تقول التكنولوجيا الحيوية إنها تستطيع برمجة الحياة لصنع أشياء جديدة. هل هذا صحيح؟

يحب البشر إخبار الأشياء بما يجب عليهم فعله. أي شيء يمكننا إنشاؤه والتنبؤ به والتحكم فيه - من أجهزة الكمبيوتر إلى المصانع - يمكننا برمجته للحصول على نتائج موثوقة ومفيدة. لقد نضجت التكنولوجيا الحيوية لدرجة أن العلماء ينظرون بشكل متزايد إلى الخلايا الحية على أنها قابلة للبرمجة ، ولكن لا يتفق الجميع على استخدام هذا المصطلح. من خلال التلاعب بجيناتهم وتعديلها لإنشاء جميع أنواع المنتجات الجديدة المفيدة والجزيئات والمواد الكيميائية والمواد على نطاق واسع ، يعد القادة في مجال البيولوجيا التركيبية هذا بإعادة اختراع الطريقة التي نصنع بها الأشياء بشكل أساسي ، مدفوعين بتقنيات جديدة وناشئة لتحرير الحمض النووي والإمكانيات الإنتاجية غير المحدودة على ما يبدو للبيولوجيا.

شركات مثل Zymergen و AmyrisAMRS
، و Gingko Bioworks هم بعض أولئك الذين يطورون هذا المفهوم ، الذي أصبح عقيدة أساسية بين العديد من التكنولوجيا الحيوية. "الفكرة الأساسية وراء البيولوجيا التركيبية هي أن علم الأحياء قابل للبرمجة بشكل أساسي ، لأنه يعمل على رمز رقمي في شكل DNA ،" قال جيسون كيلي، الرئيس التنفيذي لشركة Gingko Bioworks ، في مؤتمر عقد مؤخرًا. "إذا كان بإمكانك قراءة التعليمات البرمجية وكتابتها ، وكان لديك آلة تقوم بتشغيلها - والتي نسميها خلية - فهذه البرمجة."

لقد تم بالفعل تصنيع الكائنات الحية ، من أبسط الخلايا وصولًا إلى الكائنات الحية المعقدة. الزراعة الحيوانية هي مثال واضح ، أو الخمائر ، التي يتم إلقاؤها في أحواض عملاقة حيث تنتج مواد كيميائية أساسية مثل حامض الستريك على نطاقات واسعة. ولكن ماذا لو أمكن تعديل جينات تلك الخمائر بحيث تنتج ، على سبيل المثال ، معدنًا ثمينًا ، أو جزيءًا مفيدًا صيدلانيًا؟ ماذا لو أمكن إعادة تشفير خلايا البقرة لإنتاج إمداد ثابت من سمك الفيليه النقي؟

يمكن للخيال أن يتحول إلى جنون مع هذه الفكرة: تغذية الخلية بالتعليمات الصحيحة - أو المليارات منها - وإنتاج مواد كيميائية جديدة أو أصباغ غير سامة ، وتنقية المياه ، وجعلها أكثر كفاءة. المفاعلات الحيوية، من يعرف ماذا بعد. على الرغم من كل الإثارة والوعد ، حيث أصبحت هذه الأفكار والتقنيات أكثر انتشارًا وتعقيدًا ، يظهر الخلاف أيضًا حول السؤال: هل يمكننا في الحقيقة الادعاء ببرمجة الحياة مثل البرامج؟ هل ينبغي لنا؟ وماذا يعني ذلك؟

بالنسبة للبعض ، توفر برمجة الأحياء الفرصة لتوفير مواد لا مثيل لها ووفرة اقتصادية لكوكب الأرض بأسره ، مع تحسين دورنا أيضًا كمسؤولين عن سفينة الفضاء الأرضية ، مما يمنحنا أسبابًا أقل للتنقيب عن الوقود الأحفوري أو إنتاج مواد كيميائية سامة لتصنيع الأشياء التي نحتاجها و الحب. يرى آخرون أن الفكرة برمتها ليست أكثر من تشبيه خاطئ ، حتى وصف خاطئ بنتائج عكسية يخاطر بالتعامل مع الحياة على أنها شيء أقل تعقيدًا وغموضًا مما هي عليه حقًا. إن تغير المناخ هو مجرد مثال واحد على كيف أن مثل هذه المواقف قد تؤدي بنا إلى الضلال. كما هو الحال غالبًا ، يمكن العثور على البصيرة في المسافات بين وجهات النظر هذه.

