CAD基因编辑平台出炉，各明星企业纷纷加入，「一站式基因编辑商店」能否掀起技术浪潮？

在刚刚过去的周末，全球权威组织 —— 基因组编写计划（以下简称 GP-write，Genome Project–Write）宣布，将推出一款用于基因组编辑的计算机辅助设计 (CAD) 软件 GPW CAD，使大规模的基因组编辑和设计变得更加容易。

在里程碑式的人类基因组计划（HGP，Human Genome Project）结束 10 多年后，GP-write 于 2015 年在争议声中出炉。该项目包括了人类细胞系和其他具有农业和公共卫生意义的生物体的全基因组工程。其中，人类基因组编写计划（HGP-write）作为关键核心活动，专注于全部或部分合成人类基因组。

该计划最初设定的目标十分远大：将在十年内从头合成完整的人类基因组，把合成大型基因组的成本降低为现在的千分之一。

在 GP-write 于 2019 年召开的会议中，项目组通过讨论确定，开发下一代软件将是基因组设计和生成提升水平的关键需求。

像画画一样简单的基因编辑软件

CAD 全称计算机辅助设计，旨在通过计算机及其图形设备协助设计人员进行工作。通俗来说，CAD 就是一个绘图软件，人们可以使用它绘制复杂的工程图、机械图、建筑图、电路图等。

CAD 最早广泛应用于汽车制造、航空航天以及电子工业中，现在，其应用范围将扩展至生物领域。在 GP-write 5.0 会议中，新的基因编辑 CAD 平台由波士顿大学电气与计算机工程副教授、Lattice Automation 创始人 Douglas Densmore 博士发布并进行演示，该软件的开发工作正是由其领导完成。

据 Densmore 博士介绍，GPW CAD 将代数方法引入基因组设计语言中，因此该系统操作并不需要深厚的 IT 技能。

图丨 Douglas Densmore 博士在 GP-write 5.0 会议中介绍其设计原理

不仅如此，该软件建立起了自动化的工作流程，允许用户快速上传基因组、重新设计并合成新序列，并支持使用者直接从相关合作企业订购合成 DNA 或相关产品和服务，成为用于微生物、植物和动物基因组编写和设计的一站式商店。

理论可行，产业受限。在此之前，操作难度、成本与合成技术限制是扩展人工基因组工业规模的主要限制因素。

迄今为止，大多基因编辑技术仅限于针对细菌、酵母和其他小基因组物种上进行操作。例如 CRISPR 技术能够实现针对性的编辑操作，但规模很小。而现在，GPW CAD 允许科学家将编辑对象扩展至具有更大基因组的其他类型物种。通过广泛的自动化流程，协助实现从千碱基级别到千兆碱基级别的基因组设计工作。

在设计完成后，如果用户希望合成（或组装）设计的基因组，可以从 CAD 平台直接订购合成 DNA，并选择参与合作的生物铸造厂来组装并对其进行测试。完成后，新设计的基因组将运送给原始用户。这样一个完整的国际化的系统性产业链或将成为同类产品中的首创。

此外，随着用户与数据量的增加，该软件平台还将通过建立的共享数据库以促进其自动化设计功能的完善。当用户创建新的基因组变体并在细胞中研究结果时，可以记录每个变体的特征（称为其表型）并将其添加到平台共享数据库中，有助于加快对复杂疾病的研究。随着数据量的扩增，未来版本的软件还将包括表型预测，以帮助科学家了解他们的编辑是否会产生预期的效果。

在接受媒体采访时，Doug Densmore 表示，“新型基因编辑 CAD 软件的开发，有助于促进计算机科学和生物学的融合，从而帮助生物学家进行研究。”

图丨 Douglas Densmore（来源：Boston University）

合作企业之一的 Twist Bioscience 首席执行官 Emily Leproust 博士也表示，“CAD 技术提供了一种重要工具，可以让更多的研究人员更容易获得基因组工程和生物发现，通过广泛开展的合成生物学以改善人类健康和可持续性。”

简易操作、更低成本将有助于提高该平台的实用性和广泛性。GP-write 项目组乐观预计，随着 CAD 辅助基因编辑系统的不断完善，在未来创造一个新的生命或许真的会像画画一样简单。

不过，尽管这一新型平台已经向着合成更大基因组迈出了有希望的一步，但仍有其它问题需要解决。例如合作伙伴之一的 Twist 虽以突破性的 DNA 合成知识而闻名，但其能够合成的人工 DNA 长度依然存在限制，如何制造更大的基因组进行验证仍是待解难题。

众明星企业加盟，打造 “一站式服务”

