CAD基因编辑平台出炉，「一站式基因编辑商店」

作者：张馨予

在刚刚过去的周末，全球权威组织 —— 基因组编写计划（以下简称 GP-write，Genome Project–Write）宣布，将推出一款用于基因组编辑的计算机辅助设计 (CAD) 软件 GPW CAD，使大规模的基因组编辑和设计变得更加容易。

在里程碑式的人类基因组计划（HGP，Human Genome Project）结束 10 多年后，GP-write 于 2015 年在争议声中出炉。该项目包括了人类细胞系和其他具有农业和公共卫生意义的生物体的全基因组工程。其中，人类基因组编写计划（HGP-write）作为关键核心活动，专注于全部或部分合成人类基因组。

该计划最初设定的目标十分远大：将在十年内从头合成完整的人类基因组，把合成大型基因组的成本降低为现在的千分之一。

在 GP-write 于 2019 年召开的会议中，项目组通过讨论确定，开发下一代软件将是基因组设计和生成提升水平的关键需求。

像画画一样简单的基因编辑软件

CAD 全称计算机辅助设计，旨在通过计算机及其图形设备协助设计人员进行工作。通俗来说，CAD 就是一个绘图软件，人们可以使用它绘制复杂的工程图、机械图、建筑图、电路图等。

CAD 最早广泛应用于汽车制造、航空航天以及电子工业中，现在，其应用范围将扩展至生物领域。在 GP-write 5.0 会议中，新的基因编辑 CAD 平台由波士顿大学电气与计算机工程副教授、Lattice Automation 创始人 Douglas Densmore 博士发布并进行演示，该软件的开发工作正是由其领导完成。

据 Densmore 博士介绍，GPW CAD 将代数方法引入基因组设计语言中，因此该系统操作并不需要深厚的 IT 技能。

图丨 Douglas Densmore 博士在 GP-write 5.0 会议中介绍其设计原理

不仅如此，该软件建立起了自动化的工作流程，允许用户快速上传基因组、重新设计并合成新序列，并支持使用者直接从相关合作企业订购合成 DNA 或相关产品和服务，成为用于微生物、植物和动物基因组编写和设计的一站式商店。

理论可行，产业受限。在此之前，操作难度、成本与合成技术限制是扩展人工基因组工业规模的主要限制因素。

迄今为止，大多基因编辑技术仅限于针对细菌、酵母和其他小基因组物种上进行操作。例如 CRISPR 技术能够实现针对性的编辑操作，但规模很小。而现在，GPW CAD 允许科学家将编辑对象扩展至具有更大基因组的其他类型物种。通过广泛的自动化流程，协助实现从千碱基级别到千兆碱基级别的基因组设计工作。

在设计完成后，如果用户希望合成（或组装）设计的基因组，可以从 CAD 平台直接订购合成 DNA，并选择参与合作的生物铸造厂来组装并对其进行测试。完成后，新设计的基因组将运送给原始用户。这样一个完整的国际化的系统性产业链或将成为同类产品中的首创。

此外，随着用户与数据量的增加，该软件平台还将通过建立的共享数据库以促进其自动化设计功能的完善。当用户创建新的基因组变体并在细胞中研究结果时，可以记录每个变体的特征（称为其表型）并将其添加到平台共享数据库中，有助于加快对复杂疾病的研究。随着数据量的扩增，未来版本的软件还将包括表型预测，以帮助科学家了解他们的编辑是否会产生预期的效果。

在接受媒体采访时，Doug Densmore 表示，“新型基因编辑 CAD 软件的开发，有助于促进计算机科学和生物学的融合，从而帮助生物学家进行研究。”

图丨 Douglas Densmore（来源：Boston University）

合作企业之一的 Twist Bioscience 首席执行官 Emily Leproust 博士也表示，“CAD 技术提供了一种重要工具，可以让更多的研究人员更容易获得基因组工程和生物发现，通过广泛开展的合成生物学以改善人类健康和可持续性。”

简易操作、更低成本将有助于提高该平台的实用性和广泛性。GP-write 项目组乐观预计，随着 CAD 辅助基因编辑系统的不断完善，在未来创造一个新的生命或许真的会像画画一样简单。