Синтетическая биология позволит «программировать» живые организмы
Синтетическая биология в современном мире позволяет читать и редактировать код ДНК. Но ученые уверены, что вскоре технологии достигнут такого уровня, что специалисты смогут также самостоятельно писать этот код. Другими словами, в скором будущем люди смогут программировать живые биологические структуры. Как это сейчас делают с компьютерами.
Эта возможность перевернет привычное понимание о человеческих возможностях. Только представьте себе магазинную витрину. Только вместе традиционных продуктов на полках будут располагаться «биологические услуги», которые можно загрузить как приложение. Человек сможет загрузить и добавить новые возможности в любую клетку, микроб, растение или животное. Но в данном подходе, как и в вопросе развития искусственного интеллекта, человечеству необходимо быть крайне осторожным.
Такой прорыв в развитии синтетической биологии может нанести необратимый вред, если технологии и достижения попадут не в те руки. Несмотря на это «код нашего будущего» пишется фактически в данный момент за счет серьезного скачка высоких технологий. Развитые страны делают упор на существенную поддержку науки, поэтому революционный прорыв в рамках использования кода ДНК может произойти фактически в любой момент.
Так называемая «машина генезиса», представляющая собой комплекс научных достижений в сфере синтетической биологии, включает в себя множество различных биотехнологий. Каждая подобная биотехнология была создана для редактирования и переделки жизни.
Новые методики, которые также относятся к сфере синтетической биологии, позволят не только вносить изменения в уже готовый код ДНК, но и писать свой. Причем с необходимым для ученых набором молекул. Другими словами, люди смогут прописывать ДНК без «структурных нарушений». Через несколько лет это даже позволит избавить человечество от различных болезней.
ДНК или дезоксирибонуклеиновая кислота — это макромолекула, обеспечивающая хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов. Молекула ДНК хранит биологическую информацию в виде генетического кода, состоящего из последовательности нуклеотидов.
Синтетическая биология в перестройке ДНК
В начале 2010‑х годах был совершен настоящий прорыв в биологии – стало возможным редактирование кода ДНК с помощью технологии CRISPR-Cas9. Ученые называют эту технологию «молекулярными ножницами». Ведь она использует биологические процессы для вырезания и вставки генетической информации. CRISPR регулярно попадает в заголовки газет о революционных медицинских вмешательствах, таких как редактирование генов слепых людей, чтобы помочь им снова видеть.
Ученые используют физическую технику молекулярных ножниц CRISPR и сращивают молекулу ДНК обратно в своего рода биологический коллаж с буквами, переставленными на новые места. Проблема в том, что исследователи не могут непосредственно видеть изменения, вносимые в молекулу, над которой они работают. Каждый шаг требует лабораторных манипуляций, которые затем должны быть подтверждены экспериментально, что делает все это очень косвенным, трудоемким и отнимает много времени.
Синтетическая биология позволяет «оцифровать» процесс манипуляций с молекулами. Структура и последовательность ДНК загружается в программное обеспечение. Если сравнивать данный процесс с прописыванием компьютерного кода. Развитие данной технологии делает редактирование таким же простым, как использование текстового процессора.
После того как ДНК написана или отредактирована в соответствии с требованиями исследователя, новая молекула ДНК печатается с нуля с помощью чего-то похожего на 3D-принтер. Технология синтеза ДНК (преобразование цифрового генетического кода в молекулярную ДНК) улучшается по экспоненте. Современные технологии регулярно печатают цепочки ДНК длиной в несколько тысяч пар оснований. Они могут быть собраны для создания новых метаболических путей для клетки или даже полного генома клетки.
Ученые смогут программировать биологические системы, как мы программируем компьютеры. Эми Уэбб и Эндрю Хессел в своей книге «Машина генезиса: наши поиски переписать жизнь в эпоху синтетической биологии» описали развитие технологии.
Научные инновации способствовали недавнему и быстрому росту индустрии синтетической биологии, нацеленной на создание дорогостоящих приложений, включающих биоматериалы, топливо и специальные химикаты, лекарства, вакцины и даже сконструированные клетки, функционирующие как микромасштабные роботизированные машины.
Связь искусственного интеллекта с биологией
Прогресс в области искусственного интеллекта дал значительный толчок развитию этой области, поскольку чем лучше становится искусственный интеллект, тем больше биологических приложений может быть протестировано и реализовано. По мере того как программные инструменты проектирования становятся все более мощными, а технологии печати и сборки ДНК развиваются, разработчики смогут работать над все более сложными биологическими творениями.
