Biotech می گوید می تواند زندگی را برای ساختن چیزهای جدید برنامه ریزی کند. آیا این درست است؟

انسان ها عاشق گفتن چیزهایی هستند که چه کاری انجام دهند. هر چیزی را که بتوانیم ایجاد، پیش‌بینی و کنترل کنیم - از رایانه‌ها گرفته تا کارخانه‌ها - می‌توانیم برای به دست آوردن نتایج قابل اعتماد و مفید برنامه‌ریزی کنیم. بیوتکنولوژی به حدی رسیده است که دانشمندان به طور فزاینده ای سلول های زنده را قابل برنامه ریزی می دانند، اما همه با استفاده از این اصطلاح موافق نیستند. با دستکاری و ویرایش ژن های خود برای ایجاد انواع محصولات جدید مفید، مولکول ها، مواد شیمیایی و مواد در مقیاس، رهبران در این زمینه زیست شناسی مصنوعی قول می دهند که اساساً روشی را که ما چیزها را می سازیم، با تکیه بر تکنیک های جدید و نوظهور برای ویرایش DNA، دوباره ابداع کنند. و پتانسیل تولیدی به ظاهر نامحدود زیست شناسی.

شرکت هایی مانند Zymergen، AmyrisAMRS
و Gingko Bioworks برخی از کسانی هستند که این مفهوم را پیش می برند، که در بین بسیاری از بیوتکنولوژی به یک اصل اساسی تبدیل شده است. ایده اصلی پشت زیست شناسی مصنوعی این است که زیست شناسی اساساً قابل برنامه ریزی است، زیرا روی کد دیجیتال به شکل DNA اجرا می شود. جیسون کلی گفت، مدیر عامل Gingko Bioworks، در کنفرانس اخیر. "اگر می توانید کد بخوانید و بنویسید، و ماشینی دارید که آن را اجرا می کند - که ما آن را سلول می نامیم - برنامه نویسی است."

موجودات زنده، از ساده ترین سلول ها گرفته تا موجودات پیچیده، قبلاً صنعتی شده اند. کشاورزی حیوانی یک مثال واضح است، یا مخمرها، که در خمره های غول پیکر پرتاب می شوند، جایی که مواد شیمیایی ضروری مانند اسید سیتریک را در مقیاس های وسیع تولید می کنند. اما چه می‌شد اگر بتوان ژن‌های آن مخمرها را طوری ویرایش کرد که به‌عنوان مثال، یک ماده معدنی گرانبها یا یک مولکول مفید دارویی تولید کنند؟ اگر سلول های یک گاو را بتوان برای تولید یک منبع ثابت فیله مینیون خالص دوباره کدگذاری کرد چه؟

تخیل می‌تواند با این ایده بیهوده باشد: دستورالعمل‌های صحیح را به یک سلول – یا میلیاردها عدد از آن‌ها – وارد کند و مواد شیمیایی جدید یا رنگ‌های غیر سمی تولید کند، آب را تصفیه کند، کارآمدتر شود. بیوراکتورها، چه کسی می داند چه چیز دیگری. با وجود تمام هیجانات و نویدها، همانطور که این ایده‌ها و تکنیک‌ها گسترده‌تر و پیچیده‌تر می‌شوند، اختلاف نظر در مورد این سؤال نیز در حال ظهور است: آیا می‌توانیم واقعا ادعای زندگی برنامه مانند نرم افزار؟ ما باید؟ و اصلاً به چه معناست؟

برای برخی، زیست‌شناسی برنامه‌نویسی این فرصت را فراهم می‌کند که مواد و فراوانی اقتصادی بی‌نظیری برای کل سیاره فراهم کند، در حالی که نقش ما به‌عنوان مباشر سفینه فضایی زمین را نیز بهبود می‌بخشد، و دلیل کمتری برای حفاری سوخت‌های فسیلی یا تولید مواد شیمیایی سمی برای تولید چیزهایی که نیاز داریم به ما می‌دهد. و عشق. دیگران کل این مفهوم را چیزی بیش از یک قیاس نادرست، حتی یک توصیف نادرست غیرمولد می دانند که خطر تلقی زندگی را به عنوان چیزی بسیار کمتر پیچیده و اسرارآمیزتر از آنچه که هست، می کند. تغییرات آب و هوایی تنها نمونه ای از این است که چگونه چنین نگرش هایی ممکن است ما را به بیراهه بکشاند. همانطور که اغلب اتفاق می افتد، بینش را می توان در فضاهای بین این دیدگاه ها یافت.

