人類(lèi)正在改造、甚至創(chuàng)造生命。

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編者按：本文來(lái)自微信公眾號(hào)“學(xué)術(shù)頭條”（ID:SciTouTiao），作者：ZS，36氪經(jīng)授權(quán)發(fā)布。

說(shuō)起 CAD，想必很多人都不陌生。CAD，全稱(chēng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，旨在通過(guò)計(jì)算機(jī)及其圖形設(shè)備幫助設(shè)計(jì)人員進(jìn)行設(shè)計(jì)工作。再通俗點(diǎn)說(shuō)，CAD 就是一個(gè)繪圖軟件，人們可以使用它繪制復(fù)雜的工程圖、機(jī)械圖、建筑圖、電路圖等。

CAD 最早的應(yīng)用是在汽車(chē)制造、航空航天以及電子工業(yè)的大公司中，主要被用于產(chǎn)生和手繪的圖紙相仿的圖紙。而隨著計(jì)算機(jī)變得普及，CAD 的應(yīng)用范圍也逐漸變廣?，F(xiàn)如今，CAD 已經(jīng)不僅僅用于繪圖和顯示，它也開(kāi)始導(dǎo)入設(shè)計(jì)者的專(zhuān)業(yè)知識(shí)中更具 “智能” 的部分。

近日，全球權(quán)威組織，人類(lèi)基因組編寫(xiě)計(jì)劃（Genome project–Write ，Gp-write）宣布，他們即將發(fā)布一款基于 CAD 的全新基因編輯軟件，將使大規(guī)模的基因組編輯和設(shè)計(jì)變得更加容易。

波士頓大學(xué)電氣與計(jì)算機(jī)工程教授 Doug Densmore 博士是一家初創(chuàng)生物公司 Lattice Automation 的創(chuàng)始人，領(lǐng)導(dǎo)基因編輯 CAD 軟件的開(kāi)發(fā)。在接受媒體采訪時(shí)，Doug Densmore 博士表示，“新型基因編輯 CAD 軟件的開(kāi)發(fā)，有利于促進(jìn)計(jì)算機(jī)科學(xué)和生物學(xué)的融合，可以幫助生物學(xué)家更好的進(jìn)行生物研究”。

同時(shí) Doug Densmore 博士還表示，這款神奇的軟件將于今年年底問(wèn)世。

什么是 Gp-write？

說(shuō)起 Gp-write，就不得不提人類(lèi)基因組計(jì)劃。人類(lèi)基因組計(jì)劃是一項(xiàng)規(guī)模宏大，跨國(guó)跨學(xué)科的科學(xué)探索工程。其宗旨在于測(cè)定組成人類(lèi)染色體（指單倍體）中所包含的 30 億個(gè)堿基對(duì)組成的核苷酸序列，從而繪制人類(lèi)基因組圖譜，并且辨識(shí)其載有的基因及其序列，達(dá)到破譯人類(lèi)遺傳信息的最終目的。

該計(jì)劃于 1985 年由美國(guó)科學(xué)家率先提出，并于 1990 年正式啟動(dòng)一直到 2003 年結(jié)束。在經(jīng)過(guò)美國(guó)、英國(guó)、法國(guó)、德國(guó)、日本、中國(guó)等 6 國(guó)科學(xué)家共同參與下，人類(lèi)的基因之謎終于被解開(kāi)，科學(xué)家也可以輕松解讀 “閱讀” 基因中的秘密。

然而，有一群科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，近年來(lái)雖然基因組測(cè)序技術(shù)仍在以極快速度發(fā)展，但構(gòu)建基因的能力仍基本局限于少量短的片段，限制了人類(lèi)對(duì)生命的了解。

于是在 2016 年 6 月 2 日，哈佛醫(yī)學(xué)院基因?qū)W家 George Church、紐約大學(xué)合成生物學(xué)家 Jef boeke 和美國(guó)歐特克研究中心商業(yè)設(shè)計(jì)工作室未來(lái)學(xué)家 Andrew Hessel 共同在美國(guó)《科學(xué)》雜志上刊文宣布，將籌資 1 億美元，啟動(dòng)歷時(shí) 10 年的人類(lèi)基因組編寫(xiě)計(jì)劃（Genome project–Write ，Gp-write），將在實(shí)驗(yàn)室從頭合成人類(lèi)基因組。

