0:00:00.750,0:00:02.989
上個世紀的後半

0:00:02.989,0:00:07.282
全由一場科技革命所定義：

0:00:07.306,0:00:08.741
軟體革命。

0:00:09.313,0:00:14.121
能在矽材料上編寫電子程式的能力，

0:00:14.145,0:00:17.218
讓許多我們過去難以想像的

0:00:17.242,0:00:21.219
技術、公司和行業變為可能，

0:00:21.243,0:00:25.158
如今已從根本改變世界運作的方式。

0:00:26.158,0:00:28.079
不過本世紀的前半段

0:00:28.103,0:00:32.081
將被一場新的軟體革命轉變：

0:00:32.105,0:00:34.540
生物軟體革命。

0:00:34.921,0:00:37.015
促成這場革命的

0:00:37.015,0:00:41.290
將是在生物材料上[br]編寫生物化學的能力。

0:00:41.314,0:00:45.455
這讓我們能利用生物的特性

0:00:45.479,0:00:48.135
來產生新療法，

0:00:48.159,0:00:50.027
以修復受損的組織；

0:00:50.051,0:00:52.776
重新編寫有瑕疵的細胞；

0:00:52.800,0:00:57.354
甚至創造可編寫的[br]生物化學作業系統。

0:00:58.420,0:01:01.993
若能了解這一點——[br]我們的確需要了解這一點——

0:01:02.017,0:01:04.179
它的影響會大到

0:01:04.203,0:01:08.080
讓第一場軟體革命相形失色。

0:01:08.104,0:01:12.338
那是因為生物軟體會轉變整個醫界、

0:01:12.362,0:01:13.921
農業界，和能源界，

0:01:13.945,0:01:17.773
會讓那些 IT 主宰的部門[br]顯得無足輕重。

0:01:18.812,0:01:22.986
想像可編寫的植物能更效率地固氮，

0:01:23.010,0:01:25.915
能抵抗新興的菌類病原體，

0:01:25.939,0:01:29.476
甚至能把一年生的作物[br]編寫成多年生，

0:01:29.500,0:01:31.768
使年產量加倍，

0:01:31.792,0:01:33.890
那就會轉變農業，

0:01:33.914,0:01:38.018
確保不斷成長的全球人口[br]都有食物可吃。

0:01:38.794,0:01:41.056
或可想像編寫免疫力，

0:01:41.080,0:01:45.318
設計利用分子裝置來引導免疫系統

0:01:45.342,0:01:49.172
去偵測、根除，甚至預防疾病。

0:01:49.196,0:01:50.767
這會轉變醫學，

0:01:50.791,0:01:54.280
確保不斷成長和老化的人口[br]能夠維持健康。

0:01:55.501,0:01:59.704
目前已有許多工具[br]能讓生物軟體成真。

0:01:59.728,0:02:02.075
我們能用 CRISPR 精確地編輯基因；

0:02:02.099,0:02:05.182
我們能夠重寫基因編碼，[br]一次重寫一個鹼基；

0:02:05.206,0:02:09.642
我們甚至能用 DNA[br]做成能運作的合成電路。

0:02:10.428,0:02:12.897
至於弄明白如何、何時使用這些工具

0:02:12.921,0:02:15.343
則仍處於試誤的過程中，

0:02:15.367,0:02:19.027
需要很深的知識技術[br]和多年的專門化，

0:02:19.051,0:02:22.088
而實驗操作方法難以發現，

0:02:22.112,0:02:24.694
通常也難以重現。

0:02:25.256,0:02:29.729
我們通常傾向於聚焦在[br]生物學的「組件」，

0:02:29.753,0:02:30.946
但我們都知道，

0:02:30.960,0:02:34.249
要了解飛行不能只研究羽毛。

0:02:34.846,0:02:39.367
因此，編寫生物學程式[br]仍不如編寫計算機程式那樣簡單。

0:02:39.391,0:02:41.069
更糟糕的是，

0:02:41.093,0:02:45.103
生命系統在很大程度上[br]與你我每天編寫的工程系統

0:02:45.127,0:02:47.223
毫無相似之處。

0:02:47.691,0:02:49.637
與工程系統相反，

0:02:49.637,0:02:53.297
生命系統自我生成、自我組織，

0:02:53.321,0:02:55.008
以「分子」的規模運作。

0:02:55.032,0:02:57.168
這些分子層級的相互作用

0:02:57.192,0:03:00.210
通常導致大規模宏觀的輸出，