"جعبه سیاه" زیست شناسی

در تاریخ اخیر، انسان چیزهای زیادی در مورد عملکرد درونی سلول های زنده یاد گرفته است. صنعت در حال حاضر به دنبال نوآوری با تعامل مستقیم با این عملکردهای داخلی، به کارگیری منطق محاسبات با استفاده از جدید قدرتمند است. ابزارهایی مانند CRISPR برای ویرایش ژن های فردی درک بشر از سیستم‌های زنده‌ای که این فناوری‌ها برای ما باز می‌کنند، هنوز در مراحل ابتدایی خود است، اما از آن‌ها هم‌اکنون استفاده مولد می‌شود. در فناوری mRNA برای مثال، پشت کووید-19، با بازنویسی مستقیم دستورالعمل‌های سلول‌ها برای تولید پروتئین، ایمنی را تقویت می‌کند. اگر این برنامه نویسی نیست، چه is آن؟

کلید ایده زیست‌شناسی برنامه‌نویسی این واقعیت است که سیستم‌های زنده بر روی کد، DNA کار می‌کنند، که به جای یک و صفر، آن‌ها را به‌عنوان A، C، T و G تفسیر می‌کنیم. این زبانی است که انسان ها می توانند بخوانند و حتی نوشتن را یاد می گیرند، اما ما هنوز نمی توانیم این کار را روان انجام دهیم. از طریق قیاس، می‌توانیم با کلمات و عبارات کوتاه کار کنیم، اما نه با جملات کامل، چه رسد به پاراگراف‌ها یا فصل‌ها. تغییر فقط یک حرف در یک توالی ژنتیکی ممکن است نتایج خوب، بد یا غیرقابل تشخیصی را به همراه داشته باشد و اغلب نتیجه از انتظارات منطقی پیروی نمی کند.

تقریباً هیچ یک از اینها در مورد کدهای کامپیوتری صدق نمی کند، زیرا انسان ها آن را در سطح اساسی درک می کنند، زیرا، خوب، ما آن را اختراع کرده ایم. برخی استدلال می کنند که، به همین دلیل، ما هرگز نمی توانیم زیست شناسی را به معنای واقعی برنامه ریزی کنیم. مهم نیست چه اقداماتی برای کنترل آن انجام می دهیم، آنها به ما یادآوری می کنند:زندگی راهی پیدا می کندبرای تضعیف یا شکستن جعبه‌هایی که اطراف آن‌ها می‌سازیم (نه همیشه به تأثیر چشمگیری مانند پارک ژوراسیک). در برنامه نویسی دیجیتال، پیش بینی پذیری کلیدی است. یک برنامه صفحه گسترده که به طور غیرمنتظره ای مقدار عددی را هر از چند گاهی تغییر می دهد، فایده چندانی ندارد. با این حال یک چیزی که می توانیم با اطمینان در مورد زندگی بگوییم این است که همینطور است نه قابل پیش بینی. در واقع، تکامل توسط غیرقابل پیش بینی بودن نیرو می گیرد، جهش ژنتیکی در بسیاری از تنوع خیره کننده حیات روی زمین نقش داشته است.

در همان زمان، ما به طور منظم سیستم‌های پیچیده با قابلیت پیش‌بینی محدود را ایجاد و استفاده می‌کنیم. هواپیماها، سیستم‌های ترافیکی، شبکه‌های کامپیوتری، همگی از قطعات کوچک‌تر و قابل پیش‌بینی زیادی تشکیل شده‌اند که رفتار آنها فقط تا حدی قابل پیش‌بینی است و همیشه قادر به انجام کاری هستند که هیچ‌کس نمی‌بیند که در راه است. برای هر کسی که عملکرد درونی آن را نمی‌داند، حتی یک کامپیوتر کاملاً ساخته شده را می‌توان «جعبه سیاه» نامید: ما می‌دانیم چه چیزی داخل و چه چیزی بیرون می‌آید، بدون اینکه بفهمیم در داخل چه اتفاقی می‌افتد. چیزی مشابه را می توان در مورد رابطه فعلی با زیست شناسی گفت.

