介紹

我每天都會問自己幾個(gè)問題：我們?nèi)绾勿B(yǎng)活 100 億人穩中求進，而不在我們曾經(jīng)擁有農(nóng)場的地方造成沙漠明確了方向？我們?nèi)绾尾拍艽_保我們不會全部死于疾病勇探新路，而又不將健康僅限于那些買得起奢侈品的人單產提升？我們?nèi)绾尾拍軘U(kuò)大制造業(yè)產(chǎn)出，讓全球更多人享有更高的生活水平試驗，同時(shí)減少對生態(tài)的影響并阻止氣候變化勞動精神？對我來說，這些都是 21 世紀(jì)的大問題製度保障。他們都有生物技術(shù)的答案預下達。唯一的問題是，今天我們創(chuàng)建生物技術(shù)答案的速度不夠快統籌推進，無法滿足我們對解決方案的巨大需求方案。這就是我們需要 Synbio Stack 的原因。我們需要一個(gè)技術(shù)生態(tài)系統(tǒng)了解情況，使人類構(gòu)建生物技術(shù)解決方案的能力提高一百甚至一千倍組建。本文介紹的是該生態(tài)系統(tǒng)——正在創(chuàng)建的“技術(shù)堆棧”，它將幫助我們創(chuàng)建所需的拯救世界的生物解決方案深刻變革。

什么是技術(shù)棧結論？

“堆棧”是一種技術(shù)組合質生產力，可以使巨大的復(fù)雜性變得易于管理適應性強。他們將大型系統(tǒng)的各個(gè)部分分成“抽象層”，從而掩蓋了一些復(fù)雜性先進的解決方案，因此設(shè)計(jì)人員可以專注于當(dāng)前需要設(shè)計(jì)的部分拓展，而無需考慮所有其他復(fù)雜的部分。 Stephen Wolfram 在 1986 年闡述了這個(gè)想法：

“系統(tǒng)的組件應(yīng)該以某種形式的層次結(jié)構(gòu)進(jìn)行排列宣講活動。層次結(jié)構(gòu)中較高的組件應(yīng)該為層次結(jié)構(gòu)中較低的組件集提供總體控制不斷進步，這些組件可以被視為單個(gè)單元或模塊。這一原則對于軟件工程至關(guān)重要效率，其中模塊通常是子例程規模。在生物學(xué)中，器官和特定身體部位的存在也體現(xiàn)了這一點(diǎn)講道理，顯然是通過遺傳密碼中類似子程序的結(jié)構(gòu)來反映的發展目標奮鬥。” ——復(fù)雜性工程方法（Stephen Wolfram落地生根，1986）

對于像具有數(shù)十億個(gè)晶體管的 CPU 或具有數(shù)萬億個(gè)分子的細(xì)胞這樣復(fù)雜的東西的特點，以這種分層方式組織事物對于任何類型的工程工作都至關(guān)重要。沃爾夫勒姆繼續(xù)說道：

“模塊化的一個(gè)重要方面是它使抽象成為可能有效保障。一旦特定模塊的構(gòu)造完成大數據，該模塊就可以被視為單個(gè)對象，并且無論該模塊出現(xiàn)在何處講實踐，只需要考慮其整體行為高效化。因此，模塊化將構(gòu)建或分析系統(tǒng)的問題分為多個(gè)級別為產業發展，從而有可能使每個(gè)級別都易于管理範圍和領域。” ——復(fù)雜性工程方法（Stephen Wolfram各項要求，1986）

通過將一個(gè)大的復(fù)雜問題分割成更小更高要求、更簡單的部分并相互堆疊，復(fù)雜的問題變得更容易解決新技術。Web 開發(fā)的一個(gè)著名例子是 LAMP 堆棧（Linux共同學習、Apache、MySQL深入、PHP）效高。如果你用 Google 搜索一下，你會發(fā)現(xiàn)許多關(guān)于如何使用 LAMP Stack 創(chuàng)建 Web 應(yīng)用程序的教程，以及解釋它的圖表性能，如下所示：

圖 1：LAMP 堆棧多種方式。?LAMP堆棧的神奇之處在于，如果你正在制作一個(gè)Web應(yīng)用程序技術創新，你可以留在頂層并編寫一些PHP腳本深入交流研討，而不需要考慮在底層的操作系統(tǒng)層控制進(jìn)程。現(xiàn)在您不需要成為一名專業(yè)的計(jì)算機(jī)科學(xué)家來制作網(wǎng)站廣泛應用，而只需了解一些簡單的腳本即可關註度。這向我們指出了有關(guān)堆棧的另一個(gè)重要事項(xiàng)：相同的抽象層可以由不同的技術(shù)填充。在我們的 LAMP 示例中哪些領域，抽象層是（從下到上）操作系統(tǒng)敢於挑戰、Web 服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和腳本語言建立和完善；填充這些抽象層的技術(shù)是 Linux提供了遵循、Apache、MySQL 和 PHP結構。

這些相同的抽象層可以由不同的技術(shù)填充以創(chuàng)建其他堆棧，例如廣泛使用的 MEAN Stack優化上下，它使用 MongoDB能力建設、Express.js、AngularJS 和 Node.js 作為堆疊在一起的特定技術(shù)∩a體系，F(xiàn)代 Web 開發(fā)堆棧已在很大程度上過去了如今服務，LAMP 和 MEAN 已成為現(xiàn)實(shí)，但 LAMP 仍然是互聯(lián)網(wǎng)上最常見的技術(shù)組合之一（來源）能力和水平，因?yàn)樗堑谝粋€(gè)使幾乎任何人都可以建立網(wǎng)站的技術(shù)組合覆蓋。這就是堆棧的力量：它可以讓人們做一些沒有它就無法處理的事情，讓人們能夠訪問以前許多人無法企及的技術(shù)研究，并以數(shù)量級加速開發(fā)高效。

