Cyborg
Cyborg #20 - 02/2021

#20 - 02/2021

Συνθετική βιολογία, η γενεαλογία: η ζωή είναι φτηνή!

Είναι βιοτεχνολογία; Ειναι νανοτεχνολογία; Ή μήπως είναι πληροφορική τεχνολογία; Το πεδίο της συνθετικής βιολογίας είναι πρακτικά και τρία μαζί – ένα παράδειγμα των «αλληλοκαλυπτόμενων τεχνολογιών», μια ακόμα απ’ τις επιχειρηματικές / βιομηχανικές στρατηγικές που άρχισαν να αναπτύσσονται εκθετικά απ’ τις αρχές του 21ου αιώνα.

Τα όρια μεταξύ των τεχνολογιών «ρευστοποιούνται πραγματικά» λέει ο Mark Bunger, αναλυτής της αγοράς. Τεχνολόγοι από πεδία όπως οι βιοτεχνολογίες και η φυσική διασταυρώνονται με όμοιούς τους από τμήματα των νευροεπιστημών και τις επιστήμες νέων υλικών. Όλοι χειραγωγούν την ύλη στην κλίμακα των ατόμων και των μορίων, στην κλίμακα του νανομέτρου (nm), που είναι το ένα δισεκατομυριοστό του μέτρου: ένα μόριο DNA είναι 2,5 nm, και ένα άτομο σιδήρου είναι 0,25 nm σε διαμετρο. Η κατασκευή dna, για παράδειγμα ,περιλαμβάνει την κατασκευή ενός βιολογικού μορίου που ενσωματώνει πληφορορίες· αυτό είναι νανοτεχνολογία, βιοτεχνολογία και πληροφορική τεχνολογία μαζί.

Cyborg

Εκδόσεις από μ.κ.ο.: πάνω και στη μέση απ’ το “etc group”, Γενάρη του 2007 και Οκτώβρη 2008. Κάτω απ’ τους “φίλους της γης”, 2015.

Κυβερνήσεις και οι σχετικές βιομηχανίες έχουν δείξει πολύ μεγάλο ενθουσιασμό για την τεχνολογική σύγκλιση στην κλίμακα nano. Την έχουν χρηματοδοτήσει με τεράστια ποσά. Η αμερικανική κυβέρνηση, ίσως ο πιο φωνακλάς οπαδός αυτής της σύγκλισης και των στρατηγικών της, την βάφτισε NBIC, τα αρχικά των τεχνολογιών που εμπέκονται: νανοτεχνολογία, βιοτεχνολογία, info τεχνολογία και επιστήμες της συνείδησης (cognitive). Στην ευρώπη η σύγκλιση ονομάστηκε CTEKS, και στον καναδά σύνθεση βιοσυστημάτων. Άλλοι μπορεί να μιλούν για GRAIN (genetics, robotics, artificial inteligence και nanotechnology), COMBINE (congo, meets bio, info, nanotech) ή GRIN (genetics, robotics, informatics και nanotechnology). Χωρίς τον μυστικισμό αυτών των αρκτικόλεξων, τα «υλικά» της συνθετικής βιολογίας είναι bits, άτομα, νευρώνες και γονίδια. Τα διαφορετικά τεχνο-επιστημονικά πεδία είναι οι επιμέρους αφετηρίες της σύγκλισης:

Οι νανοτεχνολογίες υπηρετούν τον έλεγχο της ύλης μέσα απ’ την χειραγώγησή τους πάνω στα άτομα·
Οι βιοτεχνολογίες υπηρετούν τον έλεγχο της ζωής μέσω της χειραγώγησης των γονιδίων·
Οι  πληροφορικές τεχνολογίες υπηρετούν τον έλεγχο των δεδομένων μέσω της χειραγώγησης των bits·
Οι νευροεπιστήμες της συνείδησης υπηρετούν τον έλεγχο της σκέψης και των αισθήσεων μέσω της χειραγώγησης των νευρώνων.

