Biotech ამბობს, რომ მას შეუძლია დაპროგრამდეს ცხოვრება ახალი ნივთების შესაქმნელად. ეს მართალია?

ადამიანებს უყვართ იმის თქმა, თუ რა უნდა გააკეთონ. ყველაფერი, რისი დადგენა, პროგნოზირება და კონტროლი შეგვიძლია - კომპიუტერებიდან ქარხნებამდე - შეგვიძლია დავაპროგრამოთ საიმედო, სასარგებლო შედეგების მისაღებად. ბიოტექნოლოგია მომწიფდა იქამდე, რომ მეცნიერები სულ უფრო მეტად თვლიან ცოცხალ უჯრედებს პროგრამირებად, მაგრამ ყველა არ ეთანხმება ამ ტერმინის გამოყენებას. მათი გენების შეცვლით და რედაქტირებით, რათა შექმნან ყველა სახის სასარგებლო ახალი პროდუქტი, მოლეკულები, ქიმიკატები და მასალები მასშტაბური მასშტაბით, სინთეზური ბიოლოგიის ამ დარგის ლიდერები გვპირდებიან ფუნდამენტურად ხელახლა გამოიგონონ, თუ როგორ ვაკეთებთ ნივთებს, დნმ-ის რედაქტირების ახალი და განვითარებადი ტექნიკით გამოწვეული. და ბიოლოგიის ერთი შეხედვით უსაზღვრო პროდუქტიული პოტენციალი.

კომპანიები, როგორიცაა Zymergen, AmyrisAMRS
, და Gingko Bioworks არის ზოგიერთი მათგანი, ვინც ამ კონცეფციას აწინაურებს, რომელიც გახდა ძირითადი პრინციპი ბიოტექნოლოგიებში ბევრს შორის. „სინთეზური ბიოლოგიის მთავარი იდეა არის ის, რომ ბიოლოგია ფუნდამენტურად პროგრამირებადია, რადგან ის მუშაობს ციფრულ კოდზე დნმ-ის სახით. თქვა ჯეისონ კელიმGingko Bioworks-ის აღმასრულებელი დირექტორი, ბოლო კონფერენციაზე. თუ თქვენ შეგიძლიათ კოდის წაკითხვა და ჩაწერა და გაქვთ მანქანა, რომელიც გაუშვებს მას - რომელსაც ჩვენ უჯრედს ვუწოდებთ - ეს არის პროგრამირება.

ცოცხალი არსებები, უმარტივესი უჯრედებიდან დაწყებული და რთული ორგანიზმებით დამთავრებული, უკვე ინდუსტრიულირებულია. ცხოველთა სოფლის მეურნეობა აშკარა მაგალითია, ანუ საფუარი, რომლებიც გიგანტურ ჭურჭელში ყრიან, სადაც ისინი წარმოქმნიან აუცილებელ ქიმიკატებს, როგორიცაა ლიმონმჟავა, ფართო მასშტაბით. მაგრამ რა მოხდება, თუ ამ საფუარის გენების რედაქტირება შეიძლებოდა ისე, რომ მათ ნაცვლად წარმოქმნან, მაგალითად, ძვირფასი მინერალი ან ფარმაცევტულად სასარგებლო მოლეკულა? რა მოხდება, თუ ძროხის უჯრედების ხელახლა კოდირება შესაძლებელი იქნებოდა სუფთა ფილე მინიონის მუდმივი მარაგის მისაღებად?

ფანტაზია შეიძლება გააქტიურდეს ამ იდეით: შეიტანეთ სწორი ინსტრუქციები უჯრედში - ან მილიარდობით მათგან - და წარმოიქმნება ახალი ქიმიკატები ან არატოქსიკური საღებავები, გაასუფთავეთ წყალი, გახადეთ უფრო ეფექტური. ბიორეაქტორები, ვინ იცის კიდევ რა. ყველა მღელვარებისა და დაპირების მიუხედავად, რადგან ეს იდეები და ტექნიკა უფრო ფართოდ გავრცელებული და დახვეწილი ხდება, უთანხმოებაც ჩნდება კითხვაზე: შეგვიძლია თუ არა ნამდვილად პრეტენზია პროგრამული უზრუნველყოფის მსგავს ცხოვრებაზე? ჩვენ უნდა? და ეს საერთოდ რას ნიშნავს?

ზოგიერთისთვის პროგრამირების ბიოლოგია იძლევა შესაძლებლობას უზრუნველყოს უბადლო მატერიალური და ეკონომიკური სიუხვე მთელი პლანეტისთვის, ამავდროულად გააუმჯობესოს ჩვენი როლი, როგორც კოსმოსური ხომალდის დედამიწაზე, რაც გვაძლევს ნაკლებ მიზეზს წიაღისეული საწვავის გათხრის ან შხამიანი ქიმიკატების წარმოებისთვის, რაც ჩვენ გვჭირდება. და სიყვარული. სხვები აღიქვამენ მთელ ცნებას, როგორც ცოტა მეტს, ვიდრე მცდარი ანალოგია, თუნდაც კონტრპროდუქტიული არასწორი დახასიათება, რომელიც რისკავს განიხილოს ცხოვრება, როგორც რაღაც გაცილებით ნაკლებად რთული და იდუმალი, ვიდრე სინამდვილეშია. კლიმატის ცვლილება მხოლოდ ერთი მაგალითია იმისა, თუ როგორ შეიძლება ამგვარმა დამოკიდებულებამ შეცდომაში შეგვიყვანოს. როგორც ხშირად ხდება, გამჭრიახობა შეიძლება მოიძებნოს ამ თვალსაზრისებს შორის არსებულ სივრცეებში.

