BIOFAB生物工程師構(gòu)建用于對細(xì)胞編程的開源語言
來源：生物360
Drew Endy 想要構(gòu)建一套針對生命體的編程語言。
Endy 是國際前沿生物技術(shù)開放實驗室（the International Open Facility Advancing Biotechnology — BIOFAB）主任，他所在的團(tuán)隊正在開發(fā)一種將遺傳學(xué)數(shù)據(jù)用于程序化地構(gòu)造真實生物細(xì)胞的語言。這看起來像是科幻小說里的情節(jié)，但這個項目已經(jīng)在進(jìn)行中 了，并且該團(tuán)隊正考慮將此語言開源，以便其他的科學(xué)家使用、修改和完善。
該項目在采集遺傳學(xué)數(shù)據(jù)并用于直接改進(jìn)生物體行為特征（此過程被稱為生物工程）的熱潮中占據(jù)了一席之地。最高法院在研究基因是否可以申請專利的問題，這使生物工程領(lǐng)域處于一個交叉路口，但像Endy這樣的科學(xué)家們?nèi)匀辉诼耦^推進(jìn)這項技術(shù)的發(fā)展。
基因包含了決定特定細(xì)胞功能的信息，而一些基因組片段在不同類型的細(xì)胞和器官中的自我表達(dá)是基本相同的。這一特性使得Endy和他的團(tuán)隊能夠構(gòu)造一種語言，讓科學(xué)家們用它來仔細(xì)地人工構(gòu)造基因表達(dá)，也就是他們說的“介于基因組和所有生命動態(tài)過程之間的層次”。
根據(jù)卡耐基梅隆大學(xué)的計算生物學(xué)家 Ziv Bar-Joseph 的說法，基因表達(dá)和計算機(jī)系統(tǒng)相互通訊的方式并沒有太多不同。你可以在不同的系統(tǒng)中都看到相同的做法。他說：“在計算領(lǐng)域也是很常見的”。實際上，自從 60年代開始，造出來的計算機(jī)的運(yùn)行過程就很像細(xì)胞和其他生物系統(tǒng)。它們都有自我容納的操作和相互交換信息的標(biāo)準(zhǔn)途徑。
“在合成生物學(xué)領(lǐng)域，對應(yīng)Java虛擬機(jī)的是你可以在任意類型的細(xì)胞里構(gòu)建你自己的房室，這樣你合成的DNA不會互相混淆。”— Drew Endy
BIOFAB項目還處于早期階段。Endy和他的團(tuán)隊正在構(gòu)建最基本的單元模塊–該語言的“語法”部分。他們最近的進(jìn)展是找到了控制和增強(qiáng)從基因組傳給細(xì)胞的信號的方法，該發(fā)現(xiàn)發(fā)表在《科學(xué)》雜志上。Endy將這個過程與老式電報作了類比。
“如果你想從舊金山向洛杉磯發(fā)一封電報，信號會在電線沿途不斷衰減，”他說。“在中間某個地方，在信號徹底衰減為噪聲之前，你必須有個中繼系統(tǒng)來監(jiān)測信號并將其增強(qiáng)，才能持續(xù)地將其傳輸下去。”
沒錯，他的想法就是創(chuàng)建一個能夠在不同類型的細(xì)胞之間運(yùn)轉(zhuǎn)的系統(tǒng)。在九十年代，計算領(lǐng)域致力于創(chuàng)建一個通用的編程平臺，用于編寫能運(yùn)行于異構(gòu)系統(tǒng)之間的應(yīng)用，這就是被稱為Java虛擬機(jī)的平臺。Endy希望在生物學(xué)領(lǐng)域復(fù)制Java虛擬機(jī)。
“Java開發(fā)的軟件可以在許多不同硬件和操作系統(tǒng)的平臺上運(yùn)行。這種可移植性來自于Java虛擬機(jī)，它構(gòu)建了一個跨各種平臺的通用運(yùn)行環(huán)境，使得Java代碼能在保持一致的本地環(huán)境中運(yùn)行。”他說。
“在合成生物學(xué)領(lǐng)域，和Java虛擬機(jī)對等的可能是你可以在任意類型的細(xì)胞里創(chuàng)建房室，這樣你合成的DNA不會互相混淆。這種生物學(xué)虛擬機(jī)可以在一個房室里運(yùn)行，使該房室提供一個運(yùn)行你的DNA代碼所需的通用沙盒。”
根據(jù)Endy介紹，這個思路起源于5年前舊金山的亞伯拉罕·林肯中學(xué)的一群學(xué)生，而他現(xiàn)在正呼吁商業(yè)公司參與在生物學(xué)領(lǐng)域重建當(dāng)年Sun公司的Java愿景。不過，值得注意的是，其實Sun的這個愿景從來都沒有變?yōu)楝F(xiàn)實，而且Sun公司也已經(jīng)成了昨日黃花。
不管怎樣，這就是Endy嘗試的方向：就如同Sun公司對開源軟件的擁護(hù)一樣。BIOFAB語言將免費(fèi)對所有人開放，并且它會成為一個協(xié)作項目。
研發(fā)進(jìn)展很慢，不過趨勢還不錯。目前，該團(tuán)隊能以“非常高的可靠性”讓細(xì)胞一次表達(dá)多至10個基因。一年前，他們需要嘗試700次才能勉強(qiáng)讓細(xì)胞表達(dá)一個基 因。有了合適的編程語言，他說，在這十年里就可以讓表達(dá)數(shù)達(dá)到100個以上。他們的目標(biāo)是使該語言對輸出的基因不敏感，這樣細(xì)胞就能表達(dá)用戶需要的任何基 因，非常類似于程序中的打印函數(shù)，不管你傳過去的是哪種字符集它都能工作。
對于那些對人造細(xì)胞感到恐懼，覺得那是生物學(xué)的噩夢并會給世界帶 來浩劫的人們，他想說的是，“生物技術(shù)有可能走向錯誤的方向。它有可能對人類造成傷害。它有可能會被不負(fù)責(zé)任地使用。一些混蛋們可能會濫用它。任何事情都 是有可能的。但是請注意我們并不是在真空中生活。”他說，“技術(shù)發(fā)展史上有很多先例是把好的應(yīng)用開發(fā)出來，把切實可行的法規(guī)制定出來，并隨著技術(shù)的發(fā)展而 更新它。在技術(shù)持續(xù)變化的時候，我們需要保持警覺。這就是技術(shù)進(jìn)步中司空見慣的現(xiàn)實情況。”
他相信這項工作不僅僅是重要的，而且比整個世界 所認(rèn)識到的更接近現(xiàn)實。“我們的整個文明依賴于生物學(xué)。我們需要想辦法更好地與大自然和諧共處，在不破壞環(huán)境的前提下創(chuàng)造我們所需的東西，”Endy說， “我覺得有點(diǎn)驚喜的是，來自其他技術(shù)方向的人們也開始參與進(jìn)來，直接提供幫助，并開始構(gòu)建這種程序化建造生命的通用語言。這是很重要的。”
