喬治·徹奇教授

2004年，《麻省理工科技評論》將合成生物學評為改變世界的十大新技術(shù)之一。

合成生物學正在深刻地改變著人類的生活和生產(chǎn)方式，合成生物學的未來發(fā)展備受關(guān)注。未來合成生物學將如何影響世界經(jīng)濟發(fā)展和人們的生活方式？又將如何顛覆人類的認知和現(xiàn)有技術(shù)？如何將生產(chǎn)、教育、研究緊密結(jié)合以促成合成生物學的發(fā)展？未來中國將在合成生物學的世界舞臺上扮演怎樣的角色？

喬治·徹奇教授以視頻的形式在大會現(xiàn)場發(fā)表題為《合成生物學的未來》的演講，就這些問題做出了解答。

喬治·徹奇教授是美國基因工程學家、分子工程學家和化學家，也是美國科學院院士、美國工程院院士，被稱為“當代基因組學教父”。此前他曾任哈佛醫(yī)學院遺傳學系教授，哈佛大學/麻省理工學院HST聯(lián)合研究所教授，主要研究方向是基因組測序及數(shù)據(jù)分析、合成生物學、個人基因組學等。他曾創(chuàng)辦第一家向個人用戶提供完整基因組序列的公司，還是利用基因編輯技術(shù)進行異種器官移植公司啟函生物、基因編輯和基因組工程公司eGenesis的聯(lián)合創(chuàng)始人。2017年，被“時代”雜志評選為世界上最具影響力的100個人之一。

以下為演講實錄整理：

首先我要感謝這次活動的組織者給我機會聊一聊合成生物技術(shù)的未來。

我的演講將主要圍繞六個問題展開：

第一個問題是，從技術(shù)到市場，從資本到政策，合成生物學將如何影響世界經(jīng)濟發(fā)展和人們的生活方式？

如今，合成生物學已被廣泛用于基因療法和農(nóng)業(yè)領(lǐng)域之中，比如INARI和Editas兩家公司針對罕見遺傳疾病，而中國本土公司華大智造正在研發(fā)了DNA納米球、新抗體等技術(shù)，eGenesis研究如何將豬的器官移植到人的身上。合成生物正在影響著我們進行分析、合成、產(chǎn)前診斷和外科手術(shù)的能力。

合成生物學帶來的經(jīng)濟影響得益于其快速發(fā)展。我們可以看到Y(jié)軸的數(shù)字在過去十年中呈指數(shù)級增長，例如合成生物技術(shù)、基因組測序和編輯技術(shù)。它們的規(guī)模都增長了超過1000萬倍，主要原因是樣本復用，一滴液滴中可以混合多達數(shù)十或數(shù)萬億個樣本。

第二個問題是，從“為了學習構(gòu)建”到“未來使用構(gòu)建”，合成生物學將如何顛覆人類的認知和現(xiàn)有技術(shù)？

這里有一個關(guān)鍵詞：機器學習。這到底意味著什么呢？

下面舉一個我們在基因治療領(lǐng)域的例子，為了同時學習和使用，我們使用了腺相關(guān)病毒（AAV），這是一種經(jīng)FDA批準的主要藥物遞送形式。這里我們用到了一個循環(huán)，我們可以對數(shù)據(jù)庫測序，針對免疫逃逸和組織嗜性進行選擇。然后，我們用到了機器學習，我們盡可能地從數(shù)百萬個樣本中心收集數(shù)據(jù)并迭代，相關(guān)成果最近發(fā)表在《科學》雜志上。

此外，還有Eric Kelsic領(lǐng)導的Dyno Therapeutics公司。其團隊將機器學習應用于許多不同形式的基因治療以及大規(guī)模的計算機輔助蛋白質(zhì)設計和試錯迭代中。因為在我們的樣本庫中，擁有數(shù)百萬，甚至數(shù)十億個不同的分子（組合），使我們能夠高效地進行臨床試驗，同時降低了臨床試驗的成本。

第三個問題是，如何將生產(chǎn)、教育、研究緊密結(jié)合以促成合成生物學的發(fā)展，從而在全球競爭中脫穎而出？

我們需要不斷分享和指導，這就像在探索真理的征程中留下路標。舉例來說，Addgene是一個鼓勵分享成果的非盈利組織，該組織向全球的非營利性實驗室提供質(zhì)粒及其相關(guān)的克隆數(shù)據(jù)，促進實驗室之間遺傳物質(zhì)的交換。在這里我們分享了完整的人類轉(zhuǎn)錄因子和表達載體的結(jié)合，包括慢病毒和載體，我們都可以得到具體有效的單個轉(zhuǎn)錄因子，或者也可以整合起來。通常情況下，我們最終會發(fā)現(xiàn)所需的目標組織。

