生物技术公司表示它可以对生命进行编程来制造新的东西。 真的吗？

人类喜欢告诉事情该做什么。 任何我们可以建立、预测和控制的东西——从计算机到工厂——我们都可以通过编程来获得可靠、有用的结果。 生物技术已经成熟到科学家越来越多地将活细胞视为可编程的程度，但并不是每个人都同意使用这个术语。 通过修补和编辑他们的基因以大规模创造各种有用的新产品、分子、化学品和材料，合成生物学领域的领导者承诺从根本上重塑我们制造事物的方式，这将由用于编辑 DNA 的新兴技术驱动。以及生物学看似无限的生产潜力。

Zymergen、Amyris 等公司弹药
和 Gingko Bioworks 是推动这一概念的一些人，这已成为生物技术中许多人的基本原则。 “合成生物学背后的核心理念是生物学从根本上是可编程的，因为它以 DNA 形式运行在数字代码上，” 杰森凯利说, Gingko Bioworks 的首席执行官，在最近的一次会议上。 “如果你可以读写代码，并且你有一台可以运行它的机器——我们称之为单元——那就是编程。”

生物，从最简单的细胞一直到复杂的有机体，都已经工业化了。 畜牧业就是一个明显的例子，或者酵母，它们被扔进巨大的大桶中，在那里它们大规模生产柠檬酸等基本化学物质。 但是，如果这些酵母的基因可以被编辑，从而产生例如一种珍贵的矿物质或一种药用分子呢？ 如果可以对奶牛的细胞进行重新编码以生产持续供应的纯菲力牛排会怎样？

这个想法可以发挥想象力：将正确的指令输入一个或数十亿个细胞中，并生产新的化学物质或无毒染料，净化水，提高效率 生物反应器，谁知道还有什么。 尽管有所有的兴奋和希望，随着这些想法和技术变得越来越普遍和复杂，分歧也在这个问题上出现：我们能 真 声称像软件一样程序生活？ 我们应该吗？ 这甚至意味着什么？

对某些人来说，编程生物学提供了为整个地球提供无与伦比的物质和经济丰裕的机会，同时也提高了我们作为地球飞船管家的角色，让我们减少了挖掘化石燃料或生产有毒化学物质来制造我们需要的东西的理由和爱。 其他人则认为整个概念只不过是一个错误的类比，甚至是一种适得其反的错误描述，它有可能将生命视为远没有实际复杂和神秘的事物。 气候变化只是这种态度可能导致我们误入歧途的一个例子。 通常情况下，可以在这些观点之间的空间中找到洞察力。

生物学的“黑匣子”

在最近的历史中，人类对活细胞的内部运作有了很多了解。 工业界现在正在寻求通过直接与这些内部运作进行交互来进行创新，通过使用强大的新功能来应用计算逻辑 CRISPR等工具 编辑单个基因。 人类对这些技术为我们解锁的生命系统的理解仍处于起步阶段，但它们已经被投入生产使用。 这 mRNA技术 例如，在 COVID-19 背后，通过直接重写细胞生产蛋白质的指令来增强免疫力。 如果这不是编程，那是什么 is 它？

生物学编程思想的关键是生命系统在代码、DNA 上运行的事实，我们将其解释为 A、C、T 和 G，而不是 XNUMX 和 XNUMX。 这是一种人类可以阅读甚至正在学习写作的语言，但我们还不能流利地做到这一点。 通过类比，我们可以使用单词和短语，但不能使用完整的句子，更不用说段落或章节了。 仅更改基因序列中的一个字母可能会产生好的、坏的或无法检测到的结果，而且结果通常不符合逻辑预期。

几乎所有这些都不适用于计算机代码，人类从根本上理解它，因为我们发明了它。 有人认为，出于这个原因，我们永远无法真正对生物学进行有意义的编程。 无论我们采取什么措施来控制它，它们都会提醒我们，“生活找到了一种方式”来破坏或打破我们围绕它们建造的盒子（并不总是像侏罗纪公园那样具有戏剧性的效果）。 在数字编程中，可预测性是关键。 电子表格应用程序不时会意外更改数字值，几乎没有用处。 然而，关于生活，我们可以肯定地说的一件事是，它是 不能 可预见。 事实上，进化是由不可预测性驱动的，基因突变贡献了地球上令人眼花缭乱的生命多样性。

同时，我们经常构建和使用可预测性显着受限的复杂系统。 飞机、交通系统、计算机网络，所有这些都是由许多更小的、可预测的部分组成的，以至于它们的行为只能在一定程度上是可预测的，总是能够做一些没有人预见到的事情。 对于任何不了解其内部运作的人来说，即使是结构完美的计算机也可以称为“黑匣子”：我们知道里面发生了什么，知道里面发生了什么。 关于当前与生物学的关系，也可以说类似的事情。

模糊逻辑

幸运的是，生物技术的进步之路可能不需要完全掌握生命密码。 更深层次的知识和能力可以通过以下方式获得 拥抱 与生命系统一起工作所带来的不可避免的神秘边缘。 将新的遗传密码输入细胞并产生预期的结果，同时也对意外情况持开放态度，这可以称为编程，或者也许是刺激，向大自然本身提出问题。 虽然这可能不像为计算机程序起草代码那样可靠或有效，但好处是答案通常令人惊讶，有时甚至与甚至没有被问到的问题有关。 创新就是这样发生的，它以一些令人兴奋的方式将生物学与任何其他“可编程”领域区分开来。

在工业界，等待完全掌握进化在过去 XNUMX 亿年中构想出来的复杂系统，然后才能投入使用，这并不是一件奢侈的事情。 实现里程碑并交付有用、可扩展且最终可销售的产品的当务之急是除了找到通往最佳和最有用结果的最直接途径之外别无选择。 接受与不可预测性合作的现实意味着建立 大多 可预测的系统，可以容忍许多意想不到的——但通常是有用的——自然行为。 一旦这些过程在传统计算或制造过程所接受的可重复性范围内，区别就变得不那么重要了。

生物学的复杂性 是谦卑的原因，也是热情的原因。 生物技术有机会学习甚至利用任何人永远无法发明的过程和能力，更不用说完全理解了。 例如，我们并没有发明鸡，当然也不了解它的所有工作部分，当我们喂它们时它在想什么，或者将谷物转化为可以产生整个鸡蛋的鸡蛋的一系列事件新鸡。 但它们为我们提供了如此多的价值，可靠且规模化，它们也可以被视为先进技术。 那么，基因编辑和编码生命系统是否等同于“编程”的问题在很大程度上是语义上的。 真正的问题也是次要的：这些新的和不断改进的能力将做什么？ 在试图理解生物学的基本工作原理时，只要我们正在寻找改善生活质量和地球健康的方法，我们用什么词来描述它并不重要。