以下是如何预约乔治·M·丘奇（George M. Church），他是哈佛医学院遗传学教授，四个基因组学组织的负责人，过去四年内四家生物技术公司的联合创始人，17家超低成本基因组测序公司的科学顾问，以及个人基因组项目的创始人。
首先，你给他发一封电子邮件请求会面。他会回复一个网址，上面列出了他当前的日程安排。打印出来后，这份文件长达10页，单行距，字体很小，开头是“2009年1月1日：假日，元旦”，结尾是“2010年9月17日：G. Church获得2010年国际史蒂文·霍根迪克奖，鹿特丹，荷兰”。你需要在数百个条目中寻找，有时一天多达九个，试图找到一个未被占用的时间。如果成功，你将联系丘奇的两位行政助理中的任何一位，提出日期、时间和地点。然后你就只能祈祷了。
当那个神奇的日子到来时，我问丘奇的第一个问题是，他如何在不发疯的情况下，指导、创建、建议和策划如此多的项目（以及教学和指导博士论文）。他说：“嗯，我认为我没有疯是个假设。它们在我看来都差不多。它们都是整合在一起的，我想我们试图做的就是——我们试图做整合。”
如果丘奇的职业生涯有一个整合主题，那就是找到将自动化机械应用于生命分子基础——基因组的方法。他对计算机的迷恋可以追溯到佛罗里达州克利尔沃特的文法学校，当时9岁的他为科学展览建造了一台电子计算机。遗传学在1974年春天进入了他的视野。当时是杜克大学本科生的丘奇，将当时所有可用的转运RNA序列输入计算机，并将每一个都折叠成三维结构，因为RNA分子被认为具有这种能力。“我开始痴迷于测序，”他说。这种痴迷从未消退。今天，他的无数项目都源于他想要了解、解开、描绘、使用，甚至更好地，修补和创造构成生命系统软件的RNA和DNA代码的冲动。
这一雄心导致了丘奇启发的一系列技术创新。他的自动化基因组测序机正在将绘制一个人完整遗传密码的价格降至1000美元，考虑到不到十年前，政府资助的人类基因组计划花费了大约30亿美元来测序一个基因组，这几乎是令人难以置信的便宜。低成本测序使得丘奇能够着手进行第二项事业，即个人基因组项目（PGP），该项目旨在免费测序10万名志愿者的基因组。该项目将提供第一个广泛的基因组数据库，将DNA与各种性状匹配起来——不仅是身高或眼睛颜色等身体特征，还包括疾病史和个性。其目的是帮助开创个性化医疗领域，即每个人都将获得根据其特定基因组成量身定制的预防和治疗，以及对未来健康问题的预测。
丘奇议程上的第三个主要项目是开发重写生命软件的能力，使我们能够重新编程生物体，使其执行与正常情况下截然不同的任务。这种全面的重编程对于他称之为“费力且过时”的传统基因工程技术来说，将是昂贵得令人望而却步的，传统基因工程技术一次只对生物体的DNA进行一次改变。因此，丘奇出去发明了新技术。他最新的创造是一套工具和方法，他称之为多重自动化基因组工程（multiplex automated genome engineering），或MAGE。它同时对基因组进行多重修饰，开辟了设计新型基因组的可能性——本质上是创造新的生命形式。丘奇最有前途的项目之一是工程改造细菌，使其能够从木浆或玉米秸秆中生产喷气燃料或汽油。另一个项目将修改微生物的DNA，使其代谢二氧化碳，将其转化为有益物质。
这只是 MAGE 能力的冰山一角。最终，丘奇的合成基因组学工具可能会对植物、动物或人类基因组造成重大甚至预兆性的改变。它们可以逆转进化的时钟：丘奇提出了一种改变大象基因组的方法，使其与猛犸象的基因组相同，或者将人类的 DNA 转化为尼安德特人的。这些工具还可以用于使人们抵抗病毒、延长寿命和提高人类智力。它们可以推动进化——我们的进化——达到前所未有的境地。
乔治·丘奇是一个体型高大的男人，留着浓密的胡须和有些不羁的头发。他现在五十多岁，因为他托管在哈佛网站上的“未经授权的自传和不常问的问题”而很容易了解。在这里，你会发现他的在线病历、饮食记录、婴儿照片、签名和随机兴趣（包括滑水、攀岩和乌龟饲养），以及他家的确切经纬度和他社区的地图。
