Η Biotech λέει ότι μπορεί να προγραμματίσει τη ζωή για να δημιουργήσει νέα πράγματα. Είναι αλήθεια ότι?

Οι άνθρωποι αγαπούν να λένε πράγματα τι να κάνουν. Οτιδήποτε μπορούμε να δημιουργήσουμε, να προβλέψουμε και να ελέγξουμε - από υπολογιστές έως εργοστάσια - μπορούμε να προγραμματίσουμε για να έχουμε αξιόπιστα, χρήσιμα αποτελέσματα. Η βιοτεχνολογία έχει ωριμάσει σε σημείο που οι επιστήμονες θεωρούν όλο και περισσότερο τα ζωντανά κύτταρα ως προγραμματιζόμενα, αλλά δεν συμφωνούν όλοι με τη χρήση αυτού του όρου. Με την επεξεργασία και την επεξεργασία των γονίδιών τους για τη δημιουργία όλων των ειδών χρήσιμων νέων προϊόντων, μορίων, χημικών ουσιών και υλικών σε κλίμακα, οι ηγέτες σε αυτόν τον τομέα της συνθετικής βιολογίας υπόσχονται να επανεφεύρουν θεμελιωδώς τον τρόπο που φτιάχνουμε τα πράγματα, οδηγούμενοι από νέες και αναδυόμενες τεχνικές για την επεξεργασία του DNA και τις φαινομενικά απεριόριστες παραγωγικές δυνατότητες της βιολογίας.

Εταιρείες όπως η Zymergen, η AmyrisAMRS
, και η Gingko Bioworks είναι μερικοί από αυτούς που προωθούν αυτήν την ιδέα, η οποία έχει γίνει βασικό δόγμα μεταξύ πολλών στη βιοτεχνολογία. «Η βασική ιδέα πίσω από τη συνθετική βιολογία είναι ότι η βιολογία είναι θεμελιωδώς προγραμματίσιμη, επειδή λειτουργεί με ψηφιακό κώδικα με τη μορφή DNA». είπε ο Τζέισον Κέλι, Διευθύνων Σύμβουλος της Gingko Bioworks, σε πρόσφατο συνέδριο. "Αν μπορείτε να διαβάσετε και να γράψετε κώδικα και έχετε ένα μηχάνημα που θα τον εκτελεί - το οποίο ονομάζουμε κελί - αυτό είναι προγραμματισμός."

Τα έμβια όντα, από τα πιο απλά κύτταρα μέχρι τους πολύπλοκους οργανισμούς, έχουν ήδη βιομηχανοποιηθεί. Η κτηνοτροφία είναι ένα προφανές παράδειγμα, ή οι ζύμες, οι οποίες ρίχνονται σε γιγάντιες δεξαμενές όπου παράγουν βασικές χημικές ουσίες όπως το κιτρικό οξύ σε τεράστια κλίμακα. Αλλά τι θα γινόταν αν τα γονίδια αυτών των ζυμομυκήτων μπορούσαν να επεξεργαστούν έτσι ώστε να παράγουν, για παράδειγμα, ένα πολύτιμο ορυκτό ή ένα φαρμακευτικά χρήσιμο μόριο; Τι θα γινόταν αν τα κύτταρα μιας αγελάδας μπορούσαν να επανακωδικοποιηθούν για να παράγουν μια σταθερή παροχή καθαρού φιλέτο μινιόν;

Η φαντασία μπορεί να τρέξει άγρια ​​με αυτήν την ιδέα: τροφοδοτήστε τις σωστές οδηγίες σε ένα κύτταρο —ή δισεκατομμύρια από αυτές— και παράγετε νέες χημικές ουσίες ή μη τοξικές βαφές, καθαρίστε το νερό, κάνετε πιο αποτελεσματικές βιοαντιδραστήρες, ποιος ξέρει τι άλλο. Παρ' όλο τον ενθουσιασμό και την υπόσχεση, καθώς αυτές οι ιδέες και οι τεχνικές γίνονται πιο διαδεδομένες και περίπλοκες, αναδύεται επίσης διαφωνία σχετικά με το ερώτημα: Μπορούμε πραγματικά ισχυρίζονται ότι η ζωή του προγράμματος είναι όπως το λογισμικό; Εμεις πρέπει? Και τι σημαίνει ακόμη αυτό;

Σε ορισμένους, η βιολογία προγραμματισμού προσφέρει την ευκαιρία να προσφέρει απαράμιλλη υλική και οικονομική αφθονία για ολόκληρο τον πλανήτη, βελτιώνοντας παράλληλα τον ρόλο μας ως διαχειριστές του Διαστημόπλοιου Γη, δίνοντάς μας λιγότερους λόγους να ανακαλύπτουμε ορυκτά καύσιμα ή να παράγουμε δηλητηριώδη χημικά για να κατασκευάσουμε τα πράγματα που χρειαζόμαστε και αγάπη. Άλλοι βλέπουν την όλη ιδέα ως κάτι περισσότερο από μια εσφαλμένη αναλογία, ακόμη και έναν αντιπαραγωγικό εσφαλμένο χαρακτηρισμό που κινδυνεύει να αντιμετωπίσει τη ζωή ως κάτι πολύ λιγότερο περίπλοκο και μυστηριώδες από ό,τι είναι στην πραγματικότητα. Η κλιματική αλλαγή είναι μόνο ένα παράδειγμα του πώς τέτοιες συμπεριφορές μπορεί να μας παρασύρουν. Όπως συμβαίνει συχνά, η διορατικότητα μπορεί να βρεθεί στα κενά μεταξύ αυτών των απόψεων.

