バイオテクノロジーは、新しいものを作るために人生をプログラムすることができると言います。 本当？

人間は物事に何をすべきかを伝えるのが大好きです。 コンピューターから工場に至るまで、確立、予測、制御できるものはすべて、信頼性の高い有用な結果を得るようにプログラムできます。 バイオテクノロジーは、科学者が生きた細胞をプログラム可能であると考えるまでに成熟しましたが、誰もがその用語の使用に同意しているわけではありません。 合成生物学のこの分野のリーダーは、遺伝子をいじり編集してあらゆる種類の有用な新製品、分子、化学物質、材料を大規模に作成することにより、DNA編集のための新しく出現した技術を推進して、ものの作り方を根本的に再発明することを約束しています。そして、一見無限に見える生物学の生産的可能性。

Zymergen、Amyris などの企業AMRS
、およびGingko Bioworksは、バイオテクノロジーの多くの人々の間で基本的な信条となっているこのコンセプトを推進している企業の一部です。 「合成生物学の背後にある中心的な考え方は、生物学は DNA の形のデジタル コードで実行されるため、基本的にプログラム可能であるということです。」 ジェイソン・ケリーは言った, 最近のカンファレンスでGingko BioworksのCEOが語った。 「コードの読み書きができ、それを実行するマシン (セルと呼ばれます) があれば、それはプログラミングです。」

最も単純な細胞から複雑な生物に至るまで、生物はすでに工業化されています。 畜産はその明らかな例であり、酵母は巨大なタンクに放り込まれ、そこでクエン酸などの必須化学物質を大規模に生産します。 しかし、それらの酵母の遺伝子を編集して、代わりに、たとえば貴重なミネラルや薬学的に有用な分子を生成できるとしたらどうなるでしょうか? 純粋なフィレミニョンを一定量生産できるように牛の細胞を再コーディングできたらどうなるでしょうか?

このアイデアでは想像力が無限に広がります。正しい命令を細胞 (または数十億個) に送り込み、新しい化学物質や無毒の染料を生成し、水を浄化し、効率を高めます。 バイオリアクター、他に何があるかは誰にもわかりません。 これらのアイデアや技術がより広く普及し、洗練されるにつれて、興奮と期待に満ちている一方で、次のような疑問をめぐって意見の相違も生じています。 本当に ソフトウェアのようなプログラム人生を主張しますか？ 我々がすべき？ そしてそれは一体何を意味するのでしょうか？

一部の人にとって、生物学のプログラミングは、地球全体に比類のない物質的および経済的豊かさを提供する機会を提供すると同時に、宇宙船地球号の管理者としての私たちの役割を向上させ、必要なものを製造するために化石燃料を掘ったり有毒化学物質を生産したりする理由を減らします。そして愛。 他の人は、この概念全体を誤った例えにすぎず、人生を実際よりもはるかに複雑で神秘的ではないものとして扱う危険性のある逆効果な誤った特徴付けさえ見ています。 気候変動は、そのような態度が私たちをどのように誤った方向に導く可能性があるかを示す一例にすぎません。 よくあることですが、これらの視点の間の隙間に洞察が見つかります。

生物学の「ブラックボックス」

最近の歴史の中で、人類は生きた細胞の内部の仕組みについて多くのことを学びました。 業界は現在、これらの内部動作と直接インターフェイスし、強力な新しい機能を使用して計算ロジックを適用することによる革新を目指しています。 CRISPR のようなツール 個々の遺伝子を編集する。 これらのテクノロジーが私たちのために解き放つ生命システムに対する人間の理解はまだ初期段階にありますが、すでに生産的な利用が行われています。 の mRNAテクノロジー たとえば、新型コロナウイルス感染症の背後にあるウイルスは、タンパク質を生成するための細胞の指示を直接書き換えることによって免疫を促進します。 それがプログラミングじゃないとしたら何ですか is それ？

プログラミング生物学の考え方の鍵となるのは、生きたシステムがコード、つまり DNA 上で動作しているという事実であり、DNA は XNUMX や XNUMX ではなく、A、C、T、G として解釈されます。 これは人間が読むこともできる言語であり、書くことさえ学んでいますが、まだ流暢に書くことはできません。 同様に、単語や短いフレーズを扱うことはできますが、完全な文、ましてや段落や章を扱うことはできません。 遺伝子配列内の XNUMX 文字だけを変更すると、良い結果、悪い結果、または検出不能な結果が生じる可能性があり、結果が論理的な期待に沿わないことがよくあります。

