戴爾科技HPC Genomics解決方案 可大幅提高基因數(shù)據(jù)計算效率

　　國慶期間

　　老王參加了一場婚宴

　　說起來那叫一個氣憤

　　席間他最愛的燒雞剛上桌

　　七八雙手立刻一哄而上

　　整雞只在視網(wǎng)膜定格了一秒

　　就被同桌賓客瓜分殆盡

　　看著盤子里被冷落的雞頭雞屁股，老王內(nèi)心哀怨不已：沒人愛吃這玩意，更沒人花幾百塊份子錢大就為了吃這玩意。大家都想吃雞腿雞翅雞胸，其他部位直接丟掉，這也太浪費了。

　　老王不是第一個這么想的人，早在1930年，英國前著名首相丘吉爾就曾撰文批評現(xiàn)代畜牧業(yè)中存在的大量浪費，表示“50年后，我們將不再為了吃雞胸肉或雞翅而愚蠢地養(yǎng)一只雞，而是可以在適當(dāng)?shù)慕橘|(zhì)中培養(yǎng)需要的部分。”

　　如果說上世紀(jì)丘吉爾的預(yù)言還是異想天開，那么在如今這個年代，人造肉已讓這一愿望成真。

　　引領(lǐng)食物革命的人造肉

　　馴化豬牛羊雞鴨以來，人們已經(jīng)習(xí)慣了飼養(yǎng)動物獲取肉類的固定模式，蓬勃發(fā)展的畜牧業(yè)源源不斷地為人體供給營養(yǎng)元素。

　　可畜牧業(yè)很傷地球，據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織和世界資源研究所統(tǒng)計：畜牧業(yè)的碳排放量約占全球總排放量的15%，比交通工具氣體排放的總和還要多。此外畜牧業(yè)破壞森林、占用土地、消耗水資源、產(chǎn)生大量垃圾，對環(huán)境造成了巨大破壞。

　　隨著健康飲食和低碳意識提升，社會上支持“人造肉”的呼聲越來越高。人造肉主要分為兩大類：一種是植物蛋白肉(簡稱“植物肉”)，一種是細胞培養(yǎng)肉(簡稱“培養(yǎng)肉”)。

　　植物肉主要利用大豆、豌豆、小麥等作物的植物蛋白為原料，經(jīng)過混合、擠壓、剪切等一系列步驟加工成類似動物肉的口感、味道或外觀的食品;

　　培養(yǎng)肉，即從健康的活體動物身上提取少量干細胞，將其浸泡在含有糖、氨基酸、油脂、礦物質(zhì)等多種營養(yǎng)物質(zhì)的培養(yǎng)基中，經(jīng)過10-12天的培養(yǎng)分離提純得到細胞培養(yǎng)肉，最終烹飪加工成終端產(chǎn)品，在口味、質(zhì)地、營養(yǎng)等方面幾乎等同于動物肉。

　　與傳統(tǒng)肉類相比，人造肉富含人體必需氨基酸，且0膽固醇、0激素、0反式脂肪酸、0抗生素。根據(jù)Beyond Meat的招股書，生產(chǎn)1公斤植物肉相當(dāng)于為環(huán)境節(jié)省了93%的土地資源與浪費，99%的水資源和90%的溫室氣體排放。

　　生產(chǎn)效率方面人造肉也甩畜牧業(yè)幾條街，在當(dāng)前養(yǎng)殖條件下，豬出欄時間一般為6個月，牛從出生到出欄平均需要12-18個月，而培養(yǎng)肉的生長周期只有10-12天!

