Биотецх каже да може програмирати живот за стварање нових ствари. Је ли то истина?

Људи воле да говоре стварима шта да раде. Све што можемо да успоставимо, предвидимо и контролишемо — од рачунара до фабрика — можемо програмирати да бисмо добили поуздане, корисне резултате. Биотехнологија је сазрела до тачке у којој научници све више сматрају живе ћелије програмибилним, али се не слажу сви са употребом тог термина. Бавећи се и уређујући своје гене како би створили све врсте корисних нових производа, молекула, хемикалија и материјала у великом обиму, лидери у овој области синтетичке биологије обећавају да ће фундаментално измислити начин на који правимо ствари, вођени новим и новим техникама за уређивање ДНК и наизглед неограничен продуктивни потенцијал биологије.

Компаније као што су Зимерген, АмирисАМРС
, и Гингко Биоворкс су неки од оних који унапређују овај концепт, који је постао основни принцип међу многима у биотехнологији. „Основна идеја која стоји иза синтетичке биологије је да је биологија у основи програмабилна, јер ради на дигиталном коду у облику ДНК“, рекао је Џејсон Кели, извршни директор Гингко Биоворкс-а, на недавној конференцији. „Ако можете да читате и пишете код, а имате машину која ће га покренути - што ми зовемо ћелија - то је програмирање."

Жива бића, од најједноставнијих ћелија па све до сложених организама, већ су индустријализована. Пољопривреда животиња је очигледан пример, или квасци, који се бацају у огромне каце где производе есенцијалне хемикалије попут лимунске киселине у огромним размерама. Али шта ако би гени тих квасаца могли да се уређују тако да уместо тога производе, на пример, драгоцени минерал или фармацеутски користан молекул? Шта ако би се ћелије краве могле поново кодирати како би се добило константно снабдевање чистог филе мињона?

Машта може да подивља са овом идејом: дајте исправна упутства ћелији — или милијарде њих — и произвести нове хемикалије или нетоксичне боје, пречистити воду, учинити ефикаснијом биореактори, ко зна шта још. Уз сво узбуђење и обећање, како ове идеје и технике постају све раширеније и софистицираније, појављују се и неслагања око питања: можемо ли стварно тврдити да је програмски живот као софтвер? Да ли бисмо требали? И шта то уопште значи?

Некима, биологија програмирања нуди прилику да обезбеди неупоредиво материјално и економско обиље за целу планету, истовремено побољшавајући нашу улогу управника свемирског брода Земље, дајући нам мање разлога да ископавамо фосилна горива или производимо отровне хемикалије за производњу ствари које су нам потребне. и љубав. Други виде читав појам као нешто више од погрешне аналогије, чак и контрапродуктивне погрешне карактеризације која ризикује да се живот третира као нешто много мање сложено и мистериозно него што заиста јесте. Климатске промене су само један пример како нас такви ставови могу одвести на криви пут. Као што је често случај, увид се може наћи у просторима између ових тачака гледишта.

'Црна кутија' биологије

У новијој историји, људи су научили много о унутрашњем раду живих ћелија. Индустрија сада жели да уводи иновације тако што се директно повезује са овим унутрашњим радом, примењујући логику израчунавања користећи моћне нове алати као што је ЦРИСПР за уређивање појединачних гена. Људско разумевање живих система које нам ове технологије откључавају још увек је у повојима, али се већ користе у продуктивној употреби. Тхе мРНА технологија иза ЦОВИД-19, на пример, подстиче имунитет тако што директно преписује упутства ћелија за производњу протеина. Ако то није програмирање, шта is то?

Кључ за идеју биологије програмирања је чињеница да живи системи раде на коду, ДНК, који уместо јединица и нула тумачимо као А, Ц, Т и Г. То је језик који људи могу да читају и чак уче да пишу, али ми то још не можемо течно. По аналогији, можемо радити са речима и кратким фразама, али не и пуним реченицама, а камоли параграфима или поглављима. Промена само једног слова у генетском низу може да произведе резултате који су добри, лоши или неоткривени, а врло често исход не прати логична очекивања.

