Cyborg
Cyborg #05 - 02/2016

#05 - 02/2016

Συνθετική βιολογία και μοριακός προγραμματισμός: τα κύτταρα ως αλυσίδα (ανα-)παραγωγής

Εκεί όπου ο προγραμματισμός συναντάει τη βιολογία

Έχουν περάσει μόλις 15 χρόνια από την “μακρινή” (για τα δεδομένα της τεχνολογικής εξέλιξης) εποχή που οι εταιρείες κατασκευής μικρο-επεξεργαστών επιδίδονταν σε έναν αγώνα αύξησης της υπολογιστικής ισχύος των προϊόντων τους μέσω αύξησης της συχνότητας λειτουργίας τους, τότε που τα GHz ήταν το νόμισμα στο οποίο εκφραζόταν η ισχύς. Καθώς αυτή η τακτική βασιζόταν κατά κύριο λόγο σε μια λογική σμίκρυνσης των στοιχειωδών ηλεκτρονικών στοιχείων (όσο μικρότερα, τόσο ταχύτερα), κάποια στιγμή άρχισε να βρίσκει τοίχο και να αγγίζει κάποια φυσικά όρια που γίνονται όλο και πιο δύσκολο να ξεπεραστούν. Παρ' όλα αυτά, οι ειδικοί φυσικά δεν έμειναν με σταυρωμένα τα χέρια. Μια σειρά από νέα υπολογιστικά παραδείγματα (αν μας επιτρέπεται ο όρος) βρίσκονται ήδη στα σκαριά, με διαφορετικούς βαθμούς επιτυχίας. Η ταυτόχρονη και παράλληλη χρήση πολλαπλών επεξεργαστών είναι η πιο προφανής λύση, αυτή που έχει βρει το δρόμο της ακόμα και στους υπολογιστές οικιακής χρήσης. Η εκτύπωση ψηφιακών κυκλωμάτων σε τρεις διαστάσεις (αντί για τη σημερινή δισδιάστατη, επίπεδη εκτύπωση) ώστε να χωράνε περισσότερα στοιχεία στο ίδιο τσιπάκι αποτελεί μια άλλη εναλλακτική. Και φυσικά οι κβαντικοί υπολογιστές, αν και όποτε έρθουν, υπόσχονται να καταστήσουν τους σημερινούς υπολογιστές απλά παιχνίδια για παιδιά. Ωστόσο, όλες αυτές οι εναλλακτικές, ακόμα και οι κβαντικοί υπολογιστές, ανήκουν στην ίδια τεχνολογική “παράδοση” όσον αφορά στο υλικό υπόστρωμα πάνω στο οποίο εκτελούνται οι υπολογισμοί και οι αλγόριθμοι. Πρόκειται για ένα “φυσικό” υπόστρωμα, από την άποψη ότι η κωδικοποίηση των λειτουργιών του σε νόμους ανήκει στη δικαιοδοσία της φυσικής και ειδικότερα της κβαντομηχανικής και της φυσικής στερεάς κατάστασης. Δίπλα και παράλληλα με αυτή την “παραδοσιακή” γραμμή εξέλιξης όμως, τρέχει και (τουλάχιστον) μία ακόμη που, ούτε λίγο ούτε πολύ, σκοπός της είναι να επιστρατεύσει για την εκτέλεση υπολογισμών όχι μικρο-ηλεκτρονικά στοιχεία, αλλά βιολογικούς οργανισμούς. Και το όνομα του νέου αυτού υπολογιστικού παραδείγματος: μοριακός προγραμματισμός (molecular programming).
Αν κανείς θελήσει να δώσει ένα συμπυκνωμένο, κωδικό ορισμό για το τι σημαίνει μοριακός προγραμματισμός, θα μπορούσε να τον περιγράψει ως το σημείο σύγκλισης και διασταύρωσης δύο (μέχρι πρότινος) ξεχωριστών τεχνοεπιστημονικών κλάδων: αυτόν της βιολογίας (και ειδικότερα της γενετικής μηχανικής) και αυτόν της ψηφιακής σχεδίασης ηλεκτρονικών κυκλωμάτων. Οι ελπίδες των ειδικών (καθώς και όσων έχουν λαμβάνειν από τέτοιες ιστορίες) είναι ότι από μια τέτοια διασταύρωση θα προκύψει ένας υβριδικός κλάδος, αυτός της συνθετικής βιολογίας (synthetic biology), στο κέντρο του οποίου θα βρίσκεται η μεθοδολογία και οι πρακτικές του (μοριακού πλέον) προγραμματισμού, έτσι ώστε ο χειρισμός του βιολογικού υλικού να καταστεί τόσο εύκολος και απροβλημάτιστος όσο και ο χειρισμός ενός (ηλεκτρονικού) υπολογιστή από έναν προγραμματιστή. Και ο σκοπός πίσω από τις ελπίδες και τον ενθουσιασμό για τα νέα θαύματα της συνθετικής βιολογίας, πέρα από τις γνωστές, ανακυκλωμένες και ξαναζεσταμένες φλυαρίες περί “χαράς της γνώσης, της ανακάλυψης και της δημιουργικότητας”; Θα αναφερθούμε στη συνέχεια με περισσότερες λεπτομέρειες σε αυτό το θέμα, μιας και πρώτα θα χρειαστεί να κάνουμε μια επεξήγηση και χαρτογράφηση του πεδίου της συνθετικής βιολογίας. Για την ώρα, αρκούμαστε σε μια νύξη. Ο σκοπός είναι αρκετά “ταπεινός” και βγαλμένος από τα βάθη της καπιταλιστικής ιστορίας. Λέγεται “αύξηση της παραγωγικότητας”. Μόνο που το καινούριο εδώ έχει να κάνει με το τέλος που κανονικά συμπληρώνει αυτή την φράση. Της παραγωγικότητας ποιανού; Των ίδιων των βιολογικών κυττάρων, εννοημένων πλέον ως το πάγιο κεφάλαιο ενός βιο-εργοστασίου. Πρόκειται για μια σχεδόν ιδεοτυπική αποτύπωση, στο πεδίο των τεχνολογικών εφαρμογών, αυτού που μέσα από τις σελίδες του Cyborg ονομάζουμε βιο-πληροφοριακό παράδειγμα.

