Array Коллектив авторов - Мегатех. Технологии и общество 2050 года в прогнозах ученых и писателей

Рис. 3.2.Кривая Карлсона на фоне закона Мура.

Синтез ДНК и производительность секвенирования [1] Используя коммерчески доступные инструменты. по сравнению с количеством транзисторов на кристалле интегральной схемы

После оцифровки эти последовательности генов представляют собой набор инструкций, полезных для кодирования новых генетических возможностей в создаваемых организмах, сегодня это в основном микробы и растения. Одна ДНК может как содержать код одного белка, используемого в качестве фармацевтического препарата, так и целого фермента, при помощи которого можно получить любую молекулу, для производства которой сегодня требуется бочка нефти. После десятилетий обучения программированию биологии теперь в своих проектах мы не ограничиваемся лишь найденными в природе генами или их расположением.

Теперь можно разработать генетический код в соответствии с конкретными функциональными спецификациями, а затем включить эти инструкции в геном. Однако, как и в случае с кортикальным модемом и заменой тканей, мы начинаем проектировать генетические схемы, не зная, как работают все их составные части. Наиболее сложные коммерческие синтетические генетические схемы сегодня включают всего около 12 генов. Они вставлены в геном дрожжей, которые сами состоят из более чем 5000 генов, и о многих из них мы мало что знаем. В настоящее время биоинженерия занимается взломом сложной системы, которая была создана не людьми и документация на которую отсутствует. В течение следующих 30 лет на преодоление этого пробела в наших знаниях будут направлены серьезные средства.

Ближайшие десятилетия мы проведем в изучении того, как сочетаются друг с другом все части и системы, лежащие в основе жизни. Число этих компонентов, их функции и принципы взаимодействия конечны, и мало кто сомневается, что со временем мы опишем их полностью. По мере улучшения понимания растущий спрос на рынке неизбежно приведет к развитию возможностей технологии. Как будет выглядеть мир, когда мы наконец разберемся в том, что именно мы делаем?

Чтобы создать некоторое представление о будущем биоинженерии, давайте рассмотрим следующее упражнение по обратному инжинирингу. Чем бы показался авиалайнер «Boeing 777» в 1892 году, за столетие до его первого полета? В эпоху, когда автомобили были новинкой, а лошади с их навозом – все еще нормой повседневной жизни, каждый аспект современного летательного аппарата представлял бы собой загадку. Материалы и методы, используемые при его строительстве, двигатели и системы, удерживающие его в воздухе, вычислительные системы и меры управления сложностью, позволяющие автопилоту осуществлять 90 % взлетов и посадок в любую погоду все бы считалось совершенно невозможным. Хотя очевидно, что все это допустимо с точки зрения законов физики (которые не изменились). В 1892 году «Boeing 777» был просто за пределами фантазии и технических возможностей.

В течение последующих 100 лет элементы, в итоге составившие «Boeing 777», были улучшены, доработаны и объединены в эффективное единое целое, сегодня кажущееся будничным делом. Эта инфраструктура в настоящее время настолько развита и настолько хорошо интегрирована, что конструкторы могут сидеть за настольными компьютерами и управлять автоматизированными производственными линиями, разбросанными на территории половины земного шара.

Тем не менее мы до сих пор не до конца понимаем, как на несущих плоскостях создается подъемная сила в турбулентном воздушном потоке. Вместо того чтобы основывать разработки на подробном физическом описании полета, мы удовольствуемся вычислительными алгоритмами из области аэродинамики, данные для которых собраны многократным моделированием. В конечном счете именно на основании этого моделирования мы решаем вопрос о летной годности «Boeing 777». Тем не менее продукты, появляющиеся из авиационной системы «проектирование для промышленного производства», настолько безопасны и хорошо воспроизводимы, что мы регулярно засыпаем практически сразу после взлета. Тот факт, что современная авиация стала элементом повседневности, является впечатляющим ключом к будущему биотехнологии. Хотя это может показаться банальным, будущее заключается в том, чтобы сделать биологическое производство столь же скучным, как современные самолетостроение и самолетовождение.

Преобразование уже идет. Индустрия автоматизации биологического проектирования, аналогичная той, что стоит за современным самолетостроением, сегодня формируется из амбициозных стартапов, разбросанных по нескольким континентам. Основными заказчиками здесь являются крупные фармацевтические и промышленные биотехнологические компании, оказавшиеся неспособными самостоятельно переориентироваться на исследования и разработки в этом направлении. Когда «проектирование для промышленного производства» станет привычным аспектом биоинженерии, мы получим доступ к основополагающей технологии, которая может быть использована для построения почти всего, что мы видим в природе. В будущем границы биотехнологии будут расширяться и выходить далеко за пределы ограниченного списка биологических органов и процессов сегодняшнего дня.

По мере расширения способности манипулирования биологическими процессами наша креативность, чрезмерно ограничиваемая существующими сегодня представлениями, постепенно начнет освобождаться от стереотипов. Что именно мы станем создавать с использованием биологических компонентов, когда преодолеем воображаемые пределы, навязываемые нынешним миропониманием? Намеки на будущее можно разглядеть в другом проекте DARPA, направленном на использование биологии для изменения способа манипулирования неживой материей.

Стандартная синтетическая химия позволила создать целый зоопарк молекул, являющихся строительными блоками современной экономики. Производство многих продуктов сегодня возможно лишь благодаря свойствам молекул, созданных человеком. Синтетическая химия буквально преобразует наш мир, вспомните о пластмассах, покрытиях или катализаторах. Но она может быть использована для изготовления только части тех материалов, которые мы – теоретически – можем себе представить. Например, ферменты могут совершать настоящие химические подвиги, благодаря которым откроется доступ к гораздо большему количеству веществ. DARPA хочет расширить эту возможность и использовать новые комбинации ферментов для производства тысяч материалов, до сих пор никогда не существовавших. Более того, за 100 лет упорного труда мы изучили биохимию достаточно хорошо, и это позволило нам приступить к разработке новых ферментов с новыми возможностями, которые еще больше расширят спектр доступных материалов.