源代碼里的新冠疫苗和莎士比亞詩集

來源：中國新聞周刊

作者：

2021-04-26 09:54:04

原標(biāo)題：源代碼里的新冠疫苗和莎士比亞詩集

來源：中國新聞周刊

文/張?zhí)锟?/p>

在新冠疫苗大戰(zhàn)中脫穎而出的mRNA疫苗技術(shù)，是通過破譯和利用新冠病毒的生命密碼來制造疫苗，而病毒的生命密碼與計(jì)算機(jī)軟件的源代碼相類似。只不過，生物基因組中的生命源代碼是天然的，并在演化過程中產(chǎn)生和不斷改進(jìn)，而計(jì)算機(jī)的密碼是人類設(shè)計(jì)的。

輝瑞/BioNTech的BNT162b2疫苗設(shè)計(jì)是糅合了生命密碼和計(jì)算機(jī)源代碼的原理而研發(fā)成功的。BNT162b mRNA疫苗內(nèi)部的數(shù)字代碼長度為4284個(gè)字符。在疫苗設(shè)計(jì)時(shí)，將這些代碼上傳到DNA打印機(jī)，然后將磁盤上的字節(jié)轉(zhuǎn)換為實(shí)際的DNA分子。這個(gè)過程叫逆轉(zhuǎn)錄。

生命的密碼，也即遺傳密碼或生命的源代碼，是由幾個(gè)基本的堿基進(jìn)行配對(duì)而形成的。生命源代碼與計(jì)算機(jī)源代碼的相似性在于，前者是用4個(gè)堿基編碼，而后者是用由0和1組成的二進(jìn)制代碼存儲(chǔ)和傳輸信息。在計(jì)算機(jī)中，8比特為一字節(jié)，生命密碼則是把3個(gè)核苷酸編為一個(gè)密碼子，包含6個(gè)比特的信息。

當(dāng)DNA打印機(jī)根據(jù)病毒mRNA的4284個(gè)字符打印出少量的分子后，再經(jīng)過一系列生物和化學(xué)處理，外部用一個(gè)脂質(zhì)包裝系統(tǒng)包裝，這種分子就轉(zhuǎn)變?yōu)閙RNA疫苗，可以把mRNA導(dǎo)入人體免疫細(xì)胞。輝瑞的這種疫苗每劑為30微克，即包含30微克的RNA。

自然界的生命系統(tǒng)都在適應(yīng)地球環(huán)境的演化中形成了獨(dú)特而又相似的生命密碼，如果了解和破譯這些密碼，將為人類創(chuàng)造一個(gè)無限美好的未來。抗新冠病毒mRNA疫苗的產(chǎn)生，便是其中一個(gè)最新的例子。

在沒有mRNA疫苗之前，人類研發(fā)一種新疫苗和新藥物不僅耗時(shí)較長(平均約10年)，而且成本高(平均約15億美元)。其原因在于，人類沒有能力破譯病原體的生命密碼。現(xiàn)在，破譯了新冠病毒的RNA密碼后，僅用一年時(shí)間，就研發(fā)出了高效、安全的新冠病毒疫苗。單以時(shí)間為比例計(jì)算，可以節(jié)約13億美元左右。

不僅如此，依靠破譯和模仿生命密碼而研發(fā)出mRNA疫苗的幾家公司將獲得巨額利潤。2021年1月，研究公司Finaria表示，輝瑞/BioNTech和莫德拉將在2021年新冠疫苗銷售中占據(jù)最大份額，并在未來三年內(nèi)共實(shí)現(xiàn)147億美元的收入。

這種情況也讓人看不懂：既然輝瑞公司已經(jīng)公開了新冠病毒的基因組，就像UNIX公開其源代碼一樣，他們還能利用專利和藥物銷售賺到錢嗎？

這里涉及基因研究的一個(gè)長期爭(zhēng)論——基因是否有專利？經(jīng)過多年的探討，基因?qū)＠纬闪艘恍┕沧R(shí)。今天，重組基因技術(shù)及其專利的保護(hù)，成為和基因相關(guān)的制藥產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展的基礎(chǔ)，不僅可以讓生命和萬物源代碼傳播到世界各國，而且刺激了大量投資，用于新生物制品的研究開發(fā)和商業(yè)化。mRNA新冠疫苗的研發(fā)成功，就是源代碼開放和專利保護(hù)結(jié)合的典范。

