Новости всё Наука - iCity.life Белгород

Если по отдельности технологии развивались не так быстро, как хотелось, сейчас мы оказались на перепутье, когда нам приходится исследовать точки соприкосновения технологий. Как происходящее в робототехнике определяется происходящим в области 3D-печати? Чего можно добиться, применяя новейшие достижения в области квантовых вычислений к нанотехнологиям? Среди всех этих линий есть одно особенно любопытное пересечение: искусственный интеллект и геномика. В каждой из этих областей наблюдается постоянный прогресс, но Джейми Метцель считает, что именно их конвергенция приблизит нас к неизведанным территориям, о которых мы мечтали, читая научную фантастику. «Начнется перетягивание каната, и это будет состязание между реалиями нашей биологии с ее встроенными ограничениями и масштабами наших устремлений», говорит он.

Метцель — старший научный сотрудник Атлантического совета. На прошлой неделе он рассказал о своих мыслях касательно геномики и ИИ, а также о том, куда их конвергенция нас заведет.

Жизнь, к которой мы привыкли

Метцель объясняет, что геномика как область развивалась медленно — но быстро набирала обороты. В 1953 году Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик идентифицировали структуру двойной спирали ДНК и поняли, что порядок пар оснований содержит сокровищницу генетической информации. Это была книга жизни, мы нашли ее.

В 2003 году, когда Проект человеческого генома был завершен (спустя 13 лет и 2,7 миллиарда долларов потраченных), мы узнали, что геном состоит из 3 миллиардов пар оснований и расположение конкретных генов в наших хромосомах. Книга жизни не просто существовала — ее можно было прочитать.

Через пятнадцать лет — в 2018 году — мы уже овладели навыками точного редактирования генов растений, животных и людей. Все быстро меняется и подталкивает нас к новым границам. Забудьте о чтении книги жизни — мы учимся ее писать.

«Читать, писать и взламывать — становится очевидно, что человеческие существа представляют собой очередную форму информационных технологий, и как наши информационные технологии вошли в экспоненциальную кривую открытий, точно так же мы вступим сами», говорит Метцель. «И это перекрещивается с революцией в области ИИ».

Наука о жизни плюс машинное обучение

В 2016 году программа AlphaGo от DeepMind обыграла лучшего игрока мира в го. В 2017 году появилась AlphaGo Zero: в отличие от AlphaGo, AlphaGo Zero не обучалась на основе предыдущих игр в го, а просто изучала правила игры в го — и за четыре дня обыграла программу AlphaGo.

Наша собственная биология, безусловно, намного сложнее игры в го, и с этого стоит начинать. «Система нашей собственной биологии, которую мы пытаемся понять, массивна, но что более важно — постижима».

Возьмите стандартный набор правил нашей биологии, данные генома — и, в конечном итоге, может быть даже превзойдете саму природу.

Многие страны уже начинают производить такие данные. Британский National Health Service недавно объявил о плане секвенировать геномы пяти миллионов британцев за следующие пять лет. В США исследовательская программа All of Us секвенирует миллион американцев. Китай еще более агрессивно подходит к секвенированию своего населения и ставит цель секвенировать половину всех новорожденных к 2020 году.

«Мы получим массивные пулы секвенированных геномных данных», говорит Метцель. «Настоящее открытие родится в сравнении секвенированных геномов людей с их электронными медицинскими записями, а в конечном итоге и с их записями о жизни».

Заставить людей добровольно открыть доступ к своим данным — это уже другой вопрос. Но именно здесь отсутствие строгой защиты неприкосновенности личных данных в Китае может стать существенным преимуществом.

Для сравнения генотипов и фенотипов в масштабе — сперва миллионы, затем сотни миллионов, затем миллиарды, — по мнению Метцеля, нам понадобится искусственный интеллект и аналитические инструменты больших данных, а также алгоритмы, которые намного превосходят известные нам. Эти инструменты позволят нам перейти от точной медицины к предиктивной медицине, так что мы точно будем знать, где и когда готовы возникнуть различные заболевания, и пресекать их появление.

Но когда мы разблокируем собственную генетику, дело уже будет не только и не столько в здравоохранении. В конечном итоге речь идет о том, кто и что мы такое — люди. Речь пойдет об идентичности.

Дизайнерские дети и их дети

По мнению Метцеля, самым серьезным применением нашего геномического знания будет селекция эмбрионов.

В настоящее время процедуры экстракорпорального оплодотворения (ЭКО) позволяют экстрагировать около 15 яйцеклеток, оплодотворять их, а затем проводить генетическое тестирование перед имплантацией; на текущий момент можно узнать, как выглядят заболевания, связанные с мутацией одного гена, и простые черты вроде цвета волос или глаз. Когда мы доберемся до миллионов, а затем миллиардов людей с секвенированными геномами, мы получим информацию о том, как работает генетика масштабов, и сможем делать более подкованный выбор.

Представьте посещение клиники фертильности в 2023 году. Вы даете кусочек кожи или образец крови, и благодаря использованию гаметогенеза in-vitro (IVG) ваши клетки кожи или крови становятся яйцеклетками или спермой, даже если вы бесплодны, которые в дальнейшем можно совместить в эмбрионы. Десятки сотен эмбрионов, созданных из искусственных гамет, отдают несколько клеток, после чего эти клетки секвенируются. Последовательности генов расскажут вам о вероятности появления определенных черт и болезней. «