ScienceAI編譯
編輯：宇琦
人工智能正在改變生物技術(shù)領(lǐng)域，美國(guó)政府現(xiàn)在應(yīng)該采取大膽的措施，使人工智能幫助釋放該領(lǐng)域的整體潛力，并確保美國(guó)引領(lǐng)即將到來的生物技術(shù)革命。
2020年1月11日，中國(guó)首次分享了COVID-19病毒基因序列。到1月13日，生物技術(shù)公司Moderna已經(jīng)利用這一信息確定了其疫苗的設(shè)計(jì)。
將曾經(jīng)需要數(shù)月或數(shù)年的過程縮短為短短十幾個(gè)小時(shí)，這一現(xiàn)代科學(xué)的奇跡，并非幸運(yùn)使然。如果沒有人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)的重大進(jìn)展、工業(yè)界對(duì)這些技術(shù)的投資以及美國(guó)政府在過去幾十年對(duì)生命科學(xué)和生物技術(shù)的資助，這一奇跡就不可能成為現(xiàn)實(shí)。人工智能正在改變生物技術(shù)領(lǐng)域，美國(guó)政府現(xiàn)在應(yīng)該采取大膽的措施，使人工智能幫助釋放該領(lǐng)域的整體潛力，并確保美國(guó)引領(lǐng)即將到來的生物技術(shù)革命。
圖示：基因測(cè)序的成果圖 。（來源：nist.gov）
生物學(xué)現(xiàn)在是可編程的。過去幾十年來，DNA測(cè)序和合成的成本大幅下降，使科學(xué)家有能力讀取生命的代碼，而CRISPR基因編輯工具等技術(shù)則使科學(xué)家有能力改變它。但科學(xué)家對(duì)具體的基因數(shù)據(jù)會(huì)驅(qū)動(dòng)什么物理結(jié)果，一直不夠了解，這限制了他們讀取和書寫DNA的能力�，F(xiàn)在，人工智能終于讓他們能夠進(jìn)一步了解基因。
生物學(xué)是復(fù)雜的，僅在人類身上，就有數(shù)萬億個(gè)細(xì)胞相互作用、指導(dǎo)。從前，我們要獲得關(guān)于細(xì)胞和它們之間如何作用的知識(shí)，必須通過相對(duì)低效和緩慢的過程。傳統(tǒng)的生物學(xué)依靠經(jīng)驗(yàn)或發(fā)現(xiàn)來收集知識(shí)，大量試錯(cuò)伴隨著這個(gè)勞動(dòng)密集的過程。
圖示：基因編輯。（來源：cnet）
人工智能通過大型生物數(shù)據(jù)集得出結(jié)論的潛力，將給生物學(xué)帶來巨大改變。改進(jìn)后的生物數(shù)據(jù)讀取方法，包括DNA、RNA和蛋白質(zhì)的序列和數(shù)量，意味著收集和儲(chǔ)存有關(guān)一些最小的生物結(jié)構(gòu)和功能單元的大量信息成為可能。先進(jìn)的計(jì)算技術(shù)，比如自我訓(xùn)練的人工智能程序，有可能在分析這些信息后，迅速找到細(xì)微、獨(dú)特的模型和生物功能，這是人類通過試錯(cuò)不可能做到的。從本質(zhì)上講，人工智能將幫助人類更好地了解生物學(xué)的原理。
有了更高質(zhì)量的知識(shí)，生物模擬和預(yù)測(cè)也成為可能，隨之而來的將是基于生物學(xué)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、建造和測(cè)試模式。這種開發(fā)模式具備前所未有的可重復(fù)性，成本更低，更精確，而且更快。人工智能會(huì)提供更好的細(xì)胞模型和更大的生物系統(tǒng)模型，給我們?cè)趯?shí)際制作前預(yù)先測(cè)試生物學(xué)結(jié)果的機(jī)會(huì)。由此，產(chǎn)品開發(fā)不再只是實(shí)驗(yàn)，而是變成了真正的工程問題 。此外，當(dāng)科學(xué)家對(duì)生物學(xué)基本運(yùn)作方式的理解加深，他們可以利用這些知識(shí)創(chuàng)造具有特定功能的新產(chǎn)品。隨著計(jì)算能力的提高，我們有理由期待合成生物學(xué)和一系列基于生物學(xué)的產(chǎn)品取得更大的進(jìn)展。
據(jù)估計(jì)，未來10年生物技術(shù)進(jìn)步將產(chǎn)生高達(dá)每年4萬億美元的直接經(jīng)濟(jì)影響。合成生物學(xué)技術(shù)與人工智能的結(jié)合，將產(chǎn)生一些特殊材料，比如更加環(huán)保的人造肉類，到更清潔的燃料，再到合成器官。生物技術(shù)還會(huì)使我們的供應(yīng)鏈更有韌性，使我們能夠在國(guó)內(nèi)生產(chǎn)紡織品的原材料、石油產(chǎn)品的替代品以及一系列其他消費(fèi)品，像家用產(chǎn)品和電子產(chǎn)品，而不必從國(guó)外采購。生物技術(shù)還可以用于生產(chǎn)環(huán)保肥料，提高軍隊(duì)的備戰(zhàn)水平，創(chuàng)造監(jiān)測(cè)生物威脅的解決方案。