Όποιος ψάξει συστηματικά τα επιστημονικά προφίλ όσων εμπλέκονται στη συνθετική βιολογία θα βρει πολλά διδακτορικά: χημείας, ηλεκτρολόγων μηχανικών, βιοχημικών μηχανικών, φυσικών, φαρμακολόγων – και μερικά μοριακών βιολόγων. Το τελευταίο που θα μπορούσε να κατηγορήσει ο οποιοσδήποτε αυτόν τον τεχνολογικό / επιχειρηματικό τομέα είναι για αντι-επιστημονικότητα.

Ο θεμέλιος λίθος της δυτικής επιστήμης στο σύνολό της και, κατά συνέπεια, της συνθετικής βιολογίας είναι η πεποίθηση ότι τα πάντα μπορούν να διαλυθούν στα «ελάχιστα βασικά συστατικά τους στοιχεία»· και, ύστερα, να ξανασυντεθούν δημιουργώντας την αρχική κατάσταση. Αυτό που στη δύση ονομάζεται Επιστημονική Αλήθεια (με κεφαλαία γράμματα παρακαλούμε!) είναι αυτή η πορεία προς όλο και μικρότερα σε μέγεθος και απλούστερα «βασικά συστατικά στοιχεία». Ποιά είναι αυτά τα συστατικά στοιχεία της γλώσσας, για παράδειγμα; Μια εποχή οι φράσεις· αργότερα οι λέξεις· αργότερα τα φωνήματα (ή τα γράμματα / γραφήματα στην γραπτή γλώσσα). Ποιά είναι τα ελάχιστα συστατικά στοιχεία της ύλης; Αρχικά τα μόρια· αργότερα τα άτομα· αργότερα τα ατομικά σωματίδια· μετά τα υπατομικά σωματίδια· και βλέπουμε.

Παρά την μαθηματική επένδυση που έχει αυτό το θέωρημα περί «διάλυσης στα εξ ων συνετέθη», είναι βαθιά πολιτικό – με την έννοια ότι αντιλαμβάνεται την «τάξη» (την τάξη της ύλης, της γλώσσας, των σωμάτων ή των κοινωνιών) κατ’ αναλογία των δυνατοτήτων να προβληθεί μια απτή αναλογία της. Ο Δημόκριτος υποστηρίξε την σύσταση της ύλης από άτομα (α-τομα, μη τεμνόμενες ποσότητες) όχι επειδή τα είχε δει, αλλά επειδή στο εννοιολογικό του πεδίο, ιστορικά προσδιορισμένο, η αναλογία, η μεταφορά, ήταν η δημοκρατική πόλη/κράτος και ο πολίτης της σαν «η μη τεμνόμενη μονάδα» αποφάσεων.

Στην εξέλιξη των ιατρικών επιστημών τέτοιες αναλογίες είναι γνωστές. Η εντύπωση που προκάλεσε η εφεύρεση της ατμομηχανής και των πρώτων μηχανικά κινούμενων εργαλείων μετατράπηκε σε άποψη για το σώμα. Αργότερα η εφεύρεση του ηλεκτρισμού έγινε η αναλογία για την αντίληψη του τι είναι και πως δουλεύουν τα νεύρα· αυτή η «ηλεκτρική» θεώρηση ισχύει εν μέρει ακόμα....

Για την πιο πρόσφατη σύγκλιση διαφόρων τεχνολογιών στη συνθετική βιολογία η αναλογία είναι η εφεύρεση των υπολογιστών, των κυκλωμάτων, των ημιαγωγών. Η βασική ιδέα του ότι είναι εφικτό να κατασκευαστούν με χημικό τρόπο και εκ του μηδενός τα «ελάχιστα συστατικά της ζωής» γεννήθηκε στις παρέες / κοινότητες των προγραμματιστών της Silicon Valey· αν και η ιδέα για το πως «λειτουργεί» το DNA (: σαν «πληροφορικό σύστημα») ήταν εκείνων που υποστηρίξαν πως αυτό είναι το «ελάχιστο βασικό συστατικό της ζωής», απ’ την δεκαετία του 1950, και πάλι σε αναλογία των πρώτων βημάτων της κυβερνητικής / πληροφορικής. Με βάση τις εξελίξεις σ’ αυτήν, το DNA, πριν ακόμα «αποκωδικοποιηθεί» (και, φυσικά, πολύ περισσότερο μετά) αναγορεύτηκε στο software της ζωής, ενόσω τα κύτταρα με όλον το «μηχανισμό» τους, στο hardware.

