Биотехнология бұл өмірді жаңа заттар жасауға бағдарламалай алатынын айтады. Бұл рас па?

Адамдар не істеу керектігін айтуды жақсы көреді. Біз орнатуға, болжауға және басқаруға болатын кез келген нәрсені — компьютерлерден бастап зауыттарға дейін — біз сенімді, пайдалы нәтижелер алу үшін бағдарламалай аламыз. Биотехнология ғалымдар тірі жасушаларды бағдарламаланатын деп санайтын деңгейге жетті, бірақ бәрі бірдей бұл терминді қолданумен келіспейді. Пайдалы жаңа өнімдердің, молекулалардың, химиялық заттардың және материалдардың барлық түрлерін жасау үшін олардың гендерін өңдеу және өңдеу арқылы синтетикалық биологияның осы саласындағы көшбасшылары ДНҚ өңдеудің жаңа және дамып келе жатқан әдістеріне сүйене отырып, біз заттарды жасау тәсілін түбегейлі қайта ойлап табуға уәде береді. және биологияның шексіз болып көрінетін өндірістік мүмкіндіктері.

Zymergen, Amyris сияқты компанияларAMRS
, және Gingko Bioworks - осы тұжырымдаманы алға жылжытушылардың кейбірі, ол биотехнологияда көптеген адамдар арасында негізгі қағидаға айналды. «Синтетикалық биологияның негізгі идеясы - биологияның бағдарламаланатындығы, өйткені ол ДНҚ түріндегі цифрлық кодта жұмыс істейді». - деді Джейсон Келли, Gingko Bioworks бас директоры, жақында өткен конференцияда. «Егер сіз кодты оқи және жаза алсаңыз және сізде оны іске қосатын машина болса - біз оны ұяшық деп атаймыз - бұл бағдарламалау».

Қарапайым жасушалардан бастап, күрделі организмдерге дейінгі тірі заттар қазірдің өзінде өнеркәсіптік дамыған. Жануарлардың ауылшаруашылығы айқын мысал немесе ашытқылар, олар үлкен көлемде лимон қышқылы сияқты маңызды химиялық заттарды өндіретін алып құмыраға тасталады. Бірақ бұл ашытқылардың гендерін, мысалы, бағалы минералды немесе фармацевтикалық тұрғыдан пайдалы молекуланы түзетіндей етіп өңдеуге болатын болса ше? Егер сиырдың жасушалары таза филе миньонының тұрақты қорын өндіру үшін қайта кодталатын болса ше?

Қиял осы идеямен жабайы болуы мүмкін: дұрыс нұсқауларды жасушаға немесе олардың миллиардтағанына беріңіз және жаңа химиялық заттарды немесе улы емес бояғыштарды шығарыңыз, суды тазартыңыз, тиімдірек етіңіз. биореакторлар, кім біледі тағы не. Барлық толқулар мен уәделерге қарамастан, бұл идеялар мен әдістер кеңірек және күрделі бола түскен сайын, келесі сұраққа қатысты келіспеушіліктер туындайды: шынында бағдарламалық жасақтама сияқты өмір сүруді талап етесіз бе? Біз керек пе? Және бұл нені білдіреді?

Кейбіреулерге бағдарламалау биологиясы бүкіл планетаны теңдесі жоқ материалдық және экономикалық молшылықпен қамтамасыз ету мүмкіндігін ұсынады, сонымен бірге Жер ғарыш кемесінің басқарушылары ретінде біздің рөлімізді жақсартады, бұл бізге қажетті заттарды өндіру үшін қазба отындарын қазып алуға немесе улы химикаттар өндіруге азырақ негіз береді. және махаббат. Басқалары бұл ұғымды қате ұқсастықтан, тіпті өмірді шындығынан әлдеқайда күрделі және жұмбақ нәрсе ретінде қарастыруға қауіп төндіретін теріс сипаттама деп санайды. Климаттың өзгеруі - мұндай көзқарастардың бізді қалай адастыруы мүмкін екендігінің бір ғана мысалы. Көбінесе түсінікті осы көзқарастар арасындағы кеңістікте табуға болады.

Биологияның «қара жәшігі».

Соңғы тарихта адамдар тірі жасушалардың ішкі жұмысы туралы көп нәрсе білді. Өнеркәсіп қазір осы ішкі жұмыстармен тікелей араласып, қуатты жаңа технологияларды қолдану арқылы есептеу логикасын қолдана отырып, инновацияларды іздейді. CRISPR сияқты құралдар жеке гендерді редакциялау. Бұл технологиялар біз үшін ашатын тірі жүйелер туралы адамның түсінігі әлі бастапқы кезеңде, бірақ олар қазірдің өзінде өнімді пайдалануға берілуде. The mRNA технологиясы мысалы, COVID-19 артында, ақуыздарды өндіруге арналған жасушалардың нұсқауларын тікелей қайта жазу арқылы иммунитетті арттырады. Егер бұл бағдарламалау болмаса, не is бұл?

Бағдарламалау биологиясының идеясының кілті тірі жүйелер кодта, ДНҚ-да жұмыс істейді, біз оны бір және нөлден гөрі A, C, T және G деп түсіндіреміз. Бұл адамдар оқи алатын, тіпті жазуды үйренетін тіл, бірақ біз оны әлі еркін меңгере алмаймыз. Аналогия ретінде біз сөздермен және қысқа сөз тіркестерімен жұмыс істей аламыз, бірақ абзацтарды немесе тарауларды айтпағанда, толық сөйлемдермен емес. Генетикалық тізбектегі бір әріпті өзгерту жақсы, нашар немесе анықталмайтын нәтижелерді тудыруы мүмкін және көбінесе нәтиже логикалық күтулерге сәйкес келмейді.

