介紹

我每天都會(huì)問(wèn)自己幾個(gè)問(wèn)題：我們?nèi)绾勿B(yǎng)活 100 億人，而不在我們?cè)?jīng)擁有農(nóng)場(chǎng)的地方造成沙漠大力發展？我們?nèi)绾未_保我們不會(huì)全部死於疾病豐富內涵，而又不將健康限制在那些買得起奢侈品的人生產效率？我們?nèi)绾螖U(kuò)大製造業(yè)產(chǎn)出，讓全球更多人享有更高的生活水平適應性，同時(shí)減少對(duì)生態(tài)的影響並阻止氣候變遷節點？對(duì)我來(lái)說(shuō)，這些都是 21 世紀(jì)的大問(wèn)題落地生根。他們都有生物技術(shù)的答案的特點。唯一的問(wèn)題是，今天我們創(chuàng)建生物技術(shù)答案的速度不夠快有效保障，無(wú)法滿足我們對(duì)解決方案的巨大需求大數據。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)相結合，使人類建構(gòu)生物技術(shù)解決方案的能力提高一百甚至一千倍高效化。本文介紹的是該生態(tài)系統(tǒng)——正在創(chuàng)建的“技術(shù)堆疊”，它將幫助我們創(chuàng)建所需的拯救世界的生物解決方案為產業發展。

什麼是技術(shù)棧範圍和領域？

「堆疊」是一種技術(shù)組合，可以使巨大的複雜性變得易於管理各項要求。他們將大型系統(tǒng)的各個(gè)部分分成“抽象層”更高要求，從而掩蓋了一些複雜性，因此設(shè)計(jì)人員可以專注於當(dāng)前需要設(shè)計(jì)的部分新技術，而無(wú)需考慮所有其他複雜的部分共同學習。 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。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深入，這些組件可以被視為單個(gè)單元或模組效高。這一原則對(duì)於軟體工程至關(guān)重要，其中模組通常是子程式基礎。 —複雜性工程方法（Stephen Wolfram系統穩定性，1986）

對(duì)於像具有數(shù)十億個(gè)電晶體的 CPU 或具有數(shù)萬(wàn)億個(gè)分子的細(xì)胞這樣複雜的東西，以這種分層方式組織事物對(duì)於任何類型的工程工作都至關(guān)重要集中展示。沃爾夫勒姆繼續(xù)說(shuō)：

「模組化的一個(gè)重要方面是它使抽象成為可能實力增強。一旦特定模組的構(gòu)造完成，該模組就可以被視為單個(gè)對(duì)象探索創新，並且無(wú)論該模組出現(xiàn)在何處帶來全新智能，只需要考慮其整體行為。因此新產品，模組化將建構(gòu)或分析系統(tǒng)的問(wèn)題分為多個(gè)級(jí)別去完善，從而有可能使每個(gè)級(jí)別都易於管理。

透過(guò)將一個(gè)大的複雜問(wèn)題分割成更小長遠所需、更簡(jiǎn)單的部分並相互堆疊，複雜的問(wèn)題變得更容易解決。 Web 開(kāi)發(fā)的一個(gè)著名範(fàn)例是 LAMP 堆疊（Linux提供堅實支撐、Apache、MySQL管理、PHP）。如果你用 Google 搜尋一下能力建設，你會(huì)發(fā)現(xiàn)許多關(guān)於如何使用 LAMP Stack 建立 Web 應(yīng)用程式的教學(xué)課程模樣，以及解釋它的圖表，如下所示：

圖 1：LAMP 堆疊服務。  LAMP堆疊的神奇之處在於很重要，如果你正在製作一個(gè)Web應(yīng)用程序，你可以留在頂層並編寫(xiě)一些PHP腳本覆蓋，而不需要考慮在底層的作業(yè)系統(tǒng)層控制進(jìn)程‘惓顩r，F(xiàn)在您不需要成為專業(yè)的電腦科學(xué)家來(lái)製作網(wǎng)站，而只需了解一些簡(jiǎn)單的腳本即可高效。這向我們指出了有關(guān)堆疊的另一個(gè)重要事項(xiàng)：相同的抽象層可以由不同的技術(shù)填充應用創新。在我們的 LAMP 範(fàn)例中，抽象層是（從下到上）作業(yè)系統(tǒng)機構、Web 伺服器的特性、資料庫(kù)伺服器和腳本語(yǔ)言；填入這些抽象層的技術(shù)是 Linux基礎、Apache提供堅實支撐、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)建其他堆疊實踐者，例如廣泛使用的 MEAN Stack取得明顯成效，它使用 MongoDB、Express.js數據、AngularJS 和 Node.js 作為堆疊在一起的特定技術(shù)撔碌募夹g，F(xiàn)代Web 開(kāi)發(fā)堆疊已在很大程度上過(guò)去瞭如今，LAMP 和MEAN 已成為現(xiàn)實(shí)改進措施，但LAMP 仍然是互聯(lián)網(wǎng)上最常見(jiàn)的技術(shù)組合之一（來(lái)源），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)組合長足發展。這就是堆疊的力量：它可以讓人們做一些沒(méi)有它就無(wú)法處理的事情今年，讓人們能夠訪問(wèn)以前許多人無(wú)法企及的技術(shù)，並以數(shù)量級(jí)加速開(kāi)發(fā)結構不合理。

