Biotech siger, at det kan programmere livet til at lave nye ting. Er det sandt?

Mennesker elsker at fortælle ting, hvad de skal gøre. Alt, hvad vi kan etablere, forudsige og kontrollere - fra computere til fabrikker - kan vi programmere for at få pålidelige, nyttige resultater. Bioteknologien er modnet til det punkt, hvor forskere i stigende grad betragter levende celler som programmerbare, men ikke alle er enige i at bruge det udtryk. Ved at pille ved og redigere deres gener for at skabe alle slags nyttige nye produkter, molekyler, kemikalier og materialer i stor skala, lover ledere inden for dette felt af syntetisk biologi fundamentalt at genopfinde måden, vi laver ting på, drevet af nye og nye teknikker til redigering af DNA og biologiens tilsyneladende grænseløse produktive potentiale.

Virksomheder som Zymergen, AmyrisAMRS
, og Gingko Bioworks er nogle af dem, der fremmer dette koncept, som er blevet et grundlæggende princip blandt mange inden for bioteknologi. "Kerneideen bag syntetisk biologi er, at biologi er grundlæggende programmerbar, fordi den kører på digital kode i form af DNA." sagde Jason Kelly, Gingko Bioworks' administrerende direktør, i en nylig konference. "Hvis du kan læse og skrive kode, og du har en maskine, der kører den - som vi kalder en celle - så er det programmering."

Levende ting, fra de simpleste celler helt op til komplekse organismer, er allerede blevet industrialiseret. Dyrelandbrug er et oplagt eksempel, eller gær, som kastes i gigantiske kar, hvor de producerer essentielle kemikalier som citronsyre i stort omfang. Men hvad nu hvis disse gærgener kunne redigeres, så de i stedet producerede for eksempel et dyrebart mineral eller et farmaceutisk nyttigt molekyle? Hvad hvis cellerne i en ko kunne omkodes til at producere en konstant forsyning af ren filet mignon?

Fantasien kan løbe løbsk med denne idé: fodre de rigtige instruktioner ind i en celle - eller milliarder af dem - og producere nye kemikalier eller ikke-giftige farvestoffer, rense vand, gøre mere effektiv bioreaktorer, hvem ved hvad ellers. På trods af al spændingen og løftet, efterhånden som disse ideer og teknikker bliver mere udbredte og sofistikerede, opstår der også uenighed om spørgsmålet: Kan vi virkelig hævder at programmere liv som software? Skulle vi? Og hvad betyder det overhovedet?

For nogle giver programmeringsbiologi muligheden for at give uovertruffen materiel og økonomisk overflod til hele planeten, samtidig med at vi forbedrer vores rolle som forvaltere af rumskibet Jorden, hvilket giver os færre grunde til at grave fossile brændstoffer op eller producere giftige kemikalier til at fremstille de ting, vi har brug for. og kærlighed. Andre ser hele begrebet som lidt mere end en fejlagtig analogi, endda en kontraproduktiv fejlkarakterisering, der risikerer at behandle livet som noget meget mindre komplekst og mystisk, end det i virkeligheden er. Klimaændringer er blot et eksempel på, hvordan sådanne holdninger kan føre os på afveje. Som det ofte er tilfældet, kan der findes indsigt i mellemrummene mellem disse synspunkter.

Biologiens 'Black Box'

I nyere historie har mennesker lært en hel del om den indre funktion af levende celler. Industrien søger nu at innovere ved at interface med disse indre funktioner direkte, anvende beregningslogikken ved at bruge kraftfulde nye værktøjer som CRISPR at redigere individuelle gener. Menneskets forståelse af de levende systemer, som disse teknologier låser op for os, er stadig i sin vorden, men de bliver allerede taget i brug produktivt. Det mRNA-teknologi bag COVID-19 fremmer for eksempel immunitet ved direkte at omskrive cellernes instruktioner til at producere proteiner. Hvis det ikke er programmering, hvad is det?

Nøglen til ideen om programmering af biologi er det faktum, at levende systemer kører på kode, DNA, som vi fortolker som A'er, C'er, T'er og G'er i stedet for etaller og nuller. Det er et sprog, som mennesker kan læse og endda lærer at skrive, men vi kan endnu ikke gøre det flydende. Til analogi kan vi arbejde med ord og korte sætninger, men ikke hele sætninger, endsige afsnit eller kapitler. Ændring af blot ét bogstav i en genetisk sekvens kan give resultater, der er gode, dårlige eller uopdagelige, og meget ofte følger resultatet ikke de logiske forventninger.

