Цифрова біологія: нові технологічні рубежі
Skip to Content

Цифрова біологія: нові технологічні рубежі

Цифрова біологія («біохакінг», синтетична біологія) — це відносно нова галузь наукових досліджень, яка прагне знайти високотехнологічні розв‘язання складних проблем для людини та планети.

Команди досліджень і розробок в області синтетичної та цифрової біології використовують величезні обсяги даних, отриманих зі світу природи, для розробки нових біологічних експериментів. Мета — краще зрозуміти молекулярну біологію клітини, щоб змінити конфігурацію організмів, окремих компонентів. Це допоможе вилікувати хвороби та поліпшити «біологію» людини.  Крім того, є надія, що детальне розуміння фундаментальних законів природи дозволить знайти рішення для кліматичної кризи.

 Що таке цифрова біологія?

 Найбільші інновації 21 століття будуть на стику біології та технологій. Настає нова ера. — Стів Джобс

Стівен Ларсон, генеральний директор MetaCell — провідної компанії по розробці програмного забезпечення для нейробіології, — описує цифрову біологію як –

«область досліджень, яка використовує потужне програмне забезпечення для моделювання, щоб зрозуміти основні функції життя, дати можливість зрозуміти «збої» в біології людини, такі як хвороби та старіння».

Дослідники та розробники десятиліттями вивчали компоненти живих організмів, намагаючись відтворити біологічні функції в цифровій формі. У 2012 році Карр і команда створили «перші замальовки» систем життєдіяльності бактерії, моделюючи окремі біологічні процеси.

Нещодавно Ларсон заснував OpenWorm, платформу з відкритим вихідним кодом, яка об’єднує глобальних фахівців з цифрової біології для створення першого віртуального організму — круглого хробака під назвою c. elegans. Є надія, що, створивши повну цифрову копію життєвих систем істоти, наукова спільнота отримає глибоке розуміння складних систем, з яких складається все живе.

Приклади використання цифрової біології

Цифрова біологія допомагає дослідникам розібратися в деяких ключових медичних і екологічних проблемах, які століттями не вивчаються наукою.  Цифрова біологія включає:

  • Швидке виявлення і виділення окремих клітин для дослідження й аналізу, т.е. вивчення фармацевтичних взаємодій на молекулярному рівні.
  • Розв‘язання проблеми стійкості до антибіотиків. Наприклад, алгоритм машинного навчання в Массачусетському технологічному інституті виявив нові ліки, здатні вбити раніше стійкий до ліків штам бактерій.
  • Створення надефективних лабораторних середовищ. Десятки мільйонів доларів інвестують у віртуалізацію біологічних лабораторій, які покликані перевершувати активні лабораторії. Природа пояснює, як цифрові лабораторії дозволяють біологам «легше проводити експерименти, у яких одночасно модифікуються змінні, звільняючи їх від етапів обробки, необхідні для таких експериментів».
  • Чисте та ефективне використання енергії планети. За останні роки вчені виявили штам бактерій, які перетворюють рослинні речовини в біопаливо для автомобілів. Сьогодні дослідники створюють бактерії для ефективного перетворення енергії.

Що таке синтетична біологія?

Цифрова біологія націлена на відкриття того, як живі істоти працюють на молекулярному рівні. Синтетична біологія зосереджується на біологічній зміні клітинної конструкції, тобто поліпшення організму шляхом зміни ДНК. Синтетичні біологи зшивають разом довгі нитки ДНК, які походять з різних джерел або були новими, а потім вибудовують їх в послідовність генів організму, щоб змінити характеристики.

Редагування генів належить сфері синтетичної біології, але є різниця в тому, що тут генетики використовують інструменти для внесення невеликих змін у ДНК організму. Відомим прикладом цього підходу є CRISPR, який використовує технологію редагування генів для точної зміни крихітних компонентів ДНК.  Ключова мета цієї новаторської біонауки — викорінити генетичні порушення, які можуть призвести до захворювань, у тому числі рак, м’язову дистрофію і т.д.

Вчені працюють не тільки з людськими системами в організмі. Наприклад, Національний інститут дослідження геному людини (NIH) концентрує зусилля також на дослідженнях і розробках в рослинництві. Це допоможе підвищити врожайність і збільшити кількість поживних речовин для населення, що швидко зростає. Вони також шукають способи реорганізації організмів, щоб допомогти впоратися з кліматичною кризою.

Приклади використання синтетичної біології

  • Реінжиніринг організмів для виробництва нових лікарських сполук.
  • Перероблення організмів для фільтрації забруднювальних речовин з повітря.
  • Реконструкція сільськогосподарських культур для виробництва вітамінів і мінералів, які можуть подолати їх дефіцит, особливо в країнах, що розвиваються.
  • Налаштування ДНК рослин для створення надійних альтернатив популярним, але нестійким продуктам.

Навіщо переходити від звичайної біології до цифрової?

Проекти досліджень і розробок, які мають справу з величезними обсягами даних, уже отримують вигоду від цифрування біологічних тестів, наприклад, секвенування генома.

Цифрування дає більше даних, ніж аналогові методи дослідження. Це дозволяє вченим в реальному часі отримувати інформацію про біологічні функції, а також будувати картину, наприклад, молекулярної біології клітини. Це може прискорити такі процеси, як відкриття антитіл і відправлення потенційних ліків на клінічні випробування.

Чи є у цифрової біології недоліки?

Складність і непередбачуваність біологічних досліджень означає, що необхідно більше зусиль і людських ресурсів. Також існує занепокоєння з приводу безпеки даних і можливості біотероризму через особливості роботи з відкритим вихідним кодом у цій області.

З тим як робимо величезні успіхи в цифровізації, за умов прискорення зростання населення і зміни клімату, старі методи вивчення наук про життя не повинні відставати.

1 Star2 Stars3 Stars4 Stars5 Stars (2 оценок, среднее: 5,00 из 5)
Loading...

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *

Back to top