车库生物技术：生命黑客
业余爱好者创建自制的分子生物学实验室，但能发酵成为一场革命吗？
Heidi Ledford
Rob Carlson成为一个生物黑客是始于1996年在火车上的一次遭遇。Carlson，这位物理学当时的博士学生，前往到纽约寻找一篇在他母校新泽西的普林斯顿大学不能提供的杂志文章。他发现自己就坐在一位好奇年老的绅士旁边。Carlson和他谈起来其研究论文的内容：物理力量对血液细胞的影响,在旅程即将结束的时间,陌生人做了一项提议。“你应该来为我工作，”那人说，”我是Sydney Brenner 博士。”这个名字对Carlson来说并不意味着什么，他说出自己的想法：““是啊，同意。无论什么，‘Sydney Brenner 博士。”
直到Carlson回到普林斯顿并向他的一位朋友询问才意识到那位”Sydney Brenner”博士是一位该领域有着巧妙手法的著名生物学家。他接受了这份工作。
在一年内，Carlson在位于加利福尼亚的伯克利Brenner的分子科学研究所 (Molecular Sciences Institute，MSI)和一个由生物学家，物理学家和工程师组成的“杂牌军”携手合作，在那里他学习了分子生物学技术。该研究所是创新的温床，这使Carlson意识到仅仅25年前激起了个人电脑革命的邋遢的黑客风气。他开始怀疑，是否同样的事情可能发生在生物技术领域。假定一种新工业，甚至一种新文化，可以允许每个人使用他唾手可得的高科技工具创造，会是什么情况？大部分设备在网站上例如eBay上待售。
Carlson趁热打铁将有关这个想法写成论文和文章。“一个车库生物学的时代即将来临,” 他在2005年写给技术杂志Wired.的文章中说道。“想参加？”他推论到，科学的民主化会将引进新的人才建造和改善科学使用仪器，或许有助于发现新的生物技术工业应用。最终，他决定追随自己的建议，于2005年设立一个车库实验室。“我做出预言，”他说，“所以我想或许我应该做这方面的实验。”
Carlson 是并不孤单的。全世界想成生物黑客的人在他们的车库，壁橱和厨房里边建立实验室 - 从在家从事一个副项目的专业科学家到以前从未使用过吸量管的个人。他们在线购买二手实验室设备，把网络摄像头转换成10美元的显微镜和在他们的腋下培养遗传改良的Escherichia coli 。（这比外面在一台37°C培养箱器上花费100美元或以上的更廉价。）在公开的论坛中有一些共享的操作手册和想法。其他人则倾向于保持他们的实验室保密，担心当局会监视他们的车库的设备，并把他们标签为生物恐怖分子。
目前，大部分DIY（do-it-yourself）的会员，或自己手做的人，生物学社区都是业余爱好者，拼凑廉价的设备和解决项目—虽然不完全推分子生物学的前沿发展 - 是黑客原则性的创造性证据。加利福尼亚旧金山城的电脑程序员Meredith Patterson，人称‘DIYbio的女性老前辈 '，通过基因工程改良使细菌内产生一种荧光蛋白，而使酸奶在黑暗中发亮。另外的一些人希望更多了解自己：一个团体叫 DIYgenomics团结一致了分析他们的染色体组，甚至进行和参与小临床试验。对于那些渴望改变世界的人，参与改善生物燃料的发展更加吸引。以及若干小组侧重于制作标准设备 - 例如PCR仪器，用来扩增 DNA的片段 - 使其能够在实验室的限制之外更廉价和更容易使用，最终保证使 DIYbio 变得更可接近成为可能。
很多传统科学家是慎重的。“我想有很多关于这的过度炒作和热心的著作，”加利福尼亚大学洛杉矶分校的人类学家Christopher Kelty说。“事情很大程度上还处在起始阶段。”DIY的生物学批评者也还半信半疑是否有车库分子生物学广泛的市场。没有人在家里需要一台PCR仪，生物学研究设备太昂贵了，即使价格在一天天下跌。 (见 图).再说，同样是对个人电脑的说，马萨诸塞州波士顿哈佛大学医学院的遗传学家George Church说。作为一个男生，他说，他看到了他的第一台电脑，就坠入爱河。“每个人看起来和我相似， ‘ 为什么究竟你甚至会想成为其中之一？'”