Οι δοκιμές άρχισαν λίγο μετά. Στη δεκαετία του 1960 ένας ινδο-αμερικάνος χημικός (που βραβεύτηκε αργότερα με nobel) ονόματι Har Gobind Khorana [1To 1968 o Khorana, μαζί με τους Nirenberg και Holley μοιράστηκαν το νόμπελ φυσιολογίας της ιατρικής για τις έρευνές τους στον έλεγχο της κυτταρικής σύνθεσης πρωτεϊνών. Σαράντα χρόνια μετά η θεωρία είχε περάσει μαζικά στην πράξη, με τις έρευνες για την γενετική πειρατεία είτε στο RNA είτε το DNA των κυττάρων...] δημιούργησε ένα πρωτόκολλο για την κατασκευή των “ελάχιστων συστατικών στοιχείων του DNA”, των νουκλεοτιδικών βάσεων (αδενίνη, κυτοσίνη, γουανίνη και θυμίνη, Α, C, G, T) κατά βούληση και με οποιαδήποτε σειρά. Το 1970 μαζί μ’ ένα καλό συνεργείο κατάφερε να φτιάξει εργαστηριακά μια αλληλουχία 207 ζευγαριών αυτών των βάσεων· και το 1976 κατάφερε να κάνει ένα εντελώς συνθετικό γονίδιο (μια αλληλουχία βάσεων δηλαδή) να «δουλεύει κάπως» - να υπάρξει σαν μορφή ζωής δηλαδή. Εκείνη την εποχή για να φτιαχτεί μια αλληλουχία επτά ζευγαριών βάσεων χρειαζόταν την δουλειά ενός έτους για έναν βιοτεχνολόγο. Τριάντα χρόνια μετά η ίδια δουλειά μπορούσε να γίνει μηχανικά σε λίγα λεπτά, με κόστος 200 δολάρια: είχαν μεσολαβήσει αρκετές παράλληλες έρευνες και εφαρμογές για την μηχανοποίηση και επιτάχυνση αυτής της χημικής διαδικασίας. Η καλιφορνέζικη Genentech έγινε η πρώτη παγκόσμια εταιρεία εμπορικής χημικής σύνθεσης γενετικού υλικού την δεκαετία του ’80... (Από το 2009 εξαγοράστηκε απ’ την φαρμακευτική Roche…)
Η εκτόξευση είχε αρχίσει. Τον Δεκέμβρη του 2006, για παράδειγμα, ο John Mulligan, ceo της Blue Heron Biotechnology, μιλώντας σ’ ένα συνέδριο στην Ουάσιγκτον με τον χαρακτηριστικό τίτλο Συνθετική Γονιδιωματική: Επιλογές για την Διακυβέρνηση μπορούσε να διακηρύξει:

... Μπορούμε να σας φτιάξουμε ό,τι θέλετε: πλήρη πλασμίδια, πλήρη γονίδια, τμήματα γονιδίων... και σε ένα ή δύο χρόνια είναι πολύ πιθανό ότι θα μπορούμε να σας φτιάξουμε ένα πλήρες γονιδίωμα.

