Tämä keksintö sai aivoni huutamaan – hyvällä tavalla

Olen pakko kertoa teille jotain, mikä sai aivoni raksuttamaan tavalla, jota en ole hetkeen kokenut.

Yhdysvaltain puolustusministeriöllä on tutkimushaara nimeltä DARPA, ja näillä ihmisillä on tapana kehitellä teknologioita, jotka kuulostavat suoraan tieteiskirjallisuudesta. (He käytännössä keksivät internetin, joten ei paineita.) No, juuri äskettäin he julkistivat jotain uutta, ja se on yksi hassuimmista jutuista, joita olen pitkään aikaan kuullut.

Kuvittele, että voisit ohjelmoida elävän solun uudelleen pelkästään valoa suuntaamalla.

Ei ruiskeita. Ei kemikaaleja. Vain... valoa.

Perusidea

Tässä mennään: DARPA on lanseerannut ohjelman nimeltä "generatiivinen optogenetiikka" (he rakastavat akronyymejään, joten kutsuttakoon sitä GO:ksi). Tavoitteena on luoda eräänlainen pieni geneettinen "tulostin", joka elää yksittäisten solujen sisällä – nukleiinihappokääntäjä eli NAC.

Pysähdy hetkeksi miettimään tätä. Jokaisen solun sisällä olisi molekyylikone, joka voi ottaa vastaan valossa koodattuja ohjeita ja kirjaimellisesti rakentaa uutta geneettistä materiaalia näiden ohjeiden perusteella. DNA ja RNA ovat loppujen lopuksi solujen käyttöohjeita. Normaalisti evoluutio kirjoittaa näitä ohjeita miljoonien vuosien aikana. Tämä ohjelma haluaa antaa tutkijoille mahdollisuuden kirjoittaa uusia lukuja reaaliajassa.

Prosessi toimisi suunnilleen näin: tutkijat tunnistavat haluamansa geenijakson (ehkä sellaisen, joka saa solun tuottamaan tiettyä proteiinia tai tekemään jotain hyödyllistä). He koodaavat tuon sekvenssin valokuvioon. He suuntaavat valon erityisesti suunniteltuun soluun, joka sisältää NAC:n. NAC lukee valokuvion ja kokoaa vastaavan RNA- tai DNA-ketjun. Ja sitten – tässä tulee se jännittävä osuus – solu alkaa noudattaa noita uusia ohjeita aivan kuin se olisi täysin luonnollista.

Ei neuloja. Ei kemikaaleja. Vain fotonit tekevät työn.

Miksi tällä on väliä?

Antaakseni teille käsitystä siitä, miksi DARPAa edes kiinnostaa tämä.

Tällä hetkellä, jos haluat suunnitella solun tekemään jotain uutta, prosessi on melko monimutkainen. Suunnittelet geneettisen sekvenssin tietokoneella, sitten sinun täytyy valmistaa se kemiallisesti, mikä sisältää varsin ikävää kemiaa, jota ei oikeastaan ole käytännöllistä tehdä muualla kuin erikoistuneissa laboratorioissa. Sitten sinun täytyy fyysisesti toimittaa tuo geneettinen materiaali soluihin, mikä on oma haasteensa.

GO voisi mahdollisesti ohittaa kaiken tuon. Jos se toimii, voit teoriassa ohjelmoida soluja etänä pelkästään suuntaamalla niihin koodattua valoa. DARPA näkee sovelluksia kaikkialla henkilökohtaisesta lääketieteestä sotilaiden suorituskyvyn parantamiseen ja jopa maatalouteen sekä avaruustutkimukseen. Tarkoitan, jos voisit lähettää geneettisiä "laastareita" astronauttien soluihin valoa käyttäen... se on sellaista tavaraa, joka sopii sekä tieteiskirjallisuuteen että ilmeisesti DARPA:n ehdotuksiin.

Mutta pitäisikö meidän olla huolissamme?

