把DNA复制仪别到裤腰带上
把DNA复制仪别到裤腰带上
果壳阅读 2013-07-01 15:38
LavaAmp，一台小到可以别在裤腰带上、能够随时随地复制DNA序列的链式反应仪。图片来源：staticflickr.com
LavaAmp的样机是用金属薄片做成的，一端有个小小的圆筒形突起部分，上面绕着两根细导线。你可以用5号电池给它供电，或者直接把它连接到笔记本电脑上的USB接口也行。LavaAmp内部分成3部分。这个小盒子的基本功能听起来不是很炫：它能加热、冷却，然后再加热；液体可以流进流出，看起来没什么变化。小朋友一开始也许会误把它当成玩具。不过他们戳一戳、晃一晃这个玩意儿，不一会儿可能就会觉得无趣，然后丢下它到一边玩去了。
总之，LavaAmp看上去平平无奇。不过，表面上缺乏吸引力，也正是它的卓越不凡之处。杰克逊和他的搭档精心制作了这样一个机器，它能证实生物科学家过去3000多年解开的不可思议的难题。
LavaAmp可能是世界上最小的链式反应仪——能快速复制DNA的最基本的生物技术设备。链式反应仪可以规律地升高和降低机器内的温度，从而使聚合酶链式反应——也就是PCR——得以进行。这个反应的发现以及如何控制这个反应，是1983年基因工程发明后真正能够应用于工业规模的基础性成就之一。PCR的能力不仅仅是可以复制DNA，它还能让研究者复制特定的DNA片段。只要生物技术员知道如何配制合适的试剂，他就能用链式反应仪在短时间内合成大量他们想要剪接的基因。生物技术药物、转基因作物和合成生物燃料都需要PCR反应，这是制造过程中最基本的环节。长久以来，链式反应仪对所有基因工程项目都至关重要。
以前，一台链式反应仪得花去实验室好几万美金。在某种程度上，这是可以理解的。这机器虽然听上去可能与高级电陶锅没啥区别，但是PCR需要精确的温控才能进行反应。即使如今链式反应仪已经算是生物实验室的常规设备，它所做的事情依旧非常不可思议。DNA在原始浆液中形成后的几十亿年来，就一直在不停地按自己的节奏、以自己为模板进行自我复制，这个过程只是地球历史的一瞬。现在，我们有了可以想要的时候订制特定DNA序列的机器。这样一台机器应该所费不菲吧？毕竟，就连上帝的工具箱里也有一台。
杰克逊不这样认为。LavaAmp就是他的得意之作。
LavaAmp预期的零售价不到100美元。这是为了达成一个目标：让科学家即使身处刚果的村庄，也能像在旧金山湾地区的生物实验室里一样方便地操纵DNA。或者，至少差不多一样方便。DIY生物技术的一个基本的常用精神是，足够近似就挺好。
杰克逊和努涅兹-穆希卡相信，LavaAmp便于携带、用途广泛、价格低廉，这些特点最终会让它成为发展中国家诊断工具盒中一个重要的组成部分。不同于如今公共医疗工作者使用的典型工具盒，利用LavaAmp工具盒检测不同疾病的标记，不需要针对每一种细菌准备单独的试剂体系。相反，医生或者公共医疗技术员只需要一小组不同的引物就够了，引物是一小段遗传密码，可以标记需要剪切和复制的DNA片段的起始和终止点。
在努涅兹-穆希卡理想的图景中，一个医务工作者能够在疫情爆发后迅速抵达瓜纳里托这样偏僻的地方。他只需要带着LavaAmp、一块DNA阅读芯片、一些装着专门用于检测出血热、锥虫病和登革热等疾病的引物的管子，然后这名工作者就能快速检测导致这3种疾病的不同病原生物，并且在几分钟内得知究竟是哪一种病原生物导致瘟疫爆发。
用于检测的原料便宜、工具便于携带、技术高效。发展中国家的政府完全能够负担得起批量购买这种工具盒。而企业家也无需依靠几百万美金的风险资本支持才能生产销售LavaAmp工具盒。要知道，大金额的风险资本注入需要公司每年盈利几千万美金才能让这笔投资具有回报。当你在生产一种面向世界上最贫困群体的产品时，这一点尤为重要。
工具盒里另一个关键的部分是小型电子芯片，这个电子芯片能够读取被LavaAmp处理过的DNA样品中的信息。这样的装置目前还没有研制出来，不过测序技术的稳步发展让这种装置看上去很有可能会研制出来。以上所有零件都会小到能够夹在皮带上。