0:03:00.234,0:03:02.954
甚至能自我修復。

0:03:04.256,0:03:07.250
例如，試想不起眼的室內植物，

0:03:07.274,0:03:09.461
就像那放在家裡壁爐上

0:03:09.485,0:03:11.272
卻一直忘記澆水的植物。

0:03:11.749,0:03:13.885
儘管被你忽略了，

0:03:13.885,0:03:18.135
它每天仍必須弄清楚如何分配資源：

0:03:18.159,0:03:21.730
要生長、行光合作用、[br]結子，還是開花？

0:03:21.754,0:03:25.693
這必須考量整個有機體來做決定。

0:03:25.717,0:03:29.198
但植物沒大腦來解決這些問題，

0:03:29.222,0:03:31.939
必須依賴葉子上的細胞，

0:03:31.963,0:03:33.866
細胞必須對環境做出反應

0:03:33.890,0:03:36.539
和做出影響整株植物的決策。

0:03:36.563,0:03:40.551
因此，這些細胞裡[br]必定跑著某種程式，

0:03:40.575,0:03:42.868
該程式回應輸入的信號，

0:03:42.868,0:03:45.656
提示和調整該細胞即將執行的操作。

0:03:45.679,0:03:48.926
而這些程式必須[br]分佈在各個細胞間執行，

0:03:48.950,0:03:50.517
彼此協調，

0:03:50.541,0:03:54.434
以便使植物生長繁衍。

0:03:55.675,0:03:58.991
若能理解這些生物的程式，

0:03:59.015,0:04:02.137
若能理解生物的運算，

0:04:02.137,0:04:04.834
就會改變我們對細胞

0:04:04.834,0:04:07.668
如何、為何執行其工作的理解能力。

0:04:08.152,0:04:09.919
一旦了解這些程式，

0:04:09.933,0:04:12.296
我們就可以在出問題時偵錯；

0:04:12.320,0:04:14.753
可以向它們學習如何設計

0:04:14.767,0:04:21.011
真正利用生物化學[br]運算能力的合成電路。

0:04:22.407,0:04:25.490
對這想法的熱情引領我進入

0:04:25.490,0:04:29.080
與數學、計算機科學[br]和生物學介面的研究領域。

0:04:29.104,0:04:33.830
我的工作專注於以生物運算的概念。

0:04:34.334,0:04:37.476
這意味著探詢細胞如何運算，

0:04:37.500,0:04:41.017
與如何揭露這些生物的程式？

0:04:41.760,0:04:45.517
我開始與一些微軟研究所[br]和劍橋大學的傑出人士

0:04:45.541,0:04:48.112
合作提出這些問題，

0:04:48.136,0:04:50.419
我們一起，想了解

0:04:50.443,0:04:54.620
在「胚胎幹細胞」[br]這種獨特類型的細胞中

0:04:54.644,0:04:56.538
運行的生物程式。

0:04:57.136,0:05:00.296
這些細胞格非常獨特，[br]因為它們處於稚年。

0:05:00.320,0:05:02.488
它們可以變成任何東西：

0:05:02.512,0:05:05.077
腦細胞、心臟細胞、[br]骨細胞、肺細胞，

0:05:05.101,0:05:06.998
任何成年細胞類型。

0:05:07.022,0:05:08.699
稚年使它們與眾不同，

0:05:08.723,0:05:11.737
也激發了科學界的想像力，

0:05:11.737,0:05:15.011
科學家意識到，[br]如果能挖掘這種潛力，

0:05:15.035,0:05:17.386
我們將擁有強大的醫學工具。

0:05:17.917,0:05:19.738
如果能弄清楚這些細胞

0:05:19.752,0:05:22.693
如何決定成為哪一類型的細胞，

0:05:22.717,0:05:25.567
或許我們能控制、[br]利用它們生成新細胞

0:05:25.581,0:05:28.984
來修復罹病或受損的組織。

0:05:29.794,0:05:32.724
但要實現此一願景面對著挑戰，

0:05:32.748,0:05:35.512
尤其是因為這些特殊的細胞

0:05:35.536,0:05:38.825
在受孕後僅六天就出現了。

0:05:38.826,0:05:40.881
然後一天左右就消失了，

0:05:40.905,0:05:45.926
踏上構成成年人人體的[br]各個結構和器官的不同途徑。

0:05:47.770,0:05:52.219
但事實上細胞的命運[br]比我們想像的要可塑得多。

0:05:52.310,0:05:56.631
大約 13 年前，有些科學家[br]展示真正具有革命意義的東西。