ბიოლოგიის "შავი ყუთი".

უახლეს ისტორიაში ადამიანებმა ბევრი რამ გაიგეს ცოცხალი უჯრედების შინაგანი მუშაობის შესახებ. ინდუსტრია ახლა ეძებს ინოვაციებს ამ შიდა სამუშაოებთან უშუალოდ ინტერფეისით, გამოთვლის ლოგიკის გამოყენებით ძლიერი ახლის გამოყენებით. ინსტრუმენტები, როგორიცაა CRISPR ინდივიდუალური გენების რედაქტირება. ადამიანური გაგება ცოცხალი სისტემების შესახებ, რომლებსაც ეს ტექნოლოგიები ხსნის ჩვენთვის ჯერ კიდევ საწყის ეტაპზეა, მაგრამ ისინი უკვე გამოიყენება პროდუქტიულად. The mRNA ტექნოლოგია მაგალითად, COVID-19-ის მიღმა აძლიერებს იმუნიტეტს უჯრედების ინსტრუქციების პირდაპირ გადაწერით ცილების წარმოებისთვის. თუ ეს არ არის პროგრამირება, რა is ეს?

პროგრამირების ბიოლოგიის იდეის გასაღები არის ის ფაქტი, რომ ცოცხალი სისტემები მუშაობენ კოდზე, დნმ-ზე, რომელსაც ჩვენ განვმარტავთ, როგორც A-ს, C-ს, T-ს და G-ს. ეს არის ენა, რომელსაც ადამიანებს შეუძლიათ წაიკითხონ და წერასაც კი სწავლობენ, მაგრამ ჩვენ ჯერ არ შეგვიძლია ამის გაკეთება თავისუფლად. ანალოგიის გზით, ჩვენ შეგვიძლია ვიმუშაოთ სიტყვებთან და მოკლე ფრაზებთან, მაგრამ არა სრულ წინადადებებთან, რომ აღარაფერი ვთქვათ აბზაცებსა თუ თავებზე. გენეტიკური თანმიმდევრობით მხოლოდ ერთი ასოს შეცვლამ შეიძლება გამოიწვიოს კარგი, ცუდი ან გამოუცნობი შედეგები და ძალიან ხშირად შედეგი არ შეესაბამება ლოგიკურ მოლოდინს.

თითქმის არცერთი ეს არ ეხება კომპიუტერულ კოდს, რომელიც ადამიანებს ფუნდამენტურ დონეზე ესმით, რადგან ის ჩვენ გამოვიგონეთ. ზოგიერთი ამტკიცებს, რომ ამ მიზეზით, ჩვენ ვერასოდეს შეგვიძლია ბიოლოგიის ჭეშმარიტად დაპროგრამება მნიშვნელოვანი გაგებით. არ აქვს მნიშვნელობა რა ზომებს მივიღებთ მის გასაკონტროლებლად, ისინი გვახსენებენ, ”ცხოვრება გზას პოულობსძირს უთხრის ან ამოვართვი ყუთები, რომლებსაც მათ გარშემო ვაშენებთ (არა ყოველთვის ისეთი დრამატული ეფექტით, როგორიც Jurassic Park). ციფრულ პროგრამირებაში მთავარია პროგნოზირებადობა. ელცხრილების აპს, რომელიც მოულოდნელად ცვლის რიცხვის მნიშვნელობას დროდადრო, ნაკლებად სარგებლობს. მაგრამ ერთი რამ, რაც შეგვიძლია დანამდვილებით ვთქვათ ცხოვრებაზე, არის ის, რომ ეს ასეა არ პროგნოზირებადი. ფაქტობრივად, ევოლუცია გამოწვეულია არაპროგნოზირებადობით, გენეტიკური მუტაციით, რამაც ხელი შეუწყო დედამიწაზე ცხოვრების კაშკაშა მრავალფეროვნებას.

ამავდროულად, ჩვენ რეგულარულად ვაშენებთ და ვიყენებთ მნიშვნელოვნად შეზღუდული პროგნოზირებადობის კომპლექსურ სისტემებს. თვითმფრინავები, სატრანსპორტო სისტემები, კომპიუტერული ქსელები, ყველაფერი შედგება იმდენი პატარა, პროგნოზირებადი ნაწილისგან, რომ მათი ქცევა პროგნოზირებადია მხოლოდ იმ მომენტამდე, ყოველთვის შეუძლია გააკეთოს ის, რასაც ვერავინ ხედავს. მათთვის, ვინც არ იცის მისი შინაგანი ფუნქციონირება, იდეალურად აშენებულ კომპიუტერსაც კი შეიძლება ეწოდოს „შავი ყუთი“: ჩვენ ვიცით, რა შედის და რა გამოდის, არ გვესმის, რა ხდება შიგნით. მსგავსი რამ შეიძლება ითქვას ბიოლოგიასთან ამჟამინდელ ურთიერთობაზე.

