在剛剛過去的週末，全球權威組織 —— 基因組編寫計劃（以下簡稱 GP-write，Genome Project–Write）宣佈，將推出一款用於基因組編輯的計算機輔助設計 (CAD) 軟體 GPW CAD，使大規模的基因組編輯和設計變得更加容易。
在里程碑式的人類基因組計劃（HGP，Human Genome Project）結束 10 多年後，GP-write 於 2015 年在爭議聲中出爐。該專案包括了人類細胞系和其他具有農業和公共衛生意義的生物體的全基因組工程。其中，人類基因組編寫計劃（HGP-write）作為關鍵核心活動，專注於全部或部分合成人類基因組。
該計劃最初設定的目標十分遠大：將在十年內從頭合成完整的人類基因組，把合成大型基因組的成本降低為現在的千分之一。
在 GP-write 於 2019 年召開的會議中，專案組透過討論確定，開發下一代軟體將是基因組設計和生成提升水平的關鍵需求。
像畫畫一樣簡單的基因編輯軟體
CAD 全稱計算機輔助設計，旨在透過計算機及其圖形裝置協助設計人員進行工作。通俗來說，CAD 就是一個繪圖軟體，人們可以使用它繪製複雜的工程圖、機械圖、建築圖、電路圖等。
CAD 最早廣泛應用於汽車製造、航空航天以及電子工業中，現在，其應用範圍將擴充套件至生物領域。在 GP-write 5.0 會議中，新的基因編輯 CAD 平臺由波士頓大學電氣與計算機工程副教授、Lattice Automation 創始人 Douglas Densmore 博士釋出並進行演示，該軟體的開發工作正是由其領導完成。
據 Densmore 博士介紹，GPW CAD 將代數方法引入基因組設計語言中，因此該系統操作並不需要深厚的 IT 技能。
圖丨 Douglas Densmore 博士在 GP-write 5.0 會議中介紹其設計原理
不僅如此，該軟體建立起了自動化的工作流程，允許使用者快速上傳基因組、重新設計併合成新序列，並支援使用者直接從相關合作企業訂購合成 DNA 或相關產品和服務，成為用於微生物、植物和動物基因組編寫和設計的一站式商店。
理論可行，產業受限。在此之前，操作難度、成本與合成技術限制是擴充套件人工基因組工業規模的主要限制因素。
迄今為止，大多基因編輯技術僅限於針對細菌、酵母和其他小基因組物種上進行操作。例如 CRISPR 技術能夠實現針對性的編輯操作，但規模很小。而現在，GPW CAD 允許科學家將編輯物件擴充套件至具有更大基因組的其他型別物種。透過廣泛的自動化流程，協助實現從千鹼基級別到千兆鹼基級別的基因組設計工作。
在設計完成後，如果使用者希望合成（或組裝）設計的基因組，可以從 CAD 平臺直接訂購合成 DNA，並選擇參與合作的生物鑄造廠來組裝並對其進行測試。完成後，新設計的基因組將運送給原始使用者。這樣一個完整的國際化的系統性產業鏈或將成為同類產品中的首創。
此外，隨著使用者與資料量的增加，該軟體平臺還將透過建立的共享資料庫以促進其自動化設計功能的完善。當用戶建立新的基因組變體並在細胞中研究結果時，可以記錄每個變體的特徵（稱為其表型）並將其新增到平臺共享資料庫中，有助於加快對複雜疾病的研究。隨著資料量的擴增，未來版本的軟體還將包括表型預測，以幫助科學家瞭解他們的編輯是否會產生預期的效果。
在接受媒體採訪時，Doug Densmore 表示，“新型基因編輯 CAD 軟體的開發，有助於促進計算機科學和生物學的融合，從而幫助生物學家進行研究。”
圖丨 Douglas Densmore（來源：Boston University）
合作企業之一的 Twist Bioscience 執行長 Emily Leproust 博士也表示，“CAD 技術提供了一種重要工具，可以讓更多的研究人員更容易獲得基因組工程和生物發現，透過廣泛開展的合成生物學以改善人類健康和可持續性。”
簡易操作、更低成本將有助於提高該平臺的實用性和廣泛性。GP-write 專案組樂觀預計，隨著 CAD 輔助基因編輯系統的不斷完善，在未來創造一個新的生命或許真的會像畫畫一樣簡單。
不過，儘管這一新型平臺已經向著合成更大基因組邁出了有希望的一步，但仍有其它問題需要解決。例如合作伙伴之一的 Twist 雖以突破性的 DNA 合成知識而聞名，但其能夠合成的人工 DNA 長度依然存在限制，如何製造更大的基因組進行驗證仍是待解難題。
眾明星企業加盟，打造 “一站式服務”
