本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，反映了作者的觀點，不一定代表《大眾科學》的觀點
早在 2010 年，我曾擔任 一組本科生的助教，他們參加了國際基因工程機器大賽 (International Genetically Engineered Machines competition, iGEM)，專案是關於植物“個性化”基因工程。我們設計的基因改造可以改變風味、顏色、維生素產量和過敏原的存在，這樣園丁就可以定製種子以滿足他或她的一時興起和需求。作為原理驗證，我們構建了 BioBrick 質粒，並用 神秘果素基因和理論上可以降低 過敏原基因表達的基因構建體轉化了模式植物擬南芥。我們還設計了一個原型基因工程工具包 iGarden，未來的園丁可以使用它來最佳化種子，使用來自 iGEM 註冊庫的基因部件。這些原型，以基因構建體、實驗室實驗和非功能性工具包的形式，也充當了設計挑釁，旨在提出關於生物技術現在如何運作以及未來可能如何運作的問題。植物基因工程能否在當前的工業模式之外完成？轉基因植物能否開源、減少資源消耗、具有教育意義、有趣？除了轉化植物的 DNA 序列之外，構建和分發這樣一個工具包需要什麼？這樣的系統將如何處理意外後果？
自 iGEM 大約十年前開始以來，我們只是參與 iGEM 的數百個團隊中的一個團隊，每個團隊都有一個獨特的專案，為合成生物學提出不同的應用，建立在以前團隊的開源設計和資料之上，以開發越來越雄心勃勃的專案。iGEM 吸引了成千上萬學生的想象力，引發了許多關於生物技術的未來以及如何教授、實踐、監管和銷售生物技術的發人深省的問題。
最近幾個月，一個擬議的合成生物學專案再次吸引了成千上萬人的想象力，引發了關於生物技術如何資助、設計、製造和分發的新對話。Genome Compiler 的“發光植物”專案已經在 Kickstarter 上籌集了超過 425,000 美元，承諾的回報範圍從貼紙和 T 恤到工程種子和一個工具包，就像我們的 iGarden 一樣，您可以在理論上在家中使用來自生物發光細菌的基因對您自己的擬南芥植物進行基因改造。
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該專案的支援、媒體報道和財政支援是壓倒性的，而且基本上是積極的，反映了許多行業對眾籌和開源技術的廣泛熱情。發光植物專案在其設計和成功中，不僅提供了（已經可用的）生物發光基因構建體的序列，而且還公開強調了創新、監管、智慧財產權和商業利益交叉方式中一些不斷演變的張力。像發光植物專案所構建的許多合成生物學工作一樣，這個專案不僅僅關乎提出的直接應用，而是引發了對從政府監管到技術炒作等主題的批判性反思和辯論。
生物發光工程
螢火蟲和一些細菌發光的基因在分子生物學實驗中已經使用了幾十年，作為基因表達的視覺化報告物。與更常用的來自水母的綠色熒光蛋白（需要藍色光輸入才能發出熒光）不同，熒光素酶蛋白只要存在其底物分子熒光素就會產生光。2010 年 iGEM 來自 劍橋大學的團隊專注於工程化 生物磚，用於在大腸桿菌中表達熒光素酶以及熒光素代謝迴圈途徑。無需外部向系統新增熒光素，用這些生物磚工程化的細菌比典型的熒光素酶表達系統更亮，在調整到漆黑的房間幾分鐘後即可看到（有關他們專案的更多詳細資訊以及對 Genome Compiler 專案的看法，請檢視來自團隊成員之一的這篇精彩文章）。
雖然該團隊由於 iGEM 競賽時間限制而與細菌合作，但他們受到有一天能夠製造發光植物作為路燈的可能性的啟發，建模了這樣一個系統可行性所需的一些效率要求，並製作了發光樹木林立街道的模擬建築圖。在那一年的 iGEM Jamboree 上，我們的團隊興奮地討論了未來 iGEM 團隊將劍橋團隊的發光基因與我們的 植物 BioBrick 表達系統相結合的潛力。
當然，許多其他研究人員、藝術家、科幻小說作家和園丁也曾受到發光植物可能性的啟發。植物中熒光素酶表達的首次報道是在 1986 年的科學論文 (PDF) 中，該論文證明熒光素酶可以在用熒光素“澆灌”的菸草植物中表達。論文中顯示植物橫截面發出明亮光芒的圖非常漂亮且引人注目。然而，影像也顯示了使用熒光素酶產生任何顯著光的一些挑戰。該影像不是照片，而是透過將植物直接放置在暗室中的膠片上製成的。這樣的植物不太可能產生足夠顯著的光，以至於肉眼可見。