对于一个拥有如此非凡才能和成就的人来说，丘奇在上大学之前过着相对传统的生活。他两年内以优异成绩毕业于杜克大学，然后从研究生院辍学。他说，原因是他忽视了“无聊”的课程作业，转而专注于实验室研究，这导致他在同行评审期刊上发表了五篇论文。这使他被哈佛大学的博士项目录取，在那里他师从分子生物学家沃尔特·吉尔伯特。1980年，吉尔伯特因其在DNA测序方面的工作而获得诺贝尔奖。
丘奇在吉尔伯特的实验室里茁壮成长。1977年，他开发了一种自动化吉尔伯特DNA测序方法关键步骤的方法。DNA链由A、T、C和G四种碱基的组合组成，这些碱基是分子。DNA测序——读取双螺旋上的所有字母——是一个艰苦的过程，实验室技术人员用移液器将DNA样本沉积到凝胶表面。样本用放射性同位素标记，这意味着每个单独的碱基（A、T、C或G）都会在胶片上产生视觉特征。实验者需要读取并记录正确的序列。丘奇总是想快速完成任务，最好是通过自动化，他想出了如何让计算机读取序列的方法。他当时还没有获得博士学位，但他已经对遗传学做出了重大贡献。
他继续前进。在1980年代早期，他决定通过“多重化”DNA链，同时测序它们的小片段，进一步加快这个过程。在那种常常预示着突破的灵光一闪中，丘奇看到了生物化学与电子通信之间的类比。工程师可以通过用数字标记每条消息并在接收端进行分类，从而同时通过光纤传输多条消息。同样，丘奇想出了如何将长DNA链分解成片段，并用酶标记每个片段。这样，他就可以一次性测序所有片段，快速完成工作，并在最后重新组装原始DNA。
插图：Ann Elliot Cutting | 无
这是另一项开创性成就，使丘奇成为基因组学研究领域的领军人物。1984年，当科学家们开始认真考虑启动人类基因组计划时，丘奇是参加奠定该项目基础的所有三次早期会议的唯一一位科学家。“乔治也许是开创下一代DNA测序最具创造力的科学家，”西雅图系统生物学研究所创始人勒罗伊·胡德（Leroy Hood）说。
尽管取得了这些进步，但DNA测序仍然如此缓慢和昂贵，以至于解码一个人类基因组的想法似乎极其困难。1994年，基因组治疗公司（Genome Therapeutics Corp.），丘奇帮助建立的三家测序中心之一，生产了第一个商业出售的基因组序列：该公司解码了导致胃溃疡的细菌幽门螺杆菌的DNA。瑞典制药公司阿斯利康（Astra AB）希望利用该DNA序列设计新的抗菌剂，以2200万美元购买了该单一基因组的权利。以这个价格，测序远未普及。
测序速度缓慢的一个原因是，很难识别单个DNA分子内的所有单独核苷酸或结构组分。要可靠地做到这一点，需要通过在细菌中克隆DNA链来制造数百万个相同的DNA链，这有点像打印出多个版本的文档，然后比较它们以确保没有打字错误。
用于复制的技术是聚合酶链式反应（PCR），它用于复制DNA以进行遗传学研究或法医分析。当时，PCR通常由实验室台式大小的机器通过复杂的过程完成。首先，DNA分子被加热以将其分解成两条独立的链。然后添加DNA聚合酶（一种酶）以制造与每条原始DNA链互补的拷贝。最后，整个过程重复几次。1999年，丘奇和麻省理工学院的研究生罗比·米特拉开发了这种技术的简化版本。通过巧妙的化学方法，他们在一张玻璃显微镜载玻片上同时进行了数百万次PCR操作。最终结果是“多隆尼”（polonies），即通过PCR扩增的DNA分子整体菌落。
正是这一突破，促使丘奇创造了Polonator，一台高速、相对便宜的自动化测序仪。（它的最新版本名为Polonator G007，不仅指的是詹姆斯·邦德，还指的是它发布年份2007年。）Polonator是一台里程碑式的机器，不仅因为其低成本——17万美元，是市场上其他任何机器成本的三分之一——还因为该机器完全向用户开放，用户可以随意重新配置它。丘奇说：“通常制造商会发出关于保修失效、知识产权等的各种威胁，而我们实际上希望人们觉得如果他们愿意，他们有能力改进机器。用户可以更改软件、硬件、化学品。”