Church 等人曾表示，“現(xiàn)在是時(shí)候構(gòu)建基因組規(guī)模工程的技術(shù)及其倫理框架了。” 因此，Gp-write 計(jì)劃也被可以被認(rèn)為是人類(lèi)正在向可以 “書(shū)寫(xiě)生命密碼” 的 “造物主” 靠攏。

不出意外，這一消息的發(fā)布，立刻引發(fā)了科學(xué)界和公眾對(duì)于實(shí)驗(yàn)室 “合成” 出人類(lèi)的強(qiáng)烈質(zhì)疑與擔(dān)憂(yōu)。

于是 2018 年 5 月 1 日，在波士頓召開(kāi)的一次會(huì)議上，Gp-write 的組織者宣布了一項(xiàng)優(yōu)先轉(zhuǎn)變事項(xiàng)，新的研究重點(diǎn)不再是合成人類(lèi)基因組的 30 億個(gè) DNA 堿基對(duì)，而是試圖通過(guò)重新編碼基因組使人類(lèi)細(xì)胞對(duì)病毒產(chǎn)生免疫，也就是構(gòu)建一種具有超強(qiáng)免疫能力的 “超級(jí)細(xì)胞”。

研究人員表示，醫(yī)藥企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)能夠利用 “超級(jí)細(xì)胞” 制造疫苗、抗體和其他生物藥物，而不會(huì)有病毒污染的風(fēng)險(xiǎn)，“超級(jí)細(xì)胞” 還可以幫助人們制造類(lèi)似人類(lèi)蛋白質(zhì)的蛋白藥物，以降低人體免疫系統(tǒng)對(duì)藥物的排斥風(fēng)險(xiǎn)。

外界也對(duì)該轉(zhuǎn)變普遍持贊成態(tài)度。蘇黎世瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院的合成生物學(xué)家 Martin Fussenegger 表示，這是一個(gè)了不起的想法，它更適合于醫(yī)療公共事業(yè)和應(yīng)用，而不僅僅是為了 DNA 合成技術(shù)本身。

通過(guò) CAD 輔助基因編輯，靠譜嗎？

Gp-write 的目的是通過(guò) CAD 等技術(shù)來(lái)輔助基因編輯，從而創(chuàng)造出全新的生命或全新的能力。

在 2019 年發(fā)表的一篇論文中，Gp-write 的科學(xué)家曾提到過(guò)其愿景，“我們希望能創(chuàng)造出一種簡(jiǎn)單、友好的 CAD 輔助基因編輯程序，從而使基因設(shè)計(jì)更快、更便宜、更可靠”。

Gp-write 聯(lián)合執(zhí)行總監(jiān) Amy Schwartz 博士在接受采訪時(shí)也曾表示，“一旦這種 CAD 軟件問(wèn)世，那么其對(duì)于醫(yī)學(xué)、能源和材料行業(yè)的影響將是顛覆性的”。

顯然，要想做出這樣一款 CAD 輔助軟件，其難度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)目前常用的 CRISpR 等工具所進(jìn)行的基因編輯。經(jīng)典的 CRISpR 基因編輯工具一般僅限于對(duì)人類(lèi) DNA 上單個(gè)堿基對(duì)的修改，而 Schwartz 博士的團(tuán)隊(duì)致力于幫助科學(xué)家超越這一局限，旨在從更高、更抽象的層面改造生命。

例如，如果科學(xué)家想在生物體內(nèi)通過(guò)添加某種新的代謝途徑來(lái)創(chuàng)造新的蛋白質(zhì)，則 CAD 可以自動(dòng)將基因組上所有必須要更改的位置進(jìn)行更改。也就是說(shuō)，未來(lái)人們可以不用在局限于單個(gè)堿基對(duì)的修改，而是直接通過(guò)這種 CAD 輔助基因編輯軟件，在生物體內(nèi)加上自己想要的功能。