從那時起，熒光素酶以及其他視覺標記物（如熒光蛋白）已被無數次用於許多植物物種中，用於植物生物學中的一系列實驗，使用可以量化極小範圍內的光輸出的靈敏儀器。嘗試使用熒光素酶生產發光植物作為裝飾或照明不太常見，但也已被幾個研究小組開發出來。在 2010 年末發表的一篇最新論文中，就在我們在 iGEM Jamboree 上推測發光植物之後，石溪大學的一組研究人員報告說，他們已經對菸草植物進行了基因改造，以表達熒光素酶和熒光素迴圈途徑，創造了無需新增熒光素即可發出微弱光芒的自發光植物。
那麼，過去的這些發光植物與 Genome Compiler 提出的植物有什麼不同呢？在技術層面上，除了使用他們的軟體來 最佳化不同宿主生物的遺傳密碼（Genome Compiler 團隊正在使用擬南芥，而不是菸草）之外，沒有太多不同。但這個專案真的不是為了重現過去的工作，並試圖製造酷炫的植物夜燈。事實上，Genome Compiler 的創始人兼執行長 Omri Amirav-Drory 在關於該專案的 英國《連線》文章中被引用說：“老實說，我必須這樣做真的很煩人。我希望其他人會這樣做——我希望 10 萬人會使用我的軟體來解決世界上另外 10 萬個問題。”這個專案不是關於這個特定的基因工程專案，而是關於所有未來基因工程專案的潛力。
像 BioBricks 基金會、iGEM 以及合成生物學研究人員的許多專案和提案一樣，“發光植物”專案旨在探索生物學家和工程師團隊能否利用他人的開源工作來探索可能實現的潛力。它旨在探索當前技術、經濟和監管框架以及專利制度的侷限性，以使基因工程更有效率、更公平地分配，並儘可能安全。然而，學生和學術研究人員的工作與 Genome Compiler 之間存在一個重要的區別：這個專案不僅僅是為了激勵他人，而是為了激勵人們在未來的基因工程專案中使用他們的產品。它是為了推銷這樣一種想法，即開源合成生物學可以解決問題，並且您應該使用他們閉源軟體來進行合成生物學。
講述一個故事
Amirav-Drory 在《連線》採訪中繼續說道：“我們選擇 Kickstarter 是有原因的——我們試圖推銷一個故事，而不是其他任何東西。”這個故事是一個關於開源合成生物學的未來、眾包設計和眾籌生產解決大問題的勝利故事，做“街上的人會認為是科幻小說的事情”，使用 Genome Compiler 介面設計，並由他們的 DNA 合成合作伙伴公司 Cambrian Genomics 列印。這是關於將 Kickstarter 用作營銷平臺，不是為了產品，而是為了一個想法，一個關於使用專有軟體工具 “普及創造工具” 的想法。Kickstarter 宣傳活動和 Genome Compiler 產品的意象和措辭有意模糊了舊與新、專有與開放、技術上可行與技術上“創新”、科學事實與虛構之間的界限，以創造這個故事並獲得廣泛的關注和眾籌。
該團隊用作其宣傳活動徽標的 1986 年《科學》論文中的發光植物影像結合了專案設計和營銷中存在的許多張力。首先，該影像直接複製了過去研究人員的作品，版權歸科學所有，並在宣傳材料、擬議的 Kickstarter 回報（如 T 恤）、網站上的廣告和品牌以及他們的軟體中以模稜兩可的引用方式使用。使用這張受版權保護的影像來籌集資金是智慧財產權在這個故事中如何處理的一個更大問題的症狀（稍後會詳細介紹），但更重要的是，該影像為團隊提供了專案可行性和“哇”因素方面的可信度。發光植物的影像表明，這項技術已經存在很長時間了——將近 30 年！——但也容易讓人聯想到電影《阿凡達》中的科幻植物，而《阿凡達》經常被引為靈感。
當要求資金時，無論是向 NSF 提交資助提案還是向 Kickstarter 上的更廣泛的“大眾”提出申請，證明某件事在技術上是可行的（並且您有能力做到這一點），同時仍然具有創新性，並且不僅僅是對以前所做的事情進行增量改進，這是關鍵挑戰。Genome Compiler 團隊在其網站上引用了其他人在發光植物和來自 iGEM 的開源熒光素迴圈途徑方面的工作，作為概念驗證，然後簡要討論了他們可以做的一些可能的實驗，以使植物更亮，其中一些可能的設計可以透過他們的軟體介面在“雲端”獲得。憑藉他們收到的資金水平，他們將能夠合成和測試多個版本的設計，並可能在以前關於植物生物發光的工作基礎上逐步改進。
