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如果医生们有办法“深入”大脑,将特定的一些基因送到大脑细胞的细胞核中从而将它们重新编程,这将是很大的进步。比如,医生们可以将一些能够对特定疾病产生抗体的基因送到大脑内部。2015年,加州理工学院本·德尔曼(Ben Deverman)的研究团队用一个名为AAV9的无害的病毒,创造出了数以百万级的它的遗传变异体。所用的方法是凯利·穆利斯(Kary Mullis)1983年发明至今还广泛应用于实验室的“聚合酶链式反应”,并创造了一种新的技术来测试这些百万级的病毒变种。这实际上是在以闪电一样的速度进行自然选择:他们将迅速选择出到底哪种变体能将基因送入人类的大脑。想象一下如果我们能够对所有的手术都应用这种基因疗法操作会带来多大的改变。
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颠覆化工行业
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此外,使用基因工程来创造新材料是非常有趣,也是非常有潜力的应用。即便不使用最新的技术,这个领域的一些创业者已经创造出来了前所未有的新材料。比如,Bolt Threads是位于加州埃默里维尔的初创公司,2009年由加州大学旧金山分校的三位科学家丹·维德迈尔(Dan Widmaier)、大卫·布雷斯劳尔(David Breslauer)和伊桑·米尔斯基(Ethan Mirsky)创立,他们尝试利用细菌来制造基因工程面料,已经开发出了一种人工合成丝质,宣称这种材质比一般的钢铁还都要牢固,但延展性和柔韧性比橡胶还好,既牢固又轻便舒适。
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再比如,2013年由杰德·迪恩(Jed Dean)和扎克·塞伯尔(Zach Serber)成立于加州埃默里维尔的Zymergen主要开发用于工业发酵的基因工程细菌,他们已经发现了一种将DNA植入到细菌中的方法,由此生成能创造新材料的微生物。
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不过,让生物学家们大声叫好的创业企业是Ginkgo Bioworks,这家公司2008年由麻省理工学院合成生物学的先驱(也是iGem的联合创始人)汤姆·奈特(Tom Knight)和其他几个麻省理工学院的校友(Jason Kelly、Reshma Shetty、Barry Canton和Austin Che)一起创立,它自称是“世界上第一个生物工程的代工厂”。代工厂这样“高大上”的事情之前一般都是英特尔、苹果这样大的芯片制造商才拥有的,英特尔等大公司给代工厂一个设计稿,代工厂负责将它生产出来。同样,Bioworks开出了生物工程的“代工厂”:客户只负责下单,它负责制作出来。到目前为止,Ginkgo Bioworks已经生产出了合成香料、化妆品以及食品等。
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如今,我们使用的大量日常材料都是通过系列化学反应得来的。基本上,化工行业就是通过对天然材料(如石油)的“重新编程”得到一些人工材料(如塑料)。遗憾的是,目前这个“重新编程”不仅过程不环保(化工厂通常会产生大量污染),结果也不“绿色”(比如难以分解的塑料)。而类似Ginkgo公司这样的研发制造模式却能用一种绿色的方式制造一种绿色的材料。
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现在,Zymergen和Ginkgo两家公司都想在它们的实验室里生产出各种各样的消费品,而这肯定将彻底颠覆整个化工行业。
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人类2.0:在硅谷探索科技未来 我们能用“基因密码”做什么
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科学家们对人类的“基因密码”始终充满了好奇和热情,在个人基因组测序变得越来越便捷的今天,我们到底能用这些基因数据做什么——精准预测和治疗疾病?杀死癌症?长生不老乃至返老还童?这些都是人类内心最深处的渴望,这些尝试也都已经开始。
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基因测序的“革命”
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生物科技领域的创业公司五花八门,各种各样的都有。不过,自人类基因组计划后,个人基因图谱(即通过测定基因序列的方法将个人的基因详尽测定出来,从而获得独立的遗传基因信息)确实吸引了很多资金和人才,2007年5月30日,美国人詹姆斯·沃森成为世界上第一个拥有个人“生命之书”的人。
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如今,提供个人基因组测序服务的有四家大的公司,分别是23andMe(最出名的基因组创业公司,也是首个将个人基因组测序商业化并提供给普通客户的公司),Generations Network的Ancestry DNA(2007年10月发布),国家地理(National Geographic)的基因地理工程(Genographic Project,2005年推出)以及Family Tree DNA(家谱DNA,2007年从德国公司DNA-Fingerprint中收购的技术)。
