Java став прообразом «мови програмування тіла»
Вчені з міжнародної організації Open Facility Advancing Biotechnology (BIOFAB) працюють над створенням механізму управління генетичною інформацією, який дозволить програмувати живі клітини. Прообразом «мови програмування тіла» біотехнологи вибрали Java, а результати розробки планується відкрити по моделі Open Source.
Дрю Енді (Drew Endy), один з керівників BIOFAB, розповів ресурсу Wired про те, що його організація в даний момент веде роботу над своєрідним «мовою програмування», що використовують генетичні дані для зміни поведінки живих клітин. Ініціатива BIOFAB є частиною активно розвивається наукового напрямку - генної інженерії, досліджує можливості зміни людського тіла через зміну геному.
Гени, що містяться в клітках, несуть в собі інформацію, яка визначає, як клітина функціонує, причому деякі частини генома проявляють себе схожим чином в різних типах клітин і живих організмів. Цей факт дозволив Дрю Енді і його команді припустити можливість створення своєрідного «мови програмування, за допомогою якого вчені змогли б управляти генної експресією - проявом генів в організмі у формі деяких специфічних для них ознак.
Говорячи про генної експресії, команда Енді називає її «прошарком між геномом і динамічними життєвими процесами». За словами Цива Бар-Йозефа (Ziv Bar-Joseph), фахівця з біоінформатика університету Карнегі-Меллон, механізм генної експресії не сильно відрізняється від того, як сполучаються між собою комп'ютерні системи, причому одне і те ж поведінку спостерігається від системи до системи. Дійсно, вже з кінця 60-х років XX століття комп'ютерні системи створювалися багато в чому за образом і подобою живих організмів, наделяясь здатність працювати автономно і обмінюватися інформацією з стандартизованих шляхами.
Ідея команди полягає в тому, щоб побудувати платформу для програмування, яка буде працювати на різних типах клітин. В 90-х роках минулого століття в світі обчислювальної техніки була створена така платформа, яка використовується для побудови додатків, що працюють на абсолютно різних системах - віртуальна машина Java. Суть ідеї команди Енді полягає в тому, щоб відтворити Java VM всередині живої клітини.
«Програмне забезпечення Java здатне працювати на безлічі різних апаратних платформ та інформаційних систем. Ця переносимість забезпечується віртуальною машиною Java, яка створює єдину операційну середу на великій різноманітності платформ, так як код Java виконується в замкнутій локальної середовищі, - пояснив Енді. - У синтетичної біології аналогом віртуальної машини Java буде штучно створений відділ клітини будь-якого типу, необхідний для того, щоб змінена ДНК не працювала, де потрапило. Вона повинна працювати у відділі клітини, що надає єдину ізольовану середовище для виконання коду ДНК».
Енді повідомив, що зараз команда знаходиться у пошуках комерційної компанії, яка змогла б допомогти BIOFAB відтворити це бачення Java - дуже близьке до оригінального баченню Sun Microsystems (творця Java) - у світі біології. Як і Sun, команда Енді дотримується філософії Open Source: мова BIOFAB буде доступний для використання, а його розробка буде вестися співтовариством.
Проект BIOFAB поки що перебуває на ранній стадії. Зараз Дрю Енді і команда працюють над базовими конструкційними блоками, своєрідною «граматикою» мови. Одним з останніх досягнень команди, нещодавно освітленим журналом Science, стала розробка способу контролювати і посилювати сигнали, які геном передає клітці. Сам Енді порівнює цей процес з роботою старовинного телеграфу.
«Якщо ви хочете послати телеграму з Сан-Франциско в Лос-Анджелес, сигнали можуть ослабнути, рухаючись по дротах, - розповідає Енді про останньому відкритті. - У якийсь момент вам знадобиться релейний система, яка вловить сигнали до того, як вони остаточно перетворяться в шум, і посилить їх до рівня, достатнього для подальшої передачі».
Зараз команда добилася того, що може «з дуже високою часткою ймовірності» штучно викликати експресію до десяти генів. Цей факт демонструє, з якою швидкістю розвивається генна інженерія: рік тому на те, щоб викликати експресію всього одного гена, знадобилося близько семисот спроб.
З появою мови програмування до кінця десятиріччя кількість генів має збільшитися до сотні, заявляє Енді. Крім того, дослідники прагнуть зробити мова нечутливим до введення, щоб клітини могли виробляти експресію саме тих генів, які потрібні дослідникові, аналогічно функції printf в програмуванні, яка здійснює висновок незалежно від того, який набір символів їй переданий.
Енді переконаний, що робота його команди не тільки має величезну важливість, але і набагато більш застосовується в реальному житті, ніж люди можуть собі уявити.
«Вся наша цивілізація тримається на біології. Нам необхідно дізнатися, як налагодити взаємодію з природою, щоб робити те, що нам потрібно, при цьому не руйнуючи навколишнє середовище, - заявив він. - Я трохи здивований, що люди з інших спільнот досі тримається осторонь і не допомагають нам безпосередньо в роботі над єдиним мовою програмування життя».
«Все може піти не так, - заявляє Енді на питання про етичність свого проекту. - Це може зашкодити людям. Це може робитися безвідповідально. Негідники можуть використовувати це в поганих цілях. Може статися що завгодно. Однак вдумайтеся, адже ми не працюємо у вакуумі. Історія пам'ятає багато хороших програмних розробок і практичних нормативних вимог, які оновлюються слідом за розвитком технологій. По мірі того, як світ змінюється, нам слід бути напоготові».
Ось таке майбутнє чекає на нас.