為什么“堆棧”對生物學(xué)很重要提高？

生物學(xué)是如此復(fù)雜機構，我們對其進(jìn)行工程設(shè)計(jì)的唯一機(jī)會是使用一個(gè)堆棧（或多個(gè)堆棧）。Drew Endy 在他 2003 年的《自然》評論“工程生物學(xué)基礎(chǔ)”中第一個(gè)闡述了這個(gè)想法交流。在那里基礎，他將“標(biāo)準(zhǔn)化、解耦和抽象”確定為構(gòu)成“合成生物學(xué)”新學(xué)科的關(guān)鍵要素還不大。這三個(gè)工程概念位于自 20 世紀(jì) 70 年代第一個(gè)限制性內(nèi)切酶用于重新編程 DNA 以來一直在開發(fā)的基因工程工具之上高產，它們共同創(chuàng)造了一種新的生物技術(shù)方法，我們稱之為“synbio”。這段視頻顯示了德魯 2007 年在白板上提出的這一論點(diǎn)良好。

https://youtu.be/XIuh7KDRzLk?si=8DA74aDsSktaFxH5

Rob Carlson 在其 2010 年出版的《生物學(xué)就是技術(shù)》一書中進(jìn)一步發(fā)展了這一想法逐步顯現。卡爾森追溯了抽象層開發(fā)的歷史，它使得我們今天認(rèn)為理所當(dāng)然的極其復(fù)雜的飛機(jī)和集成電路的設(shè)計(jì)和工程得以實(shí)現(xiàn)單產提升。在這里傳遞，他引用了互聯(lián)網(wǎng)最早的開發(fā)者之一、Ginkgo Bioworks 聯(lián)合創(chuàng)始人湯姆·奈特 (Tom Knight) 的話：

“我們有機(jī)會利用我們的復(fù)雜性和信息管理工具來模塊化勞動精神、抽象和理解生物系統(tǒng)開展攻關合作。就像我們從物理學(xué)中簡化和抽象組件以允許我們構(gòu)建數(shù)十億組件處理器一樣，我們可以并且將會模塊化預下達、抽象和理解生物組件逐步改善，其明確目標(biāo)是構(gòu)建人工生化和生物系統(tǒng)√嵘?！?- Tom Knight大大提高，引自《生物學(xué)就是技術(shù)》（Rob Carlson，2010）

Synbio Stack 的創(chuàng)建將使人們擺脫對單個(gè) DNA 堿基對的思考研究成果，這樣他們就可以專注于設(shè)計(jì)新的生物應(yīng)用取得了一定進展。對于更多的人來說，利用生物技術(shù)創(chuàng)造新的應(yīng)用將變得比以往任何時(shí)候都容易大面積，使他們能夠?yàn)槿祟惍?dāng)今面臨的巨大生存問題找到解決方案積極參與。

什么是 Synbio Stack？

如果抽象層對于工程生物學(xué)如此重要培養，那么所有不同的層是什么交流研討？哪些技術(shù)可以填補(bǔ)這些空白？分割這塊蛋糕的方法有很多種形式，每個(gè) Synbio 實(shí)驗(yàn)室可能都在使用略有不同的技術(shù)配置建設應用。也就是說，我認(rèn)為有四個(gè)（非常廣泛的）層面：

圖 2：Synbio 堆棧

• 應(yīng)用層：有價(jià)值的產(chǎn)品日漸深入，從食品到藥品再到時(shí)尚動力。
• Bio CAD / CAM 層：計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和/或制造 (CAD / CAM) 軟件，用于設(shè)計(jì)應(yīng)用程序并規(guī)劃它們的構(gòu)建方式互動式宣講。
• 流程執(zhí)行層：自動(dòng)化 Bio CAD/CAM 軟件描述的流程的硬件生產效率，以操縱試劑和生物學(xué)。
• 生物試劑層：組合生物部件以創(chuàng)建應(yīng)用程序適應性。

這些層中的每一層都可以分解為更多層和子層節點。然而，即使通過這個(gè) 30,000 英尺的 Synbio 堆棧視圖落地生根，我們也可以看到抽象層對于人們利用生物學(xué)進(jìn)行構(gòu)建的優(yōu)勢的特點。堆棧將創(chuàng)建新有機(jī)體的龐大而復(fù)雜的工作劃分為幾個(gè)較小的健康發展、不太復(fù)雜的工作。這使得曾經(jīng)不可能的事情現(xiàn)在變得可行大數據。人們和組織有機(jī)會專門從事不同層面的工作長效機製，以構(gòu)建那里所需的能力。例如數字技術，有了這樣的 synbio 堆棧奮戰不懈，使用 CAD 軟件設(shè)計(jì) DNA 部件的人就無需考慮機(jī)器人將執(zhí)行的逐步過程來創(chuàng)建其設(shè)計(jì)。這意味著他們可以專注于設(shè)計(jì)功能性 DNA 部分這一非常困難的工作知識和技能。以這種方式組織新生物產(chǎn)品的創(chuàng)造工作取得顯著成效，可以建立團(tuán)隊(duì)并解決以前不可能的問題。