计算机辅助生物学如何彻底改变生物技术尹健

计算机辅助生物学如何彻底改变生物技术

生命的标志是其复杂性和不可预测性。在全球的生物学实验室中，科学家采用了模型生物进行实验。大肠杆菌是模式细菌，啤酒酵母是模式真核细胞，拟南芥是模式植物数十年来，研究人员一直使用这些相同的菌株获得可重复的结果。但是，在其可预测性上不能依靠一种实验室生物：人类。

生物学正迅速成为以工程学为重点的跨学科领域，合成生物学和系统生物学已成为生物技术研究浪潮的最新例证。越来越精确或高通量的实验需要专门的硬件和软件解决方案。使用更好的技术的直接结果是增加了收集的高质量数据。近年来，生物学家，软件工程师和自动化专家共同开发了用于设计和自动化实验室实验的流程，并分析了用细齿梳收集的大量数据。欢迎来到计算机辅助生物学的时代。

更努力更好更快更强

自动化有几个优点。对于初学者来说，机器人不会忘记它是否已经添加了试剂。除非另外编程，否则液体处理是一致的。机器将执行的每个动作记录到第二个动作，并针对每个样本精确地重复执行该动作。还可以选择记录其他数据，例如环境温度和湿度，可以与实验结果一起进行分析。这种精度水平只是优势之一。

另一个很大的优势是吞吐量。机器人可以配备单个或数百个移液器吸头。机器-这可能不会让您感到震惊-也不需要太多睡眠。对于设计新实验，通量并不重要。但是，要始终如一，高质量地生产肽和DNA等小分子，通量就是一切。大量的液体处理公司正在发现合成生物学的增长，而合成生物学与计算机辅助生物学紧密相关。来自美国的Hamilton和Opentrons的机器人技术以及欧洲Analytik Jena机器人技术是该领域的最爱，但是根据应用的不同，有很多选择。

机器人只是故事的一半。同样重要的是，控制实验设计，机器人交互方式以及数据分析方式的软件同样重要。Riffyn和Synthace开发了实验设计软件，可以对自动化设备进行编程。设计的其他方面也利用了人工智能/机器学习。例如，Desktop Genetics已根据其构建物库开发了CRISPR设计软件。LabGenius还具有一个称为EVA的AI平台，以帮助其进行治疗性肽设计。

数据分析是另一个重要因素。辉瑞等巨头使用IBM的Watson协助其药物开发时，您需要求助于该领域的创新者来完成更多定制任务。英国一家公司，Eagle Genomics 最近进入美国，它拥有一个用于分析基因组和微生物规模的数据集的平台，展示了相互作用，否则单个人很难单独识别。

见面

乍看之下，计算机辅助生物学似乎就像是科学家在用机器人代替机器人一样，在工业革命中用织机代替了织布机。现实完全不同。科学家始终需要先在工作台上完善新方法，然后再进行自动化。在波士顿的Ginkgo Bioworks，软件工程师与生物学家协同工作，开发自动化平台，从而为生物技术创造新的机遇。

“对于收集了解复杂的生物学问题所需的大规模，高质量数据而言，自动化过程至关重要。生物技术长期以来一直将自动化用于高通量实验。在银杏，我们看到了使用软件和自动化以灵活和可扩展的方式释放生物学力量的机会，使许多不同的公司和许多不同的行业能够对细胞进行编程，”银杏的软件工程师詹妮弗·杨说。

这次领域会议需要多种技能。一些博士培训计划认可并支持将软件和生物学的不同领域整合在一起，但是要成为规范还需要一段时间。为了找到解决方法，十月份成立了一个计算机辅助生物学社区。

“计算机辅助生物学社区是在人们发现生物学和技术的交汇处存在缺口之后才启动的。尽管我们都会从这样的事情中受益，但迄今为止，它尚未实现。我们准备将合适的人员召集在一起并为之提供便利！”科学共同体负责人Fane Mensah说。

该小组源于Synthace 关于计算机辅助生物学的白皮书，该白皮书热衷于吸引来自不同职业阶段的各个领域的专家，为他们带来活力和专业知识。Mensah承认，计算机辅助生物学的广泛采用将不会顺利进行。

“但是，通过展示有关技术如何影响生物学的案例研究并将其记录在出版物中，适应性将会增加。此外，例如在药物开发领域的突破也将带来巨大的推动力。” Mensah补充说。

像LabGenius这样的拥有AI和自动化平台的公司以及Ginkgo可能是率先为该领域带来“巨大推动力”的公司。Young认为面临的挑战是令人兴奋的挑战，但也预见了将生物学解析为软件的问题。

“作为一名软件工程师，我认为最有趣的是生物学是如此混乱，复杂且依赖于上下文。提取生物学以适合仍然有意义并允许复杂性的数据库和模型真的很困难。这是我工作中最喜欢的部分，但是它确实使构建易于使用的软件变得非常困难，同时又增加了计算生物学家所需的复杂性。”她说。

公司已经意识到将软件或自动化集成到他们的工作流程中可以带来的力量。银杏已与新兴加速器Petri和YCombinator合作，以帮助新公司充分利用自动化优势。Synthace除了牵头了计算机辅助生物学社区外，还建立了其他战略合作伙伴关系。孟萨坚信人们在那里将计算机辅助生物学构建成伟大的事物。

“我鼓励人们加入社区。不仅要了解有关计算机辅助生物学领域的更多信息，而且还要与来自不同背景的一群学术界和行业专业人士共享他们的想法，见解和专业知识。”

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