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那福忠,知名電子出版專家、網路作家。
   
  細胞駭客
 

那福忠 June 10, 2004

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   一艘快艇,黑夜靜悄悄駛航到敵人的港外,打算摸黑上岸執行特別任務,但懷疑水裡有爆裂物,於是船長下令停船,把一瓶液體倒入海裡,不久水裡閃出點點微紅亮光,隨即消失,不一會水裡另一處又閃出亮光、也隨即消失,這樣閃了幾次,等了一段時間不再有紅光閃動,船長於是下令開船,緩緩駛到岸邊、上岸執行任務。

   這到底是怎麼一回事?原來瓶子裡裝的,是改造過的微生物,跟細菌一樣大小,這種微生物感應到水裡的爆裂物就會閃紅光,然後釋放化學物質來中和,讓爆裂物穩定不會爆炸,紅光隨即消失。這說的不是現在,也不是科幻小說,這是科學家描述十年以後的景象。

   誰是科學家?是 Ron Weiss小傳、照片),這位年輕的美國普林斯頓大學電機系教授,專長把電子邏輯的概念,運用到微生物的改造上,雖然是電機出身(MIT 電機博士),做的卻是微生物的工作。他說傳統的基因工程僅僅移動基因,把基因從一個生物體移到另一個生物體,他做的稱為「合成生物」(Sythetic Biology),在一個生物體之內,重新設計基因的佈局,並進一步製作生物「程式」,來控制生物體的行為。這種近乎人造的生物體,可用來做任何事,不僅能清理爆裂物,也能清淨空氣裡的二氧化碳、診斷疾病、分解水來製造氫氣作為燃料。

   Weiss 教授研究微生物的動態,與電子邏輯在概念上頗為類似。例如一個基因以製造一種蛋白質的方式,讓另一個對應的基因啟動或靜止,這與電子上的 0 1 On / Off 相同。如果基因被啟動 (On),就可能製造化學物質,啟動生物體去尋找食物;如果基因得到的信號是靜止 (Off),生物體就轉為靜態、養精蓄銳。Weiss 教授實驗的結果,把基因與蛋白質做不同的連接,有如電子晶片的網路設計,能啟動或停止微生物的化學信號,也就是能控制微生物的行為。

   生物,無論低高等,都會感應環境、處理資訊,對外在與內部的刺激連續反應。如果能把這種生物上的邏輯特徵,加上感應、啟動、通訊的功能,用生物的指令製作程式,放到細胞之內,就能準確的控制細胞的行為。這也正是 Weiss 教授所研究的項目,他在 1997 年還在 MIT 當學生的時候,就開始製作一個基因的網路,現在已經做到五個基因的網路,並獲得國防部高級研究專案的資助,六月在 MIT 召開合成生物的研討會,Weiss 教授的成果已成為眾所注目的焦點。

   用什麼方法做成生物邏輯網路,Weiss 教授做了簡單的解說:先用合成的 DNA 附著蛋白質、與一些小的分子,作為通訊的信號,然後靠檢視合成的基因作為「運算」,來控制蛋白質的狀態。有了這幾樣基本元件,就在實驗室裡製造了一個轉換器,把細胞一種狀態轉成另一種狀態、然後再還原,與電腦上 0 轉成 1、然後再從 1 轉成 0 相同,細胞頓時變成了數位開關,而開關 (Switch) 是電子運算的基本,有了開關就能組合成複雜的運算。開關僅限於一個細胞之內,下一步是整合網路,讓細胞之間可以彼此通訊,這一實驗也成功,因為彼此聯絡才能共同完成一件事,前面說的快艇船長把一瓶液體倒到海裡,瓶裡微生物的數量應以百千億估計。

   控制細胞的行為,來模仿數位運作,是實實在在的高科技,涉及生物、遺傳、電子,上面的解說自然未能觸及核心,不過有興趣的讀者可下載這篇論文PDF 40 頁)詳讀究竟。

   這種「細胞駭客」能做許多好事,製藥上的實驗、可以控制的治病療程、把智慧放進各種材料裡、監控兼清潔環境、以及用在各樣的奈米技術上。Weiss 教授說,能指揮活的生物做事,是一樁極為美妙的事,史坦福大學生物倫理學家 David Magnus 回應「美妙、但危險」,因為細胞網路除了那些美妙的功用,還可能被人放入有害的程式,或是程式出錯變成真的駭客,所以要用嚴格的管制,務必實驗完全才能「放生」到實驗室之外。Weiss 教授同意有潛在的危險,但認為對程式控制基因越了解,發生危險的機會就越小。

   細胞網路與俗稱的奈米技術,在技術上固然不同,其潛在危險類似,讀者可回顧一下奈米:小而美與小而禍一文。順便一提的,是 Michael Crichton 的小說「獵物」(Prey) 已有中譯本,翻譯成「奈米殺人」。對這個譯名 ... 沒有意見。

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