这是一种粗放地使用生物技术的方法，这也是有人对体制外的生物学秉持怀疑态度的主要原因。如果你在自家车库里，把一辆本田思域装饰得颇有《速度与激情》的风格，但是这车却启动不起来，那你就拿起一个套筒扳手拧起来吧，直到这车启动。在这个过程中，你的车不会驾鹤西去，至少不会像生物死去一样地死掉。你刚刚完成的一个巨炫无比的iPhone应用，但它如果不停地把你的信用卡号码发送给你所有的微博粉丝怎么办？你肯定是不眠不休地补上漏洞。你不会把代码全部删掉，不能用一了百了的方式解决这个问题。只有在生物项目里，才会出现真正的死亡。因此，一般来说，严格管理实验设备被视为生物实验室工作的一个非常重要的前提。
理想的实验室里，明亮的白光洒在黑得发亮的实验台上。可事实上，这样的完美实验室只存在于好莱坞电影的布景里，以及全国顶级研究型大学的公关手册里。在发展中国家里，供电和自来水都无法保证，无菌实验条件通常是只可远观的奢侈品，尤其是在野外作业的时候。但LavaAmp的开发者相信，他们的设备能够做到最好。
本文摘录自《想当厨子的生物学家是个好黑客》，文字部分略有删改。
扩展阅读
书名：想当厨子的生物学家是个好黑客Biopunk：DIY Scientists Hack the Software of Life
作者：[美] 马库斯·乌尔森（Marcus Wohlsen）著 肖梦译
出版社：清华大学出版社
定价：32.00元
ISBN：978-7-302-31150-8
内容简介：
比尔·盖茨对《连线》杂志说，如果他还是个少年，他就会做生物黑客了。“如果你想用伟大的方式改变世界，就从生物分子开始吧。”
这里是生命科学领域的比尔·盖茨和乔布斯的故事。
20世纪，IT技术重塑了人类的日常生活。21世纪，轮到生物技术了。
既然DNA也是程序，也可以编码和解码，既然人体就跟电脑一样可以通过程序控制，那么，生物界的程序员们就是改变人类衣食住行面貌的人。生物黑客们正在通过DIY改造世界，你呢？了解自己，还有什么比DNA更本质呢？ 人类开始冒充上帝的时候，离末日就不远了。。。 musicbeibei 发表于 2013-7-15 23:34
人类开始冒充上帝的时候，离末日就不远了。。。
别急...这文章吹得厉害...不用放到心上 neuron 发表于 2013-7-16 11:04
别急...这文章吹得厉害...不用放到心上
果壳里头是很多科普文章的。
我今天问我同事了，这种东西他带去非洲用怎么样？ 他说化学试剂没法补充，用一次就废了，还不如都邮寄回德国做。而且是做几个标记可以的，比较适合单标记的定性或者蛋白表达检验。 orionsnow 发表于 2013-7-17 16:36
果壳里头是很多科普文章的。
我今天问我同事了，这种东西他带去非洲用怎么样？ 他说化学试剂没法补充 ...
这就是个ｐｃｒ仪
只能扩增，不能检测
检测要么后续跑胶要么测序
neuron 发表于 2013-7-17 19:14
这就是个ｐｃｒ仪
只能扩增，不能检测
检测要么后续跑胶要么测序
我猜吧，哪个仪器应该是可以检测的。没有验证过，不过总觉得如果不能的话，发明了盒子干啥，还又是电子又是芯片的。
但是作者水平有限，又不太懂生物还要搞科普，结果把最重要的这点给漏掉了。 “一块DNA阅读芯片、一些装着专门用于检测出血热、锥虫病和登革热等疾病的引物的管子，“
。。。 是你对了，这设备只能做扩增，检测还需要阅读芯片配合引物。 orionsnow 发表于 2013-7-17 16:36
果壳里头是很多科普文章的。
我今天问我同事了，这种东西他带去非洲用怎么样？ 他说化学试剂没法补充 ...
科普不要当科幻写 orionsnow 发表于 2013-7-17 22:17
“一块DNA阅读芯片、一些装着专门用于检测出血热、锥虫病和登革热等疾病的引物的管子，“
。。。 是你对 ...
O兄涉猎广泛，博闻强记。
区区佩服！
{:5_336:}
老太爷2008 发表于 2013-7-18 21:36
O兄涉猎广泛，博闻强记。
区区佩服！
好吧，我就当你是夸我的，我那个明明就是从原文copy paste 来的