Tässä kohtaa minun täytyy pukea päälleni varovainen hattuni hetkeksi.

Tämä teknologia on pohjimmiltaan keino helpottaa geneettisen koodin kirjoittamista. Ja minun ei tarvitse kertoa teille, että geneettinen koodi on voimakasta – se on ero viruksen ja rokotteen, haitallisen organismin ja hyödyllisen välillä.

DARPA itse myöntää riskit. Heidän omissa dokumenteissaan mainitaan "tahallinen väärinkäyttö, kuten uhka-aineiden synteesi" ja "ei-tahalliset seuraukset, kuten haitallisten sivutuotteiden tuotanto." Se on Pentagon-kieltä eli "tätä voitaisiin käyttää biologisten aseiden luomiseen" ja "saattaisimme vahingossa valmistaa jotain ikävää."

Selvästi sanottuna, jokaisella tehokkaalla teknologialla on tämä kaksikäyttöongelma. Tuli voi lämmittää tai polttaa metsän. Sama tieto, joka auttaa meitä parantamaan tauteja, voisi väärissä käsissä auttaa niiden luomisessa. Tämä ei tarkoita, että meidän pitäisi lopettaa tutkimus – se tarkoittaa, että meidän täytyy olla todella, todella ajattelevaisia siitä, miten tämä etenee.

Onko tämä edes mahdollista?

Kykloopissa minussa haluaa huomauttaa, että DARPA:lla on historiaa kunnianhimoisten projektien julkistamisesta, jotka eivät aina toteudu aikataulussa. (Muistatteko, kun he aikoivat rakentaa "muuttuvan" lentokoneen?)

Mutta tutkijat ovat todella manipuloineet geneettistä materiaalia vuosikymmeniä. Solujen hallinta ihmisen suunnittelemalla DNA:lla on ollut mahdollista yli 15 vuotta. RNA-rokotteet (jotka tulivat hiljattain tunnetuiksi) toimivat toimittamalla geneettisiä ohjeita soluihin. Joten perustiede ei ole tieteiskirjallisuutta – se rakentaa vuosikymmenten työn päälle.

Se, mikä tekee GO:sta erilaisen, on kunnianhimo tehdä tämä etänä valoa käyttäen. Tuo osuus on todella spekulatiivinen. Kukaan ei oikeastaan tiedä tarkalleen, miten rakentaa toimiva nukleiinihappokääntäjä, joka voi toimia solun sisällä ja reagoida valokuvioihin. Mutta se on vähän DARPA:n juttu – he rahoittavat tutkimusta, joka on "juuri ja juuri mahdollista".

Oma näkemykseni

Tunnen itseni yhtä aikaa innostuneeksi ja varovaiseksi tämän julkistuksen suhteen.

Toisaalta pelkästään lääketieteelliset mahdollisuudet ovat valtavat. Jos voisimme toimittaa geneettisiä ohjeita tarkasti tietyille soluille valoa käyttäen, voisimme mahdollisesti parantaa geneettisiä sairauksia, luoda kohdennettuja syöpähoitoja tai auttaa elimistöämme taistelemaan taudinaiheuttajia tehokkaammin. Se on todella hämmästyttävää.

Toisaalta tämän teknologian kaksikäyttöluonne huolestuttaa. Ja kun sotilasorganisaatio rahoittaa tutkimusta elävien solujen ohjelmoimisesta, mielestäni ansaitsemme kunnollisen julkisen keskustelun valvonnasta ja turvallisuudesta.

Yksi asia tiedän: elämme aikaa, jolloin biologia muuttuu yhä enemmän insinööritieteeksi. Rajat "elävän" ja "suunnitellun" välillä hämärtyvät. Onko se meidän pelastuksemme vai tuhoemme, riippuu todennäköisesti siitä, kuinka viisaasti käsittelemme tällaisia teknologioita.

Yksi asia on varma – pidän tätä tarinaa silmällä.