一轮分析使用了聚合酶链式反应（PCR）来扩大我们所知道的仅出现在丝状支原体基因组中的序列，同样，我们还知道一些只出现在山羊支原体中的序列，我们试图从蓝色细胞中放大它。当我们能够从被移植的基因组中探测到放大了的序列、而在受体细胞中一个也探测不到时，我们开始变得兴奋起来。当然，现在仍然存在一种非常微弱的可能性，即我们看到的是基因重组的结果，但是当我们检测了越来越多的序列后，这种可能性已经变得越来越渺茫了。然后，我们对移植细胞进行了额外的凝胶分析，结果发现，只有丝状支原体基因组的片段而没有来自山羊支原体基因组的片段。

虽然这些间接的方法非常鼓舞人心，但是最终的测试是从蓝色菌落中测序DNA以揭示出真正的基因组内容的。我们选择了两个蓝色菌落，测序了来自每个菌落的克隆体的1 300个基因库，共计检测了超过了100万个碱基对的DNA序列。当我们发现，所有的序列都只与移植到受体细胞的丝状支原体基因组相匹配时，我们真正兴奋不已了。

随着我们分析的每一个阶段，结果已经变得越来越清晰了，我们得到了只含有移植的丝状支原体基因组细胞，而山羊支原体基因组通过隔离已经被破坏或驱除出子细胞了，随后在生长培养基中被抗生素杀死了。但是我们仍然不能满足于此。这一发现是不是在某些方面可以说是一个人为的结果呢？是否有可能实际上我们是被愚弄了，例如，我们只是转移了一个已经长成的完整的丝状支原体细胞，而不是移植了基因组呢？是否这个蓝色菌落其实什么都不是，只不过是被污染的结果呢？内森·O.卡普兰是第一个教给我如下这句古老的充满智慧箴言的人——非凡的论点需要非凡的证据来支持。

在这种批判性思维的指导下，我们在每一个实验中都加入了控制因素，一步一步把我们带到了如今这个阶段，所以我们能够排除掉任何人为结果的可能性。虽然我们确信我们的DNA分离程序会杀死任何及所有丝状支原体细胞，为了保证在每个移植实验中都有两个阴性对照：一个在完成没有受体山羊支原体细胞的情况下的移植实验中使用，另一个在完成有山羊支原体细胞，但是插头中没有丝状支原体DNA的实验中使用。在使用这些阴性对照的过程中，没有观察到蓝色菌落，这再次保证了我们所准备的DNA并没有被任何丝状支原体细胞污染的可能性。我们被观察到的结果进一步鼓舞了，即来自每一个实验的被移植的菌落数量直接依赖于加入到细胞中的丝状支原体DNA的数量。我们加进去的DNA越多，所形成的移植菌落的数量也越大。

“不可能完成的任务”：改变物种！

那么，我们现所拥有的东西是什么呢？它是仅包含丝状支原体DNA的山羊支原体细胞吗？其中包括被添加进的半乳糖苷酶和耐抗生素的四环素抗性基因tetM吗？紧随着基因组移植而来的变化是什么呢？来自移植的DNA细胞表型是怎么样的？我们对蓝色细胞进行了一系列复杂的分析，最后弄清楚了出现了哪些蛋白质。使用在每种母细胞中都对蛋白质极其敏感的一些抗体，我们仔细研究了这些新移植的细胞表面所包裹着的那些东西。让我们惊喜的是，用来对抗山羊支原体蛋白质的抗体并没有利用被移植的基因组绑定到新的细胞上，然而原本用来对抗丝状支原体的蛋白质抗体却绑定在了新的细胞上。

在利用这些抗体进行分析研究的同时，我们还做了一个更为全面的分析，在分析过程中，我们利用各种不同的双向电泳技术对所有三种类型细胞的蛋白质（受体山羊支原体细胞、供体丝状支原体细胞，新的移植细胞）进行了检测。你可以认为这种技术是观察细胞内蛋白质含量的一种方法，从细胞中分离出的蛋白质是会分开的，在第一个维度上，根据它们的大小进行分离；在第二个维度上，根据电荷进行分离。这种分析方法让细胞的蛋白质扩散开来，每个蛋白质都呈现出斑点的形状，每个细胞种类呈现的图案都是独一无二的。我们可以很容易地对这些二维图案进行相互比较。经过分析，结果很明显，移植蛋白质图案与来自供体丝状支原体细胞中的蛋白质图案几乎完全相同，而与山羊支原体蛋白图案却有很大差异。

我们对这个结果非常满意，但是还需要做更进一步的研究。我们利用一种叫作基质辅助激光解吸电离（matrix-assisted laser desorption ionization, MALDI）的质谱分析法技术对来自二维凝胶上的90个不同斑点的蛋白质片段进行了测序。这个过程如果放到十年前，听起来就像是科幻小说中的故事，实际上被分离出来的蛋白质的微小斑点，能够使用激光把它们从二维凝胶中提取出来，在每个斑点上形成羽状带电分子，然后通过一种被称为质谱分析法的标准方法进行分析。利用这种方法，基质辅助激光解吸电离过程能够揭示出在凝胶点上蛋白片段的氨基酸序列。

这些数据为我们提供的确凿证据表明，只有在被移植的细胞内的蛋白质才是由那些被移植的丝状支原体基因组翻译和转录的结果。现在，我们已经100%绝对相信我们拥有了一个全新移植细胞的遗传特性的机制，它完全不涉及DNA重组或自然转化机制。因为山羊支原体基因组中不含有占用DNA过程的代码，我们可以得出这样的结论：移植到山羊支原体细胞内的新染色体就是我们聚乙二醇基因组移植过程的结果。我们现在知道，我们拥有了这样一些最初的细胞，它们源自故意把一个物种的基因组移植到另一个物种宿主细胞中的行为。通过这种方式，我们有效地让一个物种改变了另一个物种。

我们的成功所带来的影响是多方面的。最重要的是，我们现在知道，如果我们能够把四瓶化学物质合成一个基因组，那么一个现实的可能性就是，我们能够把这个人工合成的基因组利用起来，把它移植到受体细胞中，并且启动它的指令。其结果是，移植工作将为我们在生物体合成DNA方面的努力注入新的活力。我们接下来要做的是，让这一成果发挥作用，创造出一个新的活细胞。

基因组移植的另一个重大影响是，这些移植让我们对生命有了一种全新的、更深层次的理解。我们所进行的这项研究结果融合了我对生命的思考。DNA是生命的软件，如果我们改变了软件，那么我们就改变了物种，从而也就改变了细胞的硬件。这正是那些非常渴望看到活力论证据的人最担心看到的结果：还原主义性质的科学研究，将会解开生命的奥秘，甚至把一个人生活在世上的意义归结为一些基本的功能和简单的成分。我们的实验并没有为支持活力论的观点或者那些相信生命更多依赖于比化学反应材料还要更复杂的某些东西的人留下多少空间。

这些实验告诉我们的结论已经毋庸置疑了，那就是，生命是一个信息系统。我期待着我们完成下一个目标。我希望把新的信息融入到生命中，在我的计算机上创造出一个数字代码，使用化学合成把这个代码变为一个DNA染色体，然后把这个人造信息移植到一个细胞中。我希望，通过创造一个全新的、直接由我们在实验室里创建的DNA信息所描述和驱动的生命形式，能够把我们带入到一个生物学的新时代。这将是合成生物学获得成功的最终证据。