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一个生物学大发现的时代有望到来
在现代科学的时代，几乎每周都会有生物学方面的重大进步。虽然2018年这种进步将会继续下去，却不能治愈癌症、老年痴呆症或研发出缓解衰老的药物。这是因为生物学这个领域的重点仍然是探索，而非改变基因结构。
上个世纪最伟大的一些科学成就就是科学和工程学的结晶，从阿波罗探月到大型强子对撞机都是如此。同样，人类基因组计划既需要基础研究，也需要技术发展。这些成就的核心是数学、工程、材料和计算机科学，它们推动了科技经济的发展，催生了当今世界几乎所有最具统治力的企业。
然而与此同时，生物学在很大程度上仍然是在做实验，看看改变各种参数会发生什么。生物学家从事的是重要而艰难的工作，为生命有机体的基本原理提供关键洞见。但是，随着新的研究工具的诞生，人类可以越来越高的分辨率来认识生物世界，传统研究方法所能产生的知识已接近极限。
最主要的一个限制是生命需要固有的复杂性。2016年，科学家们向全世界公布，他们创建出了最小的合成细菌基因组，仅包含473个基因（作为对比，人类基因组包含约2万个基因）。在这473个基因中，149个“功能未知”，但缺少其中任何一个都是致命的。即使在一个受控制的实验室环境中，按照最简单的一套指令来创建一个有生命的有机体，指令中近三分之一的内容都仍然是谜。
在经典的遗传学和分子生物学中，要弄清楚一个基因的功能，通常的方法是破坏这个基因，然后研究过程中出了什么问题。这种方法带来对生物学飞跃性的认识，揭示了致癌基因（突變后可导致癌症），发现了在有机体发育过程中参与构建有机体结构的蛋白质网络等。这种类型的工作基于乔治·比德尔（George Beadle）1941年提出的一个生物学原理，即每一个基因都含有一个蛋白质的指令。虽然这在很大程度上是正确的，但是蛋白质经常组成庞大的复合体共同发挥作用，混淆了这种一一对应的关系。因此有必要以组合方式探索基因的功能。利用经典工具，对人工合成的最小基因组中的149个功能未知的基因展开这项工作任务艰巨，用这种方法研究人类基因组则更是不可能的。
然而，利用加速生物学读写过程的新技术，科学家现在可以更大规模地探究基因的功能。随着基因功能相关数据的不断积累，这些信息可以指导对基因组合的研究，大大降低问题的复杂程度。
目前已经形成了一些联合机构在开展大规模实验，以满足人类基因组调节因子编目、绘制所有类型的人类细胞、列出人类基因组中发现的所有变异以及创建大脑中所有连接的电路图的需要。所有实验数据都可以反馈到研究项目中，这些项目的重点，在于理解在特定情况下（如疾病或衰老）个体或相关基因组的功能。
意料之内的意料之外
这种基础研究对提高我们对生物世界的理解是必要的。科学家在好奇心的驱使下探索着分子世界，像发明家一样想知道其中的运作原理。正因为生物学还不是一门工程学科，所以必须对他们的工作予以支持。历史上这种不断的探索带来了众多意想不到的发现和意料之外的应用，最近的一个例子是将微生物CRISPR-Cas系统发展成基因组工程的工具。
基础研究也为新的疾病疗法、农业和新型生物技术的改进提供了动力，反过来又促进了生物技术的繁荣。推动生命科学经济的不仅仅是生物学的发现，软件、硬件、材料科学和工程领域的相关发展也有所贡献。高端人才的机遇正在超越学术界，进入生物技术初创公司、法律和投资领域。但所有这些进步都是建立在基础研究成果的基础之上，以及来自公共和私营部门的资金，否则泉涌般的发现就会枯竭。
拥有大量信息之后，我们是否可以设计出一个合成的最小基因组，通过选择，让每个基因都发挥特定的功能？我们是否可以治愈癌症或减缓衰老？也许可以，但是更有趣的可能是探索过程中偶然发生的目前仍无法想象的发现。
