เทคโนโลยีชีวภาพกล่าวว่าสามารถโปรแกรมชีวิตเพื่อสร้างสิ่งใหม่ จริงหรือไม่?

มนุษย์ชอบบอกสิ่งที่ต้องทำ ทุกสิ่งที่เราสามารถสร้าง คาดการณ์ และควบคุมได้ ตั้งแต่คอมพิวเตอร์ไปจนถึงโรงงาน เราสามารถตั้งโปรแกรมเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่มีประโยชน์และเชื่อถือได้ เทคโนโลยีชีวภาพได้เติบโตขึ้นจนถึงจุดที่นักวิทยาศาสตร์มองว่าเซลล์ของสิ่งมีชีวิตสามารถตั้งโปรแกรมได้ แต่ทุกคนไม่เห็นด้วยกับการใช้คำนั้น ด้วยการปรับแต่งและแก้ไขยีนของพวกเขาเพื่อสร้างผลิตภัณฑ์ โมเลกุล สารเคมี และวัสดุใหม่ที่มีประโยชน์ทุกประเภท ผู้นำในสาขาชีววิทยาสังเคราะห์นี้สัญญาว่าจะคิดค้นวิธีการสร้างสิ่งต่างๆ ขึ้นใหม่โดยพื้นฐาน โดยได้รับแรงหนุนจากเทคนิคใหม่ๆ ในการแก้ไขดีเอ็นเอ และศักยภาพการผลิตทางชีววิทยาที่ดูเหมือนไร้ขีดจำกัด

บริษัทต่างๆ เช่น Zymergen, AmyrisAMRS
และ Gingko Bioworks คือส่วนหนึ่งของแนวคิดที่ก้าวหน้านี้ ซึ่งได้กลายเป็นหลักการพื้นฐานในบรรดาเทคโนโลยีชีวภาพจำนวนมาก "แนวคิดหลักที่อยู่เบื้องหลังชีววิทยาสังเคราะห์คือชีววิทยาสามารถตั้งโปรแกรมได้โดยพื้นฐาน เพราะมันทำงานบนโค้ดดิจิทัลในรูปแบบของ DNA" เจสัน เคลลี . กล่าวซีอีโอของ Gingko Bioworks ในการประชุมครั้งล่าสุด “ถ้าคุณสามารถอ่านและเขียนโค้ดได้ และคุณมีเครื่องที่ใช้งานได้ ซึ่งเราเรียกว่าเซลล์ นั่นคือการเขียนโปรแกรม”

สิ่งมีชีวิตตั้งแต่เซลล์ที่ง่ายที่สุดไปจนถึงสิ่งมีชีวิตที่ซับซ้อนได้รับการผลิตทางอุตสาหกรรมแล้ว การเกษตรเพื่อสัตว์เป็นตัวอย่างที่ชัดเจน หรือยีสต์ ซึ่งถูกโยนลงในถังขนาดใหญ่ที่ผลิตสารเคมีที่จำเป็น เช่น กรดซิตริกในปริมาณมหาศาล แต่ถ้ายีนของยีสต์เหล่านั้นสามารถแก้ไขได้เพื่อผลิตแทน เช่น แร่ธาตุล้ำค่า หรือโมเลกุลที่มีประโยชน์ทางเภสัชกรรม จะเกิดอะไรขึ้นถ้าเซลล์ของวัวสามารถเข้ารหัสใหม่เพื่อผลิตเนื้อสันนอกบริสุทธิ์ได้อย่างต่อเนื่อง

จินตนาการสามารถโลดแล่นไปกับแนวคิดนี้ได้: ป้อนคำสั่งที่ถูกต้องลงในเซลล์ - หรือพันล้านคำสั่ง - และผลิตสารเคมีใหม่หรือสีย้อมที่ไม่เป็นพิษ ทำให้น้ำบริสุทธิ์ ทำให้มีประสิทธิภาพมากขึ้น เครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพ, ใครจะไปรู้อะไรอีก สำหรับความตื่นเต้นและคำมั่นสัญญา เมื่อความคิดและเทคนิคเหล่านี้แพร่หลายและซับซ้อนมากขึ้น ความขัดแย้งก็เกิดขึ้นเหนือคำถามเช่นกัน: เราขอได้ไหม จริงๆ อ้างสิทธิ์ในโปรแกรมชีวิตเหมือนซอฟต์แวร์? เราควร? และนั่นหมายความว่าอย่างไร?

