生物技術公司表示它可以對生命進行編程來製造新的東西。 真的嗎？

人類喜歡告訴事物該做什麼。 任何我們可以建立、預測和控制的東西——從電腦到工廠——我們都可以透過程式設計來獲得可靠、有用的結果。 生物技術已經成熟到科學家越來越認為活細胞是可編程的，但並不是每個人都同意使用這個術語。 透過修補和編輯基因，大規模創造各種有用的新產品、分子、化學物質和材料，合成生物學領域的領導者承諾在新興 DNA 編輯技術的推動下，從根本上重塑我們製造事物的方式以及生物學看似無限的生產潛能。

Zymergen、Amyris 等公司AMRS
、和 Gingko Bioworks 是推進這一概念的公司之一，該概念已成為許多生物技術領域的基本原則。 “合成生物學背後的核心思想是生物學從根本上來說是可編程的，因為它運行在 DNA 形式的數字代碼上，” 賈森凱利說Gingko Bioworks 執行長在最近的一次會議上。 “如果你可以讀取和編寫程式碼，並且你有一台可以運行它的機器（我們稱之為單元），那就是程式設計。”

生物，從最簡單的細胞一直到複雜的有機體，都已經工業化了。 畜牧業或酵母就是一個明顯的例子，它們被扔進巨大的桶中，在那裡大規模生產檸檬酸等必需化學物質。 但是，如果這些酵母的基因可以被編輯，從而使它們產生例如珍貴的礦物質或藥學上有用的分子呢？ 如果牛的細胞可以被重新編碼以生產源源不絕的純菲力牛排會怎麼樣？

這個想法可以發揮想像力：將正確的指令輸入到一個或數十億個細胞中，並生產新的化學物質或無毒染料、淨化水、提高效率 生物反應器，誰知道還有什麼。 儘管令人興奮和充滿希望，但隨著這些想法和技術變得更加廣泛和複雜，對於以下問題的分歧也出現了：我們可以嗎？ 真 聲稱程式的生命就像軟體一樣？ 我們應該嗎？ 這到底意味著什麼？

對某些人來說，程式生物學提供了為整個地球提供無與倫比的物質和經濟豐富性的機會，同時也改善了我們作為地球飛船管理者的角色，讓我們沒有理由挖掘化石燃料或生產有毒化學品來製造我們需要的東西和愛。 其他人則認為整個概念只不過是一個錯誤的類比，甚至是一種適得其反的錯誤描述，有可能將生命視為比其真實情況更不複雜和神秘的東西。 氣候變遷只是這種態度可能導致我們誤入歧途的例子之一。 通常情況下，可以在這些觀點之間的空間中找到洞察力。

生物學的“黑盒子”

在近代歷史中，人類對活細胞的內部運作有了許多了解。 業界現在正在尋求透過直接與這些內部運作介面進行創新，透過使用強大的新功能來應用運算邏輯。 CRISPR 等工具 編輯單一基因。 人類對這些技術為我們解鎖的生命系統的理解仍處於起步階段，但它們已經投入生產使用。 這 mRNA技術 例如，在 COVID-19 背後，它透過直接重寫細胞產生蛋白質的指令來增強免疫力。 如果這不是編程，那是什麼 is 呢？

程式生物學思想的關鍵在於，生命系統是在代碼 DNA 上運行的，我們將其解釋為 A、C、T 和 G，而不是 XNUMX 和 XNUMX。 這是一種人類可以閱讀甚至正在學習書寫的語言，但我們還不能流利地做到這一點。 透過類比，我們可以處理單字和片語，但不能處理完整的句子，更不用說段落或章節了。 僅改變基因序列中的一個字母就可能產生好的、壞的或無法檢測到的結果，而且結果常常不符合邏輯預期。

對於電腦程式碼來說，這一切幾乎都不是真的，人類從根本上理解電腦程式碼，因為，嗯，我們發明了它。 有些人認為，出於這個原因，我們永遠無法真正從有意義的意義上對生物學進行程式設計。 無論我們採取什麼措施來控制它，他們都提醒我們，“生命找到了出路「破壞或打破我們圍繞它們建造的盒子（並不總是像侏羅紀公園那樣具有戲劇性的效果）。 在數位程式設計中，可預測性是關鍵。 對於時不時地意外更改數字值的電子表格應用程式來說，幾乎沒有什麼用處。 然而，關於生活，我們可以肯定地說的一件事是，它就是 任何監管機構都不批准 可預測。 事實上，演化是由不可預測性所推動的，基因突變造就了地球上令人眼花撩亂的生命多樣性。

同時，我們經常建構和使用可預測性嚴重有限的複雜系統。 飛機、交通系統、電腦網絡，所有這些都是由許多較小的、可預測的部件組成，它們的行為只能在一定程度上被預測，並且總是能夠做一些沒人預見到的事情。 對於任何不了解其內部工作原理的人來說，即使是一台構造完美的計算機也可以被稱為“黑盒子”：我們知道什麼進去、什麼出來，但不了解內部發生的情況。 目前與生物學的關係也可以說是類似的。

模糊邏輯

對於生物技術來說幸運的是，進步之路可能不需要完全掌握生命密碼。 可以透過以下方式獲得更深層的知識和能力： 擁抱 與生命系統合作不可避免地會產生神秘的邊緣。 將新的遺傳密碼輸入細胞並產生預期的結果，同時對意外情況保持開放的態度，可以稱為編程，或者可能是刺激，向大自然本身提出問題。 雖然這可能不如為電腦程式起草程式碼那麼可靠或高效，但好處是答案往往令人驚訝，有時甚至涉及甚至沒有被問到的問題。 這就是創新的發生方式，它以一些令人興奮的方式將生物學與任何其他「可編程」領域區分開來。

在工業中，等待完全掌握過去四十億年來進化所夢想的複雜系統才可以投入使用是不可能的。 達到里程碑並提供有用的、可擴展的和最終適銷對路的產品的必要性除了找到獲得最佳和最有用結果的最直接途徑之外別無選擇。 接受不可預測性工作的現實意味著建立 大多 可預測的系統可以容忍許多意想不到但通常有用的自然行為。 一旦這些過程處於傳統計算或製造過程所接受的可重複性範圍內，差異就變得不那麼重要了。

生物學的複雜性 是謙卑的原因，也是熱情的原因。 生物技術中有一個學習甚至利用無人能夠發明的流程和能力的機會，更不用說完全理解了。 例如，我們沒有發明雞，當然也不了解它的所有工作部件，當我們餵牠們時它的腦子裡在想什麼，或者將穀物轉化為雞蛋以產生整個雞蛋的一系列事件。新雞。 但它們為我們提供瞭如此多的價值、可靠且大規模，以至於它們也可以被視為先進技術。 那麼，基因編輯和生命系統編碼是否相當於「程式設計」的問題很大程度上是語義性的。 對於真正的問題來說，這也是次要的：這些新的和不斷改進的能力將用來做什麼？ 在試圖了解生物學的基本運作原理時，只要我們正在尋找改善生活品質和地球健康的方法，我們用什麼詞來描述它並不重要。