Biotech Mengatakan Ia Boleh Memprogram Kehidupan Untuk Membuat Perkara Baharu. Adakah itu benar?

Manusia suka memberitahu sesuatu perkara yang perlu dilakukan. Apa-apa sahaja yang boleh kami wujudkan, ramalkan dan kawal — daripada komputer hingga kilang — kami boleh memprogramkan untuk mendapatkan hasil yang boleh dipercayai dan berguna. Bioteknologi telah matang ke tahap di mana saintis semakin menganggap sel hidup sebagai boleh diprogramkan, tetapi tidak semua orang bersetuju dengan menggunakan istilah itu. Dengan memikirkan dan menyunting gen mereka untuk mencipta semua jenis produk, molekul, bahan kimia dan bahan baharu yang berguna secara berskala, pemimpin dalam bidang biologi sintetik ini berjanji untuk mencipta semula secara asasnya cara kita membuat sesuatu, didorong oleh teknik baharu dan baru muncul untuk menyunting DNA dan potensi produktif biologi yang kelihatan tidak terhad.

Syarikat seperti Zymergen, AmyrisAMRS
, dan Gingko Bioworks adalah sebahagian daripada mereka yang memajukan konsep ini, yang telah menjadi prinsip asas di kalangan banyak dalam bioteknologi. "Idea teras di sebalik biologi sintetik ialah biologi pada asasnya boleh diprogramkan, kerana ia berjalan pada kod digital dalam bentuk DNA," kata Jason Kelly, Ketua Pegawai Eksekutif Gingko Bioworks, dalam satu persidangan baru-baru ini. "Jika anda boleh membaca dan menulis kod, dan anda mempunyai mesin yang akan menjalankannya - yang kami panggil sel - itu pengaturcaraan."

Benda hidup, daripada sel yang paling ringkas sehinggalah kepada organisma yang kompleks, telah pun diindustrikan. Pertanian haiwan ialah contoh yang jelas, atau yis, yang dibuang ke dalam tong besar di mana ia menghasilkan bahan kimia penting seperti asid sitrik pada skala yang besar. Tetapi bagaimana jika gen yis tersebut boleh diedit supaya ia sebaliknya menghasilkan, contohnya, mineral berharga, atau molekul yang berguna dari segi farmaseutikal? Bagaimana jika sel-sel lembu boleh dikod semula untuk menghasilkan bekalan berterusan filet mignon tulen?

Imaginasi boleh menjadi liar dengan idea ini: suapkan arahan yang betul ke dalam sel — atau berbilion-bilion daripadanya — dan menghasilkan bahan kimia baharu atau pewarna bukan toksik, membersihkan air, menjadikan lebih cekap bioreaktor, mana tahu apa lagi. Untuk semua keterujaan dan janji, apabila idea dan teknik ini menjadi lebih meluas dan canggih, perselisihan faham juga timbul berhubung persoalan: Bolehkah kita benar-benar menuntut kehidupan program seperti perisian? patutkah kita? Dan apakah maksudnya?

Bagi sesetengah orang, biologi pengaturcaraan menawarkan peluang untuk menyediakan bahan dan kelimpahan ekonomi yang tiada tandingan untuk seluruh planet, sambil juga meningkatkan peranan kita sebagai penjaga Bumi Kapal Angkasa, memberikan kita alasan yang lebih sedikit untuk menggali bahan api fosil atau menghasilkan bahan kimia beracun untuk mengeluarkan perkara yang kita perlukan. dan cinta. Yang lain melihat keseluruhan tanggapan itu sebagai sedikit lebih daripada analogi yang salah, malah salah ciri yang tidak produktif yang berisiko menganggap kehidupan sebagai sesuatu yang kurang kompleks dan misteri daripada yang sebenarnya. Perubahan iklim hanyalah satu contoh bagaimana sikap sedemikian boleh menyesatkan kita. Seperti yang sering berlaku, cerapan boleh didapati di ruang antara sudut pandangan ini.

'Kotak Hitam' Biologi

Dalam sejarah baru-baru ini, manusia telah belajar banyak tentang kerja dalaman sel hidup. Industri kini sedang mencari untuk berinovasi dengan mengadaptasi kerja dalaman ini secara langsung, menggunakan logik pengiraan dengan menggunakan teknologi baharu yang berkuasa. alat seperti CRISPR untuk mengedit gen individu. Pemahaman manusia tentang sistem hidup yang dibuka oleh teknologi ini untuk kita masih di peringkat awal, tetapi ia telah digunakan secara produktif. The teknologi mRNA di sebalik COVID-19, contohnya, memupuk imuniti dengan menulis semula secara langsung arahan sel untuk menghasilkan protein. Jika itu bukan pengaturcaraan, apa is ia?

Kunci kepada idea biologi pengaturcaraan ialah hakikat bahawa sistem hidup berjalan pada kod, DNA, yang bukannya satu dan sifar kita tafsirkan sebagai A, C, T, dan G. Ia adalah bahasa yang boleh dibaca oleh manusia dan juga sedang belajar menulis, tetapi kita belum boleh melakukannya dengan lancar. Dengan cara analogi, kita boleh bekerja dengan perkataan dan frasa pendek, tetapi bukan ayat penuh, apatah lagi perenggan, atau bab. Menukar hanya satu huruf dalam urutan genetik mungkin menghasilkan hasil yang baik, buruk atau tidak dapat dikesan, dan selalunya hasilnya tidak mengikut jangkaan logik.