福樓拜說，科學(xué)與藝術(shù)在山麓下分手，在山頂上匯合。然而，即便不到“山頂”，自然和人文也可以結(jié)合，而且自然與人類的創(chuàng)作可以相融——核酸不僅僅用于研發(fā)疫苗，還可以取代計(jì)算機(jī)，成為下一代信息技術(shù)的載體，DNA圖書就是其中一例。

人類的圖書經(jīng)歷了石頭書、龜甲書、竹簡(jiǎn)書、布書(養(yǎng)蠶業(yè)與織布提供了布料)、紙書(蔡倫發(fā)明紙之后)和數(shù)字圖書的歷程。而全新的圖書——DNA(脫氧核糖核酸)圖書已經(jīng)進(jìn)入我們的生活。

DNA圖書也采用計(jì)算機(jī)技術(shù)與生物技術(shù)結(jié)合，用計(jì)算機(jī)的二進(jìn)制數(shù)字“0”和“1”與基因的4種堿基進(jìn)行轉(zhuǎn)化編碼、編程，把數(shù)字圖書所編碼的所有文字、圖像、符號(hào)等再編碼進(jìn)DNA中，制作成DNA圖書。在閱讀時(shí)，再利用DNA測(cè)序技術(shù)把DNA密碼還原為數(shù)字編碼，就可以解碼和閱讀。

DNA圖書最吸引人的還是它與傳統(tǒng)圖書和數(shù)字圖書相比的巨大優(yōu)勢(shì)。它的蘊(yùn)藏量是無限的，其體積更小，遠(yuǎn)比光盤、U盤、硬盤更小，而且信息可以長久地保存于DNA中。根據(jù)DNA的半衰期，如果在-5℃的最理想條件下保存，DNA的4個(gè)堿基可以保存680萬年。這就意味著，制成的DNA圖書可以保存上百萬年。

早在2012年9月28日，《科學(xué)》雜志就發(fā)表了哈佛大學(xué)維斯生物工程研究所的喬治·丘奇等人的文章。他們成功地編碼出一本5.27兆比特的DNA圖書，書名叫做《再生》。這本書有5.34萬個(gè)單詞，還有11張JPG格式的圖片和一段Java Script程序。

2013年，另一本DNA圖書《莎士比亞詩集》也誕生了，由歐洲生物信息研究所的尼克·戈?duì)柕侣热司幾伞Ｔ摃幦氲膬?nèi)容有莎士比亞全部154首十四行詩、一篇沃森和克里克DNA雙螺旋論文的副本(沃森和克里克因此而獲諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng))、一張戈?duì)柕侣热怂谘芯繖C(jī)構(gòu)大樓的彩色照片、一段這次試驗(yàn)使用的軟件算法，還有一段長達(dá)26秒來自馬丁·路德·金著名演講《我有一個(gè)夢(mèng)》的剪輯音頻。信息總量約739千字節(jié)。

當(dāng)數(shù)字內(nèi)容編寫進(jìn)DNA后，再用專門的設(shè)備合成為DNA《莎士比亞詩集》。在讀取或閱讀DNA《莎士比亞詩集》時(shí)，先把合成的DNA《莎士比亞詩集》放入標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)試劑，然后再用DNA測(cè)序儀根據(jù)索引標(biāo)識(shí)，將各個(gè)DNA片段依順序粘貼成原來的DNA序列，再轉(zhuǎn)譯到數(shù)字文件的二進(jìn)制碼，從而形成電子文件，就可閱讀了。

生物技術(shù)與信息技術(shù)相結(jié)合，將有我們想象不到的發(fā)展前景，并將為人類的未來帶來無限的可能。

《中國新聞周刊》2021年第15期

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