Но есть в данном случае и серьезная опасность. Один из важных примеров. Скоро мы сможем написать геном любого вируса с нуля. Это может показаться пугающей перспективой, учитывая, что коронавирус, известный как SARS-CoV‑2, который вызывает COVID-19, на данный момент привел к смерти более 5,8 миллиона человек по всему миру.
Что делает такие вирусы, как SARS-CoV‑2 – а до него SARS, H1N1, Эбола и ВИЧ – настолько сложными для сдерживания, так это то, что они являются мощным микроскопическим кодом, который процветает и размножается в незащищенном хозяине. Вирус можно представить как USB-флешку, которую вы вставляете в свой компьютер.
Вирус действует как USB, прикрепляясь к клетке и загружая новый код. И как бы причудливо это ни звучало в то время, когда мы переживаем глобальную пандемию, вирусы могут стать нашей надеждой на лучшее будущее.
В 2019 году исследователи из Великобритании синтезировали и запрограммировали с нуля первый геном кишечной палочки. Затем будут синтезированы гигабазовые геномы многоклеточных организмов – растений, животных и наш собственный геном.
Когда-нибудь у нас будет технологическая основа для лечения любого генетического заболевания человечества. И в процессе этого мы можем спровоцировать кембрийский взрыв сконструированных растений и животных для использования, которое трудно представить сегодня. Но это использование позволит решить глобальные проблемы, с которыми мы сталкиваемся при кормлении, одежде, жилье и уходе за миллиардами людей.
Синтетическая биология делает жизнь «программируемой»
С развитием технологий наша жизнь в целом становится более «программируема». Многие элементы поступают под контроль. Синтетическая биология не является исключением и дает смелое обещание улучшить человеческое существование. Но, как говорилось в популярном фильме по комиксам: «Чем больше сила, тем больше ответственность». С новыми возможностями будут возникать и вероятные угрозы для общественной жизни и привычного уклада дел.
Человечеству придется принимать множество серьезных решений. К примеру, программировать ли новые вирусы в рамках борьбы с болезнями. Как будет выглядеть генетическая конфиденциальность? Кто будет владельцем программируемых «живых компьютеров»? Эти вопросы являются лишь верхушкой айсберга. Новая система общественной жизни подвергнется изменениям. Ведь с появлением возможности модифицировать свое тело и свои возможности у людей появятся новые вызовы.
Что бы вы изменили в своем теле и стали бы вы, к примеру, «редактировать» своих еще не родившихся детей? Человек и сейчас не всегда эффективно использует природные ресурсы, которые имеют свойство заканчиваться. Человек как вид склонен делать необдуманные поступки, которые сами по себе зачастую представляют угрозу. Появление технологий такого уровня может лишь осложнить положение дел.
Теперь у нас есть шанс написать новый код, основанный на той же архитектуре, что и все живое на нашей планете. Обещание синтетической биологии – это будущее, построенное на самой мощной и устойчивой производственной платформе, которую когда-либо имело человечество. Мы находимся на пороге захватывающей дух новой промышленной эволюции.
Страх объясним и понятен
Очевидно, что такие сферы как искусственный интеллект и синтетическая биология вызывают вполне уместный страх. Однако пандемия коронавируса наглядно показала, что человек не защищен от очень многих природных угроз – вирусов, бактерий, стихийных бедствий и прочего. Если появится возможность изменить события, которые позволили бы повысить безопасность, они наверняка ею воспользуются. Работа над новыми методиками и инструментами работы в области синтетической биологии ведутся. Она получает солидное финансирование.
В результате ускоряются прорывы в области мРНК-вакцин, домашней диагностики и разработки противовирусных препаратов. Сейчас самое время перевести разговор на уровень общественного сознания. У нас просто нет столько времени, чтобы ждать дальше.
Если человек сможет развить мышление и стратегию в области синтетической биологии сегодня, мы будем ближе к решению ближайших и долгосрочных экзистенциальных проблем, связанных с изменением климата, отсутствием глобальной продовольственной безопасности и долголетием человека. Мы можем уже сейчас подготовиться к борьбе со следующей вирусной вспышкой с помощью вируса, который мы разработаем и отправим в бой.
Хочется верить, что исследования по созданию нового кода ДНК, которые ведутся уже сейчас по всему миру, помогут добиться серьезных успехов и пойдут на пользу человечеству. Распознать этот код и расшифровать его значение – вот с чего начнется новая ступень человеческих возможностей.
Читайте также:
- Инновации на дороге: как стартапы электромобилей удивят мир
- Как определить ложь по мимике и жестам
- Насколько опасен новый «высоковирулентный» штамм ВИЧ?
Читайте также:
