چشم‌انداز زیست‌شناسی ترکیبی در 2020 / 1400

جُرج چِرچ*: در یک دهه گذشته، هزینه خواندن و نوشتن دی.ان.ای یک میلیون مرتبه کاهش یافته و حتی قانون مور برای رشد نمایی قدرت کامپیوترها را پشت سر گذاشته است. چالش دهه آینده این خواهد بود که چگونه باید مهندسی مولکولی و محاسباتی را برای تولید سیستم‌های پیچیده با هم ترکیب کرد. خلق و توسعه استانداردهای مهندسی برای اجزای زیستی، مثلا چطور اجزای دی.ان.ای در کنار هم قرار می‌ گیرند، طراحی با کمک کامپوتر (CAD) را از سطح‌های زیر اتمی تا ابعاد اجتماعی امکان‌پذیر خواهد کرد. زیست‌شناسان به ابزارهایی دسترسی خواهند داشت که به آن‌ها امکان می‌دهد اتم‌ها را طوری در کنار هم مرتب کنند تا یک کاتالیزور بهینه تولید شود، یا این‌که اجتماعاتی از میکروارگانیزم‌ها را در کنار هم قرار دهند تا یک ماده شیمیایی را تولید کنند.

آشکارترین کاربرد آنها در ساخت و تحویل موثرتر داروها خواهد بود. با این حال، این درمان‌ها شاید توسط روش‌های هوشمندتری جایگزین شوند، روش‌هایی مانند واکسن‌های خوراکی و سلول‌های بنیادین شخصی «قابل برنامه‌ریزی» یا باکتری (که از حسگرها، منطق و فعال‌کننده‌های استخراج شده از تکامل طبیعی و آزمایشگاهی استفاده می‌کنند) که می‌توانند برای مثال یک تومور را در نزدیکی خود حس کنند، با هم همکاری کنند تا به آن حمله کنند و تومور را سوراخ کنند تا در داخل آن سم خود را آزاد کنند.

کاربرد دیگر آن در تولید مواد شیمیایی، سوخت‌های زیستی و مواد خوراکی است؛ برای مثال، تولید محصولات ضد انگل یا ارگانیزم‌های ترکیبی که می‌توانند توده زیستی خود را در عرض تنها سه ساعت دو برابر کنند. با کاهش هزینه‌ها، این فناوری می‌تواند به کشورهای در حال توسعه کمک کند تا از روش‌های کشاورزی تلف کننده کود، مصرف کننده سوخت‌های فسیلی و پر آفت اجتناب کنند و در عوض از سیستم‌های پاک‌تر و کارآمدتری استفاده کنند، درست همان‌گونه که از سیستم‌های پر هزینه خطوط تلفن ثابت می‌گذرند و به جای آن به استفاده از شبکه‌های تلفن موبایل رو می‌آورند.

تاثیرات زیست‌شناسی ترکیبی هم‌اکنون نیز به خارج از حوزه آن کشیده شده است، و تا سال 2020 به طرز چشمگیری افزایش خواهد یافت. هزاران فناوری امکان‌پذیر خواهند شد، مانند ابزارهای حافظه نانو که توانایی یک باکتری خاص را برای رهگیری میدان مغناطیسی زمین با استفاده از نانو ذرات مغناطیسی تحت کنترل در می‌آورند و با رسیدن تراشه‌های الکترونیکی به مرز‌های تولید سنتی، آن‌ها با مدارهای بسیار دقیق (در مقیاس اتمی) و بدون خطای زیستی جایگزین می‌شوند. «چاپگرهای زیستی» سه‌بعدی می‌توانند تولید تقریبا هر محصول صنعتی را خیلی ارزان‌تر کنند. چالش اصلی، اجتناب از بسیاری از عوارض غیر منتظره انقلاب زیست‌ترکیبی (عوارض زیست محیطی، اقتصادی و اجتماعی) و حفاظت در برابر آن‌ها خواهد بود.

* استاد ژنتیک، دانشکده پزشکی دانشگاه هاروارد

نیچر - ترجمه: مجید جویا