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

Ljudi vole govoriti stvarima što da rade. Sve što možemo uspostaviti, predvidjeti i kontrolirati - od računala do tvornica - možemo programirati kako bismo dobili pouzdane, korisne rezultate. Biotehnologija je sazrela do točke u kojoj znanstvenici sve više smatraju žive stanice programibilnim, ali ne slažu se svi s korištenjem tog pojma. Tragajući i uređujući svoje gene kako bi stvorili sve vrste korisnih novih proizvoda, molekula, kemikalija i materijala u velikom obimu, lideri u ovom području sintetičke biologije obećavaju da će iz temelja izmisliti način na koji stvaramo stvari, vođeni novim i novim tehnikama za uređivanje DNK i naizgled neograničeni produktivni potencijal biologije.

Tvrtke poput Zymergena, AmyrisaAMRS
, 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 programabilna, jer radi na digitalnom kodu u obliku DNK", rekao je Jason Kelly, izvršni direktor Gingko Bioworksa, na nedavnoj konferenciji. "Ako možete čitati i pisati kod, a imate stroj koji će ga pokrenuti - što mi zovemo ćelija - to je programiranje."

Živa bića, od najjednostavnijih stanica pa sve do složenih organizama, već su industrijalizirana. Stočarstvo je očiti primjer, ili kvasci, koji se bacaju u goleme kace gdje proizvode bitne kemikalije poput limunske kiseline u velikim razmjerima. Ali što ako bi se geni tih kvasaca mogli urediti tako da umjesto toga proizvode, na primjer, dragocjeni mineral ili farmaceutski korisnu molekulu? Što ako se stanice krave mogu ponovno kodirati kako bi se proizvela stalna zaliha čistog filet mignona?

Mašta može podivljati s ovom idejom: dajte prave upute u stanicu - ili milijarde njih - i proizvedite nove kemikalije ili netoksične boje, pročistite vodu, učinite učinkovitijima bioreaktori, tko zna što još. Uz svo uzbuđenje i obećanje, kako ove ideje i tehnike postaju sve raširenije i sofisticiranije, pojavljuje se i neslaganje oko pitanja: možemo li stvarno tvrditi da je programski život poput softvera? Bili trebali? I što to uopće znači?

Nekima biologija programiranja nudi priliku za pružanje neusporedivog materijalnog i ekonomskog obilja za cijeli planet, istovremeno poboljšavajući našu ulogu upravitelja svemirskog broda Zemlja, dajući nam manje razloga za iskopavanje fosilnih goriva ili proizvodnju otrovnih kemikalija za proizvodnju stvari koje su nam potrebne. i ljubav. Drugi vide cijeli pojam kao nešto više od pogrešne analogije, čak i kontraproduktivne pogrešne karakterizacije koja riskira tretiranje života kao nečeg mnogo manje složenog i tajanstvenog nego što uistinu jest. Klimatske promjene samo su jedan primjer kako nas takvi stavovi mogu odvesti na krivi put. Kao što je često slučaj, uvid se može pronaći u prostorima između ovih točaka gledišta.

'Crna kutija' biologije

U novijoj povijesti ljudi su naučili mnogo o unutarnjem radu živih stanica. Industrija sada želi inovirati izravnim sučeljem s tim unutarnjim radom, primjenjujući logiku računanja koristeći moćne nove alati poput CRISPR-a za uređivanje pojedinih gena. Ljudsko razumijevanje živih sustava koje nam ove tehnologije otključavaju još je u povojima, ali se već produktivno koriste. The mRNA tehnologija iza COVID-19, na primjer, potiče imunitet izravnim prepisivanjem uputa stanica za proizvodnju proteina. Ako to nije programiranje, što is što?