（翻译：张凌，审译：康娟）
在现代科学的时代，几乎每周都会有生物学方面的重大进步。虽然2018年这种进步将会继续下去，却不能治愈癌症、老年痴呆症或研发出缓解衰老的药物。这是因为生物学这个领域的重点仍然是探索，而非改变基因结构。
上个世纪最伟大的一些科学成就就是科学和工程学的结晶，从阿波罗探月到大型强子对撞机都是如此。同样，人类基因组计划既需要基础研究，也需要技术发展。这些成就的核心是数学、工程、材料和计算机科学，它们推动了科技经济的发展，催生了当今世界几乎所有最具统治力的企业。
然而与此同时，生物学在很大程度上仍然是在做实验，看看改变各种参数会发生什么。生物学家从事的是重要而艰难的工作，为生命有机体的基本原理提供关键洞见。但是，随着新的研究工具的诞生，人类可以越来越高的分辨率来认识生物世界，传统研究方法所能产生的知识已接近极限。
最主要的一个限制是生命需要固有的复杂性。2016年，科学家们向全世界公布，他们创建出了最小的合成细菌基因组，仅包含473个基因（作为对比，人类基因组包含约2万个基因）。在这473个基因中，149个“功能未知”，但缺少其中任何一个都是致命的。即使在一个受控制的实验室环境中，按照最简单的一套指令来创建一个有生命的有机体，指令中近三分之一的内容都仍然是谜。
在经典的遗传学和分子生物学中，要弄清楚一个基因的功能，通常的方法是破坏这个基因，然后研究过程中出了什么问题。这种方法带来对生物学飞跃性的认识，揭示了致癌基因（突變后可导致癌症），发现了在有机体发育过程中参与构建有机体结构的蛋白质网络等。这种类型的工作基于乔治·比德尔（George Beadle）1941年提出的一个生物学原理，即每一个基因都含有一个蛋白质的指令。虽然这在很大程度上是正确的，但是蛋白质经常组成庞大的复合体共同发挥作用，混淆了这种一一对应的关系。因此有必要以组合方式探索基因的功能。利用经典工具，对人工合成的最小基因组中的149个功能未知的基因展开这项工作任务艰巨，用这种方法研究人类基因组则更是不可能的。
然而，利用加速生物学读写过程的新技术，科学家现在可以更大规模地探究基因的功能。随着基因功能相关数据的不断积累，这些信息可以指导对基因组合的研究，大大降低问题的复杂程度。
目前已经形成了一些联合机构在开展大规模实验，以满足人类基因组调节因子编目、绘制所有类型的人类细胞、列出人类基因组中发现的所有变异以及创建大脑中所有连接的电路图的需要。所有实验数据都可以反馈到研究项目中，这些项目的重点，在于理解在特定情况下（如疾病或衰老）个体或相关基因组的功能。
意料之内的意料之外
这种基础研究对提高我们对生物世界的理解是必要的。科学家在好奇心的驱使下探索着分子世界，像发明家一样想知道其中的运作原理。正因为生物学还不是一门工程学科，所以必须对他们的工作予以支持。历史上这种不断的探索带来了众多意想不到的发现和意料之外的应用，最近的一个例子是将微生物CRISPR-Cas系统发展成基因组工程的工具。
基础研究也为新的疾病疗法、农业和新型生物技术的改进提供了动力，反过来又促进了生物技术的繁荣。推动生命科学经济的不仅仅是生物学的发现，软件、硬件、材料科学和工程领域的相关发展也有所贡献。高端人才的机遇正在超越学术界，进入生物技术初创公司、法律和投资领域。但所有这些进步都是建立在基础研究成果的基础之上，以及来自公共和私营部门的资金，否则泉涌般的发现就会枯竭。
拥有大量信息之后，我们是否可以设计出一个合成的最小基因组，通过选择，让每个基因都发挥特定的功能？我们是否可以治愈癌症或减缓衰老？也许可以，但是更有趣的可能是探索过程中偶然发生的目前仍无法想象的发现。
（翻译：张凌，审译：康娟）