本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定代表《大众科学》的观点
早在 2010 年，我曾担任 一组本科生的助教，他们参加了国际基因工程机器大赛 (International Genetically Engineered Machines competition, iGEM)，项目是关于植物“个性化”基因工程。我们设计的基因改造可以改变风味、颜色、维生素产量和过敏原的存在，这样园丁就可以定制种子以满足他或她的一时兴起和需求。作为原理验证，我们构建了 BioBrick 质粒，并用 神秘果素基因和理论上可以降低 过敏原基因表达的基因构建体转化了模式植物拟南芥。我们还设计了一个原型基因工程工具包 iGarden，未来的园丁可以使用它来优化种子，使用来自 iGEM 注册库的基因部件。这些原型，以基因构建体、实验室实验和非功能性工具包的形式，也充当了设计挑衅，旨在提出关于生物技术现在如何运作以及未来可能如何运作的问题。植物基因工程能否在当前的工业模式之外完成？转基因植物能否开源、减少资源消耗、具有教育意义、有趣？除了转化植物的 DNA 序列之外，构建和分发这样一个工具包需要什么？这样的系统将如何处理意外后果？
自 iGEM 大约十年前开始以来，我们只是参与 iGEM 的数百个团队中的一个团队，每个团队都有一个独特的项目，为合成生物学提出不同的应用，建立在以前团队的开源设计和数据之上，以开发越来越雄心勃勃的项目。iGEM 吸引了成千上万学生的想象力，引发了许多关于生物技术的未来以及如何教授、实践、监管和销售生物技术的发人深省的问题。
最近几个月，一个拟议的合成生物学项目再次吸引了成千上万人的想象力，引发了关于生物技术如何资助、设计、制造和分发的新对话。Genome Compiler 的“发光植物”项目已经在 Kickstarter 上筹集了超过 425,000 美元，承诺的回报范围从贴纸和 T 恤到工程种子和一个工具包，就像我们的 iGarden 一样，您可以在理论上在家中使用来自生物发光细菌的基因对您自己的拟南芥植物进行基因改造。
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该项目的支持、媒体报道和财政支持是压倒性的，而且基本上是积极的，反映了许多行业对众筹和开源技术的广泛热情。发光植物项目在其设计和成功中，不仅提供了（已经可用的）生物发光基因构建体的序列，而且还公开强调了创新、监管、知识产权和商业利益交叉方式中一些不断演变的张力。像发光植物项目所构建的许多合成生物学工作一样，这个项目不仅仅关乎提出的直接应用，而是引发了对从政府监管到技术炒作等主题的批判性反思和辩论。
生物发光工程
萤火虫和一些细菌发光的基因在分子生物学实验中已经使用了几十年，作为基因表达的可视化报告物。与更常用的来自水母的绿色荧光蛋白（需要蓝色光输入才能发出荧光）不同，荧光素酶蛋白只要存在其底物分子荧光素就会产生光。2010 年 iGEM 来自 剑桥大学的团队专注于工程化 生物砖，用于在大肠杆菌中表达荧光素酶以及荧光素代谢循环途径。无需外部向系统添加荧光素，用这些生物砖工程化的细菌比典型的荧光素酶表达系统更亮，在调整到漆黑的房间几分钟后即可看到（有关他们项目的更多详细信息以及对 Genome Compiler 项目的看法，请查看来自团队成员之一的这篇精彩文章）。
虽然该团队由于 iGEM 竞赛时间限制而与细菌合作，但他们受到有一天能够制造发光植物作为路灯的可能性的启发，建模了这样一个系统可行性所需的一些效率要求，并制作了发光树木林立街道的模拟建筑图。在那一年的 iGEM Jamboree 上，我们的团队兴奋地讨论了未来 iGEM 团队将剑桥团队的发光基因与我们的 植物 BioBrick 表达系统相结合的潜力。
当然，许多其他研究人员、艺术家、科幻小说作家和园丁也曾受到发光植物可能性的启发。植物中荧光素酶表达的首次报道是在 1986 年的科学论文 (PDF) 中，该论文证明荧光素酶可以在用荧光素“浇灌”的烟草植物中表达。论文中显示植物横截面发出明亮光芒的图非常漂亮且引人注目。然而，图像也显示了使用荧光素酶产生任何显着光的一些挑战。该图像不是照片，而是通过将植物直接放置在暗室中的胶片上制成的。这样的植物不太可能产生足够显着的光，以至于肉眼可见。