Το «Μαύρο Κουτί» της Βιολογίας

Στην πρόσφατη ιστορία, οι άνθρωποι έχουν μάθει πολλά για την εσωτερική λειτουργία των ζωντανών κυττάρων. Η βιομηχανία επιδιώκει τώρα να καινοτομήσει μέσω της άμεσης διεπαφής με αυτές τις εσωτερικές λειτουργίες, εφαρμόζοντας τη λογική του υπολογισμού χρησιμοποιώντας ισχυρά νέα εργαλεία όπως το CRISPR για να επεξεργαστείτε μεμονωμένα γονίδια. Η ανθρώπινη κατανόηση των ζωντανών συστημάτων που μας ξεκλειδώνουν αυτές οι τεχνολογίες είναι ακόμη σε αρχικό στάδιο, αλλά χρησιμοποιούνται ήδη παραγωγικά. ο τεχνολογία mRNA πίσω από τον COVID-19, για παράδειγμα, ενισχύει την ανοσία ξαναγράφοντας απευθείας τις οδηγίες των κυττάρων για την παραγωγή πρωτεϊνών. Αν αυτό δεν είναι προγραμματισμός, τι is αυτό;

Το κλειδί για την ιδέα της βιολογίας προγραμματισμού είναι το γεγονός ότι τα ζωντανά συστήματα λειτουργούν με κώδικα, DNA, τον οποίο αντί για μονάδες και μηδενικά ερμηνεύουμε ως Α, Γ, Τ και Γ. Είναι μια γλώσσα που οι άνθρωποι μπορούν να διαβάσουν και μαθαίνουν ακόμη και να γράφουν, αλλά δεν μπορούμε ακόμα να το κάνουμε άπταιστα. Κατ' αναλογία, μπορούμε να εργαστούμε με λέξεις και σύντομες φράσεις, αλλά όχι με πλήρεις προτάσεις, πόσο μάλλον με παραγράφους ή κεφάλαια. Η αλλαγή μόνο ενός γράμματος σε μια γενετική ακολουθία μπορεί να παράγει αποτελέσματα που είναι καλά, κακά ή μη ανιχνεύσιμα και πολύ συχνά το αποτέλεσμα δεν ακολουθεί τις λογικές προσδοκίες.

Σχεδόν τίποτα από αυτά δεν ισχύει για τον κώδικα υπολογιστή, τον οποίο οι άνθρωποι κατανοούν σε θεμελιώδες επίπεδο, επειδή, λοιπόν, τον εφεύραμε εμείς. Κάποιοι υποστηρίζουν ότι, για αυτόν τον λόγο, δεν μπορούμε ποτέ να προγραμματίσουμε αληθινά τη βιολογία με ουσιαστική έννοια. Όσα μέτρα και να λάβουμε για να το ελέγξουμε, μας υπενθυμίζουν, "η ζωή βρίσκει τρόπο” για να υπονομεύσουν ή να ξεφύγουν από τα κουτιά που χτίζουμε γύρω τους (όχι πάντα με τόσο δραματικό αποτέλεσμα όπως το Jurassic Park). Στον ψηφιακό προγραμματισμό, η προβλεψιμότητα είναι το κλειδί. Δεν είναι πολύ χρήσιμο μια εφαρμογή υπολογιστικού φύλλου που αλλάζει απροσδόκητα μια τιμή αριθμού κάθε τόσο. Ωστόσο, ένα πράγμα που μπορούμε να πούμε με βεβαιότητα για τη ζωή είναι ότι είναι δεν αναμενόμενος. Στην πραγματικότητα, η εξέλιξη τροφοδοτείται από το απρόβλεπτο, καθώς η γενετική μετάλλαξη έχει συμβάλει σε μεγάλο βαθμό στην εκθαμβωτική ποικιλία της ζωής στη Γη.

Ταυτόχρονα, κατασκευάζουμε και χρησιμοποιούμε τακτικά πολύπλοκα συστήματα σημαντικά περιορισμένης προβλεψιμότητας. Τα αεροπλάνα, τα συστήματα κυκλοφορίας, τα δίκτυα υπολογιστών, όλα αποτελούνται από τόσα πολλά μικρότερα, προβλέψιμα μέρη που η συμπεριφορά τους είναι προβλέψιμη μόνο μέχρι ένα σημείο, πάντα ικανά να κάνουν κάτι που κανείς δεν βλέπει να έρχεται. Για όποιον δεν γνωρίζει την εσωτερική του λειτουργία, ακόμη και ένας τέλεια κατασκευασμένος υπολογιστής θα μπορούσε να ονομαστεί «μαύρο κουτί»: ξέρουμε τι μπαίνει και τι βγαίνει, χωρίς να καταλαβαίνουμε τι συμβαίνει μέσα. Κάτι παρόμοιο θα μπορούσαμε να πούμε για την τρέχουσα σχέση με τη βιολογία.

