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想当厨子的生物学家是个好黑客 第2章 外行人也能生物创新
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当我想象科学家们工作的样子时，脑海中仍然是白大褂加黑色实验台，尽管我见过的大多数专业生物学家更多时候是穿着羊毛衫的。不过黑色实验台的那个刻板印象可一点都没变，实验室是孕育科学的地方。家和实验室是两个不同的地方，分别象征着不同的知识领域，它们拥有不同的职能、优先项和注意事项。对分子生物学来说，这种感觉更加明显。居家生活中你很难看到任何细胞尺度或更小的东西，而唯一肉眼可见的细胞是冰箱里的鸡蛋。至少，我家里并不会特意放着专用设备，好拿来捣鼓细胞尺度甚至更小的东西。
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在家里，我们只有在要与之决一死战时，才会认真地想一想这些小到看不见的生物。比如在浴室里放上用来杀菌的清洁剂，为避免伤风流感使用的免水洗手液、往皮肤表面上面涂润肤霜滋养表层细胞好让皮肤保持弹性。最近厂家纷纷打出“抗菌”的招牌为自家的香皂做广告，这显然是充分利用了人们对那些看不见的病菌的恐惧心理。这样刻意拉近微生物与我们生活之间的距离，这种行为与早已根深蒂固的居家生活习惯相悖。即使目前市场上的种种抑制细菌繁殖的喷雾、凝胶、药丸效果空前，能保护我们免受看不见的细菌的伤害，不过还是有一些聪明人想把这些小生物带回家里。
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在21世纪的前十年里，新技术的交汇、思考科技的新方法实质上保证了DIY生物技术的理念能生根发芽开花结果。人类基因组计划声势浩大，动用了数十亿美金，刚刚完成了人类DNA中全部30亿碱基的全部测序工作。没过多久，DNA测序的时间成本和经济成本都大大降低。与此同时，将基因组合成新奇有趣的东西所需的技术和技能变得非常容易上手，本科生都能开始自己动手组装他们的DNA设备。
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国际基因工程机器大赛（The International Genetically Engineered Machine competition），它更为人所知的名字是iGEM大赛，最早是由麻省理工的一个生物工程项目演变而来的，这所学校的汤姆·奈特（Tom Knight）教授发展出了生物积木（Biobrick）遗传元件这一概念。奈特是从计算机科学家这个职业开始自己的事业的，但十几年前他受到启发，觉得生物也是一种信息处理系统，于是开始研究生物学。2003年，他发现了一批通用的组合遗传元件，换句说话，这些元件各自行使不同的功能，但是它们能以相同的方式组装起来，就像乐高积木一样。
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第一届iGEM大赛于2004年在麻省理工举行，当时只有五支参赛队伍。次年的比赛中，参赛队伍增加到13支。2009年，来自世界各地的112支队伍参与到iGEM大赛当中。组织者预计2010年的比赛将会有180支队伍参与角逐。iGEM的理念十分简洁，可要解决的技术问题却非常复杂。学生组成的参赛队伍会获得一个生物积木工具箱，组织者将这个工具箱誉为标准的可替换生物“零件”。这些“零件”都是DNA链，每条DNA链都具有一个特定的功能。当把它们组合在一起时学生们便可组装出“机器”，比如亮闪闪的细胞、飘着香蕉味儿的细菌、能检出砒霜的生物探测器。举办这个大赛的原则之一是发挥分享合作的精神，这一精神也是从开源软件运动当中借鉴的。所有的元件都被“标准生物元件注册表”记录在案，这是一个线上工具，其运营原则是“集思广益、抛砖引玉”。这个注册表由麻省理工负责维护，它会发给队伍成员所需的DNA元件。参赛队伍若是发明了个新元件会怎样？那就会增加到花名册里，这会让使每个人都从中受益。
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解读和编写DNA的进展鼓励人们不要将生物想象成黏糊糊的胶状生物，而是想象成黏糊糊的胶状信息系统。科学家们越是能像计算机处理比特和字节一样去理解和操控DNA，生物黑客的概念就越能被人接受。不过还是会有人觉得这个概念有点难以置信。
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2005年，麦肯齐·考威尔（Mackenzie Cowell）和别人组队参加iGEM大赛。他的小组试图合成一个遗传化学传感器，让它根据不同的物质发出不同组合的荧光色。那时候他在北卡罗来纳州夏洛特市的戴维森学院读本科。他们没有获奖，不过考威尔对这件事情着迷了。他毕业之后搬到了波士顿地区，并在协办iGEM大赛的实验室中工作。问题只有一个：他已经毕业了，不能参赛了。不过他不打算让这个门槛挡住他理想中的钻研生物技术之路。
