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你知道互联网、物联网, 可你听过“命联网”吗?

2024-12-12 来源:哗拓教育

“The Internet of Living Things”也叫“命联网”,对应的是我们熟悉的物联网。

世界各地的志愿者和口袋大小的基因组测序仪在保护全球健康和生态系统方面扮演着越来越重要的角色。上午10点,巴西东北部的坎普纳巴瑞托社区的贫民窟里闷热潮湿,一位名叫Glaucia的公共卫生工作者刚刚从一位怀孕的年轻病人身上采集了血液样本。Glaucia将血液输入一个U盘大小的便携式测序仪,再将测序仪插入她的电脑中,等待结果。该设备识别出寨卡病毒的遗传标记,不过显示这是一种突变株,可能对现有疫苗产生耐药性。她向她的同事弗兰科、最近的医院和公共卫生部门报告了这些信息。他们需要知道这可能预示着疫情的爆发。

上面的场景虽然是虚构的,不过世界各地的研究人员现在正在使用口袋大小的基因组测序仪快速检测医院的耐药病株,探索南极冰区的微生物多样性,并在食品供应和太空飞船上诊断传染性病原体(该装置在微重力作用下工作)。例如,在2015年,来自伦敦帝国理工学院的Johanna Rhodes依靠便携式测序仪来鉴定Candida auris的基因组成,这是一种耐多药的真菌病原体,在伦敦的一家医院中引起了一场疫情。同年,来自伯明翰大学的一个研究小组飞到几内亚,用同样的技术检测人类血液中的埃博拉病毒。几个月后,他们在现场对142个埃博拉病毒基因组进行了测序,在收到Ebola阳性样本后不到24小时就产生了结果。

 现在的基因测序仪

如果被测序的研究人员能够将他们所学的东西直接传授给其他人,会怎样呢?想象一下,在大学里,学生们可以通过检测对抗生素有耐药性的细菌,并对他们的邻居进行教育,成为第一道防线。想象一下,同样的邻居配备了便携式测序仪来识别土壤中能够抵抗病原体的微生物。这些新的生物公民将是社会责任的参与者,他们把生物学作为主要的语言来了解他们自己和周围的世界,在保护全球健康和生态系统方面扮演着越来越重要的角色。

这是梦想家说的第二次基因组革命的乌托邦版本,在这里,我们的基因组和其他物种的基因组测序成为一个普遍的数据市场,其中DNA是主要的货币。然而,我们必须清醒地认识到,谁将做主要贡献,谁将获得将我们的DNA放到云端的回报。今后的发展是确保这些数据不会只对那些已经统治我们的数字基础设施的人有益,而是建立对抗力量和全球公共资源,让公民可以学会将自己的数据转化为创新的资源。

新一代的手工技术是英国公司牛津纳米技术公司的产品,它的野心是使基因组测序民主化。它的音序器叫“MinION”,它和USB棒一样小,很容易被任何一个知道如何准备血液、体液或水样本的学徒科学家使用。这种准备很容易由业余生物学家在DIY生物实验室完成。世界各地的研究人员和临床医生现在都采用了这些便携式测序仪,一些用于检测医院里的食源性疾病暴发,另一些则用来分析丛林中新物种的DNA。随着早期的怀疑论逐渐消失,行业巨头(Illumina和Roche)和新来者(Genapsys)都对继牛津纳米孔之后的便携式测序表示了兴趣。

如果目标是促进更广泛地使用基因组测序,那么用户也需要一个现成的平台来解释遗传数据。牛津纳米孔公司设计了一种智能云实验室——Metrichor,与解释DNA序列含义的智能手机应用程序结合,用于基因组数据存储。

自动化技术、智能算法和云计算的融合正在逐步使基因组学的技术人员变得更少。虽然这并不一定确保民主化,但它确实使我们能够想象它。如果它真的发生了,我们周围的世界将拥有越来越复杂的生物传感能力:识别我们体液的基因组成、我们周围的物种和我们皮肤上的微生物以及肛门的能力。我们口袋里和手机里的便携式基因组测序器将成为我们的传感器网络的一部分,我们已经称之为IOT(物联网)。

一个新的生物公民的属性是这样的:科学家、病人、国会议员、员工,每个人都将在共享的云实验室里监视他们自己身体的DNA便携式基因组测序仪,一个U盘大小,连接到我们的智能手机,也将集成到我们最具战略意义的技术系统,包括农业食品设施,机场,战场和医院。这些DNA读取传感器,将识别致命病毒、工程细菌和甚至被遗忘的致命病原体的自然传播路径和突变,这些病原体有朝一日可能会被融化的永久冻土释放。

在他们的家中,个人可以获得液体活检,血液检测可以追踪他们最重要的生物标志物,并在早期发现由癌症肿瘤或病毒制剂撕碎的DNA片段。如果数以百万计的公民将这些数据传输到云端,他们将建立起世界上已知的最强大的预防和精确医学数据集。那么,任何生物的遗传特性,就会在互联网上获得新生。我们进入了IoLT(生物网络时代)。

​在数字生物空间中存储、管理和保护的基因组数据量将持续增长,需要强大而昂贵的计算平台。它将创建一个复杂的体系结构,与此类日益依赖数据驱动的社会治理相关的新需求。

如果不使用谷歌和亚马逊提供的云计算,从人类寿命到全基因组分析,许多生物医学项目都聚焦在自闭症和阿尔茨海默氏症上,很难成形。谷歌和亚马逊提供了一项诱人的交易:最复杂的网络安全策略,以及分析速度和权力。这些服务很少是免费的。大学、未来的公司、医院、医生和公民可能会继续为每个基因组付费,以存储、分析或转移到不同的存储库。

由于越来越多的参与者可能参与生成、收集和处理数据的过程,因此确定这些数据的合法所有权可能会越来越复杂。就像我们收集的个人信息一样,我们的基因秘密可能会被消费者协议所困。

基因和数据驱动的社会之间强大而利润丰厚的联盟已经使硅谷和西雅图的科技巨头成为我们数字身份的新主人。如果我们考虑当前消费者数据的私有化和数字隐私的侵蚀,不难想象,在未来,大型企业将利用其庞大的计算机和机器学习平台,将人类和生态系统的连续数据流商品化。为了确保研究、数据和技术工具主要服务于公众利益,全球对所有权的冲突将必须通过开源的努力加以平衡。全球基因组学和健康联盟就是一个例子,这是一个在学科和地理界限之间共享基因组的努力。

随着我们慢慢进入无所不在的基因组测序时代,更令人不安的是,我们正面临着科技精英硅谷或新科技公司Eldorado与大多数公民(提供数据的人)之间的社会经济差距日益扩大。虽然我不希望这个差距会很快被消除,但下一个十年将首先告诉我们新的生物公民是否只是我们的想象。

译自《科学美国人》

名词解释:“基因测序”是一种新型基因检测技术,能够从血液或唾液中分析测定基因全序列,预测罹患多种疾病的可能性,个体的行为特征及行为合理。基因测序技术能锁定个人病变基因,提前预防和治疗。基因测序相关产品和技术已由实验室研究演变到临床使用,可以说基因测序技术,是下一个改变世界的技术。

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