สำหรับบางคน การเขียนโปรแกรมชีววิทยาให้โอกาสในการจัดหาวัสดุที่ไม่มีใครเทียบได้และความอุดมสมบูรณ์ทางเศรษฐกิจสำหรับทั้งโลก ในขณะเดียวกันก็ปรับปรุงบทบาทของเราในฐานะผู้ดูแลยานอวกาศ Earth ทำให้มีเหตุผลน้อยลงในการขุดเชื้อเพลิงฟอสซิลหรือผลิตสารเคมีที่เป็นพิษเพื่อผลิตสิ่งที่เราต้องการ และรัก. คนอื่นๆ มองว่าแนวคิดทั้งหมดเป็นมากกว่าการเปรียบเทียบที่ผิดพลาด แม้แต่การบิดเบือนลักษณะเชิงต่อต้านที่เสี่ยงต่อการปฏิบัติต่อชีวิตว่าเป็นสิ่งที่ซับซ้อนและลึกลับน้อยกว่าที่เป็นจริงมาก การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศเป็นเพียงตัวอย่างหนึ่งที่แสดงให้เห็นว่าทัศนคติดังกล่าวอาจทำให้เราหลงทาง มักจะพบข้อมูลเชิงลึกในช่องว่างระหว่างมุมมองเหล่านี้

'กล่องดำ' ของชีววิทยา

ในประวัติศาสตร์เมื่อไม่นานนี้ มนุษย์ได้เรียนรู้มากมายเกี่ยวกับการทำงานภายในของเซลล์ที่มีชีวิต อุตสาหกรรมกำลังมองหาที่จะสร้างสรรค์สิ่งใหม่ ๆ โดยเชื่อมต่อกับการทำงานภายในเหล่านี้โดยตรง โดยใช้ตรรกะของการคำนวณโดยใช้สิ่งใหม่ที่ทรงพลัง เครื่องมืออย่าง CRISPR เพื่อแก้ไขยีนแต่ละตัว ความเข้าใจของมนุษย์เกี่ยวกับระบบสิ่งมีชีวิตที่เทคโนโลยีเหล่านี้ปลดล็อกสำหรับเรานั้นยังอยู่ในช่วงเริ่มต้น แต่กำลังถูกนำไปใช้ให้เกิดประสิทธิผลแล้ว ดิ เทคโนโลยี mRNA เบื้องหลังของไวรัสโควิด-19 เช่น ส่งเสริมภูมิคุ้มกันโดยการเขียนคำสั่งของเซลล์ใหม่ในการผลิตโปรตีนโดยตรง ถ้านั่นไม่ใช่การเขียนโปรแกรมล่ะ is มันได้หรือไม่

กุญแจสู่แนวคิดของการเขียนโปรแกรมชีววิทยาคือความจริงที่ว่าระบบสิ่งมีชีวิตทำงานบนรหัส DNA ซึ่งแทนที่จะเป็นเลขและศูนย์ที่เราตีความว่าเป็น A, C, T และ G เป็นภาษาที่มนุษย์สามารถอ่านและเรียนรู้ที่จะเขียนได้ แต่เรายังทำไม่ได้อย่างคล่องแคล่ว โดยการเปรียบเทียบ เราสามารถทำงานกับคำและวลีสั้นๆ ได้ แต่ไม่ใช่ประโยคเต็ม นับประสาย่อหน้าหรือบท การเปลี่ยนตัวอักษรเพียงตัวเดียวในลำดับพันธุกรรมอาจให้ผลลัพธ์ที่ดี ไม่ดี หรือตรวจไม่พบ และบ่อยครั้งที่ผลลัพธ์ไม่เป็นไปตามความคาดหวังเชิงตรรกะ