据悉，以 GPW CAD 的基因组编写技术作为起点，GP-write 已联合多家企业，打造包括了全基因组设计、组装和测试的 “一站式服务”。研究人员将能够利用该平台自行设计基因组，继而直接从 GPW 工业合作伙伴处订购合成好的 DNA，并选择代工厂进行组装和测试。

为实现这一目标，GP-write 的合作伙伴已经包括：生命科学、诊断和应用化学市场的全球领导者安捷伦；DNA 合成公司 Ansa Biotechnologies、DNA Script 和 Twist Bioscience；以及基因编辑自动化公司 Inscripta 和 Lattice Automation 等。

图丨 GP-write 计划部分企业合作伙伴（来源：GP-write）

可以看出，各个合作企业都在为更全面、更广泛的基因组制造平台提供 “组件”。例如首个使用合成 DNA 进行大规模数字存储和计算的 Catalog Technologies，将帮助用户存储在 GP-write 软件上生成的大量基因组数据。而参与了软件平台设计的 Twist 则能够为软件用户直接提供合成 DNA 服务，这将使其成为首个受益的工业合作伙伴。

在这个基因组制造 “一站式商店” 的最后一环，生物制造商同样被囊括其中。例如爱丁堡基因组铸造厂，将对 DNA 片段进行组装并进行验证。

图丨爱丁堡大学的基因组铸造厂（来源：IEEE Spectrum）

除此之外，本次会上还宣布与全球知名投资机构 SOSV 旗下的 IndieBio 建立合作关系，正式推出 GP-write 的虚拟代工厂和初创公司生态系统。GP-write 和 IndieBio 团队将共同审查和选择提高基因组编写能力的初创企业，继续催生新的科技，以便长期实现 GP-write 的既定使命：在未来十年内将全基因组的编写和测试成本降低 1000 倍。

不难看出，GP-write 项目组想要打造的不仅仅是一个软件，GPW CAD 将背靠各个行业巨头和初创新秀完成尖端技术整合，形成完整的产业链。

更广泛的研究 = 更大的风险？

早在今年年初，GP-write 项目组已经公开表示，希望通过 CAD 程序，让遗传学家成为在全新水平上理解生命的创造者。

毫无疑问的是，简便的操作系统、更低成本将为该平台带来大量用户。包括学生、科学家、及专业研究人员在内的广泛群体将更容易地学习如何从头开始设计基因组，并且获得相关设计的反馈。这将有助于实现 “把合成大型基因组的成本降低为现在的千分之一” 这一美好愿景。

然而，技术的普及也将催生更大的风险，随之而来的信息安全、生物安全问题不容小觑。在 “基因编辑” 技术亲民化的同时，不法分子利用其合成病毒或是生化武器的门槛或将随之降低。

对此，GP-write 项目组表示，由 CAD 软件推动的所有项目都将遵守国际基因合成联盟概述的最高安全标准和协议。其具体措施包括用户身份验证，更新潜在危险序列禁用数据库，以及保留设计基因组永久记录便于追踪等等。

（来源：GP-write）

尽管 GP-write 保证 CAD 辅助基因编辑软件的安全性，但是部分科学家并不放心。

例如，弗莱堡大学的生物伦理学家 Joachim Boldt 表示，“简单的 CAD 设计流程和现实应用之间可能存在冲突。因为一个简单快捷的软件可能会使用户高估其准确性。尤其是那些对于底层逻辑不熟悉的用户，或将造成严重的后果。”

同时，Joachim Boldt 教授还主张制定有关 CAD 辅助基因编辑的国际法规，通过法规来约束其在不同生物类型中的应用范围。他表示，“如果没有政府或机构来对这一新型事物负责，那么在基因组设计的过程中一定会出现问题。”

除此之外，来自相关行业的潜在使用者也表示出了自己的担忧。在当前阶段，虽然建立大规模的基因组数据库利于促进研究发展已是大势所趋，然而在行业内部，各大公司并未对此形成共识。尤其是从基因检测行业中，各个公司均致力于争抢数据资源可见其重要性。

而从当前公开的 GPW CAD 及其合作企业来看，普遍集中于国外的知名企业。对此，某不愿透露姓名的业内人士表示，其对于该平台数据去向及信息安全持有怀疑态度。这种一站式平台在带来更便捷的用户体验同时，是否将与其联盟内的下游企业形成更为闭合的垄断局面？此外，基于 Boldt 教授的软件安全性主张，他也将继续对该平台保持观望。

总体而言，CAD 辅助基因编辑技术将是一项伟大的工程，对于人类基因编辑技术的发展具有重要的推动作用。不过，任何一种新兴事物，我们尚无法预测其带来的危害，因此在推广过程中必须慎之又慎。

参考资料：

• https://spectrum.ieee.org/genome-editing-cad
• https://www.genengnews.com/news/dna-writing-progress-presented-at-gp-writes-annual-conference/

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