　　向真肉靠攏

　　距離人類祖先吃下第一口動物肉已經(jīng)過去了260萬年，漫長的演化史中，人類對肉的渴求已經(jīng)深深刻在DNA中。人造肉吸引消費者的關(guān)鍵，就是盡可能在色澤、香味、外觀、質(zhì)地等方面模擬真實肉類。

　　與動物肉相比，植物肉缺乏維生素B12、n-3多不飽和脂肪酸、鐵、鋅等營養(yǎng)素，外觀和口感略遜一籌。為了讓植物肉更逼真，已有人造肉公司從豆科植物中提取豆科血紅蛋白添加到植物肉中，使其具備真肉的色澤和口感。

　　研究人員首先在實驗室里對幾十種豆科植物的基因組進行測序讀取基因組，之后生物學(xué)家鑒定出在各種豆類中產(chǎn)生豆血紅蛋白的特定基因，接著將特定基因插入到一種名為畢赤酵母 (Pichia pastoris) 的酵母中，用葡萄糖喂養(yǎng)并在精確控制的條件下生長，之后畢赤酵母在發(fā)酵罐中就會產(chǎn)生泡沫狀的紅色植物血液，最后就是純化豆血紅蛋白以供進一步使用。

　　培養(yǎng)肉的更高性能也可以通過基因工程來實現(xiàn)。塔夫茨大學(xué)的研究人員曾嘗試在牛的肌肉細胞中插入三個基因，每個基因編碼的酶都參與抗氧化劑的合成，可減輕與食用紅肉和加工肉類有關(guān)的疾病（例如結(jié)腸癌）。塔夫茨大學(xué)的另一位研究人員已經(jīng)探索了利用昆蟲細胞來培養(yǎng)肉，從而創(chuàng)造出口感類似螃蟹、蝦和其他海鮮味道的產(chǎn)品。

　　基因測序、基因編輯以及基因合成等支撐技術(shù)的進步，讓“吃牛排不必養(yǎng)只牛”的設(shè)想得以照進現(xiàn)實，由于消費者認知、生產(chǎn)成本等因素影響，人造肉尤其是培養(yǎng)肉的上市普及尚有很長的路要走，從上游端構(gòu)建完整的全基因組系列數(shù)據(jù)庫，可助加快培養(yǎng)肉的良性發(fā)展。

　　作為生物工程的核心技術(shù)，基因工程面臨著高并發(fā)海量數(shù)據(jù)處理的計算需求、海量數(shù)據(jù)的存儲以及分析比對需求，在并行處理性能、平均響應(yīng)時間、吞吐率、擴展性以及成本等方面要去嚴(yán)苛，與傳統(tǒng)IT相比，高性能計算更有利于提高基因計算效率。

　　這方面，經(jīng)過精心設(shè)計和測試的Dell Ready Solution for HPC Genomics解決方案，可以幫助公司快速、經(jīng)濟地將基因組分析系統(tǒng)投入生產(chǎn)。該方案涵蓋Dell PowerEdge服務(wù)器、Dell PowerSwitch網(wǎng)絡(luò)、Dell存儲，包括各種形式的基因組數(shù)據(jù)分析所需的資源，可提高執(zhí)行基因組分析的系統(tǒng)吞吐量，使組織按照可預(yù)測的時間表更快得出分析結(jié)果。

　　Dell Ready Solution for HPC Genomics已經(jīng)過實踐檢驗，該方案曾幫助美國翻譯基因組學(xué)研究所TGen將基因組測序時間從兩周縮短到8小時。

　　TGen使用基因工程發(fā)現(xiàn)常見和復(fù)雜疾病以治療患者，該機構(gòu)需要處理大量數(shù)據(jù)——在需要時移動數(shù)據(jù)、保護和管理數(shù)據(jù)以及快速處理數(shù)據(jù)，借助適用于 HPC基因組學(xué)的戴爾解決方案，TGen能夠基因組測序的時間大大縮短，從而快速將實驗室的發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)化為治療方案為更多患者帶去福音。

　　2019年美國“人造肉第一股” Beyond Meat上市帶火了人造肉概念，各方資本紛紛布局。今年5月，國家發(fā)改委在十四五生物經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃中提出要發(fā)展合成生物學(xué)技術(shù)，探索研發(fā)“人造蛋白”等新型食品，降低傳統(tǒng)養(yǎng)殖業(yè)帶來的環(huán)境資源壓力。人造肉何時能全面走上餐桌，讓我們拭目以待。