Carlson开始他的车库实验室进行实验作为一个爱好，但是他需要做这些并不能使用他在西雅图在华盛顿大学实验室的资源。他购买设备例如整修过的微吸量管 - 在任何分子的生物学实验室的必需品 - 和在eBay上销售二手离心机。2007年，在受够了拨款申请，并渴望花更多的时间在他的车库实验室工作，他放弃了在大学里的职位。
Carlson决定跟进在MSI的工作。在那里，他是开发是开发使用‘tadpoles'，在其中一个蛋白质‘头’附着于一DNA‘尾巴'上，来在单细胞中定量微量蛋白质的小组成员之一。头被特别设计附着在感兴趣的蛋白质上，DNA的尾巴可以通过PCR扩增定量，使得研究人员可以计算蛋白质存在的数量 (I. Burbulis et al.Nature Meth.2, 31–37; 2005)。tadpoles具有经济潜力，提供了一个替代使用荧光标记抗体的方法（荧光标记抗体充其量只是蛋白质水平的粗略估计）测定蛋白质含量的标准做法。但Carlson说，这种初始的tadpoles方法对商业化来说过于昂贵。“如果我可以用一个简单的方式证明这种蛋白质在车库里是可行的，那么希望这将是一个可以在低技术环境，非本领域或在医生的办公室可以使用的产品，”他说。
“我们正在做10美元的显微镜，我们周围的讨论主题是关于炭疽武器化。”
由于Carlson的工作，车库生物黑客的想法开始传播。在2008年5月中，哈佛医学院个人基因组项目负责人Jason Bobe和马萨诸塞的剑桥的网站开发人员Mackenzie Cowell在 去麻省理工学院路上的Asgard Irish酒吧，组织了DIYbio的首次会议。约有25人出席。两年后，有超过2000个DIYbio电子邮件列表订户。
没人知道2,000人中间有多少人是严肃的参与者，Bobe打趣说30%是垃圾邮件发件人，其他70%是密切注视社区的执法官员。但是，更多的DIY的社区在凝聚：不仅在剑桥，而且在纽约，旧金山，伦敦，巴黎和荷兰。发展配置设备社区实验室的一些目标是用户可以分担每月的费用。其中有些社区已经隶属于当地'黑客空间'，他们负责提供如电子爱好者一类的服务。例如，纽约DIYbio团体在一个名为NYC抵抗者的电脑黑客的集会上每个星期碰一次面，现在有一些基本的分子生物学设备，包括一台PCR机器。
DIYbio是开放科学运动的一个分支，鼓励材料，数据和出版物的的开放交换，源自于二十世纪九十年代的开放源代码软件， Kelty 说。很多生物黑客也热心于处理涉及通过拼凑新遗传元件设计细胞的项目，这种种方法称之为‘合成生物学 '。DIYbio从这个领域捡起了前进的动力和耻辱，这些交替地被夸大的描述成社会病的解决方案或诽谤为生物恐怖者的温床。数百生物黑客考虑在未被监测的车库生物学实验室创造病菌的的想法敲起了警钟，2009年，美国联邦调查局（Federal Bureau of Investigation，FBI)开始派送大规模杀伤性武器的董事会的代表出席DIYbio会议。
生物黑客是担心的。他们回想起发生在Steve Kurtz身上所发生的，这位艺术家使用了一位匹兹堡遗传学者发给他的细菌。在2004年，联邦工作人员持枪突袭了他在hazmat的房子。Kurtz被逮捕并以邮件欺诈罪名被指控，他花了4年时间才得以洗清罪名脱身。Bobe和联邦调查局进行了互动并给出了建议，但是说他发现联邦调查局和公众的很多生物安全的担心害怕是没有必要的。“目前这种业余活动也就第七或第八年级的水平，”他说。“我们正在做10美元的显微镜，我们周围的所有讨论主题是关于炭疽武器化。当然我们关心的只是像其他人一样，但我不知道该说些什么，除了‘是啊，听起来可怕的地狱。我们可以肯定没有人会这样做。’”
联邦调查局好象采纳了会上的信息，采纳了所谓的‘邻里守望'的立场。这种方法依赖于生物黑客监视他们的自己的社区，报告他们发现任何有威胁性的生物黑客行为给联邦调查局的生物恐怖主义特别机构，Edward You说。
Carlson的项目比那些普通DIYbio人的更先进，他发现了车库生物黑客的风气最终受损害。他说，他有时发现很难说服企业提供实验室用品到一个住宅住址。Carlson也想要他的车库停一条船。