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这四家公司目前已有了数百万人的基因标签。23andMe给他们的第一个客户贴上基因标签是在2007年11月,至2015年6月它完成了为第100万个客户贴基因标签的工作。能在短短8年内做到百万级数量,主要是因为基因测序的成本在大幅下降。人类基因组计划(人类基因组的首次分析)用时超过十年,耗费了约30亿美元。如今,23andMe的个人基因组测序服务只需约200美元。
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2015年,位于马里兰州的Veritas Genetics,一家2014年由乔治·丘奇创立的公司(该公司在中国杭州也设有研发中心)推出了一项包括个人基因组测序+结果分析报告的“套餐”,价格只需1 000美元。
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2016年,拉斯维加斯的Sure Genomics公司(2014年由一群没有生物学背景的人创立的公司)声称,他们能让用户仅通过在家里用唾液采样就可以做个人基因组测序,而且还能获得比23andMe公司的DNA检测更全面的结果。Sure Genomics提供的价格是2 500美元一次,比23andMe高很多。
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为什么基因组测试的成本能下降这么多?这个故事略为复杂。但可以肯定的是,首先是因为测序仪器的成本在显著下降。基因测序仪器市场由三家公司主导:基于圣地亚哥的亿明达公司(2007年收购了Solexa的测序技术),位于硅谷的应用生物系统(Applied Biosystems)公司[被赛默飞世尔(Thermo Fisher Scientific)公司2014年收购]和454 Corporation(1999年由乔纳森·罗斯伯格在康涅狄格州创立,2007年被罗氏公司收购)。亿明达公司占有大约70%的市场。
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亿明达曾预测,至2020年,个人基因组测序的市场会达到200亿美元。不过,这个预测是在个人基因组预测的费用大幅下滑之前做出来的。2003年,个人全基因组测序的装备价值30亿美元,且只有一个可选项:人类基因组计划。2009年,亿明达的成套测试装备已将个人基因组测序的费用降低到了4.8万美元,至2009年底,大约100个人已进行过个人基因组测序。近几年来,基因测序仪的价格更是不断下降,以至于越来越多的人想要知道自己的“基因密码”。
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可以预见,当我们有便携式基因测序仪后,基因测序的下一次革命就会到来。这一天已经非常近了。2012年,牛津纳米孔(Oxford Nanopore)公司[2005年由牛津大学化学生物学教授黑根·贝利(Hagan Bayley)成立]开始测试一个名为Minion的便携式基因测序仪。该仪器很快就被医生们用于“读取”埃博拉病毒的基因组,这种病毒在几内亚肆虐时一度导致2万人死亡。Minion的用法很简单,只需要将它插入笔记本电脑的USB端口,它就能实时呈现读取出来的碱基结果,它甚至比芯片上的实验室(lab-on-a-chip)还要好,它是一个USB上的实验室(lab-on-a-USB-drive),你想带它到哪里都行。
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虽然Minion第一版只能在短的基因组上运作良好,还不足以分析像人类基因组那样又长又复杂的基因组。但在不久的将来,像Minion这样的便携式设备会投入市场量产。一位生物学家可以把它装在背包里,带着它到丛林里对一些罕见的动物进行基因测序;警察可以用它快速识别陌生的有机体,用以判断是否是生化武器;NASA还可以让机器人带上它到火星去,寻找其他生命的痕迹。
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基因大数据库的缺失
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不过,人们关心的还是个人基因组测序目前到底能提供哪些价值?
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好消息是DNA检测越来越便宜,普通人已能便捷地完成个人基因组测序。坏消息是它现在确实还并不怎么有用:DNA检测结果目前整体来说并不是“可实用的”(actionable)。比如,它还不能告诉你,根据你的基因信息,你要怎么做才能降低疾病的风险。事实上,目前个人基因组测序的价格往往都是不包含结果分析报告的,23andMe价格最低的个人基因组测序服务自然也不包含数据的“解释”。如今,尽管23andMe的竞争对手已经遍布全球,但这些初创企业里只有极少数可以提供全面的数据分析报告,即那种医疗专家可以帮你做真正有用的疾病预测的报告,而我们现在需要的却是能为“预测”医学服务的个人基因组学。
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在“可操作”的个人基因组报告领域,目前有两位领袖企业,分别是来自波士顿的Knome(2007年第一个尝试将人类基因组测序商业化的创业公司,现在是犹他州Tute Genomics公司的一部分)和亿明达。但是,这两家公司对这类分析报告的收费高达1万美元。
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