Біологія "знизу вгору"

 

Відомо, що еволюція не винайшла колеса. Це зробили люди (а відтоді постійно переконують одне одного не робити це знову). Цей приклад наочно ілюструє різницю між тим, як природа і люди підходять до вирішення проблем. Природа працює зі своїм матеріалом за принципом “знизу вгору” і врешті знаходить рішення за допомогою неефективного процесу спроб і помилок. Природа ніколи не запитувала себе: як найефективніше перемістити цю масу з точки “А” в точку “Б”? Тому й немає тварин на колесах, хоча є багато лап, крил і інших природних способів переміщення. Натомість люди діють по іншому: складну проблему вони спершу намагаються спростити, розбити на складові частини, щоб знайти ефективне рішення.

 

Тобто, на відміну від природи, люди підходять до розв’язання проблем “згори донизу”. Те саме, до слова, відбувається і в клітинній біології. Навіть там, де метою вчених є просто розширити горизонти знань (на противагу клітинній інженерії, яка фокусується на практичних завданнях), клітина є надто складним та хитромудрим механізмом, щоб її концептуально не ділити на складові частини.

 

Підхід “згори донизу” неминуче ґрунтується на розкладі. Хоча науковець може зробити кар’єру, розплутуючи роботу клітинних механізмів, таких як рибосоми чи мітохондрії, метою завжди було збагнути, як вони функціонують в клітині в цілому. Дослідження зумовлене контекстом, в якому воно з’являється, і в який знову повертається, як тільки досягає своїх результатів.

 

Такий підхід, безумовно, цінний, але він не є найкращим способом удосконалити процеси, що відбуваються в клітинах, або навіть винайти нові, які робитимуть те саме, але ефективніше. Щоб взятися за це завдання, дослідникам доводиться відкласти вбік контекст, тобто систему, яка виникла в результаті еволюції, і сконструювати її заново із вихідних компонентів, тобто підійти до завдання “знизу вверх”, так як це робить природа.

 

Погляньте, зокрема, на спроби скопіювати природний процес фотосинтезу, що може стати революцією в енергетиці. Один із підходів, які використовують клітинні біологи, полягає у змішуванні незвичних комбінацій ферментів, наприклад тих, які виділили із бактерій та людської печінки. У такий спосіб вчені прагнуть створити різні версії метаболічних послідовностей, які беруть участь у фотосинтезі, щоб скопіювати їх у штучні хлоропласти.

 

Ці дослідження є переднім краєм біології, що використовує підхід “знизу вгору”. Біологи, фізики та хіміки вчаться реконструювати складні клітинні процеси, дивлячись по-новому на компоненти клітини. Вчені, які використовують такий підхід, переконані, що він може розширити горизонти науки і навіть запропонувати нові інсайти для розв’язання складних і тривалих проблем.

 

Найамбітнішим завданням, звісно, є створення “з нуля” штучної клітини, здатної репродукуватися. Але щоби досягнути схожих завдань, вченим слід сконцентруватися на перевагах таких амбітних проектів, а не лише на інтелектуальних та практичних труднощах, що з ними пов’язані, зокрема в такій перспективній сфері, як створення штучної крові.

 

Біологію, що використовує підхід “знизу вгору”, зазвичай розглядають у відмінному світлі, ніж “синтетичну біологію” — термін, який застосовують до нової галузі біотехнологій, яка прагне отримати нові синтетичні продукти, комбінуючи вихідний біологічний матеріал. Намагаючись досягнути цієї мети, синтетична біологія використовує обидва підходи — як “згори донизу”, так і “знизу вверх”.

 

Створення живих систем за людським задумом ставить низку непростих запитань, зокрема відповідальності, етики й те, як такі дослідження потрібно регулювати і контролювати. Як вчені, так і політики й громадськість повинні бути поінформовані і консультуватися між собою, куди такі дослідження прямують і можуть завести.

 

Focus on the benefits of building life’s systems from scratch

Nature, 7/11/2018

Зреферував Є. Л. 

11.11.2018