Ασαφής λογική

Ευτυχώς για τη βιοτεχνολογία, η πορεία προς την πρόοδο μπορεί να μην απαιτεί πλήρη κατανόηση του κώδικα της ζωής. Μπορείτε να αποκτήσετε βαθύτερες γνώσεις και ικανότητες αγκαλιάζει τα αναπόφευκτα περιθώρια μυστηρίου που προέρχονται από την εργασία με ζωντανά συστήματα. Η τροφοδοσία νέου γενετικού κώδικα σε ένα κύτταρο με ένα αναμενόμενο αποτέλεσμα, ενώ είναι επίσης ανοιχτή στο απροσδόκητο, θα μπορούσε να ονομαστεί προγραμματισμός, ή ίσως υποκίνηση, θέτοντας ένα ερώτημα στην ίδια τη φύση. Αν και αυτό μπορεί να μην είναι τόσο αξιόπιστο ή αποτελεσματικό όσο η σύνταξη κώδικα για ένα πρόγραμμα υπολογιστή, το θετικό είναι ότι οι απαντήσεις είναι συχνά εκπληκτικές και μερικές φορές σχετίζονται με ερωτήσεις που δεν τέθηκαν καν. Έτσι συμβαίνει η καινοτομία και ξεχωρίζει τη βιολογία από οποιονδήποτε άλλο «προγραμματιζόμενο» τομέα με κάποιους συναρπαστικούς τρόπους.

Στη βιομηχανία, δεν υπάρχει η πολυτέλεια να περιμένει κανείς να κατανοήσει πλήρως τα πολύπλοκα συστήματα που ονειρεύτηκε η εξέλιξη τα τελευταία τέσσερα δισεκατομμύρια χρόνια προτού μπορέσουν να χρησιμοποιηθούν. Η επιτακτική ανάγκη να πετύχετε ορόσημα και να παραδώσετε χρήσιμα, επεκτάσιμα και τελικά εμπορεύσιμα προϊόντα δεν αφήνει άλλη επιλογή εκτός από την εύρεση της πιο άμεσης διαδρομής για τα καλύτερα και πιο χρήσιμα αποτελέσματα. Η αποδοχή της πραγματικότητας της εργασίας με απρόβλεπτο σημαίνει οικοδόμηση ως επί το πλείστον προβλέψιμα συστήματα που μπορούν να ανεχθούν τις πολλές απροσδόκητες —αλλά συχνά χρήσιμες— συμπεριφορές της φύσης. Μόλις αυτές οι διεργασίες βρίσκονται εντός του πεδίου της επαναληψιμότητας που είναι αποδεκτή από τις παραδοσιακές διαδικασίες υπολογισμού ή παραγωγής, η διάκριση γίνεται λιγότερο σημαντική.

Η πολυπλοκότητα της βιολογίας είναι αιτία ταπεινότητας, αλλά και ενθουσιασμού. Υπάρχει μια ευκαιρία στη βιοτεχνολογία να μάθουμε, ακόμη και να αξιοποιήσουμε διαδικασίες και ικανότητες που κανείς δεν θα μπορούσε ποτέ να ανακαλύψει, πόσο μάλλον να κατανοήσει πλήρως. Δεν εφεύραμε το κοτόπουλο, για παράδειγμα, και σίγουρα δεν καταλαβαίνουμε όλα τα μέρη που λειτουργούν, τι συμβαίνει στο μυαλό του όταν το ταΐζουμε ή ποια είναι η αλυσίδα γεγονότων που μετατρέπει τους κόκκους σε ένα αυγό που μπορεί να παράγει ένα ολόκληρο νέο κοτόπουλο. Μας προσφέρουν όμως τόση αξία, αξιόπιστα και σε κλίμακα, που θα μπορούσαν κάλλιστα να θεωρηθούν προηγμένη τεχνολογία. Το ερώτημα εάν η επεξεργασία και η κωδικοποίηση ζωντανών συστημάτων γονιδίων ισοδυναμεί με «προγραμματισμό», λοιπόν, είναι σε μεγάλο βαθμό σημασιολογικό. Είναι επίσης δευτερεύον σε σχέση με το πραγματικό ερώτημα: τι θα γίνει με αυτές τις νέες και συνεχώς βελτιωμένες ικανότητες; Προσπαθώντας να κατανοήσουμε τις θεμελιώδεις λειτουργίες της βιολογίας, εφόσον βρίσκουμε τρόπους βελτίωσης της ποιότητας της ζωής μας και της υγείας του πλανήτη, δεν θα πρέπει πραγματικά να έχει σημασία ποια λέξη χρησιμοποιούμε για να την περιγράψουμε.