人类正向“造物主”靠拢：基于CAD嘅全新基因编辑软件，等设计新生命像画画一样简单

转载：本文嚟自微信公众号“学术头条”（ID:SciTouTiao），作者：ZS，转载经授权发布。

说起 CAD，想必好多人都不陌生。CAD，全称计算机辅助设计，旨在通过计算机及其图形设备帮助设计人员进行设计工作。再通俗点说，CAD 就是一个绘图软件，人哋可以使用佢绘制复杂嘅工程图、机械图、建筑图、电路图等。

CAD 最早嘅应用是在汽车制造、航空航日以及电子工业嘅大公司度，主要被用于产生同手绘嘅图纸相仿嘅图纸。而随住计算机变得普及，CAD 嘅应用范围都逐渐变广。现而家，CAD 已经不剩只用于绘图同显示，佢都开始导入设计者嘅专业知识中更具 “智能” 嘅部分。

呢排，全球权威组织，人类基因组编写计划（Genome Project–Write ，GP-write）宣布，佢哋即将发布一款基于 CAD 嘅全新基因编辑软件，将使大规模嘅基因组编辑同设计变得更加容易。

波士顿大学电气同计算机工程教授 Doug Densmore 博士是一家初创生物公司 Lattice Automation 嘅创始人，领导基因编辑 CAD 软件嘅开发。喺接受媒体采访时，Doug Densmore 博士表示，“新型基因编辑 CAD 软件嘅开发，有利于促进计算机科学同生物学嘅融合，但系以帮助生物学家更好嘅进行生物研究”。

同时 Doug Densmore 博士仲表示，这款神奇嘅软件将于今年年底问世。

乜嘢是 GP-write？

说起 GP-write，就不得不提人类基因组计划。人类基因组计划是一项规模宏大，跨国跨学科嘅科学探索工程。其宗旨在于测定组成人类染色体（指单倍体）中所包含嘅 30 亿个碱基对组成嘅核苷酸序列，从而绘制人类基因组图谱，并且辨识其载有嘅基因及其序列，达到破译人类遗传信息嘅最终目的。

该计划于 1985 年由美国科学家率先提出，并于 1990 年正式启动一直到 2003 年结束。喺经过美国、英国、法国、德国、日本、中国等 6 国科学家共同参同下，人类嘅基因之谜终于被解开，科学家都可以轻松解读 “阅读” 基因中嘅秘密。

但係，有一群科学家发现，近年嚟虽然基因组测序技术仍在以极快速度发展，但构建基因嘅能力仍基本局限于少量短嘅片段，限制‌人类对生命嘅认识。

于是在 2016 年 6 月 2 日，哈佛医学院基因学家 George Church、纽约大学合成生物学家 Jef Boeke 同美国欧特克研究中心商业设计工作室未嚟学家 Andrew Hessel 共同在美国《科学》杂志上刊文宣布，将筹资 1 亿美元，启动历时 10 年嘅人类基因组编写计划（Genome Project–Write ，GP-write），将喺实验室从头合成人类基因组。

Church 等人曾表示，“而家是时候构建基因组规模工程嘅技术及其伦理框架嘎啦。” 因此，GP-write 计划都被可以被认为是人类正喺度向可以 “书写生命密码” 嘅 “造物主” 靠拢。

不出意外，呢一消息嘅发布，立刻引发‌科学界同公众对于实验室 “合成” 出人类嘅强烈质疑同担忧。

图 | George Church（嚟源：Science）

于是 2018 年 5 月 1 日，喺波士顿召开嘅一次会议上，GP-write 嘅组织者宣布‌一项优先转变事项，新嘅研究重点不再是合成人类基因组嘅 30 亿个 DNA 碱基对，而是试图通过重新编码基因组使人类细胞对病毒产生免疫，都就是构建一种具有超强免疫能力嘅 “超级细胞”。

研究人员表示，医药企业、科研机构能够利用 “超级细胞” 制造疫苗、抗体同第啲生物药物，而唔会有病毒污染嘅风险，“超级细胞” 仲可以帮助人哋制造类似人类蛋白质嘅蛋白药物，以降低人体免疫系统对药物嘅排斥风险。

