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源代码里的新冠疫苗和莎士比亚诗集

时间:2021年04月27日    热线:0311-85290821   来源:中国新闻周刊

  文/张田勘

  在新冠疫苗大战中脱颖而出的mRNA疫苗技术,是通过破译和利用新冠病毒的生命密码来制造疫苗,而病毒的生命密码与计算机软件的源代码相类似。只不过,生物基因组中的生命源代码是天然的,并在演化过程中产生和不断改进,而计算机的密码是人类设计的。

  辉瑞/BioNTech的BNT162b2疫苗设计是糅合了生命密码和计算机源代码的原理而研发成功的。BNT162b mRNA疫苗内部的数字代码长度为4284个字符。在疫苗设计时,将这些代码上传到DNA打印机,然后将磁盘上的字节转换为实际的DNA分子。这个过程叫逆转录。

  生命的密码,也即遗传密码或生命的源代码,是由几个基本的碱基进行配对而形成的。生命源代码与计算机源代码的相似性在于,前者是用4个碱基编码,而后者是用由0和1组成的二进制代码存储和传输信息。在计算机中,8比特为一字节,生命密码则是把3个核苷酸编为一个密码子,包含6个比特的信息。

  当DNA打印机根据病毒mRNA的4284个字符打印出少量的分子后,再经过一系列生物和化学处理,外部用一个脂质包装系统包装,这种分子就转变为mRNA疫苗,可以把mRNA导入人体免疫细胞。辉瑞的这种疫苗每剂为30微克,即包含30微克的RNA。

  自然界的生命系统都在适应地球环境的演化中形成了独特而又相似的生命密码,如果了解和破译这些密码,将为人类创造一个无限美好的未来。抗新冠病毒mRNA疫苗的产生,便是其中一个最新的例子。

  在没有mRNA疫苗之前,人类研发一种新疫苗和新药物不仅耗时较长(平均约10年),而且成本高(平均约15亿美元)。其原因在于,人类没有能力破译病原体的生命密码。现在,破译了新冠病毒的RNA密码后,仅用一年时间,就研发出了高效、安全的新冠病毒疫苗。单以时间为比例计算,可以节约13亿美元左右。

  不仅如此,依靠破译和模仿生命密码而研发出mRNA疫苗的几家公司将获得巨额利润。2021年1月,研究公司Finaria表示,辉瑞/BioNTech和莫德拉将在2021年新冠疫苗销售中占据最大份额,并在未来三年内共实现147亿美元的收入。

  这种情况也让人看不懂:既然辉瑞公司已经公开了新冠病毒的基因组,就像UNIX公开其源代码一样,他们还能利用专利和药物销售赚到钱吗?

  这里涉及基因研究的一个长期争论——基因是否有专利?经过多年的探讨,基因专利形成了一些共识。今天,重组基因技术及其专利的保护,成为和基因相关的制药产业迅速发展的基础,不仅可以让生命和万物源代码传播到世界各国,而且刺激了大量投资,用于新生物制品的研究开发和商业化。mRNA新冠疫苗的研发成功,就是源代码开放和专利保护结合的典范。

  福楼拜说,科学与艺术在山麓下分手,在山顶上汇合。然而,即便不到“山顶”,自然和人文也可以结合,而且自然与人类的创作可以相融——核酸不仅仅用于研发疫苗,还可以取代计算机,成为下一代信息技术的载体,DNA图书就是其中一例。

  人类的图书经历了石头书、龟甲书、竹简书、布书(养蚕业与织布提供了布料)、纸书(蔡伦发明纸之后)和数字图书的历程。而全新的图书——DNA(脱氧核糖核酸)图书已经进入我们的生活。

  DNA图书也采用计算机技术与生物技术结合,用计算机的二进制数字“0”和“1”与基因的4种碱基进行转化编码、编程,把数字图书所编码的所有文字、图像、符号等再编码进DNA中,制作成DNA图书。在阅读时,再利用DNA测序技术把DNA密码还原为数字编码,就可以解码和阅读。

  DNA图书最吸引人的还是它与传统图书和数字图书相比的巨大优势。它的蕴藏量是无限的,其体积更小,远比光盘、U盘、硬盘更小,而且信息可以长久地保存于DNA中。根据DNA的半衰期,如果在-5℃的最理想条件下保存,DNA的4个碱基可以保存680万年。这就意味着,制成的DNA图书可以保存上百万年。

  早在2012年9月28日,《科学》杂志就发表了哈佛大学维斯生物工程研究所的乔治·丘奇等人的文章。他们成功地编码出一本5.27兆比特的DNA图书,书名叫做《再生》。这本书有5.34万个单词,还有11张JPG格式的图片和一段Java Script程序。

  2013年,另一本DNA图书《莎士比亚诗集》也诞生了,由欧洲生物信息研究所的尼克·戈尔德曼等人编撰而成。该书编入的内容有莎士比亚全部154首十四行诗、一篇沃森和克里克DNA双螺旋论文的副本(沃森和克里克因此而获诺贝尔生理学或医学奖)、一张戈尔德曼等人所在研究机构大楼的彩色照片、一段这次试验使用的软件算法,还有一段长达26秒来自马丁·路德·金著名演讲《我有一个梦》的剪辑音频。信息总量约739千字节。

  当数字内容编写进DNA后,再用专门的设备合成为DNA《莎士比亚诗集》。在读取或阅读DNA《莎士比亚诗集》时,先把合成的DNA《莎士比亚诗集》放入标准化学试剂,然后再用DNA测序仪根据索引标识,将各个DNA片段依顺序粘贴成原来的DNA序列,再转译到数字文件的二进制码,从而形成电子文件,就可阅读了。

  生物技术与信息技术相结合,将有我们想象不到的发展前景,并将为人类的未来带来无限的可能。

  《中国新闻周刊》2021年第15期

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编辑:【郝烨】
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