CAD for SynBio丨基因组编写软件年底或将面世，学者可免费获取- 大数跨境

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CAD for SynBio丨基因组编写软件年底或将面世，学者可免费获取

生辉SynBio

2021-04-02

导读：初创公司Lattice主导开发。

计算机辅助设计（Computer-Aided Design, CAD），是指利用计算机及其图形设备帮助设计人员地进行设计工作。目前，在各类成熟的工程学科之中，如化学工程、建筑工程及电子工程，CAD 都得到了广泛的应用。

一开始，CAD 的作用相当于电子图纸，工程人员通过它来能够直接在计算机上设计和修改工程实体的二维或三维图形，直观且方便；后来，随着计算机科学和大数据发展，CAD 系统演变为执行工程计算（计算机辅助工程，CAE），并扩展到了制造（计算机辅助制造，CAM）。

图丨 CAD 设计过程示例（来源：Wiki）

而合成生物学作为工程学之于生命科学的一门新兴学科，其有着对于生物系统进行标准化、模块化的工程学思维，随着学科不断积累和成熟，走向并运用 CAD 是一个自然且必然的结果。

合成生物学的 CAD 能够应用于多个层面，比如基因层面，不同的基因模块之间如何互相影响；再比如细胞层面，微生物组学中不同微生物如何共存合作；甚至在无细胞层面，工程化的无细胞零件的测绘。

而就在今年年底，一款运用于新的基因组编写的 CAD 软件即将面世。

该 CAD 软件由国际组织基因组编写计划（GP-write，Genome Project–Write）及软件开发商 Lattice 等一同开发。据悉，该款软件将免费提供给学者、GP-write 的行业合作伙伴以及参与其新孵化器的公司，至于其他公司和机构，通过付费也可以使用它。

图丨工程生物学卓越中心与 GP-write

不同于往常的工程学科上的 CAD，生命科学中的 CAD 显然会复杂得许多。究其原因，是生命系统是一个内部高耦合的系统，并且在相当情况下其还是低内聚的。目前对于整个系统理解、解耦与抽提仍然有限。

例如，如果希望细胞表达某一蛋白质，则需要在基因组中添加某一基因。而在某些位点上的改变极有可能导致整个细胞的功能失调，因此系统性地对于整个基因组进行判断和甄选是非常必要的。而在目前，这种判断通常由专家们进行，且仍具有极大的不确定性。

据 GP-write 总裁兼联合执行总监艾米・施瓦茨（Amy Schwartz）的介绍，即将面世的这款 CAD 软件能够帮科学家们完成这一工作，其希望帮助科学家超越对单个碱基对的编辑，从更高更系统的层面上对基因组进行设计和改造。

对此，开发商 Lattice 创始人、波士顿大学电气与计算机工程副教授道格・丹斯莫尔（Doug Densmore）举例说道：“想象一下，如果你想设计一种细菌，其含有一个检测肠道中某种状况的生物传感器，然后还能针对这种状况释放出一些药剂。”

“这就意味着需要往这个细菌中添加：一个生物传感器基因，一个编码治疗物质产生的基因，最后还有一个能够使细菌自杀破裂从而释放药物的自杀基因。”Densmore 说：“您可能会想知道这些添加的基因之间将会如何作用。而 CAD 正能够从根本上去检查是否存在错误，并对细菌相关功能做出预测。”

另外一位合作者，耶鲁大学分子、细胞和发育生物学副教授法伦・艾萨克斯（Farren Isaacs）表示：“我们正在努力开发一个基因组设计的一站式服务，CAD 将会先从一些生物的参考基因组开始，如酵母和大肠杆菌，项目最终希望推广到各种基因组。”

目前，几乎每一家新兴的合成生物学企业都标配有着自身的计算平台，另外更有一些平台型的公司专门从事计算机辅助下的菌株开发。Ginkgo bioworks 代码库主管帕特里克・博伊尔（Patrick Boyle）便表示：“Ginkgo 有一个独有开发的软件堆栈，能够在一个月内设计多达 20000 个新基因。要实现真正大规模地编写，你确实需要 CAD。”