Hampir semua ini tidak benar tentang kod komputer, yang manusia faham pada tahap asas kerana, kami menciptanya. Ada yang berpendapat bahawa, atas sebab ini, kita tidak boleh benar-benar memprogramkan biologi dalam erti kata yang bermakna. Tidak kira apa langkah yang kita ambil untuk mengawalnya, mereka mengingatkan kita, "hidup mencari jalan” untuk melemahkan atau keluar dari kotak yang kita bina di sekeliling mereka (tidak selalu memberi kesan dramatik seperti Taman Jurassic). Dalam pengaturcaraan digital, kebolehramalan adalah kunci. Terdapat sedikit kegunaan untuk apl hamparan yang secara tidak dijangka menukar nilai nombor dari semasa ke semasa. Namun satu perkara yang boleh kita katakan dengan pasti tentang kehidupan ialah begitu tidak boleh diramal. Malah, evolusi dikuasakan oleh ketidakpastian, mutasi genetik telah menyumbang banyak kepelbagaian kehidupan yang mempesonakan di Bumi.

Pada masa yang sama, kami kerap membina dan menggunakan sistem kompleks yang mempunyai kebolehramalan terhad dengan ketara. Kapal terbang, sistem trafik, rangkaian komputer, semuanya terdiri daripada banyak bahagian yang lebih kecil dan boleh diramal sehingga kelakuan mereka hanya boleh diramal sehingga satu tahap, sentiasa mampu melakukan sesuatu yang tidak dilihat oleh sesiapa pun. Bagi sesiapa yang tidak mengetahui cara kerja dalamannya, komputer yang dibina dengan sempurna pun boleh dipanggil 'kotak hitam': kita tahu apa yang masuk dan apa yang keluar, tanpa memahami apa yang berlaku di dalamnya. Sesuatu yang serupa boleh dikatakan tentang hubungan semasa dengan biologi.

Logik kabur

Nasib baik untuk bioteknologi, jalan menuju kemajuan mungkin tidak memerlukan pemahaman lengkap tentang kod kehidupan. Pengetahuan dan kebolehan yang lebih mendalam boleh dicapai oleh merangkul margin misteri yang tidak dapat dielakkan yang datang daripada bekerja dengan sistem hidup. Memasukkan kod genetik baru ke dalam sel dengan hasil yang diharapkan, sementara juga terbuka kepada yang tidak dijangka, boleh dipanggil pengaturcaraan, atau mungkin mendorong, mengemukakan soalan kepada alam semula jadi. Walaupun ini mungkin tidak boleh dipercayai atau cekap seperti merangka kod untuk program komputer, kelebihannya ialah jawapannya selalunya mengejutkan, dan kadangkala berkaitan dengan soalan yang tidak ditanya. Begitulah cara inovasi berlaku, dan ia membezakan biologi daripada mana-mana domain 'boleh diprogramkan' lain dalam beberapa cara yang menarik.

Dalam industri, tidak ada kemewahan menunggu untuk memahami sepenuhnya sistem kompleks yang diimpikan oleh evolusi sejak empat bilion tahun lalu sebelum ia boleh digunakan. Keperluan untuk mencapai pencapaian dan menyampaikan produk yang berguna, berskala dan akhirnya boleh dipasarkan tidak meninggalkan pilihan kecuali untuk mencari jalan paling langsung ke hasil yang terbaik dan paling berguna. Menerima realiti bekerja dengan ketidakpastian bermakna membina kebanyakannya sistem yang boleh diramal yang boleh bertolak ansur dengan banyak tingkah laku alam semula jadi yang tidak dijangka - tetapi selalunya berguna. Apabila proses tersebut berada dalam lingkungan kebolehulangan yang diterima oleh pengiraan tradisional atau proses pembuatan, perbezaan menjadi kurang penting.

. kerumitan biologi adalah sebab untuk merendah diri, tetapi juga semangat. Terdapat peluang dalam bioteknologi untuk belajar dan juga memanfaatkan proses dan kebolehan yang tidak dapat dicipta oleh sesiapa pun, apatah lagi memahami sepenuhnya. Kami tidak mencipta ayam, sebagai contoh, dan pastinya tidak memahami semua bahagian kerjanya, apa yang berlaku dalam fikirannya apabila kami memberi mereka makan, atau apakah rangkaian peristiwa yang menukarkan bijirin menjadi telur yang boleh menghasilkan keseluruhan. ayam baru. Tetapi mereka menawarkan kita nilai yang sangat tinggi, boleh dipercayai dan pada skala, sehingga mereka juga boleh dianggap sebagai teknologi canggih. Persoalan sama ada penyuntingan gen dan sistem hidup pengekodan berjumlah 'pengaturcaraan', maka, sebahagian besarnya adalah semantik. Ia juga sekunder kepada soalan sebenar: apa yang akan dilakukan dengan kebolehan baharu dan sentiasa bertambah baik ini? Dalam cuba memahami fungsi asas biologi, selagi kita mencari cara untuk mempertingkatkan kualiti hidup dan kesihatan planet kita, tidak kira apa perkataan yang kita gunakan untuk menggambarkannya.