Polonator 成为丘奇于 2008 年 10 月公布的个人基因组项目背后的基本技术之一。最初的想法是，每个人都会希望自己的基因组得到测序，即使只是出于预测原因。对你基因组的医学分析可以告诉你你有哪些疾病的遗传易感性；在某些情况下，这些知识是可操作的，这意味着你可以采取措施预防这些疾病。例如，如果你在青少年时期就知道自己有成人型糖尿病的遗传倾向，你可能会提前很多年改变你的饮食习惯。“我们已经有 1530 个高度可操作、高度可预测的遗传关联，”丘奇说。（你可以在 genetests.org 上查看它们。）后来，又出现了测序基因组的另一个理由：个性化医疗。这个想法是，你的医生将能够在诊室里浏览你的基因组，并选择适合你个人生物学的治疗、药物和预防策略。
很快，丘奇又有了另一个深远的想法。为什么不建立一个广泛的个人基因组和基因数据库，并将它们与人的特质相关联呢？其他具有相同基因怪癖的人可以使用这些关联来做出更明智的生活选择。比如说，如果天才音乐家倾向于拥有相同的基因组，而你的孩子也恰好拥有这些基因，那么音乐课可能是一个好主意。除了测序DNA，丘奇还决定询问参与者他们的生活经历，并将这些信息添加到数据库中。“我们不应该让基因决定命运，”他说。“但是如果你的基因组告诉你，‘嘿，这是个好消息；你可能真的很擅长某件事，’这可能会鼓励你为一些你原本可能会错过的东西而努力。”
丘奇认为，美中不足的是，为了使信息有用，所有信息都必须公开。这意味着受试者必须在网络上公开一切——他们的基因和性状、他们的优点、缺点和个人怪癖——供所有人查看。公开这些信息将使参与者的身份无法保密。丘奇担心他如何保护他们的隐私。他说，解决这个难题的办法“就像斩断戈尔迪之结一样启发了我。”他的想法是：招募那些像丘奇本人一样，不羞于透露生活细节的人。“与其虚假承诺隐私（这是我们一直以来的方向），不如向他们承诺他们的数据不会被保密，并确保他们知道他们正在卷入什么。”参与者必须阅读并签署一份同意书，并且为了确保他们理解，还必须通过在线测试。
个人基因组项目最初的10名志愿者，被称为PGP-10，包括丘奇本人、技术预言家埃丝特·戴森和哈佛大学心理学家史蒂文·平克。所有志愿者的个人信息——生命体征、过敏、药物、病史、种族、血统、特征、面部照片，以及他们的基因组数据集——都可以在personalgenomes.org上不受限制地查看、下载和使用。
个人基因组项目于DNA日——2009年4月25日，即沃森和克里克关于DNA双螺旋结构致《自然》杂志信件发表56周年——获得正式批准，将参与者范围扩大到最初的10人之外。任何21岁或以上、愿意分享基因、医疗和生活经验信息的美国居民均可申请。如果被接受，你的基因组将免费测序。资金部分来自谷歌和其他企业赞助商，以及丘奇和各种私人捐助者。“在10年内，个人基因组可能成为每个患者最重要的数据集之一，”胡德说。
在个人基因组项目启动之前，丘奇就已经在着手进行下一个大项目了。在他的哈佛医学院新研究大楼的拐角办公室之外，透过落地窗，他可以俯瞰路易·巴斯德大道的宏伟景色，丘奇和他的同事们正忙着开发MAGE，他那“散弹枪式”的基因改造方法。
MAGE背后的想法是使用丘奇为测序开发的那种多重技术（即分解基因组并用酶标记其组成部分），但随后添加额外的步骤来插入、删除和替换DNA片段。MAGE不仅可以复制现有的DNA序列，还可以编写新的序列。
丘奇和他的同事们在去年七月发表在《自然》杂志上的研究中展示了这项技术，他们修改了常见的大肠杆菌，使其产生番茄、西瓜和红辣椒中发现的抗氧化剂番茄红素。科学家们以前曾使用传统的基因工程技术对大肠杆菌进行改造，使其产生胰岛素和其他物质，但他们通常一次只针对一个基因。MAGE允许丘奇同时针对24个基因，每个基因都在番茄红素的生产中发挥作用。
