【《人類大未來》書摘】DNA運算會讓人類生物特徵趨邁向優化還是趨於一致
作者簡介：亞拉席．普拉薩（Aarathi Prasad）
（摘自《人類大未來》）
既然我們能讀取DNA，就不難看出這套生物編碼系統如何呼應電腦科學。近幾十年來，數位變革大大促進了基因組學的革新，從而讓DNA 與某些嶄新的電腦運算技術產生連結。毫無疑問地，DNA 的資料儲存型態比過往數十年來的任何一種儲存媒介都更長壽，不像軟碟與光碟會隨著時代被淘汰，只要人類本身跟讀取DNA 的技術一起存在，資料就可以一直保存。
將資訊儲存於DNA 的另一項好處是容量夠大，畢竟連人類基因組都能全部裝進寬度介於二至十微米的細胞核裡。以下我們稍做個比較，好讓讀者體會微米有多小：微米是一公尺的百萬分之一，就算是人類頭髮的寬度也有七十五微米。科學家已經成功將莎士比亞共一百五十四首十四行詩，以及金恩博士（Martin Luther King）的演說「我有一個夢」二十六秒語音剪輯檔存入DNA 中，同時也能分毫不差地讀取出來。方法採用電子計算的二進位系統，只不過將數位資訊的0 與1 試著轉換成DNA 鹼基A、C、G、T 的四個字母，再予以排列組合。位元（0 或I）是電腦訊息存取或操控的最小單位；以莎翁十四行詩全集來算的話，會有五百二十萬位元的資料被編進DNA 中。
撇開資料儲存不提，DNA 運算本身的發展仍是十分令人著迷。起初，這項技術的研發是為了解決電腦科學研究者的難題。人們生活極度倚賴的個人電腦、平板電腦和智慧型手機規格一代比一代小，相應零件的生產技術限制越來越多，而且所費不貲。繼續這樣縮小下去，很快就會到達極限了。英代爾（Intel）的工程師預測，最快在二○一八年便會發生上述情況。不過有了DNA 電腦，可以利用遺傳分子作為輸入單位，蛋白質等生物分子則充當處理器。傳統電腦以循序漸進的方式處理資訊，運算起來相當費時；DNA 電腦可平行處理訊息，大大加快了速度。DNA 電腦是將漂浮的DNA 分子或RNA 分子裝在試管裡，或是固定在鍍金的顯微鏡載玻片上，類似電路板的概念。問題以及解答的程式碼，都可以編寫進一組DNA 分子，透過這種玻片來運算。
DNA 電腦還能用於傳統電腦難以達到的地點與規模，例如細胞或人工合成的極薄材料，進而開發出可能的新用途，例如在細胞裡植入生物電腦，既可識別產生病變的組
織、選擇執行自毀程序，或重新編寫細胞裡受損的DNA。舉例來說，將癌細胞重新編碼以免轉變成腫瘤，或者讓幹細胞成長為可移植的器官。實驗證實，生化電腦也能用於控制生物活性治療分子，包括某些藥物。
以上述概念所開發的DNA 電腦，實際可行的應用範例，包括用來運算井字遊戲（和人類玩家對決）；有的能計算平方根；有的模擬自律神經系統，可做出類似於脊椎的反
射動作。然而截至目前為止，DNA 電腦跟矽晶片電腦相比，演算能力和速度還是遠遠不及，的確是有點令人沮喪。
話說回來，DNA 運算在生物學與生物醫學的應用上仍舊開啟了令人振奮的契機，並且將在往後數十年內創造出更新更好的DNA 儀器，可做為生物感測器，用於診斷病症、製作奈米元件，或是控制細胞的生物機能並加以編碼。DNA 運算還能大力推動「智能藥物」，這種藥物可感知並分析多種生理訊息，釋出相對應的藥性。除了提升人類的生活品質與福祉，將DNA 與電腦交叉運算的結果，可能讓我們更進一步探究現知生物於大自然中登場的來龍去脈。
此外，過往僅供專業人士使用的大型電腦如今變成人人可得的攜帶型裝置，想必有助於在實驗室之外的地方推廣遺傳學。這類基因相關學問該由何人於何時何地運用，已經歷重大變遷，將來則會更加「大眾化」。
很快地，醫師與病患一個個都將採納基因技術變革發展出的個人化做法，因人制宜的醫療也已應用於眾多層面，小至劑量調整，大至研究白血病、愛滋病、直腸癌的最佳療程。沒有生病但關心自身健康發展的人，也可以使用基因檢測技術一探究竟，而且這種情形還頗為常見。現在不少人會從網路或實體商店購買基因檢測的服務，獲取關於自身遺傳或祖先血統的資訊。生命科學研究員安德魯．海賽爾（Andrew Hessel）在歐特克（Autodesk）軟體公司負責奈米粒子工程、DNA 合成技術與人類基因組定序等計畫，他認為未來DNA 定序的商業模式正在改變。目前已有基因檢測公司免費提供個人基因組定序服務，待分析結果出爐後再銷售其他相關醫療服務。還有公司會付費為合適的人選檢測，這些人可能擁有「很值錢」的生物特徵，篩檢他們的DNA會是一筆很划算的交易，說不定就這樣找到了人人想要的基因了。比如不會禿頭、頭髮不會花白、不需要很多睡眠、長相看起來永遠不顯老、極佳的視力或夜間視力，諸如此類。
