A jövő építőkockái

Fordulópont a biológiában

Az ezredforduló utáni években fordulóponthoz érkezett a biológia: élő szervezetek elemzése, képletesen részekre szedése után a tudomány és a technológia eljutott arra a szintre, hogy összerakásuk, a szintézis sem sci-fi többé. Innen ered a szakterület szintetikus biológia elnevezése is. Előrejelzések alapján komoly jövő vár a negyedik ipari forradalom gyűjtőkategóriába (3D nyomtatótechnológiák, géntervezés, bio- és nanotechnológia stb.) sorolt diszciplínára.

A világ egyik legismertebb robotikusa, Rodney Brooks szerint átalakul az ötven éve szénen és acélon, manapság szilíciumon és információn nyugvó ipari infrastruktúra. A korábbiaktól drasztikusan eltérő „mezőgazdasági” érába lépünk: 2050 körül már az élő rendszerek adják az alapokat. Brooks Neumann János önreprodukáló sejtautomatájáig, a saját másolatukat elkészítő gépek elméletéig tekintett vissza eleinte, majd kiderült: mechanikus konstrukciók helyett az élővilágban kell keresni a példákat, és be is bizonyosodott, hogy a DNS a Neumann által felvázolt szerkezetek adottságaival rendelkezik.

Az életet irányító komplex jelenségeket, például a sejten belüli, vagy sejtek közötti folyamatokat tanulmányozó molekuláris biológia felfedezései önreprodukció-szerű eredményekhez – programozott sejtekhez, digitális számítógépként működő baktériumokhoz, rendelésre készített mikrobákhoz, biokémiai memóriához, mesterséges anyagcsere-utakhoz stb. –, az élővilág ember általi átalakításához vezetnek. Ennek a mérnöki fordulatnak, a jelentőségében az alkímiából a modern természettudományba történt váltáshoz fogható, egyes felmérések alapján 2018-ra akár 20 milliárd dolláros üzletté is válható, biológiát, kémiát és számítástudományt, tudományos és mérnöki megközelítést egyesítő szintetikus biológia forradalmának a kezdetén járunk.

Brooks az 1980-as és 90-es években rovarszerű, majd kezdetleges – emberhez hasonló – szociális interakcióra képes robotokon dolgozott, így semmi meglepő nincs abban, hogy már az ezredforduló környékén egyértelműen kiemelte a biológiai alapú számítógépek és más szerkezetek térnyerését. Living Machines címen projektet is indított a témakörben.

Nem sci-fi, nem fantáziálás

A szintetikus biológia a biotechnológia újraértelmezéseként, bővítéseként is felfogható. Alapvetése, hogy biológiai elemekből, „alkatrészekből” molekuláris, sejt-, szövet- és organizmusszinten egyaránt működtethető új kombinációk, élő rendszerek alkothatók. Ezekkel a rendszerekkel minden korábbinál jobban kiaknázhatók az élő anyagban rejlő lehetőségek.

Az MIT-n indult BioBricks projekt, majd az abból létrejött BioBricks Alapítvány a sejt belsejére alapozva mintegy 400 „biológiai építőkockát”, organizmusok programozásához nélkülözhetetlen eszközkészletet fejleszt, amelyek képesek utánozni hagyományos számítógépes áramkörök működését. Az építőkockák egyenként primitívek, csoportosan viszont magasabb szintű feladatokat hajtanak végre.

Az eddigi leglátványosabb eredmények (szintetikus genom, baktériumfajták átalakítása stb.) Craig Venter és a Venter Intézet nevéhez fűződnek. Az ő és mások kísérletei bebizonyították: a szintetikus biológia megvalósítható, nem sci-fi, nem elszállt tudósok fantáziálása.

A legradikálisabb elképzelések a természetes evolúció anyagkészletén túllépő, olyan teljesen új tulajdonságokkal rendelkező fehérjékkel működő rendszerek kidolgozására vonatkoznak, amelyeket az élővilágban eddig ismeretlen kémiai anyagokkal, alkalmasint a természet által használt húszon kívül előállítható, több ezer aminosav valamelyikével hoztak létre, például kaliforniai kutatók a szintetikus biológiai kísérletek sztárja, az E. coli génkészletében átalakított elemből új aminosavat készítettek. Valós és potenciális alkalmazásokként a szintetikus (mesterséges) élet, sejtátalakítás, információtárolás, fehérjetervezés, bioérzékelők stb. szerepelnek, illetve merülnek még fel. Megjelenésükre a jelen és a közeljövő energetikájában, orvostudományában, vegyiparában és mezőgazdaságában számíthatunk. Közben törvényszerűen elhangzanak szkeptikus kérdések is: mik lesznek a környezeti következmények, történik-e biológiai szennyeződés, mennyire biztonságosak ezek a fejlesztések? A válaszokat többek között a Woodrow Wilson Központ Szintetikus Biológia Projektje és az MIT Emergens Technológiák Programja keresi környezetkutatók, társadalomtudósok és a kormányzati, valamint az üzleti szektor képviselőinek bevonásával.