Скоро ништа од овога не важи за компјутерски код, који људи разумеју на фундаменталном нивоу, јер смо га ми измислили. Неки тврде да из тог разлога никада не можемо истински програмирати биологију у смисленом смислу. Без обзира на то које мере предузимамо да то контролишемо, подсећају нас, „живот нађе пут” да поткопамо или избијемо из кутија које градимо око њих (не увек до тако драматичног ефекта као што је Јурски парк). У дигиталном програмирању, предвидљивост је кључна. Мало је користи од апликације за табеларне прорачуне која с времена на време неочекивано мења бројчану вредност. Ипак, једна ствар коју са сигурношћу можемо рећи о животу је да јесте не предвидљив. У ствари, еволуцију покреће непредвидљивост, генетска мутација је допринела великом делу заслепљујуће разноликости живота на Земљи.

Истовремено, редовно градимо и користимо сложене системе значајно ограничене предвидљивости. Авиони, саобраћајни системи, компјутерске мреже, све се састоји од толико мањих, предвидљивих делова да је њихово понашање предвидљиво само до одређене тачке, увек способни да ураде нешто што нико не види да долази. За свакога ко не познаје његово унутрашње функционисање, чак и савршено конструисан рачунар би се могао назвати 'црном кутијом': знамо шта улази и шта излази, а да не разумемо шта се дешава унутра. Нешто слично би се могло рећи о садашњем односу према биологији.

Чудна логика

Срећом по биотехнологију, пут до напретка можда неће захтевати потпуно разумевање кода живота. Дубље знање и способности могу се стећи загрли неизбежне маргине мистерије које долазе из рада са живим системима. Уношење новог генетског кода у ћелију са очекиваним резултатом, а истовремено отворено за неочекивано, могло би се назвати програмирањем, или можда подстицањем, постављањем питања самој природи. Иако ово можда није тако поуздано или ефикасно као писање кода за компјутерски програм, добра страна је што су одговори често изненађујући, а понекад се односе на питања која нису ни постављена. Тако се дешавају иновације, које издвајају биологију од било ког другог 'програмабилног' домена на неке узбудљиве начине.

У индустрији, не постоји луксуз чекања да се потпуно сагледају сложени системи које је еволуција замислила током последње четири милијарде година пре него што се они могу ставити у употребу. Императив за постизање прекретница и испоруку корисних, скалабилних и на крају тржишних производа не оставља никакву опцију осим проналажења најдиректнијег пута до најбољих и најкориснијих резултата. Прихватање реалности рада са непредвидљивошћу значи изградњу углавном предвидљиви системи који могу толерисати многа неочекивана — али често корисна — понашања природе. Једном када су ти процеси у оквиру поновљивости прихваћене традиционалним процесима рачунања или производње, разлика постаје мање важна.

сложеност биологије је разлог за понизност, али и ентузијазам. Биотехнологија има прилику да научи, па чак и искористи процесе и способности које нико никада није могао да измисли, а камоли да у потпуности разуме. Нисмо ми измислили пилетину, на пример, и сигурно не разумемо све њене радне делове, шта се дешава у њеној глави када их хранимо, или какав ланац догађаја претвара зрно у јаје које може да произведе читаво нова пилетина. Али они нам нуде толику вредност, поуздано и у великим размерама, да би се могли сматрати напредном технологијом. Питање да ли се уређивање гена и кодирање живих система своди на 'програмирање' је, дакле, углавном семантичко. То је такође секундарно у односу на право питање: шта ће се урадити са овим новим способностима које се стално побољшавају? У покушају да разумемо фундаментално функционисање биологије, све док проналазимо начине да побољшамо квалитет живота и здравље планете, не би требало да буде важно којом речју користимо да то опишемо.