Biotech saka, ka tas var programmēt dzīvi, lai radītu jaunas lietas. Vai tā ir taisnība?

Cilvēkiem patīk stāstīt, ko darīt. Visu, ko varam izveidot, paredzēt un kontrolēt — no datoriem līdz rūpnīcām, mēs varam ieprogrammēt, lai iegūtu uzticamus, noderīgus rezultātus. Biotehnoloģija ir nobriedusi līdz tādam līmenim, ka zinātnieki arvien vairāk uzskata dzīvās šūnas par programmējamām, taču ne visi piekrīt šī termina lietošanai. Izstrādājot un rediģējot savus gēnus, lai radītu visu veidu noderīgus jaunus produktus, molekulas, ķīmiskas vielas un materiālus plašā mērogā, šīs sintētiskās bioloģijas jomas līderi sola fundamentāli no jauna izgudrot veidu, kā mēs ražojam lietas, ko virza jaunas un topošās DNS rediģēšanas metodes. un bioloģijas šķietami neierobežotais produktīvais potenciāls.

Uzņēmumi, piemēram, Zymergen, AmyrisAMRS
, un Gingko Bioworks ir daži no tiem, kas virza šo koncepciju, kas daudzu biotehnoloģiju jomā ir kļuvusi par pamatprincipu. "Sintētiskās bioloģijas galvenā ideja ir tāda, ka bioloģija ir pamatā programmējama, jo tā darbojas ar digitālo kodu DNS formā." sacīja Džeisons Kellijs, Gingko Bioworks izpilddirektors nesen notikušajā konferencē. "Ja jūs varat lasīt un rakstīt kodu un jums ir mašīna, kas to darbinās, ko mēs saucam par šūnu, tā ir programmēšana."

Dzīvās būtnes, sākot no vienkāršākajām šūnām līdz pat sarežģītiem organismiem, jau ir industrializētas. Acīmredzams piemērs ir lopkopība jeb raugi, kas tiek iemesti gigantiskos tvertnēs, kur tie plašā mērogā ražo būtiskas ķīmiskas vielas, piemēram, citronskābi. Bet ko tad, ja šos rauga gēnus varētu rediģēt tā, lai tie ražotu, piemēram, vērtīgu minerālu vai farmaceitiski noderīgu molekulu? Ko darīt, ja govs šūnas varētu pārkodēt, lai iegūtu pastāvīgu tīras filejas mignona piegādi?

Iztēle var darboties ar šo ideju: ievadiet šūnā pareizos norādījumus — vai miljardos to — un ražojiet jaunas ķīmiskas vielas vai netoksiskas krāsvielas, attīriet ūdeni, padariet to efektīvāku. bioreaktori, kas zina, ko vēl. Neskatoties uz satraukumu un solījumu, jo šīs idejas un paņēmieni kļūst arvien izplatītāki un sarežģītāki, rodas domstarpības arī par jautājumu: vai mēs varam tiešām pretendēt uz programmas dzīvi kā programmatūru? Vai mums vajadzētu? Un ko tas vispār nozīmē?

Dažiem programmēšanas bioloģija piedāvā iespēju nodrošināt nepārspējamu materiālo un ekonomisko pārpilnību visai planētai, vienlaikus uzlabojot mūsu kā kosmosa kuģa Zemes pārvaldnieka lomu, dodot mums mazāk iemeslu rakt fosilo kurināmo vai ražot indīgas ķīmiskas vielas, lai ražotu mums nepieciešamās lietas. un mīlestība. Citi uzskata, ka šis jēdziens ir tikai kļūdaina analoģija, pat neproduktīvs nepareizs raksturojums, kas riskē uztvert dzīvi kā kaut ko daudz mazāk sarežģītu un noslēpumainu, nekā tā patiesībā ir. Klimata pārmaiņas ir tikai viens piemērs tam, kā šāda attieksme var mūs maldināt. Kā tas bieži notiek, atstarpēs starp šiem viedokļiem var atrast ieskatu.

Bioloģijas "Melnā kaste".

Nesenajā vēsturē cilvēki ir daudz iemācījušies par dzīvo šūnu iekšējo darbību. Nozare tagad vēlas ieviest jauninājumus, tieši saskaroties ar šīm iekšējām darbībām, piemērojot skaitļošanas loģiku, izmantojot jaudīgus jaunus tādi rīki kā CRISPR lai rediģētu atsevišķus gēnus. Cilvēku izpratne par dzīvajām sistēmām, ko šīs tehnoloģijas mums atbloķē, vēl ir tikai sākumstadijā, taču tās jau tiek produktīvi izmantotas. The mRNS tehnoloģija aiz COVID-19, piemēram, veicina imunitāti, tieši pārrakstot šūnu norādījumus par proteīnu ražošanu. Ja tā nav programmēšana, kas is tas?

Programmēšanas bioloģijas idejas atslēga ir fakts, ka dzīvās sistēmas darbojas ar kodu, DNS, ko mēs interpretējam kā A, C, T un G, nevis vieniniekus un nulles. Tā ir valoda, ko cilvēki var lasīt un pat mācās rakstīt, bet mēs vēl nevaram to darīt tekoši. Pēc analoģijas mēs varam strādāt ar vārdiem un īsām frāzēm, bet ne ar pilniem teikumiem, nemaz nerunājot par rindkopām vai nodaļām. Mainot tikai vienu burtu ģenētiskajā secībā, rezultāti var būt labi, slikti vai nenosakāmi, un ļoti bieži rezultāts neatbilst loģiskajām cerībām.

