La biotechnologie dit qu'elle peut programmer la vie pour créer de nouvelles choses. Est-ce vrai?

Les humains aiment dire aux choses quoi faire. Tout ce que nous pouvons établir, prédire et contrôler, des ordinateurs aux usines, nous pouvons le programmer pour obtenir des résultats fiables et utiles. La biotechnologie a mûri au point où les scientifiques considèrent de plus en plus les cellules vivantes comme programmables, mais tout le monde n'est pas d'accord avec l'utilisation de ce terme. En bricolant et en modifiant leurs gènes pour créer toutes sortes de nouveaux produits, molécules, produits chimiques et matériaux utiles à grande échelle, les leaders de ce domaine de la biologie synthétique promettent de réinventer fondamentalement la façon dont nous fabriquons les choses, grâce aux techniques nouvelles et émergentes d'édition de l'ADN. et le potentiel productif apparemment illimité de la biologie.

Des entreprises comme Zymergen, AmyrisAMRS
, et Gingko Bioworks font partie de ceux qui font avancer ce concept, qui est devenu un principe de base parmi de nombreux autres en biotechnologie. "L'idée centrale derrière la biologie synthétique est que la biologie est fondamentalement programmable, car elle fonctionne sur un code numérique sous forme d'ADN", dit Jason Kelly, PDG de Gingko Bioworks, lors d'une récente conférence. "Si vous pouvez lire et écrire du code, et que vous avez une machine qui l'exécutera - que nous appelons une cellule - c'est de la programmation."

Les êtres vivants, des cellules les plus simples jusqu'aux organismes complexes, ont déjà été industrialisés. L'agriculture animale en est un exemple évident, ou les levures, qui sont jetées dans de gigantesques cuves où elles produisent des produits chimiques essentiels comme l'acide citrique à grande échelle. Mais que se passerait-il si les gènes de ces levures pouvaient être modifiés afin qu'ils produisent à la place, par exemple, un minéral précieux ou une molécule pharmaceutiquement utile ? Et si les cellules d'une vache pouvaient être recodées pour produire un approvisionnement constant de filet mignon pur ?

L'imagination peut se déchaîner avec cette idée : introduire les bonnes instructions dans une cellule - ou des milliards d'entre elles - et produire de nouveaux produits chimiques ou des colorants non toxiques, purifier l'eau, rendre plus efficace bioréacteurs, qui sait quoi d'autre. Malgré toute l'excitation et la promesse, alors que ces idées et techniques deviennent plus répandues et sophistiquées, un désaccord émerge également sur la question : Pouvons-nous vraiment prétendre programmer la vie comme un logiciel ? Devrions nous? Et qu'est-ce que cela signifie même?

Pour certains, la biologie de programmation offre la possibilité de fournir une abondance matérielle et économique inégalée à la planète entière, tout en améliorant notre rôle de gardiens de Spaceship Earth, ce qui nous donne moins de raisons de déterrer des combustibles fossiles ou de produire des produits chimiques toxiques pour fabriquer les choses dont nous avons besoin. et l'amour. D'autres voient toute la notion comme rien de plus qu'une analogie erronée, voire une mauvaise interprétation contre-productive qui risque de traiter la vie comme quelque chose de beaucoup moins complexe et mystérieux qu'elle ne l'est vraiment. Le changement climatique n'est qu'un exemple de la façon dont de telles attitudes peuvent nous égarer. Comme c'est souvent le cas, un aperçu peut être trouvé dans les espaces entre ces points de vue.

La "boîte noire" de la biologie

Dans l'histoire récente, les humains ont beaucoup appris sur le fonctionnement interne des cellules vivantes. L'industrie cherche désormais à innover en s'interfaçant directement avec ces rouages ​​internes, en appliquant la logique du calcul en utilisant de puissants nouveaux des outils comme CRISPR modifier des gènes individuels. La compréhension humaine des systèmes vivants que ces technologies débloquent pour nous en est encore à ses balbutiements, mais elles sont déjà utilisées de manière productive. La Technologie ARNm derrière le COVID-19, par exemple, favorise l'immunité en réécrivant directement les instructions des cellules pour produire des protéines. Si ce n'est pas de la programmation, qu'est-ce que is il?

La clé de l'idée de la biologie de programmation est le fait que les systèmes vivants fonctionnent sur le code, l'ADN, que nous interprétons plutôt que des uns et des zéros comme des A, des C, des T et des G. C'est une langue que les humains peuvent lire et apprennent même à écrire, mais nous ne pouvons pas encore le faire couramment. Par analogie, nous pouvons travailler avec des mots et des phrases courtes, mais pas avec des phrases complètes, encore moins avec des paragraphes ou des chapitres. Changer une seule lettre dans une séquence génétique peut produire des résultats bons, mauvais ou indétectables, et très souvent le résultat ne suit pas les attentes logiques.

