Biotechnologie říká, že dokáže naprogramovat život, aby vytvořil nové věci Je to pravda?

Lidé rádi říkají věcem, co mají dělat. Vše, co dokážeme stanovit, předvídat a ovládat – od počítačů po továrny – můžeme naprogramovat, abychom získali spolehlivé a užitečné výsledky. Biotechnologie dospěla do bodu, kdy vědci stále více považují živé buňky za programovatelné, ale ne každý souhlasí s používáním tohoto termínu. Lídři v této oblasti syntetické biologie slibují, že díky novým a vznikajícím technikám úpravy DNA od základu znovuobjeví způsob, jakým vyrábíme věci, a upravují je tak, aby vytvořili všechny druhy užitečných nových produktů, molekul, chemikálií a materiálů. a zdánlivě neomezený produktivní potenciál biologie.

Společnosti jako Zymergen, AmyrisAMRS
, a Gingko Bioworks jsou některé z těch, kteří prosazují tento koncept, který se stal základním principem mezi mnoha v biotechnologiích. „Základní myšlenkou syntetické biologie je, že biologie je v zásadě programovatelná, protože běží na digitálním kódu ve formě DNA,“ řekl Jason Kelly, generální ředitel Gingko Bioworks, na nedávné konferenci. "Pokud umíte číst a psát kód a máte stroj, který ho spustí - kterému říkáme buňka - je to programování."

Živé věci, od nejjednodušších buněk až po složité organismy, již byly industrializovány. Živočišné zemědělství je zřejmým příkladem nebo kvasinky, které jsou házeny do gigantických kádí, kde produkují základní chemikálie, jako je kyselina citrónová v obrovských měřítcích. Ale co kdyby mohly být geny těchto kvasinek upraveny tak, aby místo toho produkovaly například vzácný minerál nebo farmaceuticky užitečnou molekulu? Co kdyby se buňky krávy daly překódovat, aby produkovaly stálý přísun čistého filet mignonu?

S touto myšlenkou může fantazie běžet na plné obrátky: vložte do buňky správné instrukce – nebo jich miliardy – a vyrobte nové chemikálie nebo netoxická barviva, vyčistěte vodu, zefektivněte bioreaktory, kdo ví co ještě. Přes veškeré vzrušení a příslib, jak se tyto myšlenky a techniky stávají stále více rozšířenými a sofistikovanějšími, se také objevují neshody ohledně otázky: Můžeme opravdu tvrdíte, že programujete život jako software? Měli bychom? A co to vůbec znamená?

Někomu nabízí biologie programování příležitost poskytnout bezkonkurenční materiální a ekonomické bohatství pro celou planetu a zároveň zlepšit naši roli správců vesmírné lodi Země, což nám dává méně důvodů těžit fosilní paliva nebo vyrábět jedovaté chemikálie k výrobě věcí, které potřebujeme. a láska. Jiní vidí celý tento pojem jen jako něco víc než chybnou analogii, dokonce kontraproduktivní nesprávnou charakteristiku, která riskuje, že bude život považovat za něco mnohem méně složitého a tajemného, ​​než ve skutečnosti je. Změna klimatu je jen jedním příkladem toho, jak nás takové postoje mohou svést z cesty. Jak už to tak bývá, vhled lze nalézt v mezerách mezi těmito úhly pohledu.

„Černá skříňka“ biologie

V nedávné historii se lidé naučili mnoho o vnitřním fungování živých buněk. Průmysl se nyní snaží inovovat prostřednictvím přímého propojení s těmito vnitřními funkcemi, přičemž uplatňuje logiku výpočtu pomocí výkonných nových nástroje jako CRISPR upravovat jednotlivé geny. Lidské chápání živých systémů, které nám tyto technologie odemykají, je stále v plenkách, ale již jsou produktivně využívány. The mRNA technologie za COVID-19, například podporuje imunitu přímým přepisováním instrukcí buněk pro produkci proteinů. Pokud to není programování, tak co is to?

Klíčem k myšlence programovací biologie je skutečnost, že živé systémy běží na kódu, DNA, který spíše než jedničky a nuly interpretujeme jako A, C, T a G. Je to jazyk, který lidé umí číst a dokonce se učí psát, ale my to zatím neumíme plynule. Analogicky můžeme pracovat se slovy a krátkými frázemi, ale ne s celými větami, natož s odstavci nebo kapitolami. Změna pouze jednoho písmene v genetické sekvenci může vést k dobrým, špatným nebo nezjistitelným výsledkům a výsledek velmi často nenásleduje logická očekávání.