Gandrīz nekas no tā neattiecas uz datora kodu, ko cilvēki saprot fundamentālā līmenī, jo mēs to izgudrojām. Daži apgalvo, ka šī iemesla dēļ mēs nekad nevaram īsti ieprogrammēt bioloģiju jēgpilnā nozīmē. Neatkarīgi no tā, kādus pasākumus mēs veicam, lai to kontrolētu, viņi mums atgādina:dzīve atrod ceļu”, lai iedragātu vai izkļūtu no kastēm, kuras mēs veidojam ap tiem (ne vienmēr tik dramatiski kā Jurassic Park). Digitālajā programmēšanā galvenais ir paredzamība. Izklājlapu lietotnei, kas ik pa laikam negaidīti maina skaitļa vērtību, ir maz jēgas. Tomēr viena lieta, ko mēs varam droši teikt par dzīvi, ir tā, ka tā ir nav paredzami. Faktiski evolūciju virza neparedzamība, ģenētiskās mutācijas ir veicinājušas lielu daļu no žilbinošās dzīvības daudzveidības uz Zemes.

Tajā pašā laikā mēs regulāri veidojam un izmantojam sarežģītas sistēmas ar ievērojami ierobežotu paredzamību. Lidmašīnas, satiksmes sistēmas, datortīkli – tas viss sastāv no tik daudz mazākām, paredzamām daļām, ka to uzvedība ir paredzama tikai līdz noteiktam brīdim, vienmēr spējot paveikt kaut ko tādu, ko neviens neredz. Ikvienam, kurš nezina tā iekšējo darbību, pat perfekti uzbūvētu datoru varētu saukt par “melno kasti”: mēs zinām, kas ienāk iekšā un kas iznāk, nesaprotot, kas notiek iekšā. Kaut ko līdzīgu varētu teikt par pašreizējām attiecībām ar bioloģiju.

Izplūdušā loģika

Par laimi biotehnoloģijai, ceļš uz progresu var neprasa pilnīgu dzīves koda izpratni. Dziļākas zināšanas un spējas var iegūt ar aptver neizbēgamās noslēpumu robežas, kas rodas, strādājot ar dzīvām sistēmām. Jauna ģenētiskā koda ievadīšanu šūnā ar sagaidāmu rezultātu, vienlaikus esot arī atvērtam negaidītajam, varētu saukt par programmēšanu vai varbūt pamudināšanu, uzdodot jautājumu pašai dabai. Lai gan tas var nebūt tik uzticams vai efektīvs kā datorprogrammas koda izstrāde, pozitīvā puse ir tāda, ka atbildes bieži vien ir pārsteidzošas un dažkārt attiecas uz jautājumiem, kas pat netika uzdoti. Tādā veidā notiek inovācija, un tā dažos aizraujošos veidos atšķir bioloģiju no jebkura cita "programmējamā" domēna.

Rūpniecībā nav tādas greznības gaidīt, lai pilnībā saprastu sarežģītās sistēmas, par kurām evolūcija ir sapņojusi pēdējo četru miljardu gadu laikā, pirms tās varēs izmantot. Obligātā prasība sasniegt pagrieziena punktus un piegādāt noderīgus, mērogojamus un galu galā pārdodamus produktus neatstāj citas iespējas, kā vien atrast vistiešāko ceļu uz vislabākajiem un noderīgākajiem rezultātiem. Pieņemt realitāti strādāt ar neparedzamību nozīmē būvēt galvenokārt paredzamas sistēmas, kas var paciest daudzus negaidītus, bet bieži vien noderīgus dabas paradumus. Kad šie procesi ir atkārtojamības jomā, ko pieņem tradicionālie skaitļošanas vai ražošanas procesi, atšķirība kļūst mazāk svarīga.

Jūsu darbs IR Klientu apkalpošana bioloģijas sarežģītība ir iemesls pazemībai, bet arī entuziasmam. Biotehnoloģijās ir iespēja apgūt un pat izmantot procesus un spējas, kuras neviens nekad nevarēja izdomāt, nemaz nerunājot par to, lai tās pilnībā saprastu. Mēs, piemēram, neizgudrojām vistu un, protams, nesaprotam visas tās darba daļas, kas notiek tās prātā, kad mēs tos barojam, vai notikumu ķēdi, kas pārvērš graudus olā, kas var radīt veselu. jauna vista. Taču tie mums piedāvā tik daudz vērtības, uzticami un apjomīgi, ka tos tikpat labi var uzskatīt par progresīvām tehnoloģijām. Tātad jautājums par to, vai dzīvo sistēmu gēnu rediģēšana un kodēšana ir “programmēšana”, lielā mērā ir semantisks. Tas ir arī sekundārs pret patieso jautājumu: kas tiks darīts ar šīm jaunajām un arvien pilnveidotajām spējām? Mēģinot izprast bioloģijas pamatprincipus, kamēr mēs atrodam veidus, kā uzlabot mūsu dzīves kvalitāti un planētas veselību, nav īsti svarīgi, ar kādu vārdu mēs to apzīmējam.