Presque rien de tout cela n'est vrai du code informatique, que les humains comprennent à un niveau fondamental parce que, eh bien, nous l'avons inventé. Certains soutiennent que, pour cette raison, nous ne pouvons jamais vraiment programmer la biologie dans un sens significatif. Peu importe les mesures que nous prenons pour le contrôler, ils nous rappellent : «la vie trouve un chemin” pour saper ou sortir des boîtes que nous construisons autour d'eux (pas toujours avec un effet aussi dramatique que Jurassic Park). Dans la programmation numérique, la prévisibilité est essentielle. Il est peu utile d'utiliser une application de tableur qui modifie de temps en temps une valeur numérique de manière inattendue. Pourtant, une chose que nous pouvons dire avec certitude à propos de la vie, c'est qu'elle est ne sauraient prévisible. En fait, l'évolution est alimentée par l'imprévisibilité, les mutations génétiques ayant largement contribué à l'éblouissante diversité de la vie sur Terre.

Dans le même temps, nous construisons et utilisons régulièrement des systèmes complexes dont la prévisibilité est considérablement limitée. Les avions, les systèmes de trafic, les réseaux informatiques, tous sont constitués de tant de pièces plus petites et prévisibles que leur comportement n'est prévisible que jusqu'à un certain point, toujours capables de faire quelque chose que personne ne voit venir. Pour quiconque ne connaît pas son fonctionnement interne, même un ordinateur parfaitement construit pourrait être qualifié de « boîte noire » : nous savons ce qui entre et ce qui sort, sans comprendre ce qui se passe à l'intérieur. Quelque chose de similaire pourrait être dit de la relation actuelle à la biologie.

Logique floue

Heureusement pour la biotechnologie, la voie du progrès peut ne pas nécessiter une compréhension complète du code de la vie. Des connaissances et des capacités plus approfondies peuvent être acquises en embrassement les inévitables marges de mystère qui découlent du travail avec des systèmes vivants. Introduire un nouveau code génétique dans une cellule avec un résultat attendu, tout en étant ouvert à l'inattendu, pourrait être appelé programmation, ou peut-être pousser, poser une question à la nature elle-même. Bien que cela ne soit pas aussi fiable ou efficace que la rédaction de code pour un programme informatique, l'avantage est que les réponses sont souvent surprenantes et concernent parfois des questions qui n'ont même pas été posées. C'est ainsi que l'innovation se produit, et elle distingue la biologie de tout autre domaine «programmable» de manière passionnante.

Dans l'industrie, on ne s'offre pas le luxe d'attendre la pleine maîtrise des systèmes complexes que l'évolution a imaginés au cours des quatre derniers milliards d'années avant de pouvoir les utiliser. L'impératif d'atteindre des jalons et de fournir des produits utiles, évolutifs et finalement commercialisables ne laisse d'autre choix que de trouver le chemin le plus direct vers les résultats les meilleurs et les plus utiles. Accepter la réalité de travailler avec l'imprévisibilité signifie construire la plupart des systèmes prévisibles qui peuvent tolérer les nombreux comportements inattendus — mais souvent utiles — de la nature. Une fois que ces processus sont dans le domaine de la répétabilité accepté par les processus traditionnels de calcul ou de fabrication, la distinction devient moins importante.

La complexité de la biologie est cause d'humilité, mais aussi d'enthousiasme. La biotechnologie offre une opportunité d'apprendre et même d'exploiter des processus et des capacités que personne ne pourrait jamais inventer, et encore moins comprendre pleinement. Nous n'avons pas inventé la poule, par exemple, et nous ne comprenons certainement pas toutes ses parties fonctionnelles, ce qui se passe dans sa tête lorsque nous la nourrissons, ou quelle est la chaîne d'événements qui transforme les céréales en un œuf capable de produire un tout nouveau poulet. Mais ils nous offrent tellement de valeur, de manière fiable et à grande échelle, qu'ils pourraient tout aussi bien être considérés comme une technologie de pointe. La question de savoir si l'édition de gènes et le codage de systèmes vivants équivaut à de la « programmation » est donc largement sémantique. C'est aussi secondaire par rapport à la vraie question : que va-t-on faire de ces capacités nouvelles et en constante amélioration ? En essayant de comprendre le fonctionnement fondamental de la biologie, tant que nous trouvons des moyens d'améliorer notre qualité de vie et la santé de la planète, peu importe le mot que nous utilisons pour le décrire.