เกือบจะไม่มีสิ่งใดที่เป็นจริงสำหรับรหัสคอมพิวเตอร์ ซึ่งมนุษย์เข้าใจในระดับพื้นฐาน เพราะเราเป็นผู้คิดค้นมันขึ้นมา บางคนโต้แย้งว่าด้วยเหตุนี้ เราจึงไม่สามารถเขียนโปรแกรมชีววิทยาในแง่ที่มีความหมายได้อย่างแท้จริง ไม่ว่าเราจะใช้มาตรการใดเพื่อควบคุมมันก็เตือนเราว่า “ชีวิตพบหนทาง” เพื่อบ่อนทำลายหรือทำลายกล่องที่เราสร้างขึ้นรอบตัวพวกเขา (ไม่ได้สร้างเอฟเฟกต์ที่น่าทึ่งเช่น Jurassic Park เสมอไป) ในการเขียนโปรแกรมดิจิทัล ความสามารถในการคาดเดาคือกุญแจสำคัญ มีประโยชน์เพียงเล็กน้อยสำหรับแอปสเปรดชีตที่เปลี่ยนค่าตัวเลขโดยไม่คาดคิดเป็นระยะๆ แต่สิ่งหนึ่งที่เราสามารถพูดได้อย่างแน่นอนเกี่ยวกับชีวิตก็คือมันคือ ไม่ คาดเดาได้ อันที่จริง วิวัฒนาการขับเคลื่อนโดยความคาดเดาไม่ได้ การกลายพันธุ์ทางพันธุกรรมมีส่วนทำให้เกิดความหลากหลายของสิ่งมีชีวิตที่น่าตื่นตาบนโลก

ในเวลาเดียวกัน เรามักจะสร้างและใช้ระบบที่ซับซ้อนซึ่งมีความสามารถในการคาดการณ์ที่จำกัดอย่างมาก เครื่องบิน ระบบการจราจร เครือข่ายคอมพิวเตอร์ ล้วนประกอบขึ้นจากชิ้นส่วนเล็กๆ ที่สามารถคาดเดาได้จำนวนมาก ซึ่งพฤติกรรมของพวกมันสามารถคาดเดาได้จนถึงจุดหนึ่งเท่านั้น สามารถทำบางสิ่งที่ไม่มีใครเห็นได้เสมอ สำหรับผู้ที่ไม่รู้จักการทำงานภายใน แม้แต่คอมพิวเตอร์ที่สร้างขึ้นอย่างสมบูรณ์ก็สามารถเรียกได้ว่าเป็น 'กล่องดำ': เรารู้ว่าอะไรเข้าไปและอะไรออกมา โดยไม่เข้าใจว่าเกิดอะไรขึ้นภายใน สิ่งที่คล้ายกันอาจกล่าวได้เกี่ยวกับความสัมพันธ์ในปัจจุบันกับชีววิทยา

ลอจิกคลุมเครือ

โชคดีสำหรับเทคโนโลยีชีวภาพ เส้นทางสู่ความก้าวหน้าอาจไม่จำเป็นต้องเข้าใจรหัสของชีวิตอย่างสมบูรณ์ สามารถบรรลุความรู้และความสามารถที่ลึกซึ้งยิ่งขึ้นโดย กอด ความลึกลับที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ที่เกิดจากการทำงานกับระบบสิ่งมีชีวิต การป้อนรหัสพันธุกรรมใหม่เข้าไปในเซลล์โดยให้ผลลัพธ์ที่คาดหวัง ในขณะที่เปิดกว้างต่อสิ่งที่ไม่คาดฝัน อาจเรียกได้ว่าเป็นการเขียนโปรแกรม หรือบางทีอาจกระตุ้น การตั้งคำถามกับธรรมชาติด้วยตัวเธอเอง แม้ว่าสิ่งนี้อาจไม่น่าเชื่อถือหรือมีประสิทธิภาพเท่ากับการร่างโค้ดสำหรับโปรแกรมคอมพิวเตอร์ แต่ข้อดีคือคำตอบมักจะน่าประหลาดใจ และบางครั้งเกี่ยวข้องกับคำถามที่ไม่ได้ถามด้วยซ้ำ นั่นคือวิธีสร้างนวัตกรรม และทำให้ชีววิทยาแตกต่างจากโดเมน 'ตั้งโปรแกรมได้' ในรูปแบบที่น่าตื่นเต้นบางอย่าง

