生物工程師構建用于對細胞編程的開源語言
Image: Steve Jurvetson/Flickr.
Drew Endy 想要構建一套針對生命體的編程語言。
Endy 是國際前沿生物技術開放實驗室（簡稱 BIOFAB）主任，他所在的團隊正在開發一種將遺傳學數據用于程序化地構造真實生物細胞的語言。這看起來像是科幻小說里的情節，但這個項目已經在進行中 了，并且該團隊正考慮將此語言開源，以便其他的科學家使用、修改和完善。
該項目在采集遺傳學數據并用于直接改進生物體行為特征（此過程被稱為生物工程）的熱潮中占據了一席之地。最高法院在研究基因是否可以申請專利的問題，這使生物工程領域處于一個交叉路口，但像 Endy 這樣的科學家們仍然在埋頭推進這項技術的發展。
基因包含了決定特定細胞功能的信息，而一些基因組片段在不同類型的細胞和器官中的自我表達是基本相同的。這一特性使得 Endy 和他的團隊能夠構造一種語言，讓科學家們用它來仔細地人工構造基因表達，也就是他們說的“介于基因組和所有生命動態過程之間的層次”。
根據卡耐基梅隆大學的計算生物學家 Ziv Bar-Joseph 的說法，基因表達和計算機系統相互通訊的方式并沒有太多不同。你可以在不同的系統中都看到相同的做法。他說：“在計算領域也是很常見的”。實際上，自從 60 年代開始，造出來的計算機的運行過程就很像細胞和其他生物系統。它們都有自我容納的操作和相互交換信息的標準途徑。
“在合成生物學領域，對應 Java 虛擬機的是你可以在任意類型的細胞里構建你自己的房室，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 和他的團隊正在構建最基本的單元模塊–該語言的“語法”部分。他們最近的進展是找到了控制和增強從基因組傳給細胞的信號的方法，該發現發表在《科學》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來監測信號并將其增強，才能持續地將其傳輸下去。”
沒錯，他的想法就是創建一個能夠在不同類型的細胞之間運轉的系統。在九十年代，計算領域致力于創建一個通用的編程平臺，用于編寫能運行于異構系統之間的應用，這就是被稱為 Java 虛擬機的平臺。Endy 希望在生物學領域復制 Java 虛擬機。
“Java 開發的軟件可以在許多不同硬件和操作系統的平臺上運行。這種可移植性來自于 Java 虛擬機，它構建了一個跨各種平臺的通用運行環境，使得 Java 代碼能在保持一致的本地環境中運行。”他說。
“在合成生物學領域，和 Java 虛擬機對等的可能是你可以在任意類型的細胞里創建房室，這樣你合成的 DNA 不會互相混淆。這種生物學虛擬機可以在一個房室里運行，使該房室提供一個運行你的 DNA 代碼所需的通用沙盒。”
根據 Endy 介紹，這個思路起源于 5 年前舊金山的亞伯拉罕·林肯中學的一群學生，而他現在正呼吁商業公司參與在生物學領域重建當年 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為現實，而且 Sun 公司也已經成了昨日黃花。
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一樣。BIOFAB 語言將免費對所有人開放，并且它會成為一個協作項目。
研發進展很慢，不過趨勢還不錯。目前，該團隊能以“非常高的可靠性”讓細胞一次表達多至 10 個基因。一年前，他們需要嘗試 700 次才能勉強讓細胞表達一個基因。有了合適的編程語言，他說，在這十年里就可以讓表達數達到 100 個以上。他們的目標是使該語言對輸出的基因不敏感，這樣細胞就能表達用戶需要的任何基因，非常類似于程序中的打印函數，不管你傳過去的是哪種字符集它都能 工作。
對于那些對人造細胞感到恐懼，覺得那是生物學的噩夢并會給世界帶來浩劫的人們，他想說的是，“生物技術有可能走向錯誤的方向。它有可能對人類造 成傷害。它有可能會被不負責任地使用。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，“技術發展史上有很多 先例是把好的應用開發出來，把切實可行的法規制定出來，并隨著技術的發展而更新它。在技術持續變化的時候，我們需要保持警覺。這就是技術進步中司空見慣的 現實情況。”
他相信這項工作不僅僅是重要的，而且比整個世界所認識到的更接近現實。“我們的整個文明依賴于生物學。我們需要想辦法更好地與大自然和諧共處， 在不破壞環境的前提下創造我們所需的東西，”Endy 說，“我覺得有點驚喜的是，來自其他技術方向的人們也開始參與進來，直接提供幫助，并開始構建這種程序化建造生命的通用語言。這是很重要的。”