Biotech spune că poate programa viața pentru a face lucruri noi. E adevarat?

Oamenilor le place să spună lucrurilor ce să facă. Orice putem stabili, prezice și controla - de la computere la fabrici - putem programa pentru a obține rezultate fiabile și utile. Biotehnologia s-a maturizat până la punctul în care oamenii de știință consideră din ce în ce mai mult celulele vii ca fiind programabile, dar nu toată lumea este de acord cu utilizarea acestui termen. Prin modificarea și editarea genelor lor pentru a crea tot felul de produse noi utile, molecule, substanțe chimice și materiale la scară, liderii din acest domeniu al biologiei sintetice promit să reinventeze în mod fundamental modul în care facem lucrurile, conduși de tehnici noi și emergente de editare a ADN-ului. și potențialul productiv aparent nelimitat al biologiei.

Companii precum Zymergen, AmyrisAMRS
, și Gingko Bioworks sunt câțiva dintre cei care promovează acest concept, care a devenit un principiu de bază printre mulți în biotehnologie. „Ideea de bază din spatele biologiei sintetice este că biologia este în mod fundamental programabilă, deoarece rulează pe cod digital sub formă de ADN.” spuse Jason Kelly, CEO-ul Gingko Bioworks, într-o conferință recentă. „Dacă poți citi și scrie cod și ai o mașină care o va rula – pe care o numim o celulă – asta înseamnă programare.”

Ființele vii, de la cele mai simple celule până la organisme complexe, au fost deja industrializate. Agricultura animală este un exemplu evident, sau drojdiile, care sunt aruncate în cuve gigantice unde produc substanțe chimice esențiale precum acidul citric la scară largă. Dar ce se întâmplă dacă genele acelor drojdii ar putea fi editate astfel încât să producă, de exemplu, un mineral prețios sau o moleculă utilă farmaceutic? Ce se întâmplă dacă celulele unei vaci ar putea fi recodificate pentru a produce o cantitate constantă de filet mignon pur?

Imaginația poate năvăli cu această idee: introduceți instrucțiunile potrivite într-o celulă - sau miliarde de ele - și produceți noi substanțe chimice sau coloranți netoxici, purificați apa, faceți mai eficient. bioreactoare, cine știe ce altceva. Cu toată entuziasmul și promisiunea, pe măsură ce aceste idei și tehnici devin mai răspândite și mai sofisticate, apare și un dezacord cu privire la întrebarea: într-adevăr pretind că programează viața ca software-ul? Ar trebui să ne? Și ce înseamnă asta?

Pentru unii, biologia de programare oferă oportunitatea de a oferi abundență materială și economică de neegalat pentru întreaga planetă, îmbunătățind în același timp rolul nostru de administratori ai navei spațiale Pământ, oferindu-ne mai puține motive să dezgropăm combustibili fosili sau să producem substanțe chimice otrăvitoare pentru a fabrica lucrurile de care avem nevoie. si iubire. Alții văd întreaga noțiune ca puțin mai mult decât o analogie greșită, chiar o caracterizare greșită contraproductivă care riscă să trateze viața ca pe ceva mult mai puțin complex și misterios decât este cu adevărat. Schimbările climatice sunt doar un exemplu al modului în care astfel de atitudini ne pot duce în rătăcire. Așa cum este adesea cazul, o perspectivă poate fi găsită în spațiile dintre aceste puncte de vedere.

„Cutia neagră” a biologiei

În istoria recentă, oamenii au învățat multe despre funcționarea interioară a celulelor vii. Industria caută acum să inoveze prin interfațarea directă cu aceste funcționări interioare, aplicând logica calculului utilizând noi instrumente precum CRISPR pentru a edita gene individuale. Înțelegerea umană a sistemelor vii pe care aceste tehnologii le deblochează pentru noi este încă la început, dar acestea sunt deja folosite în mod productiv. The tehnologie ARNm în spatele COVID-19, de exemplu, încurajează imunitatea prin rescrie directă a instrucțiunilor celulelor pentru producerea de proteine. Dacă asta nu e programare, ce is aceasta?

Cheia ideii de programare a biologiei este faptul că sistemele vii rulează pe cod, ADN, pe care, mai degrabă decât unu și zerouri, îl interpretăm ca A, C, T și G. Este o limbă pe care oamenii o pot citi și chiar învață să scrie, dar încă nu putem face acest lucru fluent. Prin analogie, putem lucra cu cuvinte și fraze scurte, dar nu cu propoziții complete, cu atât mai puțin cu paragrafe sau capitole. Schimbarea unei singure litere dintr-o secvență genetică poate produce rezultate bune, rele sau nedetectabile și, de multe ori, rezultatul nu urmează așteptările logice.

