Biotech hovorí, že dokáže naprogramovať život tak, aby vytvoril nové veci Je to pravda?

Ľudia radi hovoria veciam, čo majú robiť. Všetko, čo dokážeme určiť, predpovedať a ovládať – od počítačov po továrne – môžeme naprogramovať, aby sme dosiahli spoľahlivé a užitočné výsledky. Biotechnológia dozrela do bodu, keď vedci čoraz viac považujú živé bunky za programovateľné, no nie každý súhlasí s používaním tohto termínu. Vedúci pracovníci v tejto oblasti syntetickej biológie sľubujú, že vďaka novým a vznikajúcim technikám úpravy DNA od základu pretvoria spôsob, akým veci vyrábame, a upravujú ich tak, aby vytvorili všetky druhy užitočných nových produktov, molekúl, chemikálií a materiálov. a zdanlivo neobmedzený produktívny potenciál biológie.

Spoločnosti ako Zymergen, AmyrisAMRS
, a Gingko Bioworks sú niektorí z tých, ktorí presadzujú tento koncept, ktorý sa stal základným princípom mnohých v biotechnológiách. „Základnou myšlienkou syntetickej biológie je, že biológia je v podstate programovateľná, pretože beží na digitálnom kóde vo forme DNA,“ povedal Jason Kelly, generálny riaditeľ spoločnosti Gingko Bioworks, na nedávnej konferencii. "Ak viete čítať a písať kód a máte stroj, ktorý ho spustí - ktorý nazývame bunka - to je programovanie."

Živé veci, od najjednoduchších buniek až po zložité organizmy, už boli industrializované. Živočíšne poľnohospodárstvo je zrejmým príkladom alebo kvasinky, ktoré sa hádžu do obrovských nádrží, kde v obrovských množstvách produkujú základné chemikálie, ako je kyselina citrónová. Ale čo keby sa gény týchto kvasiniek dali upraviť tak, aby namiesto toho produkovali napríklad vzácny minerál alebo farmaceuticky užitočnú molekulu? Čo keby sa bunky kravy dali prekódovať, aby produkovali stály prísun čistého filet mignonu?

Fantázia sa môže rozbehnúť touto myšlienkou: vložte do bunky správne inštrukcie – alebo ich miliardy – a vytvorte nové chemikálie alebo netoxické farbivá, čistite vodu, zefektívnite bioreaktory, ktovie čo ešte. Napriek všetkému vzrušeniu a prísľubu, keďže sa tieto myšlienky a techniky stávajú čoraz rozšírenejšími a sofistikovanejšími, objavuje sa nezhoda aj v otázke: Môžeme naozaj tvrdíte, že programujete život ako softvér? Mali by sme? A čo to vôbec znamená?

Niektorým programátorská biológia ponúka príležitosť poskytnúť bezkonkurenčnú materiálnu a ekonomickú hojnosť pre celú planétu a zároveň zlepšiť našu úlohu správcov vesmírnej lode Zem, čo nám dáva menej dôvodov na vykopávanie fosílnych palív alebo na výrobu jedovatých chemikálií na výrobu vecí, ktoré potrebujeme. a láska. Iní vnímajú celý tento pojem ako niečo viac ako chybnú analógiu, dokonca kontraproduktívnu nesprávnu charakteristiku, ktorá riskuje, že život bude považovať za niečo oveľa menej zložité a tajomné, než v skutočnosti je. Klimatické zmeny sú len jedným z príkladov toho, ako nás takéto postoje môžu zviesť z cesty. Ako to často býva, vhľad možno nájsť v priestoroch medzi týmito uhlami pohľadu.

„Čierna skrinka“ biológie

V nedávnej histórii sa ľudia naučili veľa o vnútornom fungovaní živých buniek. Priemysel sa teraz snaží inovovať priamym prepojením s týmito vnútornými prevádzkami, pričom uplatňuje logiku výpočtov pomocou výkonných nových nástroje ako CRISPR na úpravu jednotlivých génov. Ľudské chápanie živých systémov, ktoré nám tieto technológie odomykajú, je stále v plienkach, no už sa produktívne využívajú. The mRNA technológia za COVID-19, napríklad podporuje imunitu priamym prepisovaním inštrukcií buniek na produkciu proteínov. Ak to nie je programovanie, tak čo is to?

Kľúčom k myšlienke programovacej biológie je skutočnosť, že živé systémy fungujú na kóde, DNA, ktorý namiesto jednotiek a núl interpretujeme ako A, C, T a G. Je to jazyk, ktorý ľudia vedia čítať a dokonca sa učia aj písať, no zatiaľ to nedokážeme plynule. Analogicky môžeme pracovať so slovami a krátkymi frázami, ale nie s celými vetami, nehovoriac o odsekoch alebo kapitolách. Zmena len jedného písmena v genetickej sekvencii môže viesť k výsledkom, ktoré sú dobré, zlé alebo nezistiteľné, a výsledok veľmi často nezodpovedá logickým očakávaniam.

