Biotech заявляет, что может запрограммировать жизнь на создание новых вещей. Это правда?

Люди любят указывать, что делать. Все, что мы можем создать, предсказать и контролировать — от компьютеров до фабрик — мы можем запрограммировать, чтобы получить надежные и полезные результаты. Биотехнология достигла такого уровня, что ученые все чаще считают живые клетки программируемыми, но не все согласны с использованием этого термина. Изменяя и редактируя свои гены для создания всевозможных новых полезных продуктов, молекул, химикатов и материалов в больших масштабах, лидеры в этой области синтетической биологии обещают фундаментально переосмыслить способы создания вещей, движимые новыми и новейшими методами редактирования ДНК. и, казалось бы, безграничный производственный потенциал биологии.

Такие компании, как Zymergen, AmyrisАСКУЭ
и Gingko Bioworks — одни из тех, кто продвигает эту концепцию, которая стала основным принципом среди многих специалистов в области биотехнологий. «Основная идея синтетической биологии заключается в том, что биология фундаментально программируема, поскольку она работает на цифровом коде в форме ДНК». сказал Джейсон Келли, генеральный директор Gingko Bioworks, на недавней конференции. «Если вы умеете читать и писать код и у вас есть машина, которая его запускает — которую мы называем клеткой — это программирование».

Живые существа, от простейших клеток до сложных организмов, уже индустриализированы. Животноводство является очевидным примером, или дрожжи, которые бросают в гигантские чаны, где они производят необходимые химические вещества, такие как лимонная кислота, в огромных масштабах. Но что, если бы гены этих дрожжей можно было отредактировать так, чтобы вместо этого они производили, например, драгоценный минерал или фармацевтически полезную молекулу? Что, если клетки коровы можно было бы перекодировать, чтобы производить постоянный запас чистого филе-миньон?

Воображение может разыграться при такой идее: ввести в клетку правильные инструкции — или миллиарды таких — и производить новые химические вещества или нетоксичные красители, очищать воду, повышать эффективность биореакторы, кто знает, что еще. Несмотря на все волнение и обещания, по мере того, как эти идеи и методы становятся все более распространенными и сложными, возникают разногласия и по вопросу: можем ли мы на самом деле заявляют, что программируют жизнь как программное обеспечение? Должны ли мы? И что это вообще значит?

Некоторым программирование биологии предлагает возможность обеспечить беспрецедентное материальное и экономическое изобилие для всей планеты, а также улучшить нашу роль управляющих космическим кораблем Земля, давая нам меньше причин добывать ископаемое топливо или производить ядовитые химикаты для производства вещей, которые нам нужны. и любовь. Другие видят в этом понятии не более чем ошибочную аналогию, даже контрпродуктивную неверную характеристику, которая рискует рассматривать жизнь как нечто гораздо менее сложное и загадочное, чем она есть на самом деле. Изменение климата — лишь один пример того, как такое отношение может сбить нас с пути. Как это часто бывает, понимание можно найти в промежутках между этими точками зрения.

«Черный ящик» биологии

В новейшей истории люди многое узнали о внутренней работе живых клеток. В настоящее время промышленность стремится к инновациям, напрямую взаимодействуя с этой внутренней работой, применяя логику вычислений с использованием новых мощных технологий. такие инструменты, как CRISPR редактировать отдельные гены. Человеческое понимание живых систем, которые открывают нам эти технологии, все еще находится в зачаточном состоянии, но они уже начинают продуктивно использоваться. технология мРНК например, стоящий за COVID-19, он укрепляет иммунитет, напрямую переписывая инструкции клеток по производству белков. Если это не программирование, то что is Это?

Ключом к идее биологического программирования является тот факт, что живые системы работают на коде ДНК, который, а не единицы и нули, мы интерпретируем как A, C, T и G. Это язык, на котором люди могут читать и даже учатся писать, но мы пока не можем говорить на нем свободно. По аналогии мы можем работать со словами и короткими фразами, но не с полными предложениями, не говоря уже о абзацах или главах. Изменение всего лишь одной буквы в генетической последовательности может привести к хорошим, плохим или необнаружимым результатам, и очень часто результат не соответствует логическим ожиданиям.