ბუნდოვანი ლოგიკა

ბიოტექნოლოგიის საბედნიეროდ, პროგრესისკენ მიმავალი გზა შეიძლება არ მოითხოვდეს ცხოვრების კოდექსის სრულ გაგებას. უფრო ღრმა ცოდნისა და შესაძლებლობების მიღწევა შესაძლებელია მოიცავს საიდუმლოების გარდაუვალი ზღვრები, რომლებიც მოდის ცოცხალ სისტემებთან მუშაობისგან. ახალი გენეტიკური კოდის უჯრედში მოსალოდნელი შედეგის მიწოდება, მაგრამ ასევე ღიაა მოულოდნელობისთვის, შეიძლება ეწოდოს პროგრამირება, ან შესაძლოა, ბუნებისადმი კითხვის დასმა. მიუხედავად იმისა, რომ ეს შეიძლება არ იყოს ისეთი სანდო ან ეფექტური, როგორც კომპიუტერული პროგრამის კოდის შედგენა, დადებითი მხარე ის არის, რომ პასუხები ხშირად გასაკვირია და ზოგჯერ ეხება კითხვებს, რომლებიც არც კი იყო დასმული. ასე ხდება ინოვაცია და ის გამოარჩევს ბიოლოგიას ნებისმიერი სხვა „პროგრამირებადი“ დომენისგან რამდენიმე საინტერესო გზით.

ინდუსტრიაში, არ არის იმის ფუფუნება, რომ დაველოდოთ იმ რთული სისტემების სრულყოფილებას, რომლებზეც ევოლუცია ოცნებობდა ბოლო ოთხი მილიარდი წლის განმავლობაში, სანამ ისინი გამოიყენებდნენ. იმპერატივი, რომ მიაღწიოთ ეტაპებს და მიაწოდოთ სასარგებლო, მასშტაბური და, საბოლოოდ, გაყიდვადი პროდუქტები, არ ტოვებს სხვა გზას, გარდა საუკეთესო და ყველაზე სასარგებლო შედეგებისკენ ყველაზე პირდაპირი გზის პოვნისა. არაპროგნოზირებადობასთან მუშაობის რეალობის მიღება ნიშნავს მშენებლობას ძირითადად პროგნოზირებადი სისტემები, რომლებსაც შეუძლიათ მოითმინონ ბუნების მრავალი მოულოდნელი - მაგრამ ხშირად სასარგებლო - ქცევა. მას შემდეგ, რაც ეს პროცესები განმეორებადობის სფეროს მიეკუთვნება, რომელიც მიღებულია ტრადიციული გამოთვლით ან წარმოების პროცესებით, განსხვავება ნაკლებად მნიშვნელოვანი ხდება.

ის ბიოლოგიის სირთულე არის თავმდაბლობის, მაგრამ ასევე ენთუზიაზმის მიზეზი. ბიოტექნოლოგიაში არის შესაძლებლობა ისწავლოს და კიდევ გამოიყენოს ის პროცესები და შესაძლებლობები, რომლებსაც ვერავინ ვერ გამოიგონებს, რომ აღარაფერი ვთქვათ სრულად გაგება. ჩვენ არ გამოვიგონეთ ქათამი, მაგალითად, და, რა თქმა უნდა, არ გვესმის მისი ყველა სამუშაო ნაწილი, რა ხდება მის გონებაში, როდესაც ვაჭმევთ მათ, ან რა მოვლენათა ჯაჭვი აქცევს მარცვლებს კვერცხად, რომელსაც შეუძლია წარმოქმნას მთელი ახალი ქათამი. მაგრამ ისინი გვთავაზობენ იმდენ ღირებულებას, საიმედოდ და მასშტაბურს, რომ ისინი ასევე შეიძლება ჩაითვალოს მოწინავე ტექნოლოგიად. კითხვა იმის შესახებ, არის თუ არა გენის რედაქტირება და დაშიფვრა ცოცხალი სისტემების „პროგრამირებას“, ძირითადად სემანტიკურია. ეს ასევე მეორეხარისხოვანია რეალურ კითხვაზე: რა გაკეთდება ამ ახალი და მუდმივად გაუმჯობესებული შესაძლებლობებით? ბიოლოგიის ფუნდამენტური მუშაობის გაგების მცდელობისას, სანამ ჩვენ ვპოულობთ გზებს ჩვენი ცხოვრების ხარისხისა და პლანეტის ჯანმრთელობის გასაუმჯობესებლად, არ უნდა ჰქონდეს მნიშვნელობა რა სიტყვას გამოვიყენებთ მის აღსაწერად.