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考威尔长着络腮胡子，眼睛里闪着小精灵似的光。在波士顿地区松散的DIY生物工程师组织中，这种模样让他更衬得起的首席魔术师的称号。他们把这个组织叫做DIYBio。他们印了宣传T恤、贴纸，他们有一个成员多达1400人的内部邮件组〔5〕，这个邮件组成了生物黑客事业的全球中心。他说话快而清晰，言语中透着一种知道自己要表达什么的自信。这并不是说他对于DIY派生物学家未来能成就的大业非常自负。比起那些害怕他所代表的生物黑客行为的人来说，他自己可能更清楚这其中的风险。
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25岁时，考威尔获得了亲戚们为他设立的2万美元的信托基金。毋庸置疑，那些亲戚们肯定觉得，到这个年纪时，他身上那股年轻人的冲动肯定会逐渐褪去，能够谨慎考虑如何利用这笔钱为自己的未来投资。
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马萨诸塞州坎布里奇市的一个工业区内，按摩浴缸商店和救护站中间有一只船运集装箱，那就是考威尔为自己和生物技术的未来所做的投资。考威尔最初预计自己能在拍卖会上以6000到15000美元的价格买到这样一个集装箱，所以打算用众包的方式凑齐这笔钱。后来他查看了一下，别人告诉他要3万美金才买得下来。于是他废掉了买它的计划，但还是去了拍卖会。拍卖会后，他那笔为数不多的信托基金里又少了12500美金。但是他手上多了一个移动的生物实验室，只要有人后院空着一大块地方而且有个值得一试的好点子，他就搬到那儿去。
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“显然，建造一个这样的实验室得花掉15万美金。所以我觉得我这笔买卖还挺划算的。”他说。
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波士顿开源科学实验室（the Boston Open-Source Science Lab），即BOSSlab，便是考威尔最大的DIY梦想。他认为生物技术的大门应该向最有创造力的人敞开，无论他们的背景如何，也不管他们是不是喜欢在体制内工作，而他信念的核心就是，拥有一个完全向公众开放的生物实验室。考威尔并不是不重视科班出身的聪明人所做的工作，他们能被大学精挑细选出来，正是因为他们身上确实具有促进生物技术发展的潜力和能力。但他确信这样严格的筛选人才的方式并不妥当，因为这会让那些能力出众而且应该加入到生物技术领域当中的人因为没有文凭无法得偿所愿。
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考威尔另一个常去的地方位于马萨诸塞州奥默维尔市的一条郁郁葱葱的街上。这里是萌芽公司（Sprout and Co.）总部。房子的护墙板参差有度，看上去就跟悠闲的波士顿郊区的任何一栋房子一样。不过，车道尽头，车库的门通向一个工作间，里面摆着一些不寻常的设备。在房间的一头，一排排没有轮子的自行车架上挂在墙上。工作间中还摆着高中手工艺课里的机器，供各种形式的切割打洞用。楼上的房间是电子工作室，在里面，架子上放满了颜色明亮的箱子，里面装着的零件看上去足可以组装个机器人了。
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房间另一头，戴尔台式机和盖满圣诞节灯饰的木板旁边有个角落，这是新英格兰地区首个基于团队的的生物工作室。每个初出茅庐的生物黑客向往的东西，这里应有尽有。这里有两台复制DNA的机器、一个矮胖的钢质高压灭菌锅（也就是生物实验室里的高压锅，灭菌锅盖子上戳着个古董般的仿60年代压力表）、一个电动搅棒、小型离心机、一台笨重的显微镜、一架子移液管、一个用来冻存那些蠕动的微生物的低温冰箱，还有一个亮橙色的易燃液体储存柜，“易燃液体储存柜”这几个字是用单词小磁铁拼成的。
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一个高高的架子上放着几个瓶子，里面装着生物实验室里面的实验材料，包括蒸馏水、用来中和自来水中氯气的硫代硫酸钠、隐形眼镜保护液、一只贴着看不懂的化学配方标签的旧伏特加酒瓶、一瓶子琼脂糖小球（这些琼脂糖小球是用来制作营养丰富的固体培养基，这培养基能给细胞提供营养使其在培养皿里茁壮成长）。
