概念吹了30年，合成生物学到底走到哪一步了？

合成生物学概念提出至今已接近三十年，尽管取得了相当大的技术进展，但即使是简单的单细胞生物，其精度、速度和经济性也不足以让细胞工程向大众普及。

了解合成生物学当下所处的位置，并对标我们下一步需要到达的目标是很关键的。

微生物学家、科普作家Andrew Hessel生动的将合成生物学的发展，与计算机的发展历史进行了类比，并借此回答：“合成生物学到底走到哪一步了？”的关键问题。

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今天的合成生物：Cray-1 时代

在 1970 年代中期，Cray-1 超级计算机代表了计算能力的*。

这台具有*进规格的突破性机器，能够进行以前不可能的复杂计算和模拟，然而，高达800万美元的昂贵价格限制了精英研究机构、政府团体和大公司的访问。

最终，该超级计算机仅售出约100个。

今天的合成生物学正处于类似的阶段，我们已经开发了强大的工具和技术，可以以非凡的方式操纵生物系统。

但它们成本高昂，而且不容易被更广泛的科学界或公众所接受，可以完成的项目仅限于少数*商业潜力的项目。

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合成生物需要 “PC 革命”

正如1980年代的个人电脑（PC）革命使计算技术向大众开放，并使编程变得有趣和普及一样，合成生物学也需要自己的PC 时刻。

从 Cray-1 到 PC 的过渡涉及几个关键变化：

降低成本：随着微处理器的发展，硬件成本直线下降，使个人和小型企业都能负担得起计算机。

用户友好的界面：BASIC编程语言简单易学，功能强大，图形用户界面 （GUI） 取代了复杂的命令行输入，使计算机更易于使用。

标准化：标准的硬件和软件组件可实现互操作性和快速创新。

突破了这些难点，随着成本的下降和可用性的提高，越来越多的人开始使用计算机，应用程序得到了爆炸式增长。

为了让合成生物学达到这种普及程度，我们需要追随计算技术发展的脚步。

降低成本

DNA合成和测序的进步已经降低了成本，但还需要更低。

新技术（如下图的“生物芯片”）会使生物合成变得更便宜、更高效，其他可以缩小实验室规模的“芯片实验室”系统也是如此。

简化接口

对单元进行编程，目前仍具有较高的专业知识和技能壁垒。

为了让合成生物学更普及，我们需要能让孩子们都能玩开心的工具。

我们的目标是只需要拖放DNA代码编辑器，或者利用类似GenAI那样人工智能驱动的工具，例如输入“设计一个可以产生高浓度化合物X的细胞”，就能从高级指令中编写DNA代码。

包括未来结合VR等沉浸式技术，合成生物学系统可以变得更加直观，并且通过确保模拟尽可能准确而有效。

标准化组件

合成生物学也需要标准化。

在计算中，USB 端口和操作系统等标准组件使各种设备和应用程序能够无缝地协同工作。

生物学本身是高度标准化的，因为几乎所有的生物体都被简化为用标准遗传语言编写的指令，但生物工程的过程和协议复杂多样，而且通常是定制的。

这些流程的标准化、自动化和小型化才能真正将生命科学转变为生命工程。

促进广泛采用

最后，我们需要让编程单元变得具有吸引力，促进行业交流。

这意味着不仅要使工具价格合理，而且还要培养一个可以共享知识和共同创新的用户和开发人员社区。

教育计划、开源平台以及协作或竞争项目都可以在建立这个社区中发挥作用。

03

写在最后

无论是创造可持续的能源、材料还是开发新药和疗法，合成生物学无疑具有改变世界的巨大潜力。

然而，为了释放这种潜力，我们必须让更广泛的群体能够接触并使用这项技术。

通过降低成本、简化接口、标准化组件，我们可以从合成生物学的Cray-1 时代进入生物制造的未来。

在这个时代，对活细胞进行编程就像使用个人计算机一样司空见惯和简单。

这种转变不仅会加速科学发现，还会实现我们理想中的*目标 ——去设计生命本身。