Почти ничего из этого не относится к компьютерному коду, который люди понимают на фундаментальном уровне, потому что, ну, мы его изобрели. Некоторые утверждают, что по этой причине мы никогда не сможем по-настоящему программировать биологию в осмысленном смысле. Какие бы меры мы ни принимали, чтобы контролировать это, они напоминают нам: «жизнь находит способ», чтобы подорвать или вырваться из коробок, которые мы строим вокруг них (не всегда с таким драматическим эффектом, как в Парке Юрского периода). В цифровом программировании ключевое значение имеет предсказуемость. Приложение для работы с электронными таблицами, которое время от времени неожиданно меняет числовое значение, бесполезно. Однако одно мы можем сказать наверняка о жизни: она не предсказуемо. На самом деле, эволюция основана на непредсказуемости: генетическая мутация во многом способствовала ошеломляющему разнообразию жизни на Земле.

В то же время мы регулярно создаем и используем сложные системы, предсказуемость которых значительно ограничена. Самолеты, системы дорожного движения, компьютерные сети — все они состоят из стольких меньших, предсказуемых частей, что их поведение предсказуемо только до определенного момента, и они всегда способны сделать что-то, чего никто не предвидит. Для тех, кто не знает, как устроен его внутренний мир, даже идеально сконструированный компьютер можно назвать «черным ящиком»: мы знаем, что входит и что выходит, но не понимаем, что происходит внутри. Нечто подобное можно сказать и о нынешнем отношении к биологии.

Нечеткая логика

К счастью для биотехнологии, путь к прогрессу, возможно, не потребует полного понимания кода жизни. Более глубокие знания и способности могут быть достигнуты путем охватывающий неизбежные границы тайны, возникающие при работе с живыми системами. Введение нового генетического кода в клетку с ожидаемым результатом, одновременно будучи открытым для неожиданностей, можно назвать программированием или, возможно, подталкиванием, постановкой вопроса самой природе. Хотя это может быть не так надежно и эффективно, как составление кода для компьютерной программы, положительным моментом является то, что ответы часто бывают неожиданными и иногда касаются вопросов, которые даже не задавались. Именно так происходят инновации, и они во многом отличают биологию от любой другой «программируемой» области.

В промышленности нельзя позволить себе роскошь ждать полного понимания сложных систем, которые эволюция придумала за последние четыре миллиарда лет, прежде чем их можно будет использовать. Необходимость достижения поставленных целей и создания полезных, масштабируемых и, в конечном итоге, востребованных на рынке продуктов не оставляет иного выбора, кроме как найти самый прямой путь к лучшим и наиболее полезным результатам. Принятие реальности работы с непредсказуемостью означает создание в основном предсказуемые системы, способные выдерживать многие неожиданные, но зачастую полезные проявления природы. Как только эти процессы попадают в сферу повторяемости, приемлемой для традиционных вычислений или производственных процессов, различие становится менее важным.

Ассоциация сложность биологии это повод для смирения, но и энтузиазма. В биотехнологии есть возможность изучить и даже использовать процессы и способности, которые никто никогда не мог изобрести, не говоря уже о том, чтобы полностью понять. Мы, например, не изобрели курицу и, конечно же, не понимаем все ее рабочие части, что происходит в ее голове, когда мы ее кормим, и какова цепочка событий, превращающая зерно в яйцо, способное произвести целое новая курица. Но они предлагают нам такую ​​большую ценность, надежную и масштабную, что их можно с таким же успехом считать передовой технологией. Таким образом, вопрос о том, является ли редактирование генов и кодирование живых систем «программированием», в значительной степени семантический. Это также второстепенно по отношению к реальному вопросу: что будет делать с этими новыми и постоянно улучшающимися способностями? Пытаясь понять фундаментальные принципы биологии, пока мы находим способы улучшить качество нашей жизни и здоровье планеты, не должно иметь особого значения, какое слово мы используем для описания этого.