0:05:57.393,0:06:01.739
通過將少量基因插入成年細胞，

0:06:01.763,0:06:03.527
例如皮膚的細胞，

0:06:03.551,0:06:07.510
可以將該細胞轉回稚年狀態。

0:06:07.534,0:06:10.709
這個實際上稱為「重新編寫」的過程

0:06:10.733,0:06:14.092
使我們能夠想像幹細胞的完美世界，

0:06:14.116,0:06:17.757
能採集患者自身細胞的樣本，

0:06:17.781,0:06:20.141
將其轉回稚年狀態，

0:06:20.165,0:06:21.855
利用它們製造新細胞，

0:06:21.855,0:06:25.394
無論患者需要的是腦細胞、[br]心臟細胞，還是其他細胞。

0:06:26.541,0:06:28.306
但是過去的十年左右，

0:06:28.330,0:06:31.374
弄清楚如何改變細胞的命運

0:06:31.398,0:06:33.550
仍然是個反複試驗的過程。

0:06:33.911,0:06:38.419
即使我們發現若干成功的實驗案例，

0:06:38.443,0:06:39.910
其效率仍然低下，

0:06:39.934,0:06:44.172
我們對其如何、為何起作用[br]缺乏基本的了解。

0:06:44.650,0:06:47.655
明白把幹細胞轉變為心臟細胞的方法

0:06:47.679,0:06:51.683
是無法把幹細胞轉變為腦細胞的。

0:06:52.633,0:06:54.384
因此我們想了解

0:06:54.384,0:06:58.035
在胚胎幹細胞中運行的生物程式。

0:06:58.059,0:07:01.565
了解生物系統執行的運算

0:07:01.589,0:07:05.842
首先要問個簡單的問題：

0:07:05.866,0:07:09.222
系統實際上必須做什麼？

0:07:09.838,0:07:12.688
如今計算機科學實際上有一套策略

0:07:12.712,0:07:16.539
來處理軟體和硬體的功能。

0:07:16.563,0:07:19.223
我們編寫軟體程式，

0:07:19.247,0:07:21.247
希望該軟體能夠正確運行，

0:07:21.271,0:07:23.061
具備性能和功能，

0:07:23.085,0:07:24.302
還要防錯。

0:07:24.326,0:07:26.144
錯誤會造成重大的損失。

0:07:26.168,0:07:28.010
因此開發人員編寫程式時

0:07:28.034,0:07:30.304
會寫下一組規格，

0:07:30.328,0:07:32.199
列出程式應該做些什麼。

0:07:32.223,0:07:34.491
也許該比較兩個數字的大小，

0:07:34.515,0:07:36.307
或依大小排列。

0:07:37.037,0:07:41.732
現有的技術能夠自動檢查

0:07:41.756,0:07:44.134
是否滿足了我們所列的規範，

0:07:44.158,0:07:46.791
該程式是否執行了應做的工作。

0:07:47.266,0:07:50.122
因此，我們的想法是以同樣的方式

0:07:50.146,0:07:53.214
將實驗室中量得的實驗觀察結果

0:07:53.238,0:07:58.271
對應規範生物程式應該做些什麼。

0:07:58.769,0:08:00.645
因此，我們只需想出

0:08:00.669,0:08:03.852
這種新型規範的編碼方法即可。

0:08:04.594,0:08:07.758
假設你一直在實驗室裡[br]忙著測量基因，

0:08:07.758,0:08:10.708
發現如果基因 A 處於活動狀態，

0:08:10.732,0:08:14.120
那麼基因 B 或基因 C[br]似乎處於活動狀態。

0:08:14.678,0:08:17.260
如果用邏輯語言，

0:08:17.264,0:08:20.657
則能將該觀察結果表達為數學式：

0:08:21.125,0:08:23.453
若 A，則 B 或 C。

0:08:24.242,0:08:26.696
這是一個非常簡單的例子，

0:08:26.720,0:08:28.177
只為了說明這一點。

0:08:28.177,0:08:31.411
我們能編碼真正豐富的表達式，

0:08:31.411,0:08:34.394
實際用在多個不同的實驗中，

0:08:34.394,0:08:38.148
表達多個基因或蛋白質[br]隨時間進程展現的行為。

0:08:38.521,0:08:40.477
因此，通過以這種方式

0:08:40.477,0:08:43.164
將我們的觀察結果[br]轉化為數學表達式，

0:08:43.188,0:08:45.916
就有可能測試這些觀察結果

0:08:45.916,0:08:51.364