"الصندوق الأسود" لعلم الأحياء

في التاريخ الحديث ، تعلم البشر الكثير عن الأعمال الداخلية للخلايا الحية. تتطلع الصناعة الآن إلى الابتكار من خلال التفاعل مع هذه الأعمال الداخلية مباشرة ، وتطبيق منطق الحساب باستخدام جديد قوي أدوات مثل كريسبر لتحرير الجينات الفردية. إن الفهم البشري للأنظمة الحية التي تفتحها هذه التقنيات بالنسبة لنا لا يزال في مهده ، ولكن يتم استخدامها بالفعل للاستخدام الإنتاجي. ال تكنولوجيا مرنا وراء COVID-19 ، على سبيل المثال ، يعزز المناعة عن طريق إعادة كتابة تعليمات الخلايا مباشرة لإنتاج البروتينات. إذا لم تكن هذه هي البرمجة ، فماذا is ذلك؟

مفتاح فكرة علم الأحياء البرمجي هو حقيقة أن الأنظمة الحية تعمل على الكود ، الحمض النووي ، والذي نفسره بدلاً من الآحاد والأصفار على أنها A و C و T و G. إنها لغة يمكن للبشر قراءتها بل ويتعلمون الكتابة ، لكننا لا نستطيع بعد ذلك بطلاقة. على سبيل القياس ، يمكننا العمل مع الكلمات والعبارات القصيرة ، ولكن ليس الجمل الكاملة ، ناهيك عن الفقرات أو الفصول. قد يؤدي تغيير حرف واحد فقط في التسلسل الجيني إلى نتائج جيدة أو سيئة أو غير قابلة للكشف ، وغالبًا ما لا تتبع النتيجة التوقعات المنطقية.

لا ينطبق أي من هذا تقريبًا على كود الكمبيوتر ، الذي يفهمه البشر على مستوى أساسي لأننا اخترعه. يجادل البعض بأنه ، لهذا السبب ، لا يمكننا أبدًا برمجة علم الأحياء حقًا بمعنى ذي معنى. بغض النظر عن الإجراءات التي نتخذها للسيطرة عليها ، فإنهم يذكروننا ، "تجد الحياة طريقة"لتقويض أو كسر الصناديق التي نبنيها حولهم (ليس دائمًا لتأثير دراماتيكي مثل Jurassic Park). في البرمجة الرقمية ، القدرة على التنبؤ هي المفتاح. لا فائدة كبيرة لتطبيق جداول البيانات الذي يغير بشكل غير متوقع قيمة رقمية بين الحين والآخر. ومع ذلك ، هناك شيء واحد يمكننا قوله بالتأكيد عن الحياة وهو أنها كذلك ليس قابل للتنبؤ. في الواقع ، التطور مدعوم من عدم القدرة على التنبؤ ، حيث ساهمت الطفرة الجينية في الكثير من التنوع المذهل للحياة على الأرض.

في الوقت نفسه ، نقوم بشكل منتظم ببناء واستخدام أنظمة معقدة ذات قدرة محدودة على التنبؤ. تتكون الطائرات وأنظمة المرور وشبكات الكمبيوتر من العديد من الأجزاء الأصغر التي يمكن التنبؤ بها بحيث لا يمكن التنبؤ بسلوكها إلا إلى حد معين ، وقادر دائمًا على فعل شيء لا يراه أحد قادمًا. بالنسبة لأي شخص لا يعرف أعماله الداخلية ، يمكن حتى تسمية الكمبيوتر المصمم بشكل مثالي "الصندوق الأسود": نحن نعرف ما الذي يدخل وما يخرج ، دون فهم ما يحدث في الداخل. يمكن قول شيء مشابه عن العلاقة الحالية بالبيولوجيا.

