Машина творения: Новые организмы, редактирование генома и лабораторные гамбургеры - Эми Уэбб
Если мы согласны, что клетки подобны влажным биологическим компьютерам, исполняющим команды производить продукты и предоставлять услуги, то может оказаться полезным представить ДНК как язык программирования – цифровой, но не двоичный. Компьютеры на ваших столах и в смартфонах понимают цифры 1 и 0 – это двухсимвольный (двоичный) язык, обозначающий истину (1) или ложь (0). Единицы и нули обычно связываются в наборы по восемь цифр – в байт, стандартную единицу цифровой информации. Двоичный код буквы A – 01000001. Чтобы написать A-M-Y, потребуется три байта, в которых 1 и 0 расставлены в правильном порядке.
В языке ДНК используются буквы A-C-T-G, а версия байта в ДНК – это кодон, в котором три, а не восемь позиций. Например, кодон ATG кодирует аминокислоту метионин. Как только клетка видит этот самый первый кодон ATG, она понимает, что нужно начать производство белка. ATG – это "hello world"[4] в биологии.
Когда консорциум, реализующий проект «Геном человека», и команда Крейга Вентера секвенировали геном человека, они идентифицировали примерно 20 000 генов. Такой результат позволил лучше понять наш исходный код: набор инструкций, подробно описывающих структуру, организацию и направление нашего развития и эволюции. Это был детальный анализ клеток человека, дающий возможность выявлять, лечить и предотвращать заболевания. И мыслить гораздо шире.
Клетки содержат полные копии генома, и каждая клетка наделена способностью принимать решения о своем будущем. Клетка не может одновременно быть мышечной клеткой и клеткой кожи – здесь необходим выбор. В течение жизни клетки делятся и разветвляются, при этом с каждым новым поколением степень их специализации повышается. Но существуют клетки другого типа – стволовые, не специализированные, а универсальные, способные делиться и воспроизводиться вновь и вновь, что делает их бесценным возобновляемым ресурсом. Стволовые клетки производят клетки, замещающие те, что разрушены химиотерапией, помогают иммунной системе бороться с болезнями крови и способствуют регенерации поврежденных тканей.
В самом начале XXI столетия у нас была карта генома – базовое понимание того, как располагаются гены на хромосомах и каково расстояние между ними, – и были дерзкие гипотезы относительно того, как можно усовершенствовать жизнь. Не хватало лишь инструментов и стандартизированного языка, необходимых для программирования клеток. На дальних рубежах этого смелого нового пересечения биологии и технологии ученые задавались вопросом: может быть, жизнь вовсе не так уж загадочна и представляет собой лишь вопрос механики – то есть она сложный инженерный проект в ожидании своего научного исследования? Однако в отсутствие стандартизации, общего, совместно используемого лексикона и иерархических систем (комплектующих, устройств и методов) исследователи не могли делиться открытиями, раскрывать патенты на вновь выявленные биологические конфигурации и пользоваться публикациями коллег. В других материальных сферах основные конструктивные элементы давно стандартизированы: в хозяйственном магазине можно купить горсть болтов, не спрашивая, подойдет ли резьба по размеру. Болты, винты, гвозди – все это изготовлено по определенным стандартам. Металлы, полимеры и другие материалы, использующиеся в машиностроении, изготавливаются по аналогичным технологиям. Это верно и в отношении компьютерного оборудования: жесткие диски и память выполнены в соответствии с одним и тем же базовым форм-фактором, так что, если диск вышел из строя, его можно заказать через интернет и заменить. Почему так не получится в случае с комплектующими из сферы биологии?
Задумайтесь на мгновение, какое чудо сотворил бы в итоге такой подход. Со временем мы получили бы блестящие результаты: магазин стандартных биологических комплектующих и специальных принтеров для синтеза молекул. ДНК можно было бы представить как хранилище данных с возможностью перезаписи, а клетки – как микроскопические производственные предприятия. Но прежде возникла бы потребность в специалистах по биотехнологии, которые должны были бы создать единый биологический интерфейс. Для того чтобы мы могли написать новый код для управления природой – а возможно, и программы, способные задать вектор будущего развития человечества, – кто-то должен был бы построить «хозяйственный магазин».