調查這些人的基因，也許就能進一步研究出新藥，能讓他人也能擁有上述特質。
重點是，要獲得基因資訊，當然得先遞交DNA 樣本。也就是說，我們得把包含基因祕密的唾液吐進試管，郵遞至實驗室，等實驗人員判讀樣本後再利用網路通知結果。這聽起來沒什麼害處，若能得知自己有維京人血統，或是與埃及豔后有血緣關係，雖然不怎麼實用倒也挺有趣的。但是在此後十年內，科學家判讀基因資料的能力，將有可能提升至對人造成潛在風險的程度。基因不僅是一個人的獨特標誌，所隱含了一整個家族遺傳及精神障礙疾病等資訊，對隱私權影響深遠。
倫敦大學學院（University College London）電腦安全與隱私專家艾米里亞諾．狄．克里斯多法洛（Emiliano de Cristofaro）指出，就連最近意在增進「大眾福祉」而設置的公共基因資料庫，也等於間接迫使病患與捐贈者放棄隱私。在他看來，移除基因標誌或隱藏基因所有人身分，這樣的基因匿名做法根本無效。最近就有一群人駭入了家譜基因網站，甚至憑著上頭有限的數據和零碎的基因訊息，就循線查出了這些基因擁有者的身分。
克里斯多法洛更提醒一點，不斷進步的電腦運算能力會讓提供DNA 數據變得更加不安全，基因組當中某些用途尚未明朗的環節也是潛藏的風險。當科學家逐漸解開基因定序的所有隱藏功能和祕密，有心人士或許會藉此技術危害特定基因的所有者。若說DNA 資訊可用於製造武器，倒也並非天方夜譚。有學者便指出，只要明白攻擊對象的基因特徵，就足以設計出個人化的生化武器將對方殺死，完全不留蛛絲馬跡。在日常生活方面，克里斯多法洛的提問切中要點：「要是我們發覺某種基因變異和精神障礙有關呢？數據一旦給出去，就拿不回來了。基因數據的建立引來了前所未有的個人資訊安全危機，因為基因的靈敏度不會隨時間衰退，而握有某人的基因資訊就能推知其血緣相關者的基因內情。若是電腦密碼洩漏了還能重設，對基因卻沒法來上這一招。」
如果人類的未來沒有走向反烏托邦（dystopia），科技發展將會延續上個十年定下的走勢，技術的大眾化有助於在城市裡推動社區實驗室，由未受過專業科學訓練的人來推動便於使用的低成本技術。如今，在實驗室之外，已有各行各業的人在從事與基因相關的工作，比如生產價廉的胰島素和改良糧食作物。同時，基因科學的進步也讓好些非關必要的發明有了推展餘地，像是把果醬的DNA 序列轉為商品條碼，又或讓細菌能在黑暗中發光閃爍。
安德魯．海賽爾卻信人類的未來不只如此，生化技術將會進入每一個人的家中，一如電腦、網路及雲端技術。未來的住家將擁有使用更方便的生化科技裝置，例如可監控口腔微生物的牙刷。
遺傳學的發展有些已逐漸開花結果，有些卻還得一段時間才能落實，而且過程也許會出乎大多數人意料。按照海賽爾的話來看，我們能確定DNA 相關技術會越來越精準、
便宜，進展會越來越快，而且越來越重要。這類技術不僅能讓我們更了解自己，還能依照需求創造出不同的生物合成物。「基因研究勢必會快速演進，和電腦的發展趨勢一樣，擋都擋不了。未來人人都將用得上這項科技。」
作者簡介：亞拉席．普拉薩（Aarathi Prasad）
英國倫敦帝國學院（Imperial College London）遺傳學博士，曾任職於英國文化協會（British Council），並於倫敦大學學院（University College London）做專業研究。她
在BBC 1、BBC Radio 4、Channel 4、國家地理頻道和探索頻道策劃並主持了多部科學紀錄片，她也是經驗豐富的科學作家，書籍作品包括In the Bonesetter’s Waiting-Room:
Travels in Indian Medicine 和Like A Virgin: How Science is Redesigning the Rules of Sex 等書。
