核酸不僅僅用於研發疫苗

還可以取代計算機

成爲下一代信息技術的載體

3月29日，德國BioNech公司的一處新冠疫苗生產車間。圖/人民視覺

源代碼裏的新冠疫苗和莎士比亞詩集

文/張田勘

發於2021.4.26總第993期《中國新聞週刊》

在新冠疫苗大戰中脫穎而出的mRNA疫苗技術，是通過破譯和利用新冠病毒的生命密碼來製造疫苗，而病毒的生命密碼與計算機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，並在演化過程中產生和不斷改進，而計算機的密碼是人類設計的。

輝瑞/BioNTech的BNT162b2疫苗設計是糅合了生命密碼和計算機源代碼的原理而研發成功的。BNT162b mRNA疫苗內部的數字代碼長度爲4284個字符。在疫苗設計時，將這些代碼上傳到DNA打印機，然後將磁盤上的字節轉換爲實際的DNA分子。這個過程叫逆轉錄。

生命的密碼，也即遺傳密碼或生命的源代碼，是由幾個基本的鹼基進行配對而形成的。生命源代碼與計算機源代碼的相似性在於，前者是用4個鹼基編碼，而後者是用由0和1組成的二進制代碼存儲和傳輸信息。在計算機中，8比特爲一字節，生命密碼則是把3個核苷酸編爲一個密碼子，包含6個比特的信息。

當DNA打印機根據病毒mRNA的4284個字符打印出少量的分子後，再經過一系列生物和化學處理，外部用一個脂質包裝系統包裝，這種分子就轉變爲mRNA疫苗，可以把mRNA導入人體免疫細胞。輝瑞的這種疫苗每劑爲30微克，即包含30微克的RNA。

自然界的生命系統都在適應地球環境的演化中形成了獨特而又相似的生命密碼，如果瞭解和破譯這些密碼，將爲人類創造一個無限美好的未來。抗新冠病毒mRNA疫苗的產生，便是其中一個最新的例子。

在沒有mRNA疫苗之前，人類研發一種新疫苗和新藥物不僅耗時較長（平均約10年），而且成本高（平均約15億美元）。其原因在於，人類沒有能力破譯病原體的生命密碼。現在，破譯了新冠病毒的RNA密碼後，僅用一年時間，就研發出了高效、安全的新冠病毒疫苗。單以時間爲比例計算，可以節約13億美元左右。

不僅如此，依靠破譯和模仿生命密碼而研發出mRNA疫苗的幾家公司將獲得鉅額利潤。2021年1月，研究公司Finaria表示，輝瑞/BioNTech和莫德拉將在2021年新冠疫苗銷售中佔據最大份額，並在未來三年內共實現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？

這裏涉及基因研究的一個長期爭論——基因是否有專利？經過多年的探討，基因專利形成了一些共識。今天，重組基因技術及其專利的保護，成爲和基因相關的製藥產業迅速發展的基礎，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，用於新生物製品的研究開發和商業化。mRNA新冠疫苗的研發成功，就是源代碼開放和專利保護結合的典範。

福樓拜說，科學與藝術在山麓下分手，在山頂上匯合。然而，即便不到“山頂”，自然和人文也可以結合，而且自然與人類的創作可以相融——核酸不僅僅用於研發疫苗，還可以取代計算機，成爲下一代信息技術的載體，DNA圖書就是其中一例。 

人類的圖書經歷了石頭書、龜甲書、竹簡書、布書（養蠶業與織布提供了布料）、紙書（蔡倫發明紙之後）和數字圖書的歷程。而全新的圖書——DNA（脫氧核糖核酸）圖書已經進入我們的生活。

DNA圖書也採用計算機技術與生物技術結合，用計算機的二進制數字“0”和“1”與基因的4種鹼基進行轉化編碼、編程，把數字圖書所編碼的所有文字、圖像、符號等再編碼進DNA中，製作成DNA圖書。在閱讀時，再利用DNA測序技術把DNA密碼還原爲數字編碼，就可以解碼和閱讀。

DNA圖書最吸引人的還是它與傳統圖書和數字圖書相比的巨大優勢。它的蘊藏量是無限的，其體積更小，遠比光盤、U盤、硬盤更小，而且信息可以長久地保存於DNA中。根據DNA的半衰期，如果在-5℃的最理想條件下保存，DNA的4個鹼基可以保存680萬年。這就意味着，製成的DNA圖書可以保存上百萬年。

早在2012年9月28日，《科學》雜誌就發表了哈佛大學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·戈爾德曼等人編撰而成。該書編入的內容有莎士比亞全部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或醫學獎）、一張戈爾德曼等人所在研究機構大樓的彩色照片、一段這次試驗使用的軟件算法，還有一段長達26秒來自馬丁·路德·金著名演講《我有一個夢》的剪輯音頻。信息總量約739千字節。

當數字內容編寫進DNA後，再用專門的設備合成爲DNA《莎士比亞詩集》。在讀取或閱讀DNA《莎士比亞詩集》時，先把合成的DNA《莎士比亞詩集》放入標準化學試劑，然後再用DNA測序儀根據索引標識，將各個DNA片段依順序粘貼成原來的DNA序列，再轉譯到數字文件的二進制碼，從而形成電子文件，就可閱讀了。

生物技術與信息技術相結合，將有我們想象不到的發展前景，並將爲人類的未來帶來無限的可能。

責任編輯：梁斌 SF055