Næsten intet af dette er sandt for computerkode, som mennesker forstår på et grundlæggende niveau, fordi vi har opfundet det. Nogle hævder, at vi af denne grund aldrig virkelig kan programmere biologi i en meningsfuld forstand. Uanset hvilke foranstaltninger vi tager for at kontrollere det, minder de os om, "livet finder en vej” for at underminere eller bryde ud af de kasser, vi bygger omkring dem (ikke altid med så dramatisk effekt som Jurassic Park). I digital programmering er forudsigelighed nøglen. Der er lidt brug for en regnearksapp, der uventet ændrer en talværdi i ny og næ. Men én ting, vi med sikkerhed kan sige om livet, er, at det er det ikke forudsigelig. Faktisk er evolutionen drevet af uforudsigelighed, og genetisk mutation har bidraget med meget af den blændende mangfoldighed af liv på Jorden.

Samtidig bygger og bruger vi jævnligt komplekse systemer med væsentligt begrænset forudsigelighed. Fly, trafiksystemer, computernetværk, alle består af så mange mindre, forudsigelige dele, at deres adfærd kun er forudsigelig indtil et punkt, altid i stand til at gøre noget, som ingen ser komme. For alle, der ikke kender dens indre funktion, kan selv en perfekt konstrueret computer kaldes en 'sort boks': vi ved, hvad der går ind, og hvad der kommer ud, uden at forstå, hvad der sker indeni. Noget lignende kunne siges om det nuværende forhold til biologi.

Fuzzy Logic

Heldigvis for bioteknologien kræver vejen til fremskridt muligvis ikke en fuldstændig forståelse af livets kode. Dybere viden og evner kan opnås ved omfavne de uundgåelige mystiksmarginer, der kommer af at arbejde med levende systemer. At fodre ny genetisk kode ind i en celle med et forventet resultat, samtidig med at man er åben over for det uventede, kunne kaldes programmering eller måske tilskyndelse, der stiller et spørgsmål til naturen selv. Selvom dette måske ikke er så pålideligt eller effektivt som at udarbejde kode til et computerprogram, er fordelen, at svarene ofte er overraskende og nogle gange relaterer sig til spørgsmål, der ikke engang blev stillet. Det er sådan innovation sker, og det adskiller biologi fra ethvert andet 'programmerbart' domæne på nogle spændende måder.

I industrien er der ikke den luksus at vente på en fuld forståelse af de komplekse systemer, som evolutionen har drømt om i løbet af de sidste fire milliarder år, før de kan tages i brug. Nødvendigheden af ​​at nå milepæle og levere nyttige, skalerbare og i sidste ende salgbare produkter efterlader ingen anden mulighed end at finde den mest direkte vej til de bedste og mest nyttige resultater. At acceptere virkeligheden i at arbejde med uforudsigelighed betyder at bygge for det meste forudsigelige systemer, der kan tolerere naturens mange uventede - men ofte nyttige - adfærd. Når først disse processer er inden for det område af repeterbarhed, der accepteres af traditionelle beregnings- eller fremstillingsprocesser, bliver skelnen mindre vigtig.

biologiens kompleksitet er grund til ydmyghed, men også entusiasme. Der er en mulighed i bioteknologi for at lære og endda udnytte processer og evner, som ingen aldrig kunne opfinde, endsige fuldt ud forstå. Vi har f.eks. ikke opfundet kyllingen, og vi forstår bestemt ikke alle dens arbejdsdele, hvad der foregår i dens sind, når vi fodrer dem, eller hvilken kæde af begivenheder, der omdanner korn til et æg, der kan producere en hel ny kylling. Men de tilbyder os så meget værdi, pålideligt og i stor skala, at de lige så godt kan betragtes som avanceret teknologi. Spørgsmålet om, hvorvidt genredigering og kodning af levende systemer svarer til 'programmering', er altså i høj grad semantisk. Det er også sekundært til det virkelige spørgsmål: hvad vil der blive gjort med disse nye og stadigt forbedrede evner? I et forsøg på at forstå biologiens grundlæggende virkemåder, så længe vi finder måder at forbedre vores livskvalitet og planetens sundhed på, burde det ikke være lige meget, hvilket ord vi bruger til at beskrive det.