是否能經由基因的相互作用而產生。

0:08:52.063,0:08:54.619
我們開發一種工具來做。

0:08:54.643,0:08:56.142
我們能用此工具

0:08:56.142,0:08:58.956
將觀察結果編碼為數學表達式，

0:08:58.980,0:09:01.200
該工具將使我們能發現

0:09:01.200,0:09:04.152
可以解釋所有現象的基因程式。

0:09:05.481,0:09:07.761
然後用這種方法來揭示

0:09:07.785,0:09:11.868
在胚胎幹細胞內部運行的基因程式，

0:09:11.892,0:09:15.761
試圖理解如何誘導出稚年的狀態。

0:09:16.105,0:09:18.057
該工具實際上是基於

0:09:18.081,0:09:22.847
部署於全球的通用常規[br]軟體驗證的求解器構建的。

0:09:23.630,0:09:27.321
我們從對胚胎幹細胞的實驗觀察中

0:09:27.345,0:09:31.851
生成的近 50 種不同規格開始。

0:09:31.875,0:09:34.511
通過在此工具中[br]對這些觀察結果進行編碼，

0:09:34.535,0:09:36.500
我們得以發現第一個

0:09:36.500,0:09:39.705
能解釋所有觀察結果的分子程式。

0:09:40.309,0:09:42.822
這本身就是一種壯舉，對吧？

0:09:42.846,0:09:45.748
能夠協調所有這些不同的觀察結果，

0:09:45.772,0:09:51.279
那是再怎麼大的信封背面[br]都算不出來的。

0:09:52.190,0:09:54.021
因為已經有了這理解，

0:09:54.021,0:09:55.454
我們能再前進一步。

0:09:55.454,0:09:57.550
我們能用該程式來預測

0:09:57.550,0:10:01.429
在尚未測試的條件下[br]該細胞可能會做什麼。

0:10:01.453,0:10:03.854
我們可以在計算機上探索該程式。

0:10:04.735,0:10:05.982
那正是我們做的：

0:10:06.006,0:10:09.186
生成在實驗室中測試過的預測，

0:10:09.210,0:10:12.242
發現該程式具有很高的預測性。

0:10:12.266,0:10:14.891
它告訴我們如何加速進程

0:10:14.915,0:10:17.975
才能快速有效地回到稚年狀態。

0:10:17.999,0:10:20.569
它告訴應該操作哪些基因；

0:10:20.593,0:10:23.217
哪些基因可能阻礙過程。

0:10:23.241,0:10:28.047
程式甚至預測了基因開啟的順序。

0:10:28.980,0:10:31.650
這方法確實使我們能夠揭示

0:10:31.650,0:10:34.546
細胞的動態進行過程。

0:10:35.728,0:10:37.089
我們開發的並不是

0:10:37.089,0:10:39.370
針對幹細胞生物學的特定方法，

0:10:39.394,0:10:43.182
而是使我們能夠[br]在基因相互作用的背景下

0:10:43.182,0:10:46.231
理解細胞正在執行的運算。

0:10:46.666,0:10:48.954
因此，實際上這只是個構建模塊。

0:10:48.978,0:10:51.663
這領域迫切需要開發新的方法，

0:10:51.687,0:10:55.774
更廣泛、不同層次地理解生物運算，

0:10:55.797,0:10:59.926
從 DNA 到細胞之間的信息流。

0:10:59.950,0:11:02.747
只有這種變革性的理解

0:11:02.771,0:11:07.757
才能使我們以可預測[br]和可靠的方式利用生物學。

0:11:09.029,0:11:10.611
但是為要編寫生物學，

0:11:10.655,0:11:14.090
我們還需要開發各種工具和語言，

0:11:14.114,0:11:17.522
使實驗人員和計算科學家

0:11:17.546,0:11:20.043
都可以設計生物學功能，

0:11:20.067,0:11:24.786
並將這些設計編譯為[br]細胞的機器代碼和生物化學，

0:11:24.801,0:11:27.063
就可以建造那些結構。

0:11:27.309,0:11:30.982
這類似於生物軟體編譯器，

0:11:30.982,0:11:32.286
我很自豪能成為

0:11:32.286,0:11:34.898
微軟致力於開發[br]生物軟體團隊的一員。

0:11:35.366,0:11:38.162
雖然說這是個巨大的挑戰[br]有點輕描淡寫，

0:11:38.162,0:11:39.789
但是如果實現了，

0:11:39.813,0:11:43.522