منطق فازی

خوشبختانه برای بیوتکنولوژی، مسیر پیشرفت ممکن است نیازی به درک کامل رمز زندگی نداشته باشد. دانش و توانایی های عمیق تر را می توان به دست آورد در آغوش گرفتن حاشیه های اجتناب ناپذیر رمز و راز ناشی از کار با سیستم های زنده. تغذیه کد ژنتیکی جدید به یک سلول با یک نتیجه مورد انتظار، در عین حال که به روی غیرمنتظره ها نیز باز است، می تواند برنامه نویسی، یا شاید تحریک، ایجاد سوال برای خود طبیعت نامیده شود. در حالی که این ممکن است به اندازه تهیه پیش نویس کد برای یک برنامه کامپیوتری قابل اعتماد یا کارآمد نباشد، اما نکته مثبت این است که پاسخ ها اغلب تعجب آور هستند و گاهی اوقات به سوالاتی مربوط می شوند که حتی پرسیده نشده اند. اینگونه است که نوآوری اتفاق می‌افتد و زیست‌شناسی را به روش‌های هیجان‌انگیزی از هر حوزه «قابل برنامه‌ریزی» دیگری جدا می‌کند.

در صنعت، انتظار برای درک کامل سیستم‌های پیچیده‌ای که تکامل در طول چهار میلیارد سال گذشته رویای آنها را پیش از استفاده از آنها در سر می‌پروراند، وجود ندارد. ضروری برای رسیدن به نقاط عطف و ارائه محصولات مفید، مقیاس پذیر و در نهایت قابل فروش، هیچ گزینه ای به جز یافتن مستقیم ترین مسیر برای بهترین و مفیدترین نتایج باقی نمی گذارد. پذیرش واقعیت کار با غیرقابل پیش بینی بودن به معنای ساختن است اغلب سیستم های قابل پیش بینی که می توانند بسیاری از رفتارهای غیرمنتظره - اما اغلب مفید - طبیعت را تحمل کنند. هنگامی که آن فرآیندها در محدوده تکرارپذیری پذیرفته شده توسط محاسبات سنتی یا فرآیندهای ساخت قرار می گیرند، تمایز اهمیت کمتری پیدا می کند.

La پیچیدگی زیست شناسی دلیلی برای فروتنی و در عین حال اشتیاق است. در بیوتکنولوژی فرصتی برای یادگیری و حتی مهار فرآیندها و توانایی هایی وجود دارد که هیچ کس هرگز نمی تواند آنها را ابداع کند، چه رسد به درک کامل آنها. به عنوان مثال، ما مرغ را اختراع نکردیم و مطمئناً همه اجزای کار آن را نمی‌دانیم، وقتی به آنها غذا می‌دهیم در ذهنش چه می‌گذرد، یا زنجیره رویدادهایی که دانه‌ها را به تخم مرغ تبدیل می‌کند و می‌تواند یک کل تولید کند، نمی‌دانیم. مرغ جدید اما آنها به قدری ارزش، قابل اعتماد و در مقیاس به ما ارائه می دهند که ممکن است فناوری پیشرفته نیز در نظر گرفته شوند. بنابراین، این سؤال که آیا ویرایش ژن و کدگذاری سیستم‌های زنده معادل «برنامه‌نویسی» است، عمدتاً معنایی است. این همچنین برای این سوال واقعی ثانویه است: با این توانایی های جدید و همیشه در حال بهبود چه کاری انجام می شود؟ در تلاش برای درک عملکردهای اساسی زیست شناسی، تا زمانی که در حال یافتن راه هایی برای بهبود کیفیت زندگی و سلامت سیاره خود هستیم، واقعاً مهم نیست که از چه کلمه ای برای توصیف آن استفاده می کنیم.