Бұның ешқайсысы дерлік адамдар іргелі деңгейде түсінетін компьютерлік кодқа қатысты емес, өйткені біз оны ойлап тапқанбыз. Кейбіреулер осы себепті біз ешқашан биологияны мағыналы мағынада бағдарламалай алмаймыз деп айтады. Оны бақылау үшін қандай шаралар қолдансақ та, олар бізге еске салады, «өмір өз жолын табады” біз олардың айналасында құрастыратын қораптарды бұзу немесе бұзу үшін (әрдайым Юра саябағы сияқты әсерлі әсер ете бермейді). Сандық бағдарламалауда болжамдылық маңызды болып табылады. Кездейсоқ сан мәнін күтпеген жерден өзгертетін электрондық кесте қолданбасының пайдасы шамалы. Дегенмен, өмір туралы нақты айта алатын бір нәрсе - бұл емес болжауға болатын. Шын мәнінде, эволюция алдын ала болжауға болмайтындықтан, генетикалық мутация Жердегі таңғажайып өмірдің көп бөлігіне ықпал етті.

Бұл ретте біз жүйелі түрде болжау мүмкіндігі айтарлықтай шектеулі күрделі жүйелерді құрастырамыз және пайдаланамыз. Ұшақтар, трафик жүйелері, компьютерлік желілер, барлығы соншалықты кішігірім, болжауға болатын бөліктерден тұрады, олардың мінез-құлқын тек белгілі бір уақытқа дейін болжауға болады, әрқашан ешкім көрмейтін нәрсені жасауға қабілетті. Оның ішкі жұмысын білмейтін кез келген адам үшін тіпті тамаша құрастырылған компьютерді де «қара жәшік» деп атауға болады: біз ішінде не болып жатқанын түсінбей-ақ, не кіріп, не шығатынын білеміз. Осыған ұқсас нәрсені биологиямен қазіргі қарым-қатынас туралы айтуға болады.

Бұлыңғыр логика

Бақытымызға орай, биотехнология үшін прогресс жолы өмір кодын толық түсінуді қажет етпеуі мүмкін. Терең білім мен қабілеттерге қол жеткізуге болады құшақтау тірі жүйелермен жұмыс істеуден туындайтын құпияның сөзсіз шеттері. Күтілетін нәтижеге ие жасушаға жаңа генетикалық кодты беру, сонымен бірге күтпеген жағдайға ашық болуды бағдарламалау деп атауға болады немесе табиғаттың өзіне сұрақ қояды. Бұл компьютерлік бағдарламаның кодын жасау сияқты сенімді немесе тиімді болмауы мүмкін, бірақ жауаптар жиі таң қалдырады және кейде тіпті сұралмаған сұрақтарға қатысты болады. Инновация осылай жүреді және ол биологияны кез келген басқа «бағдарламаланатын» доменнен кейбір қызықты жолдармен ерекшелендіреді.

Өнеркәсіпте соңғы төрт миллиард жыл ішінде эволюция армандаған күрделі жүйелерді пайдалануға беруді күтудің сәні жоқ. Белгіленген белестерді бағындыру және пайдалы, ауқымды және сайып келгенде сатылатын өнімдерді жеткізу үшін ең жақсы және ең пайдалы нәтижелерге ең тікелей жолды табудан басқа таңдау қалдырмайды. Болжамсыздықпен жұмыс істеудің шындығын қабылдау құрылысты білдіреді негізінен табиғаттың көптеген күтпеген, бірақ жиі пайдалы әрекеттеріне төзе алатын болжамды жүйелер. Бұл процестер дәстүрлі есептеулер немесе өндірістік процестермен қабылданатын қайталану аймағында болғаннан кейін, айырмашылықтың маңыздылығы азаяды.

The биологияның күрделілігі кішіпейілділікке себеп болады, сонымен бірге ынта. Биотехнологияда толық түсіну былай тұрсын, ешкім ешқашан ойлап таба алмайтын процестер мен қабілеттерді үйренуге және тіпті қолдануға мүмкіндік бар. Мысалы, біз тауықты ойлап тапқан жоқпыз және оның барлық жұмыс бөліктерін, біз оларды тамақтандырған кезде оның санасында не болып жатқанын немесе дәнді тұтас жұмыртқа шығаратын жұмыртқаға айналдыратын оқиғалар тізбегін түсінбейміз. жаңа тауық. Бірақ олар бізге сенімді және ауқымды құндылықты ұсынатыны сонша, оларды озық технология деп санауға болады. Гендерді өңдеу және тірі жүйелерді кодтау «бағдарламалау» болып табылады ма деген сұрақ негізінен семантикалық болып табылады. Бұл сондай-ақ нақты сұраққа қатысты: бұл жаңа және үнемі жетілдірілетін қабілеттермен не істеу керек? Биологияның іргелі жұмысын түсінуге тырысқанда, біз өмір сүру сапасын және планетаның денсаулығын жақсартудың жолдарын тауып жатқанда, оны сипаттау үшін қандай сөзді қолданатынымыз маңызды болмауы керек.