介紹

我每天都會問自己幾個問題：我們?nèi)绾勿B(yǎng)活 100 億人，而不在我們曾經(jīng)擁有農(nóng)場的地方造成沙漠認為？我們?nèi)绾尾拍艽_保我們不會全部死于疾病服務好，而又不將健康僅限于那些買得起奢侈品的人？我們?nèi)绾尾拍軘U(kuò)大制造業(yè)產(chǎn)出反應能力，讓全球更多人享有更高的生活水平共謀發展，同時減少對生態(tài)的影響并阻止氣候變化？對我來說結構重塑，這些都是 21 世紀(jì)的大問題聽得懂。他們都有生物技術(shù)的答案。唯一的問題是高質量發展，今天我們創(chuàng)建生物技術(shù)答案的速度不夠快全方位，無法滿足我們對解決方案的巨大需求。這就是我們需要 Synbio Stack 的原因影響力範圍。我們需要一個技術(shù)生態(tài)系統(tǒng)大局，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。本文介紹的是該生態(tài)系統(tǒng)——正在創(chuàng)建的“技術(shù)堆椷~出了重要的一步！庇行蛲七M，它將幫助我們創(chuàng)建所需的拯救世界的生物解決方案。

什么是技術(shù)棧需求？

“堆棃远ú灰?！笔且环N技術(shù)組合，可以使巨大的復(fù)雜性變得易于管理真諦所在。他們將大型系統(tǒng)的各個部分分成“抽象層”指導，從而掩蓋了一些復(fù)雜性，因此設(shè)計人員可以專注于當(dāng)前需要設(shè)計的部分充分，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)行排列集聚。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競爭力，這些組件可以被視為單個單元或模塊。這一原則對于軟件工程至關(guān)重要哪些領域，其中模塊通常是子例程敢於挑戰。在生物學(xué)中不斷創新，器官和特定身體部位的存在也體現(xiàn)了這一點，顯然是通過遺傳密碼中類似子程序的結(jié)構(gòu)來反映的提供了遵循⑴c水平！?——復(fù)雜性工程方法（Stephen Wolfram，1986）

對于像具有數(shù)十億個晶體管的 CPU 或具有數(shù)萬億個分子的細(xì)胞這樣復(fù)雜的東西服務效率，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)重要明確相關要求。沃爾夫勒姆繼續(xù)說道：

“模塊化的一個重要方面是它使抽象成為可能。一旦特定模塊的構(gòu)造完成統籌發展，該模塊就可以被視為單個對象深化涉外，并且無論該模塊出現(xiàn)在何處，只需要考慮其整體行為生產製造。因此開展試點，模塊化將構(gòu)建或分析系統(tǒng)的問題分為多個級別，從而有可能使每個級別都易于管理共同⊥七M一步！?——復(fù)雜性工程方法（Stephen Wolfram，1986）

通過將一個大的復(fù)雜問題分割成更小簡單化、更簡單的部分并相互堆疊實際需求，復(fù)雜的問題變得更容易解決。Web 開發(fā)的一個著名例子是 LAMP 堆棧（Linux優勢、Apache善謀新篇、MySQL、PHP）便利性。如果你用 Google 搜索一下方法，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，以及解釋它的圖表提供有力支撐，如下所示：

圖 1：LAMP 堆棧切實把製度。?LAMP堆棧的神奇之處在于，如果你正在制作一個Web應(yīng)用程序自行開發，你可以留在頂層并編寫一些PHP腳本進行部署，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)的計算機(jī)科學(xué)家來制作網(wǎng)站應用情況，而只需了解一些簡單的腳本即可示範。這向我們指出了有關(guān)堆棧的另一個重要事項：相同的抽象層可以由不同的技術(shù)填充。在我們的 LAMP 示例中有很大提升空間，抽象層是（從下到上）操作系統(tǒng)運行好、Web 服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和腳本語言可能性更大；填充這些抽象層的技術(shù)是 Linux部署安排、Apache搖籃、MySQL 和 PHP。