因此，2009年，Carlson和他的商业合作伙伴，工程师 Rik Wehbring，移动他们的车库实验室到一个小商业空间中。两个人通过一家小的名为Biodesic咨询公司获得了空间和实验资助。通过该公司，他们为从事生物安全问题提供技术服务到设计脑波为基础的游戏控制器的公司提供咨询。
“我不是说你需要适当血统，只是适当的资源。”
其他生物黑客也提出了资助他们的项目的有创意的方法。一些使用了网站例如Kickstarter，该网站允许发明者张贴他们的项目和在线寻找资助目标。网站访客可以捐款，通常是小的数额，但希望的是有足够的小捐款可以叠加起来。两个加利福尼亚的车库生物黑客，Tito Jankowski和Josh Perfetto，利用Kickstarter来资助发展了小而低成本称为OpenPCR的PCR仪。他们在十天内到达他们的6,000美元的筹集资金的目标。在他们Kickstarer的清单20天后关闭时，筹集资金数目加倍了。另外一组的生物黑客利用KIckstarter为一个位于加利福尼亚的硅谷的，名为BioCurious的生物黑客空间筹集基金。他们筹集了超过35,000美元。
但是所有与建立实质上的商业费用相比都显得很微小。约瑟夫杰克逊，一个加州山景城自称“职业企业家斜线活动家”和来自委内瑞拉的名为Guido Nunez-Mujica的计算生物学家，已联同其他黑客的搭建一台便携式PCR仪名为LavaAmp，可以运行从计算机的USB端口进行运作。该团队将数万美元注入了该项目，Jackson说，但是需要接近100,000 美元才能实现其生产可以被生物爱好者、老师或发展国家的研究人员可以负担得其的PCR仪。
波士顿大学合成生物学家Jim Collins说，比较业余生物学家和推动个人电脑革命的黑客在进行分子生物学方面的研究成本是不合适的。这些修补匠与传统的实验室研究人员之间有着巨大的鸿沟。Collins说，机构成员通常要求大学提供数十万美元来开始一个分子生物学的实验室的工作。聪明的业余爱好者也许能带来新的观点，他说，但是他们面临一场艰苦的战斗。“我不是说你需要适当血统，我是说你需要有合适的资源。”
Carlson说生物研究的成本在减少。他说，“过去，有关生物学的主流观点都是昂贵和艰难的，而且还很难。只是没那么贵。” 在2003年, 他预测到了DNA和蛋白质测序和分析成本的下降和蛋白质结构测定步伐的加快 (R. Carlson Biosecur.Bioterror.1, 203-214; 2003)。他的预言回应了计算机领域的摩尔法则，有些人称之为‘Carlson曲线'。
但是曲线轨道并不像Carlson希望的那样陡峭。他重新设计了他的tadpoles的蛋白质的头，并在早些时候决定那，自己不生产这种蛋白质 - 一个昂贵和辛勤的过程 - 他会付钱给一家公司为他达到预定目标。他也可以花大约3,000美元购被其他蛋白质污染的蛋白质，或花大约50,000美元购买干净蛋白质。“在中间什么也没有，”他说。他选择了廉价的路线，但是发现接受到的是一批不足够干净的蛋白质，这就使得他不能发表他的成果或开始销售最终的tadpoles。该项目陷入停顿。
几个月前，卡尔森意识到更多的蛋白质合成公司已进入这个领域，其中包括几个填补了中档价格的差距。他订购了一批新的蛋白质,应该是一个多月前到达,但仍未交付。“如果我们在银行中有一百万美元，这个问题早就得到了解决，”他说。“如果我在我的团队中有一位熟练生物化学家或分子的生物学家工作一到两年，也许花费了相同，但会更迅速地完成了。” 尽管如此，在车库中进行科学研究五年后， Carlson说他相信了生物黑客有潜力触发一次技术革命。"我们将会看到很多在车库水平产生一系列的产品进入市场,一种方式或另一个,”他说。
一旦他的tadpoles被优化了， Carlson希望发表他的成果将吸引更多的投资者。同时，他感觉到他的基于车库的革新中的实验迄今为止算是成功，尽管有延迟和个人的牺牲。“部分的实践是决定是否我们可以引导这件事情，”他说。“答案似乎是肯定的。只要你愿意是耐心的，并愿意为此而付出。”