Εκείνη την χρονιά (2006) υπήρχαν τουλάχιστον 66 επιχειρήσεις εμπορικής γενετικής σύνθεσης, απ’ τις οποίες οι περισότερες στις ηπα, μετά στην δυτική ευρώπη, συν 2 στη ρωσία, μία στο ιράν, δύο στην ινδία, τρεις στην κίνα, μία στη νότια κορέα, μία στην ιαπωνία, μία στην αυστραλία και μία στη νότια αφρική. Παρότι ακόμα τότε ο τζίρος τους συνολικά ήταν περίπου 30 με 40 εκατομύρια δολάρια τον χρόνο (ένα μικρό μόνο μέρος των συνολικά 2 δισεκατομυρίων που ήταν ο συνολικός κύκλος της υπεξαίρεσης και της χαρτογράφησης του DNA των πάντων) ο τομέας της συνθετικής παραγωγής «ελάχιστων βασικών συστατικών της ζωής» γνώριζε ήδη εκρηκτική αύξηση παραγωγικότητας. Τον Ιούλιο του 2006 η Codon Devices ανακοίνωσε ότι κατασκεύασε και πούλησε μια αλληλουχία DNA μήκους 35.000 ζευγών βάσεων. Οι γενετιστές του κλάδου ήταν υπε-αισιοόδοξοι. Προέβλεπαν ότι μια αλληλουχία με 1 εκατομύριο μύριο ζευγάρια θα ήταν κατασκευάσιμη ως το 2008· και ένα πλήρες γονιδίωμα ως το τέλος της δεκαετίας. Ο Drew Endy, καθηγητής μηχανολογίας στο M.I.T. (θα τον ξαναδούμε στη συνέχεια) δήλωνε:

... Δεν υπάρχει τεχνικό όριο στο να συνθέσουμε εξ’ αρχής φυτά και ζώα. Θα γίνει τόσο γρήγορα όσο το να εμφανιστεί κάποιος που να πληρώσει γι’ αυτό...

Τότε μπορούσαν αυτά να χαρακτηριστούν υπερφίαλα. Δεν ήταν... Εν τω μεταξύ, και για την διευκόλυνση των παραγγελιών, των συναλλαγών, των κοστολογήσεων, δημιουργήθηκε και η «μονάδα μέτρησης» των συνθετικών «ελάχιστων συστατικών»: kbp. Ένα kbp είναι 1000 base pairs, χίλια «ζευγάρια βάσεων». Αν η μονάδα θυμίζει κάτι άλλο, είναι αυτονόητη η συγγένεια.
Δέκα χρόνια μετά, το 2016, οι 66 επιχειρήσεις εμπορικής γενετικής σύνθεσης είχαν γίνει πάνω από 350. Και τα 15 κράτη είχαν γίνει 40. Όσο για τον τζίρο τους στην αγορά; Είχε φτάσει αισίως τα 4 δισεκατομύρια...

Cyborg

Η ζωή είναι φτηνή – και μπορεί να φτιαχτεί γρήγορα

... Μερικοί επιστήμονες προβλέπουν ότι το κόστος σύνθεσης DNA θα πέσει στο 1 σεντ ανά ζευγάρι βάσεων σε κανά δυο χρόνια. Αυτό σημαίνει ότι ένα καλό γονίδιο θα κοστίζει 10 δολάρια. Θα μπορείς να αγοράσεις το γονιδίωμα ενός βακτηριδίου στην τιμή ενός αυτοκινήτου...

Αυτά έγραφε στο γνωστό wired τον Γενάρη του 2005 ο Oliver Morton, σ’ ένα άρθρο με τίτλο Η επανεφεύρεση της ζωής [2Διαθέσιμο στο https://www.wired.com/2005/01/mit-3/] (life reinvented). Επειδή είναι τόσο παλιό (και θα μπορούσε να προκαλέσει στους σημερινούς 35ρηδες την αμήχανη σκέψη Ρε συ, ήμουνα 20 χρονών τότε, έβραζε το αίμα μου... Και δεν πήρα τίποτα χαμπάρι, ούτε τότε ούτε ως σήμερα... Για τους μεγαλύτερους; Ούτε λόγος...) αξίζει να μεταφέρουμε και μερικά αποσπάσματα ακόμα:

... Ο Drew Endy, επίκουρος καθηγητής βιολογικής μηχανικής, είναι η τελευταία στρατολόγηση σε μια σέχτα μηχανικών του M.I.T. που έχουν μαζευτεί γύρω από έναν γκουρού των υπολογιστικών επιστημών του συγκεκριμένου πανεπιστημίου, τον Tom Knight. Ο σκοπός τους είναι να δημιουργήσουν ένα πεδίο μηχανικής που θα κάνει με τα βιολογικά μόρια εκείνο που κάνουν τα ηλεκτρονικά με τα ηλεκτρόνια. Την ονομάζουν συνθετική βιολογία.

