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 億人統籌發展，而不在我們?cè)?jīng)擁有農(nóng)場(chǎng)的地方造成沙漠深化涉外？我們?nèi)绾未_保我們不會(huì)全部死於疾病，而又不將健康限制在那些買(mǎi)得起奢侈品的人逐漸完善？我們?nèi)绾螖U(kuò)大製造業(yè)產(chǎn)出參與能力，讓全球更多人享有更高的生活水平，同時(shí)減少對(duì)生態(tài)的影響並阻止氣候變遷？對(duì)我來(lái)說(shuō)充分發揮，這些都是 21 世紀(jì)的大問(wèn)題高質量。他們都有生物技術(shù)的答案。唯一的問(wèn)題是選擇適用，今天我們創(chuàng)建生物技術(shù)答案的速度不夠快管理，無(wú)法滿(mǎn)足我們對(duì)解決方案的巨大需求。這就是我們需要 Synbio Stack 的原因業務指導。我們需要一個(gè)技術(shù)生態(tài)系統(tǒng)改進措施，使人類(lèi)建構(gòu)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)堆疊”長足發展，它將幫助我們創(chuàng)建所需的拯救世界的生物解決方案高產。

什麼是技術(shù)棧？

「堆疊」是一種技術(shù)組合發揮作用，可以使巨大的複雜性變得易於管理。他們將大型系統(tǒng)的各個(gè)部分分成“抽象層”逐步顯現，從而掩蓋了一些複雜性銘記囑托，因此設(shè)計(jì)人員可以專(zhuān)注於當(dāng)前需要設(shè)計(jì)的部分，而無(wú)需考慮所有其他複雜的部分自動化裝置。 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)行排列示範。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，這些組件可以被視為單個(gè)單元或模組有很大提升空間。這一原則對(duì)於軟體工程至關(guān)重要運行好，其中模組通常是子程式。 —複雜性工程方法（Stephen Wolfram可能性更大，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)胞這樣複雜的東西部署安排，以這種分層方式組織事物對(duì)於任何類(lèi)型的工程工作都至關(guān)重要。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技術。一旦特定模組的構(gòu)造完成推廣開來，該模組就可以被視為單個(gè)對(duì)象，並且無(wú)論該模組出現(xiàn)在何處相對較高，只需要考慮其整體行為資源配置。因此，模組化將建構(gòu)或分析系統(tǒng)的問(wèn)題分為多個(gè)級(jí)別大幅增加，從而有可能使每個(gè)級(jí)別都易於管理特性。

透過(guò)將一個(gè)大的複雜問(wèn)題分割成更小、更簡(jiǎn)單的部分並相互堆疊等特點，複雜的問(wèn)題變得更容易解決建言直達。 Web 開(kāi)發(fā)的一個(gè)著名範(fàn)例是 LAMP 堆疊（Linux、Apache、MySQL支撐作用、PHP）日漸深入。如果你用 Google 搜尋一下，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)課程同時，以及解釋它的圖表互動式宣講，如下所示：

圖 1：LAMP 堆疊。  LAMP堆疊的神奇之處在於模式，如果你正在製作一個(gè)Web應(yīng)用程序自動化，你可以留在頂層並編寫(xiě)一些PHP腳本，而不需要考慮在底層的作業(yè)系統(tǒng)層控制進(jìn)程「咂焚|，F(xiàn)在您不需要成為專(zhuān)業(yè)的電腦科學(xué)家來(lái)製作網(wǎng)站不折不扣，而只需了解一些簡(jiǎn)單的腳本即可。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)填充資源優勢。在我們的 LAMP 範(fàn)例中高效利用，抽象層是（從下到上）作業(yè)系統(tǒng)、Web 伺服器估算、資料庫(kù)伺服器和腳本語(yǔ)言講理論；填入這些抽象層的技術(shù)是 Linux、Apache不要畏懼、MySQL 和 PHP服務為一體。

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，例如廣泛使用的 MEAN Stack逐漸顯現，它使用 MongoDB全會精神、Express.js、AngularJS 和 Node.js 作為堆疊在一起的特定技術(shù)⊥卣够?，F(xiàn)代Web 開(kāi)發(fā)堆疊已在很大程度上過(guò)去瞭如今集中展示，LAMP 和MEAN 已成為現(xiàn)實(shí)，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）體系流動性，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)組合搶抓機遇。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，讓人們能夠訪問(wèn)以前許多人無(wú)法企及的技術(shù)表示，並以數(shù)量級(jí)加速開(kāi)發(fā)全面闡釋。

為什麼「堆疊」對(duì)生物學(xué)很重要？

生物學(xué)是如此複雜競爭力所在，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）引人註目。 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。在那裡溝通機製，他將「標(biāo)準(zhǔn)化好宣講、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。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?xún)?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，它們共同創(chuàng)造了一種新的生物技術(shù)方法，我們稱(chēng)之為為“synbio”雙重提升。這段影片顯示了德魯 2007 年在白板上提出的這一論點(diǎn)。

HTTPS://有圖.不餓/X IU和7KD rz LK?四=8DA74ADS SK他FX H5

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)想法事關全面。 卡爾森追溯了抽象層開(kāi)發(fā)的歷史表現明顯更佳，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)。在這裡技術節能，他引用了網(wǎng)路最早的開(kāi)發(fā)者之一指導、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、抽象化和理解生物系統(tǒng)國際要求。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流動性，我們可以並且將會(huì)模組化、抽象化和理解生物組件競爭激烈，其明確目標(biāo)是建構(gòu)人工生化和生物系統(tǒng)持續創新。

Synbio Stack 的創(chuàng)建將使人們擺脫對(duì)單一 DNA 鹼基對(duì)的思考，這樣他們就可以專(zhuān)注於設(shè)計(jì)新的生物應(yīng)用空白區。對(duì)於更多的人來(lái)說(shuō)合理需求，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，使他們能夠?yàn)槿祟?lèi)當(dāng)今面臨的巨大生存問(wèn)題找到解決方案充分發揮。

什麼是 Synbio Stack？

如果抽象層對(duì)於工程生物學(xué)如此重要充分發揮，那麼所有不同的層次是什麼選擇適用？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設計，每個(gè) Synbio 實(shí)驗(yàn)室可能都在使用略有不同的技術(shù)配置薄弱點。也就是說(shuō)，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)品優化程度，從食品到藥品再到時(shí)尚積極性。
• Bio CAD / CAM 圖層：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)建方式不斷豐富。
• 流程執(zhí)行層：自動(dòng)化 Bio CAD/CAM 軟件描述的流程的硬件實施體系，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)用程序各有優勢。

這些層中的每一層都可以分解為更多層和子層效果較好。然而，即使透過(guò)這個(gè) 30,000 英尺的 Synbio 堆疊視圖持續，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)等多個領域。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。這使得曾經(jīng)不可能的事情現(xiàn)在變得可行應用擴展。人們和組織有機(jī)會(huì)專(zhuān)門(mén)從事不同層面的工作體驗區，以建立那裡所需的能力。例如活動上，有了這樣的 synbio 堆疊有望，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)堅持先行。這意味著他們可以專(zhuān)注於設(shè)計(jì)功能性 DNA 部分這一非常困難的工作的發生。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)題領先水平。