圖示：美國(guó)國(guó)家人工智能安全委員會(huì)（NSCAI）2021年3月發(fā)布的報(bào)告。
鑒于這些趨勢(shì)，由我擔(dān)任聯(lián)合主席的國(guó)家人工智能安全委員會(huì)在評(píng)估后，將生物技術(shù)確定為對(duì)未來國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)力至關(guān)重要的七種新興技術(shù)之一。同時(shí)，委員會(huì)也指出生物技術(shù)有其黑暗的一面，人工智能驅(qū)動(dòng)的生物技術(shù)威脅，如精確設(shè)計(jì)的病原體，被列為對(duì)美國(guó)威脅最大的五個(gè)人工智能隱患之一。
雖然美國(guó)是目前生物技術(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者，但中國(guó)正在追趕美國(guó)的領(lǐng)導(dǎo)地位，為科技研究開發(fā)注入大量投資。2018年，中國(guó)的研發(fā)支出位居世界第二，估計(jì)為4630億美元，這幾乎是當(dāng)年美國(guó)公共和私人研發(fā)支出總額的84%。中國(guó)已經(jīng)啟動(dòng)了世界上最大的精準(zhǔn)醫(yī)療計(jì)劃，并正在建設(shè)世界上最大的基因數(shù)據(jù)庫之一。BGI集團(tuán)，中國(guó)國(guó)家基因?qū)W的領(lǐng)頭羊，已經(jīng)是全球基因測(cè)序和研究的行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者。
美國(guó)一旦在生物技術(shù)創(chuàng)新或制造方面落后于中國(guó)，就可能在決定未來經(jīng)濟(jì)的關(guān)鍵材料和產(chǎn)品上依賴中國(guó)。這顯然牽涉到國(guó)家安全風(fēng)險(xiǎn)。
圖示：GenBank官網(wǎng)的數(shù)據(jù)公開說明。
美國(guó)政府應(yīng)將人工智能和生物技術(shù)戰(zhàn)略視為相輔相成的，并且付諸長(zhǎng)期的投入。在提交給國(guó)會(huì)的《最終報(bào)告》中，人工智能國(guó)家安全委員會(huì)特別呼吁美國(guó)不僅要提高生物安全和生物技術(shù)問題在政府內(nèi)部的地位，而且要投資那些對(duì)國(guó)家未來競(jìng)爭(zhēng)力至關(guān)重要的關(guān)鍵生物技術(shù)研發(fā)平臺(tái)。我們建議，將美國(guó)領(lǐng)先的基因數(shù)據(jù)庫GenBank改造成世界級(jí)的生物庫，以使人工智能的基因數(shù)據(jù)分析達(dá)到新的水平。并且，我們敦促政府積極支持在美國(guó)發(fā)展先進(jìn)的生物技術(shù)制造生態(tài)系統(tǒng)，以提高生物技術(shù)供應(yīng)鏈的韌性。
美國(guó)政府應(yīng)采納委員會(huì)的建議，發(fā)展合成生物學(xué)，并將其納入美國(guó)國(guó)防工具。這些措施有多方面的效益，包括吸引投資，保持美國(guó)的競(jìng)爭(zhēng)力，教育下一代生物工程師，管控生物風(fēng)險(xiǎn)，以及將新的生物應(yīng)用融入國(guó)防工業(yè)基地。
即將到來的生物技術(shù)革命將由人工智能驅(qū)動(dòng)，不僅有可能促進(jìn)能源和環(huán)境可持續(xù)性、原材料采購、供應(yīng)鏈韌性、食品生產(chǎn)、軍備、生物防御和衛(wèi)生方面的巨大進(jìn)步，而且有可能滋生新的威脅并改變地緣政治權(quán)力結(jié)構(gòu)。美國(guó)應(yīng)認(rèn)識(shí)到這些技術(shù)的相互關(guān)聯(lián)性，在生物技術(shù)革命的初期，美國(guó)仍占據(jù)領(lǐng)導(dǎo)地位的時(shí)候動(dòng)員起來。
鮑勃沃克是人工智能國(guó)家安全委員會(huì)的聯(lián)合主席，這個(gè)獨(dú)立委員會(huì)的成立是為了向總統(tǒng)和國(guó)會(huì)提出關(guān)于如何推進(jìn)人工智能以滿足美國(guó)國(guó)家安全和國(guó)防需求的建議。他是前國(guó)防部副部長(zhǎng)和前海軍副部長(zhǎng)。
圖示：鮑勃沃克 （Robert Work） （來源：Wikipedia）
參考鏈接：https://warontherocks.com/2021/05/ai-and-synthetic-biology-are-critical-to-future-u-s-competitiveness/
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