المنطق الضبابي

لحسن الحظ بالنسبة للتكنولوجيا الحيوية ، قد لا يتطلب مسار التقدم فهمًا كاملاً لقانون الحياة. يمكن الوصول إلى معرفة وقدرات أعمق من خلال احتضان هوامش الغموض الحتمية التي تأتي من العمل مع الأنظمة الحية. يمكن تسمية تغذية شفرة جينية جديدة في خلية بنتيجة متوقعة ، بينما تكون أيضًا منفتحة على ما هو غير متوقع ، بالبرمجة ، أو ربما حث ، وطرح سؤال على الطبيعة نفسها. في حين أن هذا قد لا يكون موثوقًا أو فعالًا مثل صياغة التعليمات البرمجية لبرنامج كمبيوتر ، إلا أن الجانب الإيجابي هو أن الإجابات غالبًا ما تكون مفاجئة ، وأحيانًا تتعلق بالأسئلة التي لم يتم طرحها حتى. هذه هي الطريقة التي يحدث بها الابتكار ، وهو يميز علم الأحياء عن أي مجال آخر "قابل للبرمجة" في بعض الطرق المثيرة.

في الصناعة ، لا توجد رفاهية انتظار الفهم الكامل للأنظمة المعقدة التي حلم بها التطور على مدى الأربعة مليارات سنة الماضية قبل أن يتم استخدامها. إن حتمية الوصول إلى المراحل الرئيسية وتقديم منتجات مفيدة وقابلة للتطوير وقابلة للتسويق في النهاية لا تترك أي خيار سوى العثور على المسار المباشر إلى أفضل النتائج وأكثرها فائدة. قبول حقيقة العمل مع عدم القدرة على التنبؤ يعني البناء خاصة أنظمة يمكن التنبؤ بها يمكنها تحمل العديد من سلوكيات الطبيعة غير المتوقعة - ولكنها مفيدة في كثير من الأحيان. بمجرد أن تكون هذه العمليات ضمن نطاق التكرار المقبول من خلال العمليات الحسابية أو التصنيعية التقليدية ، يصبح التمييز أقل أهمية.

• تعقيد علم الأحياء هو سبب للتواضع ، ولكنه أيضًا سبب للحماس. هناك فرصة في التكنولوجيا الحيوية للتعلم وحتى تسخير العمليات والقدرات التي لا يمكن لأحد ابتكارها ، ناهيك عن الفهم الكامل. على سبيل المثال ، لم نخترع الدجاجة ، وبالتأكيد لا نفهم جميع أجزاء عملها ، أو ما يدور في ذهنها عندما نطعمها ، أو ما هي سلسلة الأحداث التي تحول الحبوب إلى بيضة يمكنها إنتاج جسم كامل. دجاج جديد. لكنها تقدم لنا الكثير من القيمة ، بشكل موثوق وعلى نطاق واسع ، بحيث يمكن اعتبارها أيضًا تقنية متقدمة. إن مسألة ما إذا كان تحرير الجينات وترميز الأنظمة الحية ترقى إلى مستوى "البرمجة" ، إذن ، هي مسألة دلالية إلى حد كبير. إنه أيضًا ثانوي بالنسبة للسؤال الحقيقي: ما الذي سيتم عمله بهذه القدرات الجديدة والمتحسنة باستمرار؟ في محاولة لفهم الأعمال الأساسية لعلم الأحياء ، طالما أننا نجد طرقًا لتحسين نوعية حياتنا وصحة الكوكب ، فلا يهم حقًا الكلمة التي نستخدمها لوصفها.