A Biotech szerint programozhatja az életet új dolgok készítésére. Igaz ez?

Az emberek szeretik megmondani a dolgokat, hogy mit tegyenek. Bármit, amit létrehozhatunk, megjósolhatunk és irányíthatunk – a számítógépektől a gyárakig – beprogramozhatjuk, hogy megbízható, hasznos eredményeket kapjunk. A biotechnológia odáig érett, hogy a tudósok egyre inkább az élő sejteket programozhatónak tekintik, de nem mindenki ért egyet ezzel a kifejezéssel. A szintetikus biológia e területének vezetői a génjeiket trükközve és szerkesztve mindenféle hasznos új termék, molekula, vegyi anyag és anyag létrehozása érdekében ígéretet tesznek arra, hogy a DNS-szerkesztés új és feltörekvő technikái által vezérelve alapjaiban feltalálják a dolgok gyártási módját. és a biológia határtalannak tűnő produktív potenciálja.

Olyan cégek, mint a Zymergen, AmyrisAMRS
, és a Gingko Bioworks is azok közé tartozik, akik előmozdítják ezt a koncepciót, amely a biotechnológia sokak körében alaptételévé vált. "A szintetikus biológia mögött meghúzódó alapötlet az, hogy a biológia alapvetően programozható, mivel DNS formájában digitális kódon fut." - mondta Jason Kelly, a Gingko Bioworks vezérigazgatója egy közelmúltbeli konferencián. "Ha tudsz kódot olvasni és írni, és van egy géped, amely futtatni fogja – amit cellának hívunk -, az a programozás."

Az élőlényeket, a legegyszerűbb sejtektől egészen az összetett szervezetekig, már iparosították. Nyilvánvaló példa az állattenyésztés, vagy az élesztőgombák, amelyeket gigantikus kádakba dobnak, ahol óriási mennyiségben termelnek olyan alapvető vegyszereket, mint a citromsav. De mi van, ha az élesztőgombák génjeit módosítani lehetne úgy, hogy ehelyett például értékes ásványt vagy gyógyszerészetileg hasznos molekulát termeljenek? Mi lenne, ha egy tehén sejtjeit újra kódolnák, hogy állandó tiszta mignon-filé utánpótlást állítsanak elő?

A képzelet elvadulhat ezzel az ötlettel: táplálja be a megfelelő utasításokat egy sejtbe – vagy több milliárdot – és állítson elő új vegyszereket vagy nem mérgező festékeket, tisztítsa meg a vizet, tegye hatékonyabbá. bioreaktorok, ki tudja még mit. Minden izgalom és ígéret ellenére, ahogy ezek az ötletek és technikák egyre szélesebb körben elterjednek és kifinomultabbak, nézeteltérések merülnek fel a kérdésben is: tudjuk-e tényleg azt állítja, hogy a program élete olyan, mint a szoftver? Kellene nekünk? És ez egyáltalán mit jelent?

Egyesek számára a programozási biológia lehetőséget kínál arra, hogy az egész bolygó számára páratlan anyagi és gazdasági bőséget biztosítson, miközben javítja a Föld űrhajó sáfári szerepét, kevesebb okot adva arra, hogy fosszilis tüzelőanyagokat ássunk ki vagy mérgező vegyszereket állítsunk elő a szükséges dolgok előállításához. és szerelem. Mások az egész fogalmat alig látják többnek, mint hibás analógiának, sőt egy kontraproduktív téves jellemzésnek, amely azt kockáztatja, hogy az életet sokkal kevésbé bonyolult és titokzatos dologként kezelik, mint amilyen valójában. Az éghajlatváltozás csak egy példa arra, hogy az ilyen attitűdök hogyan vezethetnek félre bennünket. Ahogy az lenni szokott, a belátás az e nézőpontok közötti terekben található.

A biológia „fekete doboza”.

A közelmúltban az emberek sokat tanultak az élő sejtek belső működéséről. Az ipar most újításra törekszik azáltal, hogy közvetlenül kapcsolódik ezekhez a belső működésekhez, a számítási logikát alkalmazva hatékony olyan eszközöket, mint a CRISPR az egyes gének szerkesztésére. Az élő rendszerek emberi megértése, amelyeket ezek a technológiák felszabadítanak számunkra, még gyerekcipőben jár, de már most produktív felhasználásra kerülnek. Az mRNS technológia a COVID-19 mögött például az immunitást erősíti azáltal, hogy közvetlenül átírja a sejtek fehérjetermelésre vonatkozó utasításait. Ha ez nem programozás, akkor mi is ez?

A programozási biológia gondolatának kulcsa az a tény, hogy az élő rendszerek kódon, DNS-en futnak, amelyet az egyesek és nullák helyett A-ként, C-ként, T-ként és G-ként értelmezünk. Ez egy olyan nyelv, amelyet az emberek tudnak olvasni, sőt még írni is tanulnak, de még nem tudjuk folyékonyan. A hasonlat szerint dolgozhatunk szavakkal és rövid kifejezésekkel, de nem teljes mondatokkal, nem beszélve a bekezdésekkel vagy fejezetekkel. Egy genetikai szekvencia egyetlen betűjének megváltoztatása jó, rossz vagy észlelhetetlen eredményeket eredményezhet, és nagyon gyakran az eredmény nem követi a logikus elvárásokat.