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萌芽公司的组织者把自己的工作称为“团队主导型科学”。他们想把那些乐于“分享调研热情”的人聚集起来，以创建一所“名符其实的社区大学”〔6〕。萌芽公司所在的地区，科学实验室的密度和其他地方一样高，其它实验室都要求应聘者带着简历、申请费、成绩单，大门口也装着刷卡门禁系统，可萌芽公司将自己的大门向所有人敞开。他们鼓励大家与科学亲密接触，他们让学校里的小孩去参与动手实验、让最厉害的极客们参与为期13周项目、让志趣相投的黑客们定期切磋。哲学意义上说，这意味着把开放性作为催生创意的最佳方式。
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考威尔花了很多时间思考生物技术的进步和DIYbio该如何融入其中的问题。他发现一些趋势正在相互融合，从而让分子生物学飞入寻常百姓家。
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第一个趋势便是作为服务行业的生物实验室的兴起。目前，乐意花几百美金的发烧友可以把沾了厨房海绵上污渍的棉签或者一小瓶口水寄给测序公司，之后便会收到一封电子邮件，里面有样品中全部DNA的序列。DNA合成公司的网站会让在线访客将自己需要合成的序列直接输入到主页上，附上信用卡号码，然后公司便从头开始合成基因并将合成产物用联邦快递寄给客户。曾经复杂而不易成功的实验室工作如今变得极为平常，所以将来可能出现更多公司来接手这些重复性的苦力活。公司之间的竞争促使产品价格下降，考威尔相信，研究者以后不会再受时间和工具的限制了。他希望，相反，创意和灵感能成为科学成就的唯一瓶颈。生物黑客们这下子不仅能从依附于研究经费的传统实验室脱身出来，而且只要他们乐意，生物实验都可以不用做了。
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“他们可以坐在家里，周围不摆任何实验设施，然后就能轻松搞定实验。”考威尔这样跟我说。
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考威尔说，对那些喜欢亲自动手做实验的生物黑客来说，DIYbio的做法能让他们得到自己想要的工具。“业余选手们开发出的花费低廉、设计简单的工具和技术，能让生物试验室的基础设施成本降低到原来的十分之一，甚至是百分之一。”
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使考威尔和与他相同的主流科学家激动不已的另一项进展是微流体技术。哈佛大学的一位声誉极高的化学家乔治·怀特塞兹（George Whitesides）发明了生物微芯片〔7〕，不同于普通的硅芯片，它是由纸制成的。怀特塞兹和其他研究者正在利用微流体技术建立“芯片实验室。”微流体装置通过微观通道分流液体，这很像用晶体管控制电流。微流体技术最有名的应用是喷墨式打印机。不过怀特塞兹要做些意义更加深远的事情。
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在微流体芯片上的液体流经微通道时，会接触到固定在通道中的物质。两者若发生反应，研究者便能了解液体的性质。例如，某些微通道里固定了某种疾病的人类抗体，让血液通过这些微通道，如果发生了抗原抗体反应，说明这个疾病的血检结果呈阳性。其它正在研发装置可以从一滴血液中找到免疫系统里面的白细胞。如果受到生物武器的攻击，人体血液中白细胞的数量会激增。这可以作为早期预警的生物探测器。
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20世纪90年代初，第一个微流体装置通过在硅和玻璃上蚀刻的方法制作而成。他们利用电流和压力使液体流经反应通道。而在怀特塞兹发明的纸芯片上，液体流经各个反应通道的原理，跟纸巾将洒出来的咖啡吸收掉一样。怀特塞兹同时对纸芯片和硅芯片加以改造，他在芯片中加入了一种疏水化学物质，这个化学物质能驱使所有水性物质通过特定的微通道并与目标化学物质进行反应。液体到达终点时，纸芯片的颜色就会改变，就像家用验孕棒一样。怀特塞兹相信这项技术可以让发展中国家的人享受到便宜的诊断检查，而且他已经开展了一个以此为目标的非赢利项目。麦肯齐·考威尔相信怀特塞兹的发明会使生物实验室的建立变得更加简单和便宜，只需要一块10美元的芯片和几瓶化学物质就行了。
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“微流体技术真的能让生物实验的设备成本大大降低。”考威尔跟我说。
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