Aproape nimic din toate acestea nu este valabil pentru codul computerizat, pe care oamenii îl înțeleg la un nivel fundamental pentru că, ei bine, l-am inventat noi. Unii susțin că, din acest motiv, nu putem niciodată programa cu adevărat biologia într-un sens semnificativ. Indiferent de măsurile pe care le luăm pentru a-l controla, ei ne amintesc: „viața găsește o cale” pentru a submina sau a ieși din cutiile pe care le construim în jurul lor (nu întotdeauna cu un efect atât de dramatic precum Jurassic Park). În programarea digitală, predictibilitatea este cheia. Există puțină utilizare pentru o aplicație pentru foi de calcul care schimbă în mod neașteptat o valoare numerică din când în când. Totuși, un lucru pe care îl putem spune cu siguranță despre viață este că este nu previzibil. De fapt, evoluția este alimentată de imprevizibilitate, mutația genetică contribuind în mare parte la varietatea uimitoare a vieții de pe Pământ.

În același timp, construim și utilizăm în mod regulat sisteme complexe cu predictibilitate semnificativ limitată. Avioanele, sistemele de trafic, rețelele de calculatoare, toate sunt formate din atât de multe părți mai mici, previzibile, încât comportamentul lor este previzibil doar până la un punct, întotdeauna capabil să facă ceva ce nimeni nu vede să vină. Pentru oricine nu-și cunoaște funcționarea interioară, chiar și un computer perfect construit ar putea fi numit „cutie neagră”: știm ce intră și ce iese, fără să înțelegem ce se întâmplă înăuntru. Ceva similar s-ar putea spune despre relația actuală cu biologia.

Logica Fuzzy

Din fericire pentru biotehnologie, calea către progres poate să nu necesite o înțelegere completă a codului vieții. Cunoștințe și abilități mai profunde pot fi atinse prin îmbrățișare marginile inevitabile de mister care provin din lucrul cu sisteme vii. Hrănirea unui cod genetic nou într-o celulă cu un rezultat așteptat, în timp ce este deschisă la neașteptat, ar putea fi numită programare, sau poate îndemna, punând o întrebare naturii însăși. În timp ce acest lucru poate să nu fie la fel de fiabil sau eficient ca elaborarea codului pentru un program de calculator, avantajul este că răspunsurile sunt adesea surprinzătoare și, uneori, se referă la întrebări care nici măcar nu au fost puse. Așa se întâmplă inovația și diferențiază biologia de orice alt domeniu „programabil” în câteva moduri interesante.

În industrie, nu există luxul de a aștepta o înțelegere completă a sistemelor complexe pe care evoluția le-a visat în ultimii patru miliarde de ani înainte de a putea fi utilizate. Imperativul de a atinge reperele și de a oferi produse utile, scalabile și, în cele din urmă, comercializabile nu lasă nicio opțiune decât aceea de a găsi calea cea mai directă către cele mai bune și mai utile rezultate. Acceptarea realității de a lucra cu imprevizibilitate înseamnă a construi Mai ales sisteme previzibile care pot tolera numeroasele comportamente neașteptate – dar adesea utile – ale naturii. Odată ce aceste procese sunt în domeniul repetabilității acceptate de procesele tradiționale de calcul sau de fabricație, distincția devine mai puțin importantă.

complexitatea biologiei este motiv de umilință, dar și entuziasm. Există o oportunitate în biotehnologie de a învăța și chiar de a valorifica procese și abilități pe care nimeni nu le-ar putea inventa niciodată, cu atât mai puțin să le înțeleagă pe deplin. Nu noi am inventat puiul, de exemplu, și cu siguranță nu înțelegem toate părțile sale de lucru, ce se întâmplă în mintea lui când îi hrănim sau care este lanțul de evenimente care transformă boabele într-un ou care poate produce un întreg. pui nou. Dar ne oferă atât de multă valoare, fiabil și la scară, încât ar putea la fel de bine să fie considerate tehnologie avansată. Întrebarea dacă editarea genelor și codificarea sistemelor vii înseamnă „programare”, atunci, este în mare măsură semantică. Este, de asemenea, secundar la întrebarea reală: ce se va face cu aceste abilități noi și în continuă îmbunătățire? În încercarea de a înțelege funcționarea fundamentală a biologiei, atâta timp cât găsim modalități de a ne îmbunătăți calitatea vieții și sănătatea planetei, nu ar trebui să conteze cu adevărat ce cuvânt folosim pentru a o descrie.