世界第一款生物计算机：从生物制造到太空探索

计算机对人类的生产生活方式产生了深刻的影响，我们利用计算机构建互联网，使地球变为了地球村，世界各地的人们通过互联网交流，创作。然而，当生物时代来临，我们似乎并没有充分将计算机技术与生物技术结合起来，帮助人类实现更加美好的生活。

为了更好结合计算机技术及生物技术，英国公司BiologIC Technologies，推出了世界上第一款生物计算机。该公司期望利用这款高度集成、可编程的系统来完成包括科学研究、细胞治疗等在内的多种生物技术的规模应用。

图 | BiologIC Technologies的生物计算机

通过现代生物技术，人类可以直接利用生物体生产人类生活所需的物资如食物，工业品和便宜高效的药品。BiologIC Technologies 的 CEO 兼董事长 Richard Vellacott 表示：既然生物技术拥有如此巨大的潜力，那我们为什么还没有实现这一伟大的愿景呢？

图 | BiologIC Technologies 的 CEO 兼董事长 Richard Vellacott。

在 BiologIC Technologies 创立之前，Vellacott 曾在 Horizon Discovery 担任过 CFO 和临时 CEO，Horizon Discovery是最早开展基因编辑和个性化医疗的公司之一。基因编辑和细胞疗法在许多重大疾病的治疗中具有极大的潜力，但是由于实验室天然生产能力的不足，导致该技术无法广泛地服务人类。针对这个问题，BiologIC Technologies 提出了他们的解决方案。

过去70年间，计算机技术的发展遵循摩尔定律展现出指数级发展模式，即集成电路上可容纳的晶体管数目，约每隔两年便会增加一倍；微处理器的性能每隔18个月提高一倍，或价格下降一半；相同价格的电脑，性能每隔18个月增加一倍。

然而在新药开发领域自1950年以来，每10亿美元研发费用对应的美国FDA批准的新药数量大约每隔9年就会下降一半。这表明70年间FDA批准的新药研发总成本每9年就会翻一番。这一现象被称为倒摩尔定律（Eroom's law）。

这主要是由于新药研发需要大量的实验室研究及临床实验，这些实验均需要大量的时间和资金投入，并且在这一过程中，研发的成功率较低。受到集成电路的启发， BiologIC Technologies 提出了一种全新的解决方案，即将工业 4.0 技术 (如自动化、人工智能和 cyber-physical 接口) 与生物制造的工作流程整合起来，集成到一个系统中，大幅提升生物实验室的生产力，从而逆转 Eroom 定律。

     生物学中的“数量专制”     

生物制造有望彻底改变全球经济模式。麦肯锡预计，当前经济发展中 60% 的投入均可以用生物技术进行替代。Vellacott表示他完全同意这个观点:“竭泽而渔式发展模式是不可持续的。”他认为我们完全可以用生物技术来为人类提供食物、能源、医疗等生活必需品，创造更加可持续的全新产业。但是将生物制造从实验室的桌面上扩展到和人口规模匹配的水平需要几乎在从研究、制造到生产的每个环节都有颠覆性变革。

在 60 年代，计算机工程师面临一个被称为“数量专制”的问题。在当时，计算机是由一系列模块化组件构成，每个模块执行特定功能。建造一个简单的电路，需要连接多个模块，随着操作变得复杂，就需要更多的模块化组件，因此限制了电路的设计。集成电路的发明完美的解决了这一问题，曾经需要复杂模块化设计的问题现在只需要一块电路板就能解决。如今从智能手表到太空探索，集成电路几乎无处不在。

同理，今天的生物制造面临着同样的问题：生物制造复杂系统中的每个过程都要被分解成许多不同的操作模块。这些操作模块需要使用相互独立的工作台、昂贵的专业化设备，有时甚至是完全不同的工作设施。BiologIC Technologies 计划将它们整合起来建造世界第一个生物计算机从而彻底的改变“数量专制”这一现状。

生物计算机本质上是一个“微型实验室”:它包含实验必需的硬件和软件，同时能够很容易地进行编程以运行不同的应用程序，以实现从食物生产到细胞治疗的一系列生物学过程。为了打造这些特定的设备，BiologIC 对实验中的每个过程进行标注，将其编码为自动化操作，使用 3D 打印技术定制各个组件，最后将其组合成一个集成系统。