那將是軟體和濕體之間的最終橋樑。

0:11:45.006,0:11:46.791
從更廣泛的意義上講，

0:11:46.791,0:11:52.369
只有轉變為真正的跨學科領域，[br]才有可能編寫生物程式。

0:11:52.748,0:11:55.700
這需要我們在物理科學[br]和生命科學之間架起橋樑，

0:11:55.724,0:11:57.991
而其中每個學科的科學家

0:11:58.015,0:12:00.746
得要能以共通的語言一起工作

0:12:00.770,0:12:03.335
和共享科學問題。

0:12:04.757,0:12:06.753
從長遠來看，值得記住的是

0:12:06.753,0:12:08.750
當初我們首次編寫矽微晶片時，

0:12:08.774,0:12:10.020
幾乎無法想像

0:12:10.020,0:12:12.690
許多現今你我天天用到的

0:12:12.690,0:12:15.918
巨型軟體公司和技術。

0:12:16.446,0:12:18.147
如果現在開始考慮

0:12:18.147,0:12:21.927
由計算生物學實現的技術的潛力，

0:12:21.951,0:12:26.136
我們將看到為實現這一目標[br]所需要採取的一些步驟。

0:12:27.231,0:12:29.093
有個警醒的想法

0:12:29.093,0:12:31.855
認為這種技術可能會被濫用。

0:12:32.138,0:12:35.543
如果要談編寫免疫細胞的潛力，

0:12:35.543,0:12:37.479
我們還應該考慮

0:12:37.495,0:12:40.284
設計細菌逃避免疫的潛力。

0:12:40.682,0:12:42.769
可能有人願意這樣做。

0:12:43.506,0:12:45.818
一個令人放心的想法是——

0:12:45.818,0:12:47.541
科學家不那麼容易放心——

0:12:47.565,0:12:50.834
生物研究很脆弱，不好弄。

0:12:50.858,0:12:54.943
生物程式不是能躲在後院[br]工具間裡編寫得出的。

0:12:55.642,0:12:57.722
由於才剛起步，

0:12:57.746,0:13:00.329
我們能睜大眼睛向前邁進。

0:13:00.353,0:13:02.677
我們能預先提出困難的問題，

0:13:02.701,0:13:05.741
能採取必要的保障措施。

0:13:05.765,0:13:08.562
得要考慮道德規範，

0:13:08.586,0:13:13.122
得要考慮限制實現生物功能的範圍。

0:13:13.604,0:13:15.783
因此其中一部分

0:13:15.783,0:13:18.690
必須將生物倫理學[br]研究作為優先事項，

0:13:18.690,0:13:22.288
不能在科學創新的激情中[br]將其降為第二。

0:13:23.154,0:13:24.847
但是最終的獎賞，

0:13:24.847,0:13:26.786
也是此旅程的最終目的地，

0:13:26.786,0:13:30.160
將是應用和產業的大突破，

0:13:30.160,0:13:33.564
在農業、醫藥、能源、材料，

0:13:33.600,0:13:36.109
乃至計算本身領域的大突破。

0:13:36.389,0:13:38.713
想像有一天我們能夠在地球上

0:13:38.713,0:13:41.403
利用植物終極永續的綠色能源，

0:13:41.403,0:13:45.242
如果能夠模仿植物[br]在幾千年前已經會了的方法——

0:13:45.252,0:13:47.346
如何有效地利用太陽能，

0:13:47.346,0:13:50.948
目前的太陽能電池無法有效辦到——

0:13:51.611,0:13:57.428
如果理解植物高效吸收陽光的[br]量子相互作用程式，

0:13:57.428,0:14:01.552
我們也許可以將其轉化為[br]構建合成的 DNA 電路，

0:14:01.576,0:14:04.489
從而為更好的太陽能電池提供材料。

0:14:05.349,0:14:08.769
現有團隊和科學家致力於此一基礎，

0:14:08.769,0:14:11.699
倘若得到正確的關注和投資，

0:14:11.699,0:14:14.613
或許能在十或十五年內實現。

0:14:15.457,0:14:18.741
因此我們正處於技術革命的起點。

0:14:19.067,0:14:23.930
了解這古老的生物運算類型[br]是關鍵的第一步。

0:14:24.468,0:14:25.785
若能意識到這一點，

0:14:25.809,0:14:30.277
我們即將進入運行[br]實時生物軟體作業系統的時代。

0:14:30.604,0:14:31.770
非常感謝。

0:14:31.794,0:14:34.484
（掌聲）