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Biologie de programmation: Read (r), Write (w), Execute (x)

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Biologie de programmation: Read (r), Write (w), Execute (x)

Nos meilleurs outils pour comprendre et manipuler la biologie ont toujours été l'observation et l'expérimentation. Ensuite, nous avons développé la capacité de “lire »et« écrire »en biologie. Et maintenant, la convergence de la biologie avec le calcul et l’ingénierie a enfin ouvert notre capacité à “exécuter" en biologie.

En d'autres termes: la biologie devient programmable.

Lire (r)

Chaque fois que nos outils avancent, de l'observation de la nature à l'œil nu à l'invention de la nano-microscopie, nous voyons la biologie plus clairement et plus complètement. Aujourd’hui, nous ne faisons pas que voir; Nous pouvons aussi lis à travers les nombreux langages de programmation utilisés par la biologie: génomique (ADN); transcriptomique (ARN); épigénomique (structure du génome); protéomique (protéines); métabolomique (métabolites); microbiomique (bactéries résidentes). Lire avec cette approche multi-omique nous permet de saisir toute la profondeur de la biologie et avec une résolution qui augmente chaque jour, jusqu’à la cellule unique! Nous pouvons voir des erreurs, des interactions et des processus que nous n’avons jamais vus: même, par exemple, comment chaque cellule individuelle se comporte dans le danse dynamique entre les cellules cancéreuses envahissantes et les cellules immunitaires protectrices.

Mais lire du code ne signifie pas comprendre comment fonctionne la biologie. BBien entendu, la iologie est beaucoup plus complexe que tout système conçu par l'homme; ses une boule de poils de réseaux enchevêtrés qui communiquent, se gouvernent et se répondent d’une manière que nous ne comprenons pas complètement. Si vous avez imprimé le génome humain (et quelqu'un a fait!), ces 3 milliards de lettres représentent ~ 130 volumes d’encyclopédies. Pour compliquer davantage les choses, ces 3 milliards de lettres codent «seulement» 20 000 gènes, qui contiennent des instructions pour des millions de variantes de protéines, dont certaines déterminent la combinaison de gènes activée ou désactivée… qui, finalement, déterminent la génétique programme qui détermine l'état et le destin d'une cellule. Comment pouvons-nous donner un sens à tout cela?

C’est là que les techniques de calcul avancées telles que l’intelligence artificielle entrent en jeu. Ces technologies sont particulièrement bien adaptées pour connecter des points que les humains ne pourraient pas connecter sans aide. En combinant des lectures de tous ces différents «langages», les algorithmes peuvent détecter des schémas subtils en corrélation avec des maladies telles que cancer, ou même vieillissement. L’identification de ces modèles nous aide à mieux comprendre les règles qui régissent la biologie, ce qui signifie que nous passons maintenant de vue à perspicacité.

Écrire (w)

Historiquement, nous avions des outils directs pour écrire en biologie et une compréhension limitée du fonctionnement de la biologie, ce qui rendait extrêmement difficile de faire en sorte que la biologie fonctionne pour nous. Les humains tentent depuis longtemps de contrôler la biologie – pollinisation croisée des cultures, élevage du bétail, et même tests de produits naturels qui soulagent les maladies. Mais notre approche était principalement expérimentale et nécessitait habituellement une force brute: nous essayions quelque chose, puis nous voyions ce qui se passait; si cela fonctionnait, nous essayerions de l'améliorer. En d'autres termes, hypothèse -> test -> évaluer; réviser l'hypothèse -> re-tester -> réévaluer.

Mais à mesure que nous développions de nouvelles façons de manipuler directement la biologie, nous avons commencé à avoir la possibilité de corriger certaines erreurs trouvées. Il y a quatre décennies, la montée en puissance de la technologie de l'ADN recombinant – la possibilité d'épisser des gènes humains en d'autres organismes – a donné naissance à l'industrie biotechnologique. Notre prochaine avancée majeure est la thérapie génique, où une copie corrigée d’un gène peut être transmise à une cellule humaine pour supplanter un gène brisé. Les thérapies géniques ont été approuvées pour les maladies dévastatrices, y compris cécité congénitale, atrophie musculaire somatique, et bêta-thalassémie, avec beaucoup plus dans le pipeline. Nous sommes maintenant au milieu d’une autre grande avancée: la capacité de précisément modifier directement les erreurs dans les gènes existants, avec CRISPR (Les premières données montrent promettre drépanocytose, par exemple). Aujourd'hui, avec la précision des outils CRISPR et les avancées de l'ADN synthétique, nous pouvons écrire à la biologie.

La question est: savons-nous ce que nous voulons dire?

Exécuter (x)

La confluence de biologique renforcée connaissance avec ingénierie avancée capacités conduit notre capacité à exécuter programmes en biologie. À mesure que nous pouvons analyser et comprendre de plus en plus la biologie, nous obtenons les équivalents biologiques des débogueurs et des compilateurs de logiciels. Avec l’ingénierie, nous pouvons maintenant fabriquer des composants modulaires (capteurs, commutateurs, portes logiques) que nous pouvons stocker, réutiliser et réutiliser comme Blocs LegoUne sorte de référentiel de code biologique. Et comme tout processus technique basé sur un cycle de conception -> construction -> test, les progrès de la biologie de la programmation s'accentueront, se composeront et s'accéléreront avec le temps.

Lire (r), écrire (w) et exécuter (x) en biologie sont inextricablement liés; à bien des égards, ils se renforcent mutuellement. C’est une relation matricielle connaissances-capacités (voir au dessous de) où notre capacité à lis informe ce que nous pouvons écrire; l’arrivée de nouvelles technologies comme l’IA élève la lecture à perspicacité; et la jonction de l'écriture avec perspicacité renforce notre capacité à exécuter.

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Grâce à sa capacité à stocker des informations, à les reproduire et à les faire évoluer, la biologie est l’une des technologies les plus avancées au monde. Tout comme le logiciel a transformé pratiquement tous les aspects de notre monde, cette nouvelle capacité à exécuter des programmes en biologie touchera toutes nos vies, à la fois pour notre santé et bien au-delà.—Avec des applications de biologie artificielle dans l'agriculture, l'alimentation, les textiles, la fabrication… même des ordinateurs.

Imaginez une cellule artificielle capable de détecter la présence d'une maladie, effectuez un calcul afin de déterminer le programme à exécuter (par exemple, attaquer une cellule malsaine ou recruter d'autres cellules immunitaires), puis se fermer lorsque le travail est terminé. CHARIOT est un exemple précoce de la promesse faite par les thérapies cellulaires sophistiquées de lutter contre des maladies complexes comme le cancer. Au fur et à mesure que nous devenons de plus en plus capables d’exécuter des programmes en biologie, nous ne pourrons plus nous contenter de réparer ce qui ne fonctionne pas, nous pourrons utiliser la biologie comme un véritable moyen de concevoir refaire le monde physique qui nous entoure.

La médecine devient programmable; et la biologie mange le monde.

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Traduction de l’article de htidnam : Article Original

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