«Νομίζω ότι αυτό θα είναι το πιο σημαντικό πράγμα που έχω κάνει» λέει ο Knight, του οποίου το βιογραφικό περιλαμβάνει ήδη μερικά απ τα πρώτα διαδικτυακά intefaces, προχωρημένες οθόνες και σταθμούς εργασίας. «Βρισκόμαστε στην αιχμή μερικών δραματικών αλλαγών».

Αν η ιδέα του χακαρίσματος του DNA ακούγεται σαν γενετική μηχανική ξανασκεφτείτε το. Η γενετική μηχανική γενικά αφορά την μετακίνηση ενός προϋπάρχοντος γονιδίου από έναν οργανισμό σ’ έναν άλλον, μια δραστηριότητα που ο Endy ονομάζει ξήλωμα του DNA. Παρά τα εντυπωσιακά και κερδοφόρα αποτελέσματα το ξήλωμα του DNA δύσκολα αποδεικνύεται δημιουργικό. Η έγκαιρη μηχανοποίηση, απ’ την άλλη, σημαίνει να σχεδιάσεις αυτό που θέλεις να φτιάξεις, να αναλύσεις το σχέδιο για να είσαι σίγουρος ότι θα δουλέψει, και ύστερα να το φτιάξεις εκ του μηδενός. Κι αυτό κάνει η συνθετική βιολογία: εξειδικεύει κάθε bit του DNA που πηγαίνει σ’ έναν οργανισμό για να προκαθοριστεί η μορφή του και η λειτουργία με έναν ελεγχόμενο, προβλέψιμο τρόπο, όπως το να φτιάξεις έναν μικροϋπολογιστή. Ο σκοπός, όπως το θέτει ο Endy, είναι «να ξαναφτιάξουμε την ζωή με τον τρόπο που θέλουμε».

Και που θα το πάνε οι ειδικοί αυτής της αναδυόμενης επιστήμης με τέτοιες θεϊκές δυνατότητες; Μέσα σε μια δεκαετία μερικοί ελπίζουν ότι θα φτιάξουν βακτηρίδια που θα μπορούν να παράγουν μαζικά φάρμακα των οποίων τα ενεργά συστατικά πρέπει τώρα να μαζεύονται από σπάνια φυτά. Άλλοι μιλούν για την κατασκευή ιών κρυμμένων σε πρωτεϊνικές θήκες που θα μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να παράγουν ιστούς με μοριακά κυκλώματα. Στο πιο μακρινό μέλλον, οι συνθετικοί βιολόγοι οραματίζονται την κατασκευή πιο πολύπλοκων οργανισμών, όπως για παράδειγμα υπερκοραλιών που θα απορροφούν τον διοξείδιο του άνθρακα απ’ την βιόσφαιρα και θα το μετατρέπουν σε δομικά στοιχεία... Και υπάρχει πάντα η ευκαιρία να προστεθούν νέα χρωματοσώματα στο ανθρώπινο γονιδίωμα, φτιάχνοντας μια πανοπλία ανθρώπινης ενίσχυσης και βελτίωσης...

[...]

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

Ziggy Stardust

Cyborg

Σημειώσεις

1 – To 1968 o Khorana, μαζί με τους Nirenberg και Holley μοιράστηκαν το νόμπελ φυσιολογίας της ιατρικής για τις έρευνές τους στον έλεγχο της κυτταρικής σύνθεσης πρωτεϊνών. Σαράντα χρόνια μετά η θεωρία είχε περάσει μαζικά στην πράξη, με τις έρευνες για την γενετική πειρατεία είτε στο RNA είτε το DNA των κυττάρων...
[ επιστροφή ]

κορυφή