我們可以通過沿X軸的轉(zhuǎn)錄因子和沿y軸的RNA分析獲得這個集合中大約1700個轉(zhuǎn)錄因子，所有人都可以使用。到目前為止，我們已經(jīng)建立了290種細胞類型和配方。Alex和Paras創(chuàng)辦了GC Therapeutics，將該成果用于測試新療法、細胞療法和移植。

第四個問題是，實驗室與市場的差異背后隱藏著怎樣合作雙贏的機會？

這種合作可以在本國內(nèi)或者在全球范圍內(nèi)，下面我舉幾個例子。

這個項目其實與你息息相關(guān)。在這次演講中幾乎所有內(nèi)容以及我的研究中涉及的人類細胞均來源于該項目，因為這個項目已經(jīng)得到了國際上的認可。這些數(shù)據(jù)可以通過美國、加拿大、英國、澳大利亞、韓國、中國和印度的相關(guān)機構(gòu)或道德委員會獲得。由美國政府推動的科研項目中已經(jīng)用到了這些細胞，比如美國國家標準技術(shù)研究所（NIST）和美國食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）都是用了基因組標準。瓶中的基因組還有NIH的DNA百科和ENCODE項目也都使用了其中的很多資料，比如用來研究表觀遺傳。這又叫做“個人基因組計劃”，我們正在使用這些數(shù)據(jù)。

另外一個雙贏的例子是可以使用一種通用的指導療法，來嘗試治療多種疾病，從而降低成本。這種療法能降低成本的原因在于，患有一種或多種與衰老相關(guān)疾病的人，這些疾病可能被逆轉(zhuǎn)。如果數(shù)字足夠大，我的意思是基本上我們所有人都會受到老齡化疾病的影響。那么固定的研發(fā)成本就可以分攤到跟多人身上，分散成本。具體來說，這里有四篇論文和八種不同的疾病，我們一次采集三組基因，就比如針對癌癥和細菌性疾病，開發(fā)一種聯(lián)合療法。雖然只有非常少的基因，但它們影響了很多與衰老相關(guān)疾病。

第五個問題是，科學的奧秘如何為行業(yè)帶來新的活力，資本和產(chǎn)業(yè)界如何回饋科學？

比如說是復制的保真度，基因組如何保持如此高的保真度？

我們在基因組中發(fā)現(xiàn)了重復序列結(jié)構(gòu)，這些重復結(jié)構(gòu)又代表著什么？

基因沉寂即基因沉默，指的是當你“關(guān)掉”一個基因并使其沉寂時，我們就把它從一個問題，一個謎團轉(zhuǎn)變?yōu)榱艘环N技術(shù)，例如保真度導致聚合酶擴增，不斷重復的片段讓我們發(fā)明了CRISPR技術(shù)，而基因沉寂最后讓我們發(fā)現(xiàn)利用siRNA進行基因療法。還有很多例子，很多新技術(shù)都源于對未知領(lǐng)域的探索和挖掘。

第六個問題是，未來中國將在合成生物學的世界舞臺上扮演怎樣的角色？中國將會引領(lǐng)哪些變化？

就我個人而言，自2007年以來，我與許多中國團隊保持密切的合作，其中一些公司的聯(lián)合創(chuàng)始人曾是我實驗室的研究生和博士后研究員。比如說啟函生物和eGenesis兩家初創(chuàng)公司，下一張幻燈片會詳細展示這些信息。

啟函生物由我實驗室的學生和博士后研究員楊璐菡創(chuàng)辦，她現(xiàn)在是啟函生物和eGeriesis兩家公司的聯(lián)合創(chuàng)始人。Veritas Genetics（奕真生物）創(chuàng)始人趙奕寧、Singlera Genomics（鹛遠基因）的創(chuàng)始人高遠和張鴟都曾是我實驗室的博士后研究員。還與深圳華大基因、阿里巴巴達摩院建立了良好的關(guān)系。這些都是中國已經(jīng)發(fā)揮關(guān)鍵作用的例子。未來我們可能會看到更多的創(chuàng)造力、資金和應對危機的能力。這次處理新冠疫情就是一個很好的示例。

下面還有一個例子，這是楊璐菡。她2015年至今發(fā)表的一系列論文，論文表明只需要編輯42個基因，就足以將豬的基因組人源化并消除病毒。我們現(xiàn)在有2000頭以這種方式編輯過的豬，這類型的豬也可以叫豬3.0，可用于臨床前試驗和靈長類動物測試。我和璐菡都是這兩家公司的合伙人，這項合作跨越了東西半球。

以上就是我演講的全部內(nèi)容，感謝你們的邀請。在此預祝本次大會圓滿召開，也期待著未來可以有很多合作機會。（摘自美《深科技》）（編輯/費勒萌）