Takmer nič z toho neplatí pre počítačový kód, ktorému ľudia rozumejú na základnej úrovni, pretože sme ho vymysleli. Niektorí tvrdia, že z tohto dôvodu nikdy nemôžeme skutočne naprogramovať biológiu v zmysluplnom zmysle. Bez ohľadu na to, aké opatrenia prijmeme na jeho kontrolu, pripomínajú nám, “život si nájde cestu” podkopať alebo vylomiť krabice, ktoré okolo nich staviame (nie vždy s takým dramatickým efektom ako Jurský park). V digitálnom programovaní je kľúčová predvídateľnosť. Tabuľková aplikácia, ktorá každú chvíľu nečakane zmení číselnú hodnotu, je málo užitočná. Jedna vec, ktorú môžeme s istotou povedať o živote, je, že je nie predvídateľné. V skutočnosti je evolúcia poháňaná nepredvídateľnosťou, genetická mutácia prispela do veľkej miery k oslnivej rozmanitosti života na Zemi.

Zároveň pravidelne budujeme a používame komplexné systémy s výrazne obmedzenou predvídateľnosťou. Lietadlá, dopravné systémy, počítačové siete, všetky sa skladajú z toľkých menších, predvídateľných častí, že ich správanie je predvídateľné len do určitého bodu, vždy schopné urobiť niečo, čo nikto nevidí. Pre každého, kto nepozná jeho vnútorné fungovanie, by sa aj dokonale skonštruovaný počítač mohol nazvať „čiernou skrinkou“: vieme, čo ide dovnútra a čo vychádza, bez toho, aby sme pochopili, čo sa deje vo vnútri. Niečo podobné by sa dalo povedať o súčasnom vzťahu k biológii.

Fuzzy Logic

Našťastie pre biotechnológiu si cesta k pokroku nemusí vyžadovať úplné pochopenie kódu života. Hlbšie znalosti a schopnosti je možné dosiahnuť všeobjímajúca nevyhnutné okraje tajomstva, ktoré pochádzajú z práce so živými systémami. Privádzanie nového genetického kódu do bunky s očakávaným výsledkom a zároveň otvorenosť voči neočakávanému by sa dalo nazvať programovaním alebo možno podnecovaním, kladením otázky samotnej prírode. Aj keď to nemusí byť také spoľahlivé alebo efektívne ako navrhovanie kódu pre počítačový program, výhodou je, že odpovede sú často prekvapujúce a niekedy sa týkajú otázok, ktoré ani neboli položené. Tak dochádza k inováciám, ktoré odlišujú biológiu od akejkoľvek inej „programovateľnej“ oblasti niekoľkými vzrušujúcimi spôsobmi.

V priemysle nie je luxus čakať na úplné pochopenie zložitých systémov, ktoré si evolúcia vysnívala za posledné štyri miliardy rokov, kým ich možno začať používať. Potreba dosiahnuť míľniky a dodávať užitočné, škálovateľné a v konečnom dôsledku predajné produkty neponecháva inú možnosť okrem nájdenia najpriamejšej cesty k najlepším a najužitočnejším výsledkom. Akceptovať realitu práce s nepredvídateľnosťou znamená budovať väčšinou predvídateľné systémy, ktoré dokážu tolerovať mnohé neočakávané – ale často užitočné – správanie prírody. Akonáhle sú tieto procesy v oblasti opakovateľnosti akceptovanej tradičnými výpočtovými alebo výrobnými procesmi, rozdiel sa stáva menej dôležitým.

zložitosť biológie je dôvodom na pokoru, ale aj nadšenie. V biotechnológiách existuje príležitosť naučiť sa a dokonca využiť procesy a schopnosti, ktoré nikto nikdy nedokázal vynájsť, nieto ešte úplne pochopiť. Nevymysleli sme napríklad kura a určite nerozumieme všetkým jeho pracovným častiam, tomu, čo sa deje v jeho mysli, keď ich kŕmime, alebo čo sa deje v reťazci udalostí, ktoré premieňajú zrná na vajce, ktoré môže vyprodukovať celý nové kura. Ponúkajú nám však takú hodnotu, spoľahlivo a vo veľkom meradle, že ich možno považovať za pokročilú technológiu. Otázka, či úprava génov a kódovanie živých systémov predstavuje „programovanie“, je teda do značnej miery sémantická. Vedľajšia je aj skutočná otázka: čo sa stane s týmito novými a neustále sa zlepšujúcimi schopnosťami? V snahe porozumieť základným fungovaniu biológie, pokiaľ hľadáme spôsoby, ako zlepšiť kvalitu nášho života a zdravie planéty, by v skutočnosti nemalo záležať na tom, akým slovom to popíšeme.