外界都对该转变普遍持赞成态度。苏黎世瑞士联邦理工学院嘅合成生物学家 Martin Fussenegger 表示，这是一个‌不起嘅想法，佢更适合于医疗公共事业同应用，而不剩只是为咗 DNA 合成技术本身。

通过 CAD 辅助基因编辑，靠谱吗？

GP-write 嘅目的是通过 CAD 等技术嚟辅助基因编辑，从而创造出全新嘅生命或全新嘅能力。

在 2019 年发表嘅一篇论文度，GP-write 嘅科学家曾提到过其愿景，“我哋希望能创造出一种简单、友好嘅 CAD 辅助基因编辑程序，从而使基因设计更快、更便宜、更可靠”。

GP-write 联合执行总监 Amy Schwartz 博士在接受采访时都曾表示，“一旦呢种 CAD 软件问世，噉么其对于医学、能源同材料行业嘅影响将是颠覆性嘅”。

（嚟源：the-scientist.com）

显然，要想做出咁样一款 CAD 辅助软件，其难度远远超过目前常用嘅 CRISPR 等工具所进行嘅基因编辑。经典嘅 CRISPR 基因编辑工具一般仅限于对人类 DNA 上单个碱基对嘅修改，而 Schwartz 博士嘅团队致力于帮助科学家超越呢一局限，旨在从更高、更抽象嘅层面改造生命。

例如，如果科学家想在生物体内通过添加某种新嘅代谢途径嚟创造新嘅蛋白质，则 CAD 可以自动将基因组上所有必须要更改嘅位置进行更改。都就是说，未嚟人哋可以不用在局限于单个碱基对嘅修改，而是直接通过呢种 CAD 辅助基因编辑软件，喺生物体内加上自己想要嘅功能。

目前，Gingko Bioworks 同 Zymergen 等开创性嘅合成生物学公司已成功通过呢种方式，重新设计‌酵母同细菌等单细胞生物，并将其转变为可产生所需物质嘅微观工厂。

CAD 辅助基因编辑嘅伦理问题

显然，一旦呢种 CAD 辅助基因编辑软件问世，噉么通过基因编辑创造新嘅生命将会变得非常简单。但是，如果有不法分子通过呢一软件嚟合成各种致命病毒或者是生化武器，噉么后果显然系非常严重嘅。

对此，GP-write 表示，“对于涉及基因编辑同合成生物学嘅任何科研工作者嚟讲，安全始终都系最重要嘅。GP-write 保证，CAD 辅助基因编辑嘅问世，一定会达到国际基因合成协会嘅最高生物安全标准。我哋会将目前所有一直嘅危险 DNA 序列排除在外，防止用户制造危险病毒或生化武器。同时，我哋仲会检查细胞或有机体系咪会以不受控制嘅方式增殖，避免环境问题。”

虽然 GP-write 会保证 CAD 辅助基因编辑软件嘅安全性，但是仍有一啲科学家不放心。例如，弗莱堡大学嘅生物伦理学家 Joachim Boldt 表示，“我发现，简单嘅 CAD 设计流程同现实应用之间可能存在冲突。因为一个简单快捷嘅软件可能会使用户高估其准确性，尤其系嗰啲对于底层逻辑不熟悉嘅用户，从而造成严重嘅后果”。

同时，Joachim Boldt 教授仲主张制定有关 CAD 辅助基因编辑嘅国际法规，用过呢啲法规嚟约束其在不同生物类型中嘅应用范围。佢表示，“如果没有政府或机构嚟对呢一新型事物负责，噉么在基因组设计嘅过程中一定会出现问题”。

总体而言，CAD 辅助基因编辑技术毫无疑问是一项伟大嘅工程，对于人类基因编辑技术嘅发展具有重要嘅推动作用。不过，任何一种新兴事物，我哋都无办法预测其带嚟嘅危害，因此在推广过程中必须慎之又慎。而未嚟随住 CAD 辅助基因编辑嘅不断完善，创造一个新生命或者真嘅会像画画一样简单。