丘奇首先制作了数千种靶基因的变体，重点关注那些调节基因如何与核糖体（细胞中从基因获取信息并用其制造蛋白质的部分）相互作用的DNA片段。通过MAGE，他将这些变体插入到大量大肠杆菌细胞的基因组中。他首先使用电流在大肠杆菌细胞壁上打开孔洞。然后他将新的基因变体送入细胞，在那里细菌自身的DNA自组装机制接管并将其整合到基因组中。在24小时内，丘奇能够产生40亿个不同的大肠杆菌基因组。从那时起，选择产生番茄红素最丰富的变体就相对简单了。
这个概念验证实验开启了令人惊叹的可能性。很快，就有可能产生全新的基因组或对现有基因组进行大量修改。在番茄红素实验中，丘奇不知道对大肠杆菌基因进行哪些修改才能达到他想要的结果，但这项技术同样可以用于将特定的变化集引入基因组，一次性插入和删除数百甚至数千个基因。这种能力将使科学家能够对生物体的DNA进行彻底改造，而不仅仅是修修补补。
一位基因雕塑家随后可以改变那些不仅仅由一两个 DNA 片段决定的身体特征或疾病脆弱性。例如，一只普通的实验鼠平均寿命为 2.5 年，而裸鼹鼠则为 25 年。这种寿命差异可能由数千个基因组变异控制，但我们很快就能接触到所有这些变异。一旦研究人员识别出导致裸鼹鼠长寿的基因，他们就可以在人类成体干细胞的基因组中做出类似的改变。随着代际相传，逐步增加人类寿命应该成为可能。
丘奇认为，MAGE也可能为最终的抗病毒策略打开大门。为了复制并造成损害，病毒劫持了宿主生物体的遗传机制。为了挫败入侵者，你可以在宿主细胞的遗传密码中进行某些改变。如果你能找出哪些修改有效，并且如果你还能找到某种基因疗法技术来将这些改变传递给宿主细胞，那么原则上你可以使一个人（或牲畜，或任何其他生物）对所有病毒，甚至那些尚未被发现的病毒，都具有内在的抵抗力，而不仅仅是一种病毒。
MAGE还可以用于对物种的基因组进行逆向工程，将其转化为另一个物种的基因组。2009年2月12日（查尔斯·达尔文诞辰200周年），德国马克斯·普朗克进化人类学研究所的古遗传学家斯万特·帕博（Svante Pääbo）宣布，他和一支研究团队已经测序了大约63%的尼安德特人基因组。之后，丘奇告诉《纽约时报》，“用现有技术，大约3000万美元就可以让尼安德特人复活。”
丘奇将首先把人类基因组分成大约30,000个独立的片段，每个片段约100,000个碱基对长。一旦帕博的团队完全测序了尼安德特人基因组，丘奇将使用计算机将该基因组逐段与现代人类基因组进行比较，以查看两者在哪里以及如何不同。例如，如果尼安德特人有更大的头骨基因变体，丘奇将使用MAGE修改构成人类DNA片段中这些基因的核苷酸序列。他将对构成尼安德特人与人类不同之处的每一个特征背后的基因进行同样的操作。最后，他将所有独立的、经过改造的基因片段重新放回人类干细胞中。每个片段都将通过细胞自然组装DNA的能力，自行找到正确的位置。结果将是一个活细胞中新生的尼安德特人基因组。从那里，创造一个活生生的尼安德特人只需要将细胞植入黑猩猩的子宫，或者，也许是植入一个冒险的人类女性的子宫。
这些影响太令人震惊了，我不得不问：“你难道不觉得这有任何亵渎神圣的地方吗？”
“我不会说是亵渎神圣，”丘奇回应道，“人类多年来一直在以多种方式操纵人类。”
尽管同时处理着所有这些项目，丘奇并不觉得匆忙。相反，他觉得他有大量时间思考他的工作所带来的影响。他说：“我希望我们能拥有改善我们生活质量的基础性使能技术，这样我们就可以安全地分析和设计生物系统，制造生物燃料，并拥有个性化医疗。并拥有更深刻的自我认知。”
复活尼安德特人对丘奇来说是一个建设性的项目，而非一时兴起。“你可以争辩说，它会让我们对一种可能比我们自己更伟大的异星智慧有所了解，这种智慧有朝一日可能会拯救我们的物种，或者让我们摆脱思想上的僵局，”他说。“或者尼安德特人可能对某些关键疾病，如艾滋病、天花、肺结核或下一次大流行具有抵抗力。你甚至可能能够与他们进行长时间的交谈。”
然而，尼安德特人首先得联系丘奇的两位秘书之一。