目前，Gingko bioworks 和 Zymergen 等開(kāi)創(chuàng)性的合成生物學(xué)公司已成功通過(guò)這種方式，重新設(shè)計(jì)了酵母和細(xì)菌等單細(xì)胞生物，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)榭僧a(chǎn)生所需物質(zhì)的微觀工廠。

CAD 輔助基因編輯的倫理問(wèn)題

顯然，一旦這種 CAD 輔助基因編輯軟件問(wèn)世，那么通過(guò)基因編輯創(chuàng)造新的生命將會(huì)變得非常簡(jiǎn)單。但是，如果有不法分子通過(guò)這一軟件來(lái)合成各種致命病毒或者是生化武器，那么后果顯然是非常嚴(yán)重的。

對(duì)此，Gp-write 表示，“對(duì)于涉及基因編輯和合成生物學(xué)的任何科研工作者來(lái)說(shuō)，安全始終都是最重要的。Gp-write 保證，CAD 輔助基因編輯的問(wèn)世，一定會(huì)達(dá)到國(guó)際基因合成協(xié)會(huì)的最高生物安全標(biāo)準(zhǔn)。我們會(huì)將目前所有一直的危險(xiǎn) DNA 序列排除在外，防止用戶(hù)制造危險(xiǎn)病毒或生化武器。同時(shí)，我們還會(huì)檢查細(xì)胞或有機(jī)體是否會(huì)以不受控制的方式增殖，避免環(huán)境問(wèn)題?！?/p>

雖然 Gp-write 會(huì)保證 CAD 輔助基因編輯軟件的安全性，但是仍有一些科學(xué)家不放心。例如，弗萊堡大學(xué)的生物倫理學(xué)家 Joachim boldt 表示，“我發(fā)現(xiàn)，簡(jiǎn)單的 CAD 設(shè)計(jì)流程和現(xiàn)實(shí)應(yīng)用之間可能存在沖突。因?yàn)橐粋€(gè)簡(jiǎn)單快捷的軟件可能會(huì)使用戶(hù)高估其準(zhǔn)確性，尤其是那些對(duì)于底層邏輯不熟悉的用戶(hù)，從而造成嚴(yán)重的后果”。

同時(shí)，Joachim boldt 教授還主張制定有關(guān) CAD 輔助基因編輯的國(guó)際法規(guī)，用過(guò)這些法規(guī)來(lái)約束其在不同生物類(lèi)型中的應(yīng)用范圍。他表示，“如果沒(méi)有政府或機(jī)構(gòu)來(lái)對(duì)這一新型事物負(fù)責(zé)，那么在基因組設(shè)計(jì)的過(guò)程中一定會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題”。

總體而言，CAD 輔助基因編輯技術(shù)毫無(wú)疑問(wèn)是一項(xiàng)偉大的工程，對(duì)于人類(lèi)基因編輯技術(shù)的發(fā)展具有重要的推動(dòng)作用。不過(guò)，任何一種新興事物，我們都無(wú)法預(yù)測(cè)其帶來(lái)的危害，因此在推廣過(guò)程中必須慎之又慎。而未來(lái)隨著 CAD 輔助基因編輯的不斷完善，創(chuàng)造一個(gè)新生命或許真的會(huì)像畫(huà)畫(huà)一樣簡(jiǎn)單。

參考資料：

https://spectrum.ieee.org/the-human-os/biomedical/ethics/with-this-cad-for-genomes-you-can-design-new-organisms

https://engineeringbiologycenter.org/

https://www.genome.gov/human-genome-project

https://science.sciencemag.org/content/366/6463/310

https://lsspjournal.biomedcentral.com/articles/10.1186/s40504-018-0077-y

網(wǎng)站標(biāo)題：人類(lèi)正向“造物主”靠攏：基于CAD的全新基因編輯軟件，讓設(shè)計(jì)新生命像畫(huà)畫(huà)一樣簡(jiǎn)單
標(biāo)題鏈接：http://www.rwnh.cn/article28/scdhjp.html

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