Téměř nic z toho neplatí o počítačovém kódu, kterému lidé rozumí na základní úrovni, protože jsme ho vymysleli. Někteří tvrdí, že z tohoto důvodu nikdy nemůžeme skutečně programovat biologii ve smysluplném smyslu. Bez ohledu na to, jaká opatření přijmeme k jeho kontrole, připomínají nám:život najde cestu” podkopat nebo prolomit krabice, které kolem nich stavíme (ne vždy s tak dramatickým efektem jako Jurský park). V digitálním programování je klíčová předvídatelnost. Tabulková aplikace, která každou chvíli nečekaně mění číselnou hodnotu, je málo užitečná. Jedna věc, kterou můžeme o životě říci s jistotou, je, že je ne předvídatelný. Ve skutečnosti je evoluce poháněna nepředvídatelností, genetická mutace přispěla velkou měrou k oslnivé rozmanitosti života na Zemi.

Zároveň pravidelně budujeme a používáme komplexní systémy s výrazně omezenou předvídatelností. Letadla, dopravní systémy, počítačové sítě, všechny jsou složeny z tolika menších, předvídatelných částí, že jejich chování je předvídatelné jen do určité míry, vždy schopné udělat něco, co nikdo nevidí přicházet. Pro každého, kdo nezná jeho vnitřní fungování, by i dokonale zkonstruovaný počítač mohl být nazýván „černou skříňkou“: víme, co jde dovnitř a co vychází, aniž bychom chápali, co se děje uvnitř. Něco podobného by se dalo říci o současném vztahu k biologii.

Fuzzy Logic

Naštěstí pro biotechnologii cesta k pokroku nemusí vyžadovat úplné pochopení kódu života. Lze dosáhnout hlubších znalostí a schopností objímání nevyhnutelné okraje tajemství, které pocházejí z práce s živými systémy. Přivádění nového genetického kódu do buňky s očekávaným výsledkem a zároveň otevřenost neočekávanému by se dalo nazvat programováním, nebo možná pobízením, kladením otázky samotné přírodě. I když to nemusí být tak spolehlivé nebo efektivní jako navrhování kódu pro počítačový program, výhodou je, že odpovědi jsou často překvapivé a někdy se týkají otázek, které ani nebyly položeny. Tak dochází k inovacím, které odlišují biologii od jakékoli jiné „programovatelné“ domény některými vzrušujícími způsoby.

V průmyslu neexistuje luxus čekat na úplné pochopení složitých systémů, o kterých evoluce snila během posledních čtyř miliard let, než je lze uvést do provozu. Nezbytnost dosáhnout milníků a dodávat užitečné, škálovatelné a nakonec prodejné produkty neponechává jinou možnost než najít tu nejpřímější cestu k nejlepším a nejužitečnějším výsledkům. Přijmout realitu práce s nepředvídatelností znamená budovat většinou předvídatelné systémy, které dokážou tolerovat mnoho neočekávaných – ale často užitečných – chování přírody. Jakmile jsou tyto procesy v oblasti opakovatelnosti akceptované tradičními výpočetními nebo výrobními procesy, rozdíl se stává méně důležitým.

Projekt složitost biologie je důvodem k pokoře, ale i nadšení. V biotechnologiích existuje příležitost naučit se a dokonce využít procesy a schopnosti, které nikdo nikdy nedokázal vymyslet, natož plně pochopit. Nevynalezli jsme například kuře a rozhodně nerozumíme všem jeho pracovním částem, tomu, co se mu odehrává v mysli, když je krmíme, nebo jaký je řetězec událostí, který přeměňuje zrna na vejce, ze kterého může vzniknout celá nové kuře. Spolehlivě a ve velkém nám však nabízejí tolik hodnoty, že je lze považovat za pokročilou technologii. Otázka, zda se editace genů a kódování živých systémů rovná „programování“, je tedy do značné míry sémantická. Je to také druhořadé ve vztahu ke skutečné otázce: co se udělá s těmito novými a stále se zlepšujícími schopnostmi? Když se snažíme porozumět základnímu fungování biologie, pokud hledáme způsoby, jak zlepšit kvalitu našeho života a zdraví planety, nemělo by ve skutečnosti záležet na tom, jakým slovem to popíšeme.