據悉，以 GPW CAD 的基因組編寫技術作為起點，GP-write 已聯合多家企業，打造包括了全基因組設計、組裝和測試的 “一站式服務”。研究人員將能夠利用該平臺自行設計基因組，繼而直接從 GPW 工業合作伙伴處訂購合成好的 DNA，並選擇代工廠進行組裝和測試。
為實現這一目標，GP-write 的合作伙伴已經包括：生命科學、診斷和應用化學市場的全球領導者安捷倫；DNA 合成公司 Ansa Biotechnologies、DNA Script 和 Twist Bioscience；以及基因編輯自動化公司 Inscripta 和 Lattice Automation 等。
圖丨 GP-write 計劃部分企業合作伙伴（來源：GP-write）
可以看出，各個合作企業都在為更全面、更廣泛的基因組製造平臺提供 “元件”。例如首個使用合成 DNA 進行大規模數字儲存和計算的 Catalog Technologies，將幫助使用者儲存在 GP-write 軟體上生成的大量基因組資料。而參與了軟體平臺設計的 Twist 則能夠為軟體使用者直接提供合成 DNA 服務，這將使其成為首個受益的工業合作伙伴。
在這個基因組製造 “一站式商店” 的最後一環，生物製造商同樣被囊括其中。例如愛丁堡基因組鑄造廠，將對 DNA 片段進行組裝並進行驗證。
圖丨愛丁堡大學的基因組鑄造廠（來源：IEEE Spectrum）
除此之外，本次會上還宣佈與全球知名投資機構 SOSV 旗下的 IndieBio 建立合作關係，正式推出 GP-write 的虛擬代工廠和初創公司生態系統。GP-write 和 IndieBio 團隊將共同審查和選擇提高基因組編寫能力的初創企業，繼續催生新的科技，以便長期實現 GP-write 的既定使命：在未來十年內將全基因組的編寫和測試成本降低 1000 倍。
不難看出，GP-write 專案組想要打造的不僅僅是一個軟體，GPW CAD 將背靠各個行業巨頭和初創新秀完成尖端技術整合，形成完整的產業鏈。
更廣泛的研究 = 更大的風險？
早在今年年初，GP-write 專案組已經公開表示，希望透過 CAD 程式，讓遺傳學家成為在全新水平上理解生命的創造者。
毫無疑問的是，簡便的作業系統、更低成本將為該平臺帶來大量使用者。包括學生、科學家、及專業研究人員在內的廣泛群體將更容易地學習如何從頭開始設計基因組，並且獲得相關設計的反饋。這將有助於實現 “把合成大型基因組的成本降低為現在的千分之一” 這一美好願景。
然而，技術的普及也將催生更大的風險，隨之而來的資訊保安、生物安全問題不容小覷。在 “基因編輯” 技術親民化的同時，不法分子利用其合成病毒或是生化武器的門檻或將隨之降低。
對此，GP-write 專案組表示，由 CAD 軟體推動的所有專案都將遵守國際基因合成聯盟概述的最高安全標準和協議。其具體措施包括使用者身份驗證，更新潛在危險序列禁用資料庫，以及保留設計基因組永久記錄便於追蹤等等。
（來源：GP-write）
儘管 GP-write 保證 CAD 輔助基因編輯軟體的安全性，但是部分科學家並不放心。
例如，弗萊堡大學的生物倫理學家 Joachim Boldt 表示，“簡單的 CAD 設計流程和現實應用之間可能存在衝突。因為一個簡單快捷的軟體可能會使使用者高估其準確性。尤其是那些對於底層邏輯不熟悉的使用者，或將造成嚴重的後果。”
同時，Joachim Boldt 教授還主張制定有關 CAD 輔助基因編輯的國際法規，透過法規來約束其在不同生物型別中的應用範圍。他表示，“如果沒有政府或機構來對這一新型事物負責，那麼在基因組設計的過程中一定會出現問題。”
除此之外，來自相關行業的潛在使用者也表示出了自己的擔憂。在當前階段，雖然建立大規模的基因組資料庫利於促進研究發展已是大勢所趨，然而在行業內部，各大公司並未對此形成共識。尤其是從基因檢測行業中，各個公司均致力於爭搶資料資源可見其重要性。
而從當前公開的 GPW CAD 及其合作企業來看，普遍集中於國外的知名企業。對此，某不願透露姓名的業內人士表示，其對於該平臺數據去向及資訊保安持有懷疑態度。這種一站式平臺在帶來更便捷的使用者體驗同時，是否將與其聯盟內的下游企業形成更為閉合的壟斷局面？此外，基於 Boldt 教授的軟體安全性主張，他也將繼續對該平臺保持觀望。
總體而言，CAD 輔助基因編輯技術將是一項偉大的工程，對於人類基因編輯技術的發展具有重要的推動作用。不過，任何一種新興事物，我們尚無法預測其帶來的危害，因此在推廣過程中必須慎之又慎。