从那时起，荧光素酶以及其他视觉标记物（如荧光蛋白）已被无数次用于许多植物物种中，用于植物生物学中的一系列实验，使用可以量化极小范围内的光输出的灵敏仪器。尝试使用荧光素酶生产发光植物作为装饰或照明不太常见，但也已被几个研究小组开发出来。在 2010 年末发表的一篇最新论文中，就在我们在 iGEM Jamboree 上推测发光植物之后，石溪大学的一组研究人员报告说，他们已经对烟草植物进行了基因改造，以表达荧光素酶和荧光素循环途径，创造了无需添加荧光素即可发出微弱光芒的自发光植物。
那么，过去的这些发光植物与 Genome Compiler 提出的植物有什么不同呢？在技术层面上，除了使用他们的软件来 优化不同宿主生物的遗传密码（Genome Compiler 团队正在使用拟南芥，而不是烟草）之外，没有太多不同。但这个项目真的不是为了重现过去的工作，并试图制造酷炫的植物夜灯。事实上，Genome Compiler 的创始人兼首席执行官 Omri Amirav-Drory 在关于该项目的 英国《连线》文章中被引用说：“老实说，我必须这样做真的很烦人。我希望其他人会这样做——我希望 10 万人会使用我的软件来解决世界上另外 10 万个问题。”这个项目不是关于这个特定的基因工程项目，而是关于所有未来基因工程项目的潜力。
像 BioBricks 基金会、iGEM 以及合成生物学研究人员的许多项目和提案一样，“发光植物”项目旨在探索生物学家和工程师团队能否利用他人的开源工作来探索可能实现的潜力。它旨在探索当前技术、经济和监管框架以及专利制度的局限性，以使基因工程更有效率、更公平地分配，并尽可能安全。然而，学生和学术研究人员的工作与 Genome Compiler 之间存在一个重要的区别：这个项目不仅仅是为了激励他人，而是为了激励人们在未来的基因工程项目中使用他们的产品。它是为了推销这样一种想法，即开源合成生物学可以解决问题，并且您应该使用他们闭源软件来进行合成生物学。
讲述一个故事
Amirav-Drory 在《连线》采访中继续说道：“我们选择 Kickstarter 是有原因的——我们试图推销一个故事，而不是其他任何东西。”这个故事是一个关于开源合成生物学的未来、众包设计和众筹生产解决大问题的胜利故事，做“街上的人会认为是科幻小说的事情”，使用 Genome Compiler 界面设计，并由他们的 DNA 合成合作伙伴公司 Cambrian Genomics 打印。这是关于将 Kickstarter 用作营销平台，不是为了产品，而是为了一个想法，一个关于使用专有软件工具 “普及创造工具” 的想法。Kickstarter 宣传活动和 Genome Compiler 产品的意象和措辞有意模糊了旧与新、专有与开放、技术上可行与技术上“创新”、科学事实与虚构之间的界限，以创造这个故事并获得广泛的关注和众筹。
该团队用作其宣传活动徽标的 1986 年《科学》论文中的发光植物图像结合了项目设计和营销中存在的许多张力。首先，该图像直接复制了过去研究人员的作品，版权归科学所有，并在宣传材料、拟议的 Kickstarter 回报（如 T 恤）、网站上的广告和品牌以及他们的软件中以模棱两可的引用方式使用。使用这张受版权保护的图像来筹集资金是知识产权在这个故事中如何处理的一个更大问题的症状（稍后会详细介绍），但更重要的是，该图像为团队提供了项目可行性和“哇”因素方面的可信度。发光植物的图像表明，这项技术已经存在很长时间了——将近 30 年！——但也容易让人联想到电影《阿凡达》中的科幻植物，而《阿凡达》经常被引为灵感。
当要求资金时，无论是向 NSF 提交资助提案还是向 Kickstarter 上的更广泛的“大众”提出申请，证明某件事在技术上是可行的（并且您有能力做到这一点），同时仍然具有创新性，并且不仅仅是对以前所做的事情进行增量改进，这是关键挑战。Genome Compiler 团队在其网站上引用了其他人在发光植物和来自 iGEM 的开源荧光素循环途径方面的工作，作为概念验证，然后简要讨论了他们可以做的一些可能的实验，以使植物更亮，其中一些可能的设计可以通过他们的软件界面在“云端”获得。凭借他们收到的资金水平，他们将能够合成和测试多个版本的设计，并可能在以前关于植物生物发光的工作基础上逐步改进。