Συνθετική βιολογία και μοριακός προγραμματισμός: προθέσεις κι “εμπόδια”

Σύμφωνα με την Ευρωπαϊκή Ένωση, ως συνθετική βιολογία ορίζεται:

“οι εφαρμογές της επιστήμης, της τεχνολογίας και της μηχανοτεχνικής (engineering) που έχουν ως σκοπό την διευκόλυνση κι επιτάχυνση του σχεδιασμού, της κατασκευής και/ή της τροποποίησης του γενετικού υλικού ζωντανών οργανισμών”.

Αρκετά γενικός ορισμός (όπως το συνηθίζουν τέτοιοι θεσμοί) στον οποίο θα μπορούσε άνετα να ενταχθεί και η κλασσική γενετική μηχανική. Τίποτα το εντυπωσιακά καινούριο λοιπόν; Από μια άποψη, η συνθετική βιολογία είναι όντως συνέχεια της γενετικής μηχανικής. Μια κρίσιμη διαφορά όμως βρίσκεται στις δύο λεξούλες που της έχουν δανείσει οι μηχανικοί: σχεδιασμός και κατασκευή. Οι καθ' ύλην αρμόδιοι έχουν να πουν μερικά λόγια παραπάνω για το πώς αντιλαμβάνονται την συνθετική βιολογία:

“Ό,τι και να πούμε για τη σημασία της επανάστασης που προκάλεσε η τεχνολογία του ανασυνδυαζόμενου DNA στα μέσα της δεκαετίας του 70 θα είναι λίγο. [1Για αυτή την πρώτη φάση της γενετικής μηχανικής, βλ. Αιχμάλωτα Κύτταρα, στη βιβλιοθήκη του Sarajevo.]
...
Ωστόσο, κοιτώντας τα επιτεύγματα της, έχει σημασία να σημειώσουμε ότι τα προϊόντα που προέκυψαν ήταν περιορισμένης πολυπλοκότητας: μεμονωμένες πρωτεΐνες, μικρά μόρια που βασίζονται σε διαλογή (screening) μεμονωμένων πρωτεϊνών και μεταβολικά τροποποιημένα μικρόβια τα οποία έχουν αναπτυχθεί κατόπιν μιας εκτεταμένης διαδικασίας δοκιμής και λάθους. Γνωρίζουμε πώς να φτιάχνουμε μεμονωμένες πρωτεΐνες, αλλά η δημιουργία συστημάτων με πολλαπλά συστατικά, με τη δυνατότητα να μιμούνται τη φυσική βιολογία σε όλη τη συνθετότητά της, είναι πέρα από τις σημερινές μας δυνατότητές. Η συνθετική βιολογία υπόσχεται να κάνει ακριβώς αυτό το πράγμα. Πιο συγκεκριμένα, υπόσχεται να κατασκευάσει οργανισμούς που θα έχουν πραγματικά νέα χαρακτηριστικά και θα αντιπροσωπεύουν ένα άλμα σε σχέση με ό,τι υπάρχει σήμερα.
...
Μιας και τα συστήματα που θέλουν να κατασκευάσουν οι συνθετικοί βιολόγοι είναι αρκετά πολύπλοκα και περιλαμβάνουν αρκετές μεταβλητές, των οποίων οι τιμές πρέπει να βρίσκονται εντός ενός περιορισμένου εύρου.... πολλές φορές δεν είναι δυνατό να βρίσκουμε λύσεις μέσω διαίσθησης, τυχαίων υποθέσεων ή ακόμα και σταδιακής τροποποίησης υπαρχόντων συστημάτων. Θα μπορούσαμε να χρησιμοποιήσουμε ως αναλογία το παράδειγμα του διαστημικού προγράμματος. Αυτό το υπερφιλόδοξο πρόγραμμα δεν υλοποιήθηκε μέσω σταδιακών αλλαγών πάνω σε προϋπάρχοντα συστήματα κι αφού πρώτα είχαμε στείλει στο διάστημα μερικά εκατομμύρια παρόμοιων, αλλά ελαφρώς τροποποιημένων πυραύλων, περιμένοντας να δούμε ποιος απ' όλους θα δουλέψει τελικά. Ο παραλληλισμός με τη βιολογία έχει ως εξής: η βιολογική εξέλιξη από μόνη της δεν μπορεί να σε πάει πολύ μακριά όταν μιλάμε για μικρές κλίμακες χρόνου. Αντίθετα, όπως και με το διαστημικό πρόγραμμα, απαιτείται μια εκτεταμένη διαδικασία σχεδιασμού και υπολογισμών ώστε να καταφέρουμε το μεγάλο άλμα προς νέες βιο-μοριακές κατασκευές.” [2Από το άρθρο Integrating biological redesign: where synthetic biology came from and where it needs to go, που δημοσιεύτηκε στο υψηλού κύρους επιστημονικό περιοδικό Cell.]

cyborg 5

Το όνειρο της κατασκευασμένης ζωής ήταν μέσα στους προγραμματικούς στόχους της βιολογίας από τα γεννοφάσκια της. Ο όρος "συνθετική ζωή" μπορεί να έγινε της μόδας τα τελευταία 10 χρόνια, όμως υπήρχε ήδη τουλάχιστον από το 1912, χρονολογία έκδοσης του ομώνυμου βιβλίου από τον βιολόγο Leduc.

Τα παραπάνω ίσως εξακολουθούν να φαίνονται αρκετά γενικόλογα, ειδικά αν κάποιος δεν έχει την ευχέρεια να κινείται στους σχετικούς χώρους. Για να γίνουν καλύτερα κατανοητά τα σημεία διαφοροποίησης της συνθετικής βιολογίας σε σχέση με την παραδοσιακή, θα χρειαστεί να εμβαθύνουμε λίγο, αναφέροντας και μερικές πληροφορίες τεχνικής φύσης. Θα χρησιμοποιήσουμε ως σημείο αφετηρίας την κλασσική γενετική μηχανική, αυτή που μας έδωσε τους διαβόητους γενετικά τροποποιημένους οργανισμούς. Θα μπορούσε άραγε, με βάση τις τεχνικές της γενετικής μηχανικής, να φτιάξει κανείς ζώα που να κατουράνε αλκοόλ; Αν του έμπαινε ενός βιολόγου αυτή η υψηλή ιδέα, πώς θα προχωρούσε; Θα προσπαθήσουμε να κάνουμε μια υπόθεση, στο βαθμό που έχουμε κατανοήσει τα σχετικά ζητήματα. [3Προφανώς, τα όσα λέμε εδώ είναι πολύ πιθανό να μην είναι ακριβή ως προς τις λεπτομέρειές τους. Νομίζουμε όμως ότι η γενική ιδέα ευσταθεί.]
Κατ' αρχήν, ο φίλος μας ο βιολόγος θα κοιτούσε να δει αν υπάρχουν στη φύση οργανισμοί που κάνουν αυτή τη δουλειά. Ως γνωστό, και μιλώντας για το κρασί, το αλκοόλ είναι το αποτέλεσμα μιας διαδικασίας ζύμωσης που συμβαίνει αφού τα σταφύλια πατηθούν κι αφεθούν στο χυμό τους για αρκετές μέρες. Υπεύθυνοι για αυτή τη διαδικασία είναι ορισμένοι μικρο-οργανισμοί (ζυμομήκυτες) που βρίσκονται στη φλούδα των σταφυλιών και που, υπό τις κατάλληλες συνθήκες, έχουν την ικανότητα να μεταβολίζουν τα σάκχαρα του χυμού σε αλκοόλη. Αν κανείς έλεγε ότι αυτοί εδώ οι μικρο-οργανισμοί τρώνε ζάχαρη και κατουράνε αλκοόλ, δεν θα έπεφτε και πολύ έξω (υπό αυτή την έννοια, όλοι είμαστε ουρολάγνοι. Μια σκέψη, για την επόμενη φορά που θα πίνετε κρασί...). Έστω, τώρα, ότι, μετά από αρκετές δοκιμές και κοπτοραπτική του γονιδιώματος των ζυμομυκητών, ο εν λόγω βιολόγος κατόρθωνε να εντοπίσει το γονίδιο που ρυθμίζει την παραγωγή αλκοόλης. Το επόμενο βήμα θα ήταν να πάρει ένα ζώο, π.χ. ένα ποντίκι (με τόσα που έχουν τραβήξει τα ποντίκια στα εργαστήρια των βιολόγων...), και να αρχίσει τις δοκιμές εμφύτευσης του συγκεκριμένου γονιδίου σε διάφορα σημεία του ποντικίσιου DNA· κατά προτίμηση κατά κει που πέφτουν τα γονίδια τα σχετικά με τα νεφρά. Με λίγη διαίσθηση και κάμποση τύχη, ίσως και να κατάφερνε να δημιουργήσει τον Whiskey Mouse. Αν όχι, δόξα τω Θεώ, υπάρχουν και οι μαϊμούδες, οι νυφίτσες, τα γουρούνια και όλο το υπόλοιπο ζωικό βασίλειο. Για ποιον λόγο, λοιπόν, ζορίζονται τόσο οι βιολόγοι με την παραπάνω διαδικασία και θέλουν να επιχειρήσουν το άλμα προς νέες βιο-μοριακές κατασκευές;

Ο πρώτος λόγος έχει να κάνει με το υλικό πάνω στο οποίο χρειάζεται να δουλέψουν. Οι κλασσικές τεχνικές γενετικής μηχανικής οφείλουν να έχουν, τόσο στην αφετηρία τους όσο και στο τέλος τους, έναν ζωντανό οργανισμό που έχει εμφανιστεί φυσικά στη γη, ως αποτέλεσμα της «αργής» βιολογικής εξέλιξης. Η απόσταση ανάμεσα στους ζυμομύκητες και τα ποντίκια μπορεί να καλύπτεται με τη γονιδιακή κοπτοραπτική, αλλά “δυστυχώς” και οι μεν και τα δε πρέπει να προϋπάρχουν για να ξεκινήσει η κούρσα. Αυτό είναι το πρώτο εμπόδιο που υπόσχεται να υπερβεί η συνθετική βιολογία. Αντί να περιμένουμε την εξέλιξη να κάνει τη δουλειά της, μπορούμε να κατασκευάσουμε οργανισμούς (ουσιαστικά μιλάμε για νέα είδη) ή εν γένει βιολογικό υλικό (π.χ., συγκεκριμένες πρωτεΐνες)  που ενδεχομένως να μην έχουν εμφανιστεί ποτέ στη φύση, αλλά που πάντως θα είναι σχεδιασμένοι στη βάση συγκεκριμένων προδιαγραφών.

Ο δεύτερος λόγος αφορά στην ακολουθούμενη μέχρι τώρα μεθοδολογία, δηλαδή στο πώς της υπόθεσης. Και το πρόβλημα εδώ είναι ότι οι γενετιστές δεν έχουν επί της ουσίας κάποια μεθοδολογία ή, εν πάση περιπτώσει, δεν έχουν κάποια καλά καθορισμένη και προτυποποιημένη μεθοδολογία. Πέρα από κάποιες βασικές βιολογικές τεχνικές, κατά τ' άλλα βασίζονται σε ένα μείγμα διαίσθησης, υποθέσεων και τυφλών δοκιμών μέχρι να πετύχουν το επιθυμητό βιο-προϊόν, αν ποτέ το πετύχουν. [4Κάτι που ισχύει και γενικότερα στη βιολογία, πέρα από τη γενετική, και που υποτίθεται ότι είναι ένας από τους λόγους για τα υψηλά κόστη ανάπτυξης νέων φαρμάκων.]
Σε αυτό το σημείο είναι που έρχεται να κλειδώσει η λογική του (μοριακού) προγραμματισμού. Δανειζόμενοι αρχές και πρακτικές από την ευρέως εννοούμενη πληροφορική, το όνειρο των βιολόγων για τον 21ο αιώνα συνίσταται στο χτίσιμο μιας σειράς βασικών, καλά ορισμένων και οπωσδήποτε προβλέψιμων βιολογικών στοιχείων, κατ' αναλογία με τα ηλεκτρονικά στοιχεία, που θα μπορούν να συνδυαστούν “αυθαίρετα”, σε κατασκευές ολοένα κι αυξανόμενης πολυπλοκότητας.

cyborg 5

Χαριτωμενιές από τους συνθετικούς βιολόγους με τα λεγόμενα «οριγκάμι από DNA». Μόρια DNA καθοδηγούνται ώστε να λάβουν συγκεκριμένα δισδιάστατα σχήματα. Ακόμα και emoticons... (βλ. το άρθρο στο περιοδικό Nature, Folding DNA to create nanoscale shapes and patterns).

Μια παρέκβαση σχετικά με τη ψηφιακή σχεδίαση ηλεκτρονικών κυκλωμάτων είναι απαραίτητη εδώ. Ένας ηλεκτρονικός επεξεργαστής (και γενικότερα ένα οποιοδήποτε ψηφιακό κύκλωμα που εκτελεί λογικές λειτουργίες) μπορεί να περιγραφεί σε διάφορα επίπεδα αφαίρεσης. Στο χαμηλότερο και πιο “υλικό” επίπεδο, είναι δουλειά της κβαντομηχανικής να περιγράψει, υπό τη μορφή εξισώσεων, τη λειτουργία βασικών ηλεκτρονικών στοιχείων (όπως το τρανζίστορ). Επί της ουσίας, να περιγράψει τη ροή των ηλεκτρονίων μέσα σε αυτά τα στοιχεία, ώστε να καθοριστούν επακριβώς οι σχέσεις εισόδου κι εξόδου τους (αν βάλω τόση τάση στην είσοδο, θα προκύψει τόση τάση στην έξοδο). Άπαξ και γίνει αυτό το βήμα, οι μηχανικοί μπορούν να παραλάβουν τα εν λόγω στοιχεία και να τα χειριστούν ως “μαύρα κουτιά”, από τη στιγμή που είναι γνωστές οι σχέσεις εισόδου - εξόδου τους, αδιαφορώντας για την εσωτερική λειτουργία τους. Αυτό το αφαιρετικό άλμα (κάθε αφαίρεση προϋποθέτει ένα είδος αδιαφορίας) είναι που τους επιτρέπει να τα συνδυάζουν σε πολύπλοκες κατασκευές. Από την ανάποδη τώρα, στο ανώτερο επίπεδο αφαίρεσης βρίσκεται ο προγραμματιστής που χειρίζεται τον επεξεργαστή γράφοντας κώδικα, δηλαδή κείμενο σε μια αυστηρά τυποποιημένη και μαθηματική “γλώσσα”. Στη βάση των γλωσσών προγραμματισμού βρίσκεται μια ειδική εννόηση της λογικής και πιο συγκεκριμένα μια μαθηματικοποιημένη λογική που έλκει την καταγωγή της από τη γνωστή άλγεβρα Boole. [5Για περισσότερα σχετικά με την άλγεβρα Boole και τους αλγορίθμους βλ. την εισήγηση του Game Over από το φεστιβάλ του 2014, Αλγόριθμος η μηχανοποίηση της σκέψης. Για ακόμα περισσότερα, βλ. τη σειρά Η σκέψη και το κύκλωμα στο Sarajevo.] Οι μεταβλητές σε αυτό το σύστημα δεν παίρνουν πλέον τιμές από το κλασσικό δεκαδικό αριθμητικό σύστημα, αλλά από ένα δυαδικό σύστημα που δέχεται μόνο δύο τιμές, τα γνωστά bit του 0 και του 1. Ο όρος «λογική» εισάγεται για τον εξής λόγο: με αυτόν τον φορμαλισμό, εκτός από τις κλασσικές αριθμητικές πράξεις (πρόσθεση, πολλαπλασιασμός, κτλ), δίνεται επιπλέον η δυνατότητα εκτέλεσης και λογικών πράξεων, του τύπου “αν ισχύει το Α και το Β, τότε πρέπει να ισχύει και το Γ”, όπου οι είσοδοι Α και Β, όποτε παίρνουν και οι δύο την τιμή 1, δίνουν πάντα στην έξοδο Γ επίσης την τιμή 1. Αυτού του είδους ο λογικός φορμαλισμός είναι που επιτρέπει στις υψηλής αφαίρεσης γλώσσες προγραμματισμού να συναντηθούν με την ηλεκτρονική σχεδίαση. Εφόσον τα “μαύρα κουτιά” των μηχανικών μπορούν να κατασκευαστούν έτσι ώστε να δέχονται και να παράγουν μόνο δύο επίπεδα τάσης, αντιστοιχώντας στα λογικά 0 και 1, τότε μπορούν να κατασκευαστούν ηλεκτρονικά στοιχεία που να εκτελούν λογικές πράξεις. Στην αργκώ της ψηφιακής σχεδίασης, τα στοιχεία αυτά ονομάζονται πύλες και το παραπάνω παράδειγμα του “αν Α και Β, τότε Γ” υλοποιείται από τις λεγόμενες πύλες AND (άλλες πύλες είναι οι OR, XOR, NOT κτλ). Καθώς κάθε τέτοια πύλη είναι αυστηρά προτυποποιημένη, τα ψηφιακά συστήματα μπορούν να σχεδιαστούν με υψηλό βαθμό προβλεψιμότητας και πολυπλοκότητας και η υλοποίησή τους να γίνει αργότερα, με τους σχεδιαστές μηχανικούς να είναι βέβαια ότι το τσιπάκι που θα πάρουν θα λειτουργεί σύμφωνα με τις προδιαγραφές τους. Ενδεικτικά, ένα σημερινό τσιπάκι μπορεί να περιέχει δισεκατομμύρια τέτοιες λογικές πύλες. [6Η αφαιρετική ιεραρχία που περιγράψαμε είναι φυσικά εξιδανικευμένη. Πάντα υπάρχουν σχεδιαστικές αβεβαιότητες. Επίσης, η κατεύθυνση δεν είναι αυστηρά από κάτω προς τα πάνω. Για παράδειγμα, οι μηχανικοί είχαν ανακαλύψει τα τρανζίστορ και τα χρησιμοποιούσαν αρκετά πριν οι φυσικοί καταφέρουν να τα δαμάσουν με τις εξισώσεις τους.]

Τα βιο-κυκλώματα του μέλλοντος

Πίσω στα χωράφια της βιολογίας. Αυτή τη στιγμή, ούτε στα πιο τρελά τους όνειρα δεν θα μπορούσαν να διανοηθούν οι βιολόγοι την κατασκευή βιολογικών συστημάτων αντίστοιχης πολυπλοκότητας και προβλεψιμότητας με τα ψηφιακά. Όμως προς αυτήν ακριβώς την κατεύθυνση έχουν καρφωμένο το βλέμμα τους. Μέσα από μια ανηλεή κατάτμηση, αποδόμηση κι ανασύνθεση βιολογικών οργανισμών, έχουν ως στόχους τους τα εξής: [7Οι στόχοι αυτοί διατυπώθηκαν (ίσως για πρώτη φορά) από τον πατέρα της συνθετικής βιολογίας Drew Endy, πριν από 10 χρόνια, στο άρθρο του Foundations for Engineering Biology, που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Nature.]
1) τη δημιουργία μιας σειράς βασικών βιολογικών στοιχείων τα οποία, όπως και τα ηλεκτρονικά, θα έχουν σαφώς καθορισμένες σχέσεις εισόδου - εξόδου. Οι είσοδοι και οι έξοδοι θα εκφράζονται τώρα με βιολογικούς όρους (π.χ., συγκέντρωση μιας πρωτεΐνης στο κύτταρο) και τα στοιχεία αυτά θα αντιμετωπίζονται ως “μαύρα κουτιά”.
2) τον σχεδιασμό βιολογικών κυκλωμάτων που θα έχουν ως βάση τα “μαύρα κουτιά”. Ο σχεδιασμός θα πρέπει να γίνεται πάνω σε συγκεκριμένες προδιαγραφές και όχι με τυφλές δοκιμές.
3) τον διαχωρισμό της φάσης σχεδιασμού από τη φάση υλοποίησης και κατασκευής. Η κατασκευή θα γίνεται χρησιμοποιώντας έτοιμα “ανταλλακτικά” από μια βιβλιοθήκη βιολογικών στοιχείων.
4) τη δυνατότητα (επανα-)προγραμματισμού ενός βιολογικού κυκλώματος. Στην ιδανική περίπτωση, θα πρέπει να υπάρχει μια ειδική γλώσσα προγραμματισμού στην οποία θα κωδικοποιείται η επιθυμητή λειτουργία του κυκλώματος και το τελικό πρόγραμμα θα “φορτώνεται”, μέσω κατάλληλων διεπαφών, στο βιολογικό υλικό.

[...]

...η συνέχεια στο έντυπο τεύχος του Cyborg.
[ σημεία διακίνησης ]

Separatix

cyborg 5

Mια ιδέα για τον δημόσιο φωτισμό του μέλλοντος, από έναν Ολλανδό "καλλιτέχνη". Φωσφορίζοντα δέντρα.

Σημειώσεις

1 - Για αυτή την πρώτη φάση της γενετικής μηχανικής, βλ. Αιχμάλωτα Κύτταρα.
[ επιστροφή ]

2 - Από το άρθρο Integrating biological redesign: where synthetic biology came from and where it needs to go, που δημοσιεύτηκε στο υψηλού κύρους επιστημονικό περιοδικό Cell.
[ επιστροφή ]

3 - Προφανώς, τα όσα λέμε εδώ είναι πολύ πιθανό να μην είναι ακριβή ως προς τις λεπτομέρειές τους. Νομίζουμε όμως ότι η γενική ιδέα ευσταθεί.
[ επιστροφή ]

4 - Κάτι που ισχύει και γενικότερα στη βιολογία, πέρα από τη γενετική, και που υποτίθεται ότι είναι ένας από τους λόγους για τα υψηλά κόστη ανάπτυξης νέων φαρμάκων.
[ επιστροφή ]

5 - Για περισσότερα σχετικά με την άλγεβρα Boole και τους αλγορίθμους βλ. την εισήγηση του Game Over από το φεστιβάλ του 2014, Αλγόριθμος η μηχανοποίηση της σκέψης. Για ακόμα περισσότερα, βλ. τη σειρά Η σκέψη και το κύκλωμα στο Sarajevo.
[ επιστροφή ]

6 - Η αφαιρετική ιεραρχία που περιγράψαμε είναι φυσικά εξιδανικευμένη. Πάντα υπάρχουν σχεδιαστικές αβεβαιότητες. Επίσης, η κατεύθυνση δεν είναι αυστηρά από κάτω προς τα πάνω. Για παράδειγμα, οι μηχανικοί είχαν ανακαλύψει τα τρανζίστορ και τα χρησιμοποιούσαν αρκετά πριν οι φυσικοί καταφέρουν να τα δαμάσουν με τις εξισώσεις τους.
[ επιστροφή ]

7 - Οι στόχοι αυτοί διατυπώθηκαν (ίσως για πρώτη φορά) από τον πατέρα της συνθετικής βιολογίας Drew Endy, πριν από 10 χρόνια, στο άρθρο του Foundations for Engineering Biology, που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Nature.
[ επιστροφή ]

κορυφή