Ključ za ideju biologije programiranja je činjenica da živi sustavi 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 pisati, ali mi to još ne možemo tečno. Analogno, možemo raditi s riječima i kratkim frazama, ali ne i punim rečenicama, a kamoli odlomcima 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 vrijedi za računalni kod, koji ljudi razumiju na temeljnoj razini jer smo ga mi izmislili. Neki tvrde da iz tog razloga nikada ne možemo istinski programirati biologiju u smislenom smislu. Bez obzira na to koje mjere poduzimamo da ga kontroliramo, podsjećaju nas, “život nađe način” kako bi potkopali ili izbili iz kutija koje gradimo oko njih (ne uvijek s tako dramatičnim efektom kao što je Jurski park). U digitalnom programiranju ključna je predvidljivost. Malo je koristi od aplikacije za proračunske tablice koja s vremena na vrijeme neočekivano mijenja brojčanu vrijednost. Ipak, jedno možemo sa sigurnošću reći o životu da jest ne predvidljiv. Zapravo, evoluciju pokreće nepredvidljivost, genetska mutacija je pridonijela velikom dijelu blistave raznolikosti života na Zemlji.

Istodobno, redovito gradimo i koristimo složene sustave značajno ograničene predvidljivosti. Zrakoplovi, prometni sustavi, računalne mreže, sve se sastoji od toliko manjih, predvidljivih dijelova da je njihovo ponašanje predvidljivo samo do određene točke, uvijek sposobni učiniti nešto što nitko ne vidi. Za svakoga tko ne poznaje njegovo unutarnje djelovanje, čak bi se i savršeno konstruirano računalo moglo nazvati 'crnom kutijom': znamo što ulazi, a što izlazi, a da ne razumijemo što se događa unutra. Nešto slično bi se moglo reći i o sadašnjem odnosu prema biologiji.

Mutna logika

Srećom za biotehnologiju, put do napretka možda neće zahtijevati potpuno razumijevanje životnog koda. Dublje znanje i sposobnosti mogu se steći obuhvaćajući neizbježne margine misterije koje proizlaze iz rada sa živim sustavima. Unošenje novog genetskog koda u stanicu s očekivanim rezultatom, a istovremeno otvoreno za neočekivano, moglo bi se nazvati programiranjem, ili možda podsticanjem, postavljajući pitanje samoj prirodi. Iako ovo možda nije tako pouzdano ili učinkovito kao sastavljanje koda za računalni program, dobra strana je što su odgovori često iznenađujući, a ponekad se odnose na pitanja koja nisu ni postavljena. Tako se događa inovacija, koja na neke uzbudljive načine izdvaja biologiju od bilo koje druge 'programabilne' domene.

U industriji ne postoji luksuz čekanja na potpuno razumijevanje složenih sustava koje je evolucija zamislila tijekom posljednje četiri milijarde godina prije nego što se mogu staviti u uporabu. Imperativ za postizanje prekretnica i isporuku korisnih, skalabilnih i u konačnici tržišnih proizvoda ne ostavlja nikakvu opciju osim pronalaženja najizravnijeg puta do najboljih i najkorisnijih rezultata. Prihvaćanje stvarnosti rada s nepredvidljivošću znači izgradnju uglavnom predvidljivi sustavi koji mogu tolerirati mnoga neočekivana - ali često korisna - ponašanja prirode. Nakon što su ti procesi unutar područja ponovljivosti prihvaćene tradicionalnim procesima računanja ili proizvodnje, razlika postaje manje važna.

Korištenje električnih romobila ističe složenost biologije je razlog za poniznost, ali i entuzijazam. Biotehnologija ima priliku naučiti, pa čak i iskoristiti procese i sposobnosti koje nitko nikada ne bi mogao izmisliti, a kamoli u potpunosti razumjeti. Nismo mi izmislili piletinu, na primjer, i zasigurno ne razumijemo sve njezine radne dijelove, što joj se događa u mislima kada ih hranimo ili kakav lanac događaja pretvara zrna 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 sustava svodi na 'programiranje', dakle, uglavnom je semantičko. To je također sekundarno u odnosu na pravo pitanje: što će se učiniti s ovim novim i sve boljim sposobnostima? U pokušaju razumijevanja temeljnog djelovanja biologije, sve dok pronalazimo načine za poboljšanje kvalitete života i zdravlja planeta, zapravo ne bi trebalo biti važno kojom riječi koristimo da to opišemo.