然而，与生物技术中的许多情况一样，专利和知识产权提出了关于在这种情况下，什么程度的开放性最有利于增量进步和真正的“创新”的复杂问题。专利是否会扼杀创新，通过诉讼和昂贵的许可阻止他人取得进展？或者，当营利性公司使用他们的工作时，专利是否会保护创新人士，让他们获得公平的报酬？是否可以有一种不同的模式，通过不同的归属、补偿和创新结构来激励共享？生物技术和 DNA 序列或生物体的专利是否是一个特例？
总的来说，我不同意生物技术专利，我支持 BioBricks 基金会探索 不同安排和许可方案的努力。很难说 Genome Compiler 将在生物技术知识产权辩论的长期发展中扮演什么角色，也很难说专利最终将在发光植物的故事中扮演什么角色。kicktarter 宣传活动和 Genome Compiler 软件的语言是开源运动的语言，强调共享和“民主化”而不是利润。然而，虽然 Genome Compiler 引用了石溪团队发表在 PLoS ONE 上的论文，但他们没有提及该团队已经成立了一家名为 BioGlow Inc. 的公司来生产和销售观赏性发光植物，并且该公司拥有生物发光植物的广泛专利（还有许多其他关于转基因生物发光植物的专利）。Genome Compiler 方面开放的故事的力量是否胜过 BioGlow 团队以前的工作？谁或什么正在被民主化，谁在被保护或侵犯？众筹“奖励”是否会像出售的产品一样侵犯专利？
Genome Compiler Corp. 以前也遇到过专利麻烦，不是因为他们软件的用途和应用，而是因为实际的 软件本身。DNA 合成公司 DNA 2.0 拥有其“拖放式”合成生物学设计软件 Gene Designer 的 专利，并已起诉 Genome Compiler 侵权。幸运的是，这种软件还有许多其他选择，包括一些完善的开源选项，这些选项允许您编辑、构建和贡献软件本身的未来开发，而不仅仅是将您的设计发布到公司的“云端”，以便他们有一天可能决定就您的想法发起 Kickstarter 活动。这些包括 Clotho 或 TinkerCell 等程序，仅举两个例子，以及许多更简单的 DNA 查看工具，允许用户设计小规模质粒，更不用说任何人都可以访问的开放且完全免费的基因序列数据库，如 国家生物技术信息中心或 iGEM 部件注册库。
一如既往
在与 Genome Compiler Corp. 的营销经理关于专利情况的电子邮件交流中，该公司表示：“[我们] 最初考虑过做某种防御性专利，但最终我们决定不这样做。Genome Compiler 的构建理念是普及创造，如果有人想使用或更改设计，我们会感到非常高兴。该设计已经上传到 Genome Compiler 云端，供任何人查看。我们不担心其他专利，因为我们使用的是不同的方法。”
但它真的有多不同？当人们对根据 Kickstarter 奖励结构不受控制地释放转基因种子和 DIY 农杆菌工程工具包表示担忧时，该团队的回应是强调相似性而不是差异，声称：“我们正在以最广义的方式使用术语‘合成生物学’，我们正在使用的技术在功能上与过去二十年来用于创建许多其他生物技术产品的技术相同。”（PDF）虽然在专利监管方面将自己与 BioGlow, Inc. 区分开来，但他们在政府监督和监管方面声称具有显着的相似性和重叠性，因此 USDA 对 BioGlow 产品的有条件批准（PDF）也可能涵盖 Genome Compiler 发光植物。
那么，它是一样的还是不同的？虽然 Genome Compiler 积极地将自己推销为新的、本质上道德和民主的东西，但不幸的是，他们正在上演一个非常熟悉的故事。他们是一家营利性公司，试图将自己楔入拥挤的基于 DNA 的服务市场，该市场有许多可行的开源替代方案，利用理想主义者的想法、工作和热情，他们对合成生物学的潜力感到兴奋，在短期内过度承诺和过度炒作该技术的潜力，以便推销他们衍生的专有软件工具，并将自己标榜为该领域未来的领导者。
像 iGEM 设计和原型的挑衅一样，这个项目提出的问题多于它回答的问题。Amirav-Drory 说，发光植物项目“显然是美丽的、无害的、合法的和合乎道德的”，但合成生物学的未来没有什么显而易见的，特别是当我们谈论这些技术未来将走向何方时，当 10 万人将从事 10 万个项目时。我们有一天会拥有发光植物照亮我们的街道，“解决”照明用电问题吗？可能不会。公司会继续试图剥削他人及其想法以获取利润吗？不幸的是，会的。