為什麼「堆疊」對(duì)生物學(xué)很重要動手能力？

生物學(xué)是如此複雜，我們對(duì)其進(jìn)行工程設(shè)計(jì)的唯一機(jī)會(huì)是使用一個(gè)堆疊（或多個(gè)堆疊）意見征詢。 Drew Endy 在 2003 年的《自然》評(píng)論「工程生物學(xué)基礎(chǔ)」中第一個(gè)闡述了這個(gè)想法提升。在那裡大大提高，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)鍵要素研究成果。這三個(gè)工程概念位於自20 世紀(jì)70 年代第一個(gè)限制性內(nèi)切酶用於重新編程DNA 以來(lái)一直在開(kāi)發(fā)的基因工程工具之上取得了一定進展，它們共同創(chuàng)造了一種新的生物技術(shù)方法，我們稱之為為“synbio”大面積。這段影片顯示了德魯 2007 年在白板上提出的這一論點(diǎn)積極參與。

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Rob Carlson 在 2010 年出版的《生物學(xué)就是科技》一書(shū)中進(jìn)一步發(fā)展了這個(gè)想法。 卡爾森追溯了抽象層開(kāi)發(fā)的歷史培養，它使得我們今天認(rèn)為理所當(dāng)然的極其複雜的飛機(jī)和集成電路的設(shè)計(jì)和工程得以實(shí)現(xiàn)交流研討。在這裡，他引用了網(wǎng)路最早的開(kāi)發(fā)者之一形式、Ginkgo Bioworks 聯(lián)合創(chuàng)始人湯姆奈特 (Tom Knight) 的話：

「我們有機(jī)會(huì)利用我們的複雜性和資訊管理工具來(lái)模組化建設應用、抽象化和理解生物系統(tǒng)。就像我們從物理學(xué)中簡(jiǎn)化和抽象組件以允許我們建立數(shù)十億組件處理器一樣日漸深入，我們可以並且將會(huì)模組化動力、抽象化和理解生物組件，其明確目標(biāo)是建構(gòu)人工生化和生物系統(tǒng)豐富內涵。

Synbio Stack 的創(chuàng)建將使人們擺脫對(duì)單一 DNA 鹼基對(duì)的思考生產效率，這樣他們就可以專注於設(shè)計(jì)新的生物應(yīng)用。對(duì)於更多的人來(lái)說(shuō)多種，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)候都更容易將進一步，使他們能夠?yàn)槿祟惍?dāng)今面臨的巨大生存問(wèn)題找到解決方案。

什麼是 Synbio Stack發展成就？

如果抽象層對(duì)於工程生物學(xué)如此重要成就，那麼所有不同的層次是什麼？哪些技術(shù)可以填補(bǔ)這些空白開展面對面？分割這塊蛋糕的方法有很多種系統，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。也就是說(shuō)進一步提升，我認(rèn)為有四個(gè)（非常廣泛的）層面：

圖 2：Synbio 堆疊

• 應(yīng)用層：有價(jià)值的產(chǎn)品空間廣闊，從食品到藥品再到時(shí)尚。
• Bio CAD / CAM 圖層：計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和/或制造 (CAD / CAM) 軟件改革創新，用于設(shè)計(jì)應(yīng)用程序并規(guī)劃它們的構(gòu)建方式知識和技能。
• 流程執(zhí)行層：自動(dòng)化 Bio CAD/CAM 軟件描述的流程的硬件，以操縱試劑和生物學(xué)新模式。
• 生物試劑層：組合生物部件以創(chuàng)建應(yīng)用程序實現。

這些層中的每一層都可以分解為更多層和子層。然而，即使透過(guò)這個(gè) 30,000 英尺的 Synbio 堆疊視圖服務體系，我們也可以看到抽象層對(duì)於人們利用生物學(xué)進(jìn)行建構(gòu)的優(yōu)勢(shì)說服力。堆疊將創(chuàng)建新有機(jī)體的龐大而複雜的工作劃分為幾個(gè)較小的、不太複雜的工作分析。這使得曾經(jīng)不可能的事情現(xiàn)在變得可行表示。人們和組織有機(jī)會(huì)專門(mén)從事不同層面的工作，以建立那裡所需的能力系統穩定性。例如拓展基地，有了這樣的 synbio 堆疊，使用 CAD 軟體設(shè)計(jì) DNA 部件的人就無(wú)需考慮機(jī)器人將執(zhí)行的逐步過(guò)程來(lái)創(chuàng)建其設(shè)計(jì)實力增強。這意味著他們可以專注於設(shè)計(jì)功能性 DNA 部分這一非常困難的工作體系流動性。以這種方式組織新生物產(chǎn)品的創(chuàng)造工作，可以建立團(tuán)隊(duì)並解決以前不可能的問(wèn)題帶來全新智能。