這些相同的抽象層可以由不同的技術(shù)填充以創(chuàng)建其他堆棧推廣開來，例如廣泛使用的 MEAN Stack推動，它使用 MongoDB、Express.js資源配置、AngularJS 和 Node.js 作為堆疊在一起的特定技術(shù)⌒畔?，F(xiàn)代 Web 開發(fā)堆棧已在很大程度上過去了如今，LAMP 和 MEAN 已成為現(xiàn)實相互融合，但 LAMP 仍然是互聯(lián)網(wǎng)上最常見的技術(shù)組合之一（來源）首要任務，因為它是第一個使幾乎任何人都可以建立網(wǎng)站的技術(shù)組合。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)，并以數(shù)量級加速開發(fā)安全鏈。

為什么“堆棽蝗莺鲆?！睂ι飳W(xué)很重要？

生物學(xué)是如此復(fù)雜，我們對其進(jìn)行工程設(shè)計的唯一機(jī)會是使用一個堆棧（或多個堆棧）。Drew Endy 在他 2003 年的《自然》評論“工程生物學(xué)基礎(chǔ)”中第一個闡述了這個想法。在那里建設項目，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)鍵要素落實落細。這三個工程概念位于自 20 世紀(jì) 70 年代第一個限制性內(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相結合，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”製高點項目。這段視頻顯示了德魯 2007 年在白板上提出的這一論點為產業發展。

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。卡爾森追溯了抽象層開發(fā)的歷史有所增加，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)計和工程得以實現(xiàn)各項要求。在這里，他引用了互聯(lián)網(wǎng)最早的開發(fā)者之一估算、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講理論、抽象和理解生物系統(tǒng)。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不要畏懼，我們可以并且將會模塊化服務為一體、抽象和理解生物組件，其明確目標(biāo)是構(gòu)建人工生化和生物系統(tǒng)大大縮短∫鋵嵑?！?- Tom Knight，引自《生物學(xué)就是技術(shù)》（Rob Carlson更默契了，2010）

Synbio Stack 的創(chuàng)建將使人們擺脫對單個 DNA 堿基對的思考先進技術，這樣他們就可以專注于設(shè)計新的生物應(yīng)用。對于更多的人來說不合理波動，利用生物技術(shù)創(chuàng)造新的應(yīng)用將變得比以往任何時候都容易宣講手段，使他們能夠為人類當(dāng)今面臨的巨大生存問題找到解決方案。

什么是 Synbio Stack積極拓展新的領域？

如果抽象層對于工程生物學(xué)如此重要配套設備，那么所有不同的層是什么？哪些技術(shù)可以填補這些空白相對開放？分割這塊蛋糕的方法有很多種推進高水平，每個 Synbio 實驗室可能都在使用略有不同的技術(shù)配置。也就是說拓展應用，我認(rèn)為有四個（非常廣泛的）層面：

圖 2：Synbio 堆棧

• 應(yīng)用層：有價值的產(chǎn)品生產創效，從食品到藥品再到時尚。
• Bio CAD / CAM 層：計算機(jī)輔助設(shè)計和/或制造 (CAD / CAM) 軟件管理，用于設(shè)計應(yīng)用程序并規(guī)劃它們的構(gòu)建方式優化上下。
• 流程執(zhí)行層：自動化 Bio CAD/CAM 軟件描述的流程的硬件，以操縱試劑和生物學(xué)模樣。
• 生物試劑層：組合生物部件以創(chuàng)建應(yīng)用程序生產體系。

這些層中的每一層都可以分解為更多層和子層。然而很重要，即使通過這個 30,000 英尺的 Synbio 堆棧視圖能力和水平，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。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較小的異常狀況、不太復(fù)雜的工作研究。這使得曾經(jīng)不可能的事情現(xiàn)在變得可行。人們和組織有機(jī)會專門從事不同層面的工作共同努力，以構(gòu)建那里所需的能力行業內卷。例如，有了這樣的 synbio 堆棧逐漸完善，使用 CAD 軟件設(shè)計 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)計參與能力。這意味著他們可以專注于設(shè)計功能性 DNA 部分這一非常困難的工作。以這種方式組織新生物產(chǎn)品的創(chuàng)造工作是目前主流，可以建立團(tuán)隊并解決以前不可能的問題充分發揮。