至此世界上第一个简单且多功能的生物制造系统诞生了，它将数十个实验室设备部件整合组合成一个集成系统，不同的组件相互通信并协作控制整个生产过程。该系统可实现自动转移试剂、监测细胞生长、向反应器中添加营养物质、过滤和提取目标产品等功能，同时记录大量生产过程中的数据，监测实验运行状况并实时对其做出改进。

     打造未来的生物工厂     

将这种工作模式应用在生物制造中将会对许多行业造成巨大的影响。工业 4.0 使生物实验室更像一个工厂，从而快速将概念转化为具体的生物制造解决方案，这将为合成生物学产业提供极大的优势，Vellacott认为“充分理解并积极拥抱工业 4.0的企业将在未来大放异彩。”目前，BiologIC Technologies主要通过为合作公司开发特定应用的相应设备来推广他们的生物计算机。

最近，BiologIC Technologies与英国过程创新中心 (CPI) 合作。“作为创新引领者的合作伙伴，CPI 拥有世界一流的专家团队以及卓越的商业精英，同时具有将业务从概念推向商业化的能力，”CPI 的 CEO  Frank Millar说道。“在过去的 18 年中，CPI 已成为英国最大、资源最丰富的创新中心之一。”

注：英国过程创新中心 (CPI) 将学术界、企业、政府和投资者聚在一起，将创新性理念转化为产品。该中心作为有效的创新催化剂，通过提供专家咨询、专业设备、网络、资金等服务，为客户提供推动创新的力量。

图 | CPI 的 CEO  Frank Millar。

BiologIC Technologies 目前与 CPI 合作的两个主要生物计算机项目是 mRNA 疫苗研制和抗体治疗。“经过长期的密切合作，BiologIC Technologies 的执行力和商业影响力为我们留下了深刻的印象。我们看到了 BiologIC Technologies 的生物计算机系统在该领域的巨大竞争优势。Vellacott和他的团队已经搭建了一套完善的商业模式，我们非常高兴能为其发展做出贡献，并陪伴它走向未来，”CPI 的 CEO 说道。

     物美价廉的救命药     

BiologIC Technologies的一大愿景是利用生物计算机在缺乏基础医疗条件的地区快速大规模地普及基础医疗来改善当地的卫生医疗条件，同时利用生物计算机驱动分布式生物制造的发展。

比如在医院安装生物计算机设备，就可以在患者有需要时及时地给出对症治疗方案，从而更快地给予治疗。

此外，BiologIC Technologies技术也可以用在传染病爆发地区生产疫苗。利用BiologIC Technologies 的技术，Oxford Biomedica 利用生物计算机为阿斯利康的新冠疫苗研发和细胞治疗提供相应的实验模块。得益于与 BiologIC Technologies 合作，病毒载体疫苗的开发得以加速发展。更为重要的是，该技术使得实验的可重复性和通量都得到了大大地提高，极大地加速了新疫苗的开发。

但Vellacott 认为，这仅仅是完全自主、端到端生物制造系统所能做到的皮毛。未来，生物计算机有望支持长途太空探索。“集成电路的发展在真正意义上改变了人类的太空探索。类比来讲，当我们在太空中操作生物学实验时，我们不能采用‘一个实验盒负责一个实验’的模式，如果那样的话我们将需要太空发送数千个不同的实验盒。我们期望一个“微型实验室”就可以完成多种工作，比如，食物生产、药物制造、空气净化等。”Vellacott 展望道。

虽然这个愿景现在看起来似乎有些遥不可及，但是我们要知道，自人类首次实现飞行以来，仅仅用了 66 年就完成了在月球着陆。正如计算机对人类生活的影响一样。生物计算机将建立一个从地球到深空的整个应用生态，从而引领生物革命。

参考链接：

https://www.forbes.com/sites/johncumbers/2023/01/19/can-biologics-biocomputer-help-bring-biomanufacturing-to-space/?sh=28aa3e38882d

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作者/阿毛

审核/莫十二

编辑/莫十二

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