生物學再程式設計

調整我們的基因程式將延長壽命

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生物學目前正處於向資訊科學歷史性過渡的早期階段,同時也獲得了重新程式設計生命古老資訊系統的工具。我們的電子裝置通常每隔幾個月更新一次軟體,然而,我們細胞內被稱為基因的 23,000 個軟體程式在數千年中幾乎沒有變化。然而,當我們開始從資訊過程的角度理解生物學時,我們正在開發疾病和衰老如何發展的現實模型和模擬,以及重新程式設計它們的方法。

RNA干擾 (RNAi) 是科學界在過去幾年才瞭解到的,它可以關閉特定的基因。由於許多型別的疾病在某些時候都依賴於基因表達,RNAi 預示著一項突破性技術。我們希望關閉的一個基因的例子是胰島素受體基因,它告訴脂肪細胞抓住每一卡路里。當在 Joslin 糖尿病中心的一項研究中,小鼠脂肪細胞中的該基因被阻斷時,這些小鼠吃了很多東西,但仍然保持苗條和健康。它們的壽命延長了近 20%。

將有益基因新增到患者體內的創新方法開始克服基因治療的障礙。我擔任顧問的聯合治療公司已獲得並採用了一種技術,該技術在體外修飾細胞,驗證新的遺傳資訊是否已正確插入,複製數百萬次修飾後的細胞,然後將這些細胞注射回血液中,在那裡它們嵌入到正確的組織中。這種方法已治癒動物的致命性肺動脈高壓,並正在進入人體試驗。


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另一種重要的攻擊路線是重新生長我們自己的細胞、組織甚至整個器官。這種“治療性克隆”技術的一個主要好處將是能夠從我們細胞的版本中建立組織,這些細胞透過糾正 DNA 錯誤和衰老相關變化而被“年輕化”。例如,我們將能夠從您的皮膚衍生幹細胞中建立心肌細胞,並透過血液將它們引入您的系統。隨著時間的推移,新細胞將取代您的舊細胞,從而使心臟煥發活力。

奈米技術可以超越生物學的侷限性。哈佛大學和麻省理工學院的研究人員設計了納米粒子,可以附著在癌細胞上,鑽入內部並釋放毒素來摧毀它們。另一位科學家用一種奈米工程裝置治癒了大鼠的 1 型糖尿病,該裝置使用 7 奈米孔來可控地釋放胰島素,同時阻斷抗體。


透過糾正 DNA 錯誤,我們細胞的版本將被“年輕化”。


我們理解甚至重新程式設計大腦的能力也在加速發展。最新的體內掃描器可以即時成像單個神經元間連線的放電。IBM 已經開始一項雄心勃勃的計劃,以詳細的水平模擬大腦皮層的大部分割槽域。越來越多的植入式人工神經裝置可以替代患病組織,例如 FDA 批准的一種用於帕金森病患者的裝置,該裝置允許從體外下載軟體更新。

作為一種資訊科技,生物學受制於我稱之為“加速回報定律”的規律。此類技術的價格效能和容量在不到一年的時間內翻一番。DNA 測序的價格每年下降一半,從 1990 年的每鹼基對 10 美元降至今天的不到一美分。我們測序的遺傳資料量每年增加一倍以上。按照這個速度,我們將在不到十年的時間內將這些技術的能力提高 1,000 倍,並在 25 年內提高十億倍。

1800 年,人類的平均預期壽命僅為 37 歲。我們重新程式設計生物學的能力將再次大幅提高預期壽命,但這一進展將更快。我預計在 15 年內,我們將每年增加一年以上的剩餘預期壽命。所以我的建議是:暫時以老式的方式照顧好自己,你可能會充分體驗到未來這個非凡的世紀。

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雷·庫茲韋爾是 Kurzweil Technologies, Inc. 的執行長。他領導團隊構建了開創性的印刷到語音閱讀機、第一個全字型(“任何”字型)光學字元識別系統、第一個文字到語音合成器、第一個能夠重新建立大鋼琴的音樂合成器以及第一個商業化的大詞彙量語音識別系統。

更多作者:雷·庫茲韋爾
大眾科學雜誌 第 295 卷 第 1 期本文最初以“生物學再程式設計”為標題發表於《大眾科學》雜誌 第 295 卷 第 1 期 ()
doi:10.1038/scientificamerican072006-7f45SpRBlr8eFo35pbxQPS
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