Ezek közül szinte semmi sem igaz a számítógépes kódra, amelyet az emberek alapvetően megértenek, mert hát mi találtuk ki. Egyesek azzal érvelnek, hogy emiatt soha nem tudjuk igazán értelmes értelemben programozni a biológiát. Nem számít, milyen intézkedéseket teszünk annak ellenőrzésére, emlékeztetnek minket:az élet megtalálja a módját” aláásni vagy kitörni a köréjük épített dobozokat (nem mindig olyan drámai hatással, mint a Jurassic Park). A digitális programozásban kulcsfontosságú a kiszámíthatóság. Kevés haszna van egy olyan táblázatkezelő alkalmazásnak, amely időnként váratlanul megváltoztat egy számértéket. Egy dolgot azonban biztosan állíthatunk az életről, hogy az nem kiszámítható. Valójában az evolúciót a kiszámíthatatlanság hajtja, a genetikai mutációk nagymértékben hozzájárultak a földi élet káprázatos változatosságához.

Ugyanakkor rendszeresen építünk és használunk összetett, jelentősen korlátozottan kiszámítható rendszereket. A repülőgépek, a közlekedési rendszerek, a számítógépes hálózatok mind annyi kisebb, kiszámítható részből állnak, hogy viselkedésük csak egy bizonyos pontig előrelátható, mindig képesek olyasmire, amit senki sem lát elérkezni. Aki nem ismeri a belső működését, még egy tökéletesen felépített számítógépet is „fekete doboznak” nevezhet: tudjuk, mi kerül be és mi jön ki, anélkül, hogy megértenénk, mi történik belül. Valami hasonlót mondhatnánk a biológiához való jelenlegi kapcsolatról is.

Zavaros logika

A biotechnológia szerencséjére a haladáshoz vezető út nem követeli meg az élet kódjának teljes megértését. Mélyebb tudásra és képességekre tehet szert átkarolás a rejtély elkerülhetetlen határai, amelyek az élő rendszerekkel való munkából fakadnak. Az új genetikai kód sejtbe várt eredménnyel történő betáplálása, miközben nyitott a váratlanra, nevezhető programozásnak, esetleg buzdításnak, amely kérdést tesz fel magának a természetnek. Noha ez nem biztos, hogy olyan megbízható vagy hatékony, mint egy számítógépes program kódjának megtervezése, a feje az, hogy a válaszok gyakran meglepőek, és néha olyan kérdésekre vonatkoznak, amelyeket fel sem tettek. Így történik az innováció, és izgalmas módon megkülönbözteti a biológiát minden más „programozható” tartománytól.

Az iparban nem létezik az a luxus, hogy az evolúció által az elmúlt négymilliárd év során megálmodott komplex rendszerek teljes megértésére várjunk, mielőtt használatba kerülhetnek. A mérföldkövek elérése, valamint a hasznos, méretezhető és végső soron piacképes termékek biztosítása nem hagy más lehetőséget, mint a legjobb és leghasznosabb eredményekhez vezető legközvetlenebb út megtalálása. A kiszámíthatatlansággal való munka valóságának elfogadása építkezést jelent többnyire kiszámítható rendszerek, amelyek elviselik a természet sok váratlan – de gyakran hasznos – viselkedését. Amint ezek a folyamatok a hagyományos számítási vagy gyártási eljárások által elfogadott ismételhetőség határain belül vannak, a megkülönböztetés kevésbé fontos.

A a biológia összetettsége ok az alázatra, de egyben lelkesedésre is. A biotechnológiában lehetőség nyílik olyan folyamatok és képességek elsajátítására, sőt kiaknázására, amelyeket soha senki nem tudott feltalálni, nemhogy teljesen megérteni. Nem mi találtuk fel például a csirkét, és természetesen nem értjük annak minden működő részét, hogy mi jár a fejében, amikor etetjük, vagy hogy mi az az eseménylánc, amely a gabonákat olyan tojássá alakítja, amely egy egész tojást képes előállítani. új csirke. De olyan nagy értéket kínálnak nekünk, megbízhatóan és nagy méretekben, hogy akár fejlett technológiának is tekinthetők. Az a kérdés, hogy a génszerkesztés és az élő rendszerek kódolása „programozásnak” minősül-e, nagyrészt szemantikai kérdés. Ez is másodlagos az igazi kérdéshez képest: mi lesz ezekkel az új és folyamatosan fejlődő képességekkel? Ha megpróbáljuk megérteni a biológia alapvető működését, mindaddig, amíg módot találunk életminőségünk és bolygónk egészségének javítására, teljesen mindegy, milyen szót használunk a leírására.