然而，與生物技術中的許多情況一樣，專利和智慧財產權提出了關於在這種情況下，什麼程度的開放性最有利於增量進步和真正的“創新”的複雜問題。專利是否會扼殺創新，透過訴訟和昂貴的許可阻止他人取得進展？或者，當營利性公司使用他們的工作時，專利是否會保護創新人士，讓他們獲得公平的報酬？是否可以有一種不同的模式，透過不同的歸屬、補償和創新結構來激勵共享？生物技術和 DNA 序列或生物體的專利是否是一個特例？
總的來說，我不同意生物技術專利，我支援 BioBricks 基金會探索 不同安排和許可方案的努力。很難說 Genome Compiler 將在生物技術智慧財產權辯論的長期發展中扮演什麼角色，也很難說專利最終將在發光植物的故事中扮演什麼角色。kicktarter 宣傳活動和 Genome Compiler 軟體的語言是開源運動的語言，強調共享和“民主化”而不是利潤。然而，雖然 Genome Compiler 引用了石溪團隊發表在 PLoS ONE 上的論文，但他們沒有提及該團隊已經成立了一家名為 BioGlow Inc. 的公司來生產和銷售觀賞性發光植物，並且該公司擁有生物發光植物的廣泛專利（還有許多其他關於轉基因生物發光植物的專利）。Genome Compiler 方面開放的故事的力量是否勝過 BioGlow 團隊以前的工作？誰或什麼正在被民主化，誰在被保護或侵犯？眾籌“獎勵”是否會像出售的產品一樣侵犯專利？
Genome Compiler Corp. 以前也遇到過專利麻煩，不是因為他們軟體的用途和應用，而是因為實際的 軟體本身。DNA 合成公司 DNA 2.0 擁有其“拖放式”合成生物學設計軟體 Gene Designer 的 專利，並已起訴 Genome Compiler 侵權。幸運的是，這種軟體還有許多其他選擇，包括一些完善的開源選項，這些選項允許您編輯、構建和貢獻軟體本身的未來開發，而不僅僅是將您的設計釋出到公司的“雲端”，以便他們有一天可能決定就您的想法發起 Kickstarter 活動。這些包括 Clotho 或 TinkerCell 等程式，僅舉兩個例子，以及許多更簡單的 DNA 檢視工具，允許使用者設計小規模質粒，更不用說任何人都可以訪問的開放且完全免費的基因序列資料庫，如 國家生物技術資訊中心或 iGEM 部件註冊庫。
一如既往
在與 Genome Compiler Corp. 的營銷經理關於專利情況的電子郵件交流中，該公司表示：“[我們] 最初考慮過做某種防禦性專利，但最終我們決定不這樣做。Genome Compiler 的構建理念是普及創造，如果有人想使用或更改設計，我們會感到非常高興。該設計已經上傳到 Genome Compiler 雲端，供任何人檢視。我們不擔心其他專利，因為我們使用的是不同的方法。”
但它真的有多不同？當人們對根據 Kickstarter 獎勵結構不受控制地釋放轉基因種子和 DIY 農桿菌工程工具包表示擔憂時，該團隊的回應是強調相似性而不是差異，聲稱：“我們正在以最廣義的方式使用術語‘合成生物學’，我們正在使用的技術在功能上與過去二十年來用於建立許多其他生物技術產品的技術相同。”（PDF）雖然在專利監管方面將自己與 BioGlow, Inc. 區分開來，但他們在政府監督和監管方面聲稱具有顯著的相似性和重疊性，因此 USDA 對 BioGlow 產品的有條件批准（PDF）也可能涵蓋 Genome Compiler 發光植物。
那麼，它是一樣的還是不同的？雖然 Genome Compiler 積極地將自己推銷為新的、本質上道德和民主的東西，但不幸的是，他們正在上演一個非常熟悉的故事。他們是一家營利性公司，試圖將自己楔入擁擠的基於 DNA 的服務市場，該市場有許多可行的開源替代方案，利用理想主義者的想法、工作和熱情，他們對合成生物學的潛力感到興奮，在短期內過度承諾和過度炒作該技術的潛力，以便推銷他們衍生的專有軟體工具，並將自己標榜為該領域未來的領導者。
像 iGEM 設計和原型的挑釁一樣，這個專案提出的問題多於它回答的問題。Amirav-Drory 說，發光植物專案“顯然是美麗的、無害的、合法的和合乎道德的”，但合成生物學的未來沒有什麼顯而易見的，特別是當我們談論這些技術未來將走向何方時，當 10 萬人將從事 10 萬個專案時。我們有一天會擁有發光植物照亮我們的街道，“解決”照明用電問題嗎？可能不會。公司會繼續試圖剝削他人及其想法以獲取利潤嗎？不幸的是，會的。