生物学再编程

调整我们的基因程序将延长寿命

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生物学目前正处于向信息科学历史性过渡的早期阶段,同时也获得了重新编程生命古老信息系统的工具。我们的电子设备通常每隔几个月更新一次软件,然而,我们细胞内被称为基因的 23,000 个软件程序在数千年中几乎没有变化。然而,当我们开始从信息过程的角度理解生物学时,我们正在开发疾病和衰老如何发展的现实模型和模拟,以及重新编程它们的方法。

RNA干扰 (RNAi) 是科学界在过去几年才了解到的,它可以关闭特定的基因。由于许多类型的疾病在某些时候都依赖于基因表达,RNAi 预示着一项突破性技术。我们希望关闭的一个基因的例子是胰岛素受体基因,它告诉脂肪细胞抓住每一卡路里。当在 Joslin 糖尿病中心的一项研究中,小鼠脂肪细胞中的该基因被阻断时,这些小鼠吃了很多东西,但仍然保持苗条和健康。它们的寿命延长了近 20%。

将有益基因添加到患者体内的创新方法开始克服基因治疗的障碍。我担任顾问的联合治疗公司已获得并采用了一种技术,该技术在体外修饰细胞,验证新的遗传信息是否已正确插入,复制数百万次修饰后的细胞,然后将这些细胞注射回血液中,在那里它们嵌入到正确的组织中。这种方法已治愈动物的致命性肺动脉高压,并正在进入人体试验。


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另一种重要的攻击路线是重新生长我们自己的细胞、组织甚至整个器官。这种“治疗性克隆”技术的一个主要好处将是能够从我们细胞的版本中创建组织,这些细胞通过纠正 DNA 错误和衰老相关变化而被“年轻化”。例如,我们将能够从您的皮肤衍生干细胞中创建心肌细胞,并通过血液将它们引入您的系统。随着时间的推移,新细胞将取代您的旧细胞,从而使心脏焕发活力。

纳米技术可以超越生物学的局限性。哈佛大学和麻省理工学院的研究人员设计了纳米粒子,可以附着在癌细胞上,钻入内部并释放毒素来摧毁它们。另一位科学家用一种纳米工程设备治愈了大鼠的 1 型糖尿病,该设备使用 7 纳米孔来可控地释放胰岛素,同时阻断抗体。


通过纠正 DNA 错误,我们细胞的版本将被“年轻化”。


我们理解甚至重新编程大脑的能力也在加速发展。最新的体内扫描仪可以实时成像单个神经元间连接的放电。IBM 已经开始一项雄心勃勃的计划,以详细的水平模拟大脑皮层的大部分区域。越来越多的植入式人工神经装置可以替代患病组织,例如 FDA 批准的一种用于帕金森病患者的装置,该装置允许从体外下载软件更新。

作为一种信息技术,生物学受制于我称之为“加速回报定律”的规律。此类技术的价格性能和容量在不到一年的时间内翻一番。DNA 测序的价格每年下降一半,从 1990 年的每碱基对 10 美元降至今天的不到一美分。我们测序的遗传数据量每年增加一倍以上。按照这个速度,我们将在不到十年的时间内将这些技术的能力提高 1,000 倍,并在 25 年内提高十亿倍。

1800 年,人类的平均预期寿命仅为 37 岁。我们重新编程生物学的能力将再次大幅提高预期寿命,但这一进展将更快。我预计在 15 年内,我们将每年增加一年以上的剩余预期寿命。所以我的建议是:暂时以老式的方式照顾好自己,你可能会充分体验到未来这个非凡的世纪。

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雷·库兹韦尔是 Kurzweil Technologies, Inc. 的首席执行官。他领导团队构建了开创性的印刷到语音阅读机、第一个全字体(“任何”字体)光学字符识别系统、第一个文本到语音合成器、第一个能够重新创建大钢琴的音乐合成器以及第一个商业化的大词汇量语音识别系统。

更多作者:雷·库兹韦尔
大众科学杂志 第 295 卷 第 1 期本文最初以“生物学再编程”为标题发表于《大众科学》杂志 第 295 卷 第 1 期 ()
doi:10.1038/scientificamerican072006-7f45SpRBlr8eFo35pbxQPS
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