Biotech diz que pode programar a vida para fazer coisas novas. Isso é verdade?

Os humanos adoram dizer às coisas o que fazer. Qualquer coisa que possamos estabelecer, prever e controlar – de computadores a fábricas – podemos programar para obter resultados confiáveis ​​e úteis. A biotecnologia amadureceu a ponto de os cientistas cada vez mais considerarem as células vivas como programáveis, mas nem todos concordam em usar esse termo. Ao mexer e editar seus genes para criar todos os tipos de novos produtos, moléculas, produtos químicos e materiais úteis em escala, os líderes neste campo da biologia sintética prometem reinventar fundamentalmente a maneira como fazemos as coisas, impulsionados por novas e emergentes técnicas de edição de DNA. e o potencial produtivo aparentemente ilimitado da biologia.

Empresas como Zymergen, AmyrisAMRS
, e Gingko Bioworks são alguns dos que estão promovendo esse conceito, que se tornou um princípio básico entre muitos em biotecnologia. “A ideia central por trás da biologia sintética é que a biologia é fundamentalmente programável, porque é executada em código digital na forma de DNA”. disse Jason Kelly, CEO da Gingko Bioworks, em uma conferência recente. “Se você pode ler e escrever código, e você tem uma máquina que vai executá-lo – que chamamos de célula – isso é programação.”

Os seres vivos, desde as células mais simples até os organismos complexos, já foram industrializados. A agricultura animal é um exemplo óbvio, ou leveduras, que são jogadas em cubas gigantescas onde produzem substâncias químicas essenciais como o ácido cítrico em grande escala. Mas e se os genes dessas leveduras pudessem ser editados para que produzissem, por exemplo, um mineral precioso ou uma molécula farmaceuticamente útil? E se as células de uma vaca pudessem ser recodificadas para produzir um suprimento constante de filé mignon puro?

A imaginação pode correr solta com esta ideia: alimentar as instruções certas em uma célula - ou bilhões delas - e produzir novos produtos químicos ou corantes não tóxicos, purificar a água, tornar mais eficiente biorreatores, quem sabe o que mais. Apesar de toda a empolgação e promessa, à medida que essas ideias e técnicas se tornam mais difundidas e sofisticadas, o desacordo também está surgindo sobre a questão: podemos clientes afirmam programar a vida como software? Nós deveríamos? E o que isso significa mesmo?

Para alguns, a programação da biologia oferece a oportunidade de fornecer material e abundância econômica incomparáveis ​​para todo o planeta, ao mesmo tempo em que melhora nosso papel como administradores da espaçonave Terra, dando-nos menos motivos para desenterrar combustíveis fósseis ou produzir produtos químicos venenosos para fabricar as coisas de que precisamos. e amor. Outros vêem toda a noção como pouco mais do que uma analogia defeituosa, até mesmo uma descaracterização contraproducente que corre o risco de tratar a vida como algo muito menos complexo e misterioso do que realmente é. A mudança climática é apenas um exemplo de como tais atitudes podem nos levar ao erro. Como é frequentemente o caso, o insight pode ser encontrado nos espaços entre esses pontos de vista.

A 'caixa preta' da biologia

Na história recente, os humanos aprenderam muito sobre o funcionamento interno das células vivas. A indústria está agora procurando inovar fazendo uma interface direta com esses funcionamentos internos, aplicando a lógica da computação usando novos e poderosos ferramentas como CRISPR para editar genes individuais. A compreensão humana dos sistemas vivos que essas tecnologias desbloqueiam para nós ainda está em sua infância, mas eles já estão sendo utilizados de forma produtiva. o tecnologia mRNA por trás do COVID-19, por exemplo, promove a imunidade reescrevendo diretamente as instruções das células para a produção de proteínas. Se isso não é programação, o que is isso?

A chave para a ideia da biologia da programação é o fato de que os sistemas vivos são executados em código, DNA, que em vez de uns e zeros nós interpretamos como A's, C's, T's e G's. É uma linguagem que os humanos podem ler e estão até aprendendo a escrever, mas ainda não podemos fazê-lo fluentemente. Por analogia, podemos trabalhar com palavras e frases curtas, mas não com frases completas, muito menos com parágrafos ou capítulos. Alterar apenas uma letra em uma sequência genética pode produzir resultados bons, ruins ou indetectáveis, e muitas vezes o resultado não segue as expectativas lógicas.

Quase nada disso é verdade para o código de computador, que os humanos entendem em um nível fundamental porque, bem, nós o inventamos. Alguns argumentam que, por essa razão, nunca podemos realmente programar a biologia em um sentido significativo. Não importa quais medidas tomemos para controlá-lo, eles nos lembram: “a vida encontra um caminho” para minar ou quebrar as caixas que construímos em torno deles (nem sempre com um efeito tão dramático quanto Jurassic Park). Na programação digital, a previsibilidade é fundamental. Há pouco uso para um aplicativo de planilha que altera inesperadamente um valor numérico de vez em quando. No entanto, uma coisa que podemos dizer com certeza sobre a vida é que ela é não previsível. Na verdade, a evolução é alimentada pela imprevisibilidade, a mutação genética contribuiu com grande parte da deslumbrante variedade de vida na Terra.

Ao mesmo tempo, construímos e usamos regularmente sistemas complexos de previsibilidade significativamente limitada. Aviões, sistemas de tráfego, redes de computadores, todos são compostos de tantas partes menores e previsíveis que seu comportamento só é previsível até certo ponto, sempre capazes de fazer algo que ninguém prevê. Para quem não conhece seu funcionamento interno, mesmo um computador perfeitamente construído pode ser chamado de 'caixa preta': sabemos o que entra e o que sai, sem entender o que está acontecendo dentro. Algo semelhante poderia ser dito da relação atual com a biologia.

Lógica difusa

Felizmente para a biotecnologia, o caminho para o progresso pode não exigir uma compreensão completa do código da vida. Conhecimentos e habilidades mais profundos podem ser alcançados por abraçando as inevitáveis ​​margens de mistério que vêm do trabalho com sistemas vivos. Alimentar uma célula com um novo código genético com um resultado esperado, ao mesmo tempo em que está aberto ao inesperado, pode ser chamado de programação, ou talvez estímulo, colocando uma questão à própria natureza. Embora isso possa não ser tão confiável ou eficiente quanto a elaboração de código para um programa de computador, a vantagem é que as respostas geralmente são surpreendentes e, às vezes, estão relacionadas a perguntas que nem foram feitas. É assim que a inovação acontece e diferencia a biologia de qualquer outro domínio 'programável' de algumas maneiras interessantes.

Na indústria, não há o luxo de esperar por uma compreensão completa dos sistemas complexos que a evolução sonhou nos últimos quatro bilhões de anos antes que eles possam ser colocados em uso. O imperativo de atingir marcos e entregar produtos úteis, escaláveis ​​e, em última análise, comercializáveis ​​não deixa opção, exceto encontrar o caminho mais direto para os melhores e mais úteis resultados. Aceitar a realidade de trabalhar com imprevisibilidade significa construir na maioria das vezes sistemas previsíveis que podem tolerar os muitos comportamentos inesperados - mas muitas vezes úteis - da natureza. Uma vez que esses processos estejam dentro do domínio da repetibilidade aceito pela computação tradicional ou pelos processos de fabricação, a distinção se torna menos importante.

A complexidade da biologia é motivo de humildade, mas também de entusiasmo. Há uma oportunidade na biotecnologia de aprender e até mesmo aproveitar processos e habilidades que ninguém jamais poderia inventar, muito menos entender completamente. Nós não inventamos a galinha, por exemplo, e certamente não entendemos todas as suas partes funcionais, o que se passa em sua mente quando a alimentamos, ou qual é a cadeia de eventos que converte grãos em um ovo que pode produzir uma galinha nova. Mas eles nos oferecem tanto valor, de forma confiável e em escala, que podem ser considerados tecnologia avançada. A questão de saber se a edição de genes e a codificação de sistemas vivos equivalem a 'programação', então, é em grande parte semântica. Também é secundário à questão real: o que será feito com essas habilidades novas e cada vez melhores? Ao tentar entender o funcionamento fundamental da biologia, desde que encontremos maneiras de melhorar nossa qualidade de vida e a saúde do planeta, não deveria realmente importar qual palavra usamos para descrevê-la.