これは、コンピューター コードにはほとんど当てはまりません。コンピューター コードは、人間が発明したものであるため、基本的なレベルで理解できます。 このため、意味のある意味で生物学を真にプログラムすることは決してできないと主張する人もいます。 それを制御するために私たちがどのような対策を講じたとしても、それらは私たちに次のように思い出させます。人生は道を見つける「私たちが自分たちの周りに構築する箱を弱体化させたり、そこから打ち破ったりするためです（必ずしもジュラシック・パークのような劇的な効果をもたらすわけではありません）。 デジタル プログラミングでは、予測可能性が重要です。 時々予期せず数値を変更するスプレッドシート アプリはほとんど役に立ちません。 しかし、人生について一つ確実に言えることは、 予測可能な。 実際、進化は予測不可能性によって推進されており、地球上の驚くほど多様な生命の多くは遺伝子の突然変異によって引き起こされています。

同時に、私たちは予測可能性が大幅に制限された複雑なシステムを定期的に構築して使用しています。 飛行機、交通システム、コンピューター ネットワークはすべて、非常に多くの小さな予測可能な部品で構成されているため、その動作はある程度までしか予測できず、常に誰も予測できないことを行うことができます。 内部の仕組みを知らない人にとっては、完璧に構築されたコンピューターであっても「ブラック ボックス」と呼ばれる可能性があります。内部で何が起こっているかは理解できなくても、何が入って何が出るのかはわかっています。 生物学と現在の関係についても同様のことが言えます。

ファジィ論理

バイオテクノロジーにとって幸いなことに、進歩への道には生命の規範を完全に理解する必要はないかもしれません。 より深い知識と能力を身につけることができます。 受け入れ 生きたシステムを扱うことから生じる避けられない謎の余白。 新しい遺伝コードを細胞に送り込んで予期せぬ結果をもたらすことは、同時に予期せぬことにもオープンであり、自然そのものに疑問を投げかけるプログラミング、あるいは挑発とも言えるかもしれない。 これは、コンピューター プログラムのコードを作成するほど信頼性や効率性が劣るかもしれませんが、利点は、答えがしばしば驚くべきものであり、場合によっては尋ねられてもいなかった質問に関連していることです。 そうやってイノベーションが起こり、いくつかの刺激的な方法で生物学を他の「プログラム可能な」領域から際立たせます。

産業界では、過去 XNUMX 億年にわたって進化が夢想してきた複雑なシステムが実用化されるまで、その完全な把握を待っている余裕はありません。 マイルストーンを達成し、有用でスケーラブルで最終的に市場性のある製品を提供することが不可欠であるため、最良かつ最も有用な結果への最も直接的な道を見つける以外に選択肢はありません。 予測不可能な状況で働くという現実を受け入れることは、 主に 予測可能なシステムは、多くの予期せぬ、しかししばしば役立つ自然の動作に耐えることができます。 これらのプロセスが従来の計算プロセスや製造プロセスで受け入れられる再現性の範囲内に入ると、その区別はそれほど重要ではなくなります。

　 生物学の複雑さ それは謙虚さだけでなく、熱意の原因でもあります。 バイオテクノロジーには、完全に理解することはおろか、誰も発明できなかったプロセスや能力を学び、活用する機会さえあります。 たとえば、ニワトリを発明したのは私たちではありませんし、ニワトリのすべての働きや、ニワトリに餌を与えるときに頭の中で何が起こっているのか、あるいは穀物を卵に変えて一羽の鶏を生産する一連の出来事がどのようなものであるのかを完全に理解しているわけではありません。新しい鶏肉。 しかし、それらは私たちに非常に多くの価値を確実かつ大規模に提供してくれるので、先進技術とみなしてもいいでしょう。 したがって、遺伝子編集と生命システムのコーディングが「プログラミング」に相当するかどうかという問題は、主に意味論的なものである。 また、これは、これらの新しく改良され続ける能力をどうするのかという本当の疑問に次ぐものでもあります。 生物学の基本的な仕組みを理解しようとするとき、私たちの生活の質と地球の健康を改善する方法を見つけている限り、それを説明するためにどのような言葉を使うかはそれほど重要ではありません。