ในอุตสาหกรรม ไม่มีความหรูหราในการรอความเข้าใจอย่างถ่องแท้เกี่ยวกับระบบที่ซับซ้อนซึ่งวิวัฒนาการได้ฝันถึงในช่วงสี่พันล้านปีที่ผ่านมาก่อนที่จะนำไปใช้ได้ ความจำเป็นในการบรรลุเป้าหมายและส่งมอบผลิตภัณฑ์ที่มีประโยชน์ ปรับขนาดได้ และสามารถทำการตลาดได้ในท้ายที่สุด ไม่มีทางเลือกอื่นนอกจากการค้นหาเส้นทางที่ตรงที่สุดสู่ผลลัพธ์ที่ดีที่สุดและมีประโยชน์มากที่สุด การยอมรับความจริงของการทำงานที่คาดเดาไม่ได้หมายถึงการสร้าง ส่วนใหญ่ ระบบที่คาดเดาได้ซึ่งสามารถทนต่อพฤติกรรมของธรรมชาติที่คาดไม่ถึงมากมาย—แต่มักจะมีประโยชน์ เมื่อกระบวนการเหล่านั้นอยู่ในขอบเขตของความสามารถในการทำซ้ำที่ยอมรับโดยการคำนวณแบบเดิมหรือกระบวนการผลิต ความแตกต่างจะมีความสำคัญน้อยลง

พื้นที่ ความซับซ้อนของชีววิทยา เป็นสาเหตุของความอ่อนน้อมถ่อมตน แต่ยังความกระตือรือร้น มีโอกาสในเทคโนโลยีชีวภาพที่จะเรียนรู้และแม้กระทั่งควบคุมกระบวนการและความสามารถที่ไม่มีใครไม่สามารถประดิษฐ์ได้ นับประสาเข้าใจอย่างถ่องแท้ ตัวอย่างเช่น เราไม่ได้ประดิษฐ์ไก่ และไม่เข้าใจส่วนต่าง ๆ ของมันอย่างแน่นอน สิ่งที่เกิดขึ้นในใจเมื่อเราให้อาหารพวกมัน หรือห่วงโซ่ของเหตุการณ์ที่เปลี่ยนเมล็ดพืชให้เป็นไข่ที่สามารถผลิตไข่ได้ทั้งหมด ไก่ใหม่. แต่สิ่งเหล่านี้ให้คุณค่ามากมาย เชื่อถือได้ และมีขนาดพอเหมาะ จนอาจได้รับการพิจารณาว่าเป็นเทคโนโลยีขั้นสูงเช่นกัน คำถามที่ว่าการตัดต่อยีนและการเข้ารหัสระบบสิ่งมีชีวิตนั้นเท่ากับ 'การเขียนโปรแกรม' หรือไม่นั้นส่วนใหญ่มีความหมาย นอกจากนี้ยังเป็นคำถามรองจากคำถามจริง: จะทำอย่างไรกับความสามารถใหม่ที่พัฒนาขึ้นเรื่อยๆ เหล่านี้ ในการพยายามทำความเข้าใจการทำงานพื้นฐานของชีววิทยา ตราบใดที่เราค้นหาวิธีปรับปรุงคุณภาพชีวิตและสุขภาพของโลก ไม่สำคัญจริงๆ ว่าเราใช้คำใดอธิบายสิ่งนี้