* * *
Во время учебы в школе Марвин Мински предавался масштабным мечтам: размышлял о мышлении. Он отличался приветливым нравом и общительностью. У него были круглые очки и копна каштановых волос, в которую он запускал пятерню, сидя за книгами в отцовской библиотеке. Пока другие дети в Бронксе, одном из районов Нью-Йорка, гоняли в стикбол, Мински взахлеб читал сочинения Фрейда. Он представлял себе создание точной копии человеческого мозга – не автоматизированной, а настоящей когнитивной машины. Такой, которая соответствовала бы нашим реальным вычислительным ресурсам, а также обладала бы нашими способностями к творчеству, фантазированию и восприятию. Развивать эту идею он начал, еще будучи учеником престижной школы с углубленным изучением наук в Бронксе, среди выпускников которой было несколько лауреатов Нобелевской премии, а затем и студентом Академии Филлипса, где впоследствии учился известный генетик Джордж Чёрч. В 1946 г. Мински поступил в Гарвард с намерением изучать математику, однако вскоре стало неясно, какую образовательную траекторию он на самом деле избрал. Он изучал математику и физику, а также психологию и язык, даже учился музыкальной композиции у Ирвинга Файна, среди учеников которого были Аарон Коупленд и Леонард Бернстайн. Будучи студентом, Мински также руководил и собственными лабораториями. Для студента это было редкое достижение, особенно учитывая, что лаборатории работали на пересечении разных дисциплин. Одна специализировалась на биологии, другая на психологии. При этом большую часть своего рабочего времени он посвящал попыткам разобраться в человеческом разуме: почему он работает, как возникают мысли, как наш ум управляет другими функциями организма, как мозг взаимодействует с органами и клетками и действительно ли у нас есть свобода воли. Все чаще его неутолимое любопытство концентрировалось на трех самых интересных, по его мнению, проблемах в мире: генетике, физике и интеллекте человека{102}, {103}, {104}.
К середине 1950-х гг. Мински получил ученую степень в области математики, но так и не избавился от навязчивой идеи выяснить – на элементарном уровне, – как работает мозг. В 1956 г. он и несколько его друзей: Джон Маккарти (математик), Клод Шеннон (математик и криптограф из корпорации Bell Labs) и Натаниэль Рочестер (специалист по информатике из IBM) – организовали двухмесячный семинар, целью которого было изучить человеческий разум и установить, смогут ли когда-нибудь машины мыслить так же, как люди. Вместе с группой независимых исследователей различного профиля из многих областей – информатики, психологии, математики, нейробиологии, физики – они провели два летних месяца в Дартмутском колледже, изучая связь между разумом и машиной. В итоге была предложена новая область исследований, которую назвали искусственным интеллектом – речь о том самом ИИ, который мы знаем сегодня{105}.
Ни Мински, ни его коллеги, вместе с которыми он тем летом вел исследования, не были пионерами в изучении человеческого мышления и причин автономного, казалось бы, функционирования наших клеток. Платон и Сократ размышляли над тем, что значит «познать самого себя», пытаясь подвергнуть инженерному анализу мыслительную деятельность и самовосприятие. Аристотель построил логическую теорию силлогизмов и первую формальную систему дедуктивного мышления, используя которую Евклид создал первый математический алгоритм для нахождения наибольшего общего делителя двух чисел. Хотя эта работа представляется не имеющей отношения к клеткам и геному человека, она заложила основу для важнейших идей синтетической биологии, заключающихся в том, что определенные физические системы могут функционировать как набор логических правил и что само человеческое мышление может быть системой символов, набором кодов и правил.
В результате на протяжении сотен лет ученые пытались выяснить, как наш разум связан с телом – резервуаром, содержащим миллионы клеток, каждая из которых
Ознакомительная версия. Доступно 17 из 87 стр.