Biotech kaže da može programirati život za stvaranje novih stvari. Je li to istina?

Ljudi vole da govore stvarima šta da rade. Sve što možemo uspostaviti, predvidjeti i kontrolirati – od kompjutera do tvornica – možemo programirati da bismo dobili pouzdane, korisne rezultate. Biotehnologija je sazrela do tačke u kojoj naučnici sve više smatraju žive ćelije programibilnim, ali se ne slažu svi sa upotrebom tog termina. Petljajući i uređujući svoje gene kako bi stvorili sve vrste korisnih novih proizvoda, molekula, hemikalija i materijala u velikom obimu, lideri u ovoj oblasti sintetičke biologije obećavaju da će fundamentalno izmisliti način na koji pravimo stvari, vođeni novim i novim tehnikama za uređivanje DNK i naizgled neograničen produktivni potencijal biologije.

Kompanije kao što su Zymergen, AmyrisAMRS
, i Gingko Bioworks su neki od onih koji unapređuju ovaj koncept, koji je postao osnovni princip među mnogima u biotehnologiji. "Ključna ideja koja stoji iza sintetičke biologije je da je biologija u osnovi programibilna, jer radi na digitalnom kodu u obliku DNK", rekao je Jason Kelly, izvršni direktor Gingko Bioworks, na nedavnoj konferenciji. “Ako možete čitati i pisati kod, a imate mašinu koja će ga pokrenuti – što mi zovemo ćelija – to je programiranje.”

Živa bića, od najjednostavnijih ćelija pa sve do složenih organizama, već su industrijalizovana. Poljoprivreda životinja je očigledan primjer, ili kvasci, koji se bacaju u ogromne kace gdje proizvode esencijalne kemikalije poput limunske kiseline u velikim razmjerima. Ali što ako se geni tih kvasaca mogu urediti tako da umjesto toga proizvode, na primjer, dragocjeni mineral ili farmaceutski korisnu molekulu? Šta ako se ćelije krave mogu ponovo kodirati kako bi se proizvela stalna zaliha čistog filet mignona?

Mašta može podivljati s ovom idejom: dajte ispravne upute u ćeliju — ili milijarde njih — i proizvedite nove kemikalije ili netoksične boje, pročistite vodu, učinite učinkovitijim bioreaktori, ko zna šta još. Uz svo uzbuđenje i obećanje, kako ove ideje i tehnike postaju sve raširenije i sofisticiranije, pojavljuju se i neslaganja oko pitanja: možemo li stvarno tvrditi da je programski život poput softvera? Trebamo li? I šta to uopšte znači?

Nekima, biologija programiranja nudi priliku da obezbijedi materijalno i ekonomsko obilje bez premca za cijelu planetu, istovremeno poboljšavajući našu ulogu upravitelja svemirskog broda Zemlje, dajući nam manje razloga da iskopavamo fosilna goriva ili proizvodimo otrovne kemikalije za proizvodnju stvari koje su nam potrebne. i ljubav. Drugi vide cijeli pojam kao nešto više od pogrešne analogije, čak i kao kontraproduktivnu pogrešnu karakterizaciju koja riskira da se život tretira kao nešto mnogo manje složeno i misteriozno nego što uistinu jest. Klimatske promjene su samo jedan primjer kako nas takvi stavovi mogu odvesti na krivi put. Kao što je često slučaj, uvid se može pronaći u prostorima između ovih tačaka gledišta.

'Crna kutija' biologije

U novijoj istoriji, ljudi su naučili mnogo o unutrašnjem radu živih ćelija. Industrija sada traži inovacije tako što se direktno povezuje s ovim unutrašnjim radom, primjenjujući logiku računanja koristeći moćne nove alati poput CRISPR-a za uređivanje pojedinačnih gena. Ljudsko razumijevanje živih sistema koje nam ove tehnologije otključavaju još je u povojima, ali se već produktivno koriste. The mRNA tehnologija iza COVID-19, na primjer, jača imunitet direktnim prepisivanjem instrukcija stanica za proizvodnju proteina. Ako to nije programiranje, šta is to?

Ključ za ideju biologije programiranja je činjenica da živi sistemi rade na kodu, DNK, koji umjesto jedinica i nula tumačimo kao A, C, T i G. To je jezik koji ljudi mogu čitati i čak uče da pišu, ali mi to još ne možemo tečno. Analogno, možemo raditi sa riječima i kratkim frazama, ali ne i punim rečenicama, a kamoli paragrafima ili poglavljima. Promjena samo jednog slova u genetskom nizu može proizvesti rezultate koji su dobri, loši ili neotkriveni, a vrlo često ishod ne slijedi logična očekivanja.

Gotovo ništa od ovoga ne važi za kompjuterski kod, koji ljudi razumiju na fundamentalnom nivou, jer smo ga mi izmislili. Neki tvrde da iz tog razloga nikada ne možemo istinski programirati biologiju u smislenom smislu. Bez obzira koje mjere poduzimamo da to kontrolišemo, podsjećaju nas, “život nađe način” da potkopamo ili izbijemo iz kutija koje gradimo oko njih (ne uvijek do tako dramatičnog efekta kao Jurski park). U digitalnom programiranju, predvidljivost je ključna. Malo je koristi od aplikacije za proračunske tablice koja s vremena na vrijeme neočekivano mijenja brojčanu vrijednost. Ipak, jedna stvar koju sa sigurnošću možemo reći o životu je da jeste ne predvidljivo. U stvari, evoluciju pokreće nepredvidivost, genetska mutacija je doprinijela velikom dijelu zasljepljujuće raznolikosti života na Zemlji.

Istovremeno, redovno gradimo i koristimo složene sisteme značajno ograničene predvidljivosti. Avioni, saobraćajni sistemi, kompjuterske mreže, sve se sastoji od toliko manjih, predvidljivih delova da je njihovo ponašanje predvidljivo samo do određene tačke, uvek sposobni da urade nešto što niko ne vidi da dolazi. Za svakoga ko ne poznaje njegovo unutrašnje funkcionisanje, čak i savršeno konstruisan računar bi se mogao nazvati 'crnom kutijom': znamo šta ulazi i šta izlazi, a da ne razumemo šta se dešava unutra. Nešto slično bi se moglo reći o trenutnom odnosu prema biologiji.

Nejasna logika

Srećom za biotehnologiju, put do napretka možda neće zahtijevati potpuno razumijevanje životnog koda. Dublje znanje i sposobnosti mogu se steći zagrli neizbežne margine misterije koje dolaze iz rada sa živim sistemima. Unošenje novog genetskog koda u ćeliju sa očekivanim rezultatom, uz istovremeno otvorenost za neočekivano, moglo bi se nazvati programiranjem, ili možda podsticanjem, postavljajući pitanje samoj prirodi. Iako ovo možda nije tako pouzdano ili efikasno kao izrada koda za kompjuterski program, dobra strana je što su odgovori često iznenađujući, a ponekad se odnose na pitanja koja nisu ni postavljena. Tako se dešavaju inovacije, koje izdvajaju biologiju od bilo koje druge 'programabilne' domene na neke uzbudljive načine.

U industriji, ne postoji luksuz čekanja da se potpuno sagledaju složeni sistemi koje je evolucija zamislila u posljednje četiri milijarde godina prije nego što se mogu staviti u upotrebu. Imperativ za postizanje prekretnica i isporuku korisnih, skalabilnih i konačno tržišnih proizvoda ne ostavlja nikakvu opciju osim pronalaženja najdirektnijeg puta do najboljih i najkorisnijih rezultata. Prihvatanje realnosti rada sa nepredvidljivošću znači izgradnju uglavnom predvidljivi sistemi koji mogu tolerisati mnoga neočekivana - ali često korisna - ponašanja prirode. Jednom kada su ti procesi unutar područja ponovljivosti prihvaćene tradicionalnim procesima računanja ili proizvodnje, razlika postaje manje važna.

The složenost biologije je razlog za poniznost, ali i entuzijazam. U biotehnologiji postoji prilika da se nauči, pa čak i iskoristi procese i sposobnosti koje niko nikada ne bi mogao izmisliti, a kamoli u potpunosti razumjeti. Nismo mi izmislili piletinu, na primjer, i sigurno ne razumijemo sve njene radne dijelove, šta se dešava u njenoj glavi kada ih hranimo, ili kakav lanac događaja pretvara zrno u jaje koje može proizvesti cijeli nova piletina. Ali oni nam nude toliku vrijednost, pouzdano i u velikim razmjerima, da bi se mogli smatrati naprednom tehnologijom. Pitanje da li se uređivanje gena i kodiranje živih sistema svodi na 'programiranje', dakle, uglavnom je semantičko. To je takođe sekundarno u odnosu na pravo pitanje: šta će se uraditi sa ovim novim i sve boljim sposobnostima? U pokušaju da shvatimo fundamentalno djelovanje biologije, sve dok pronalazimo načine da poboljšamo kvalitetu našeg života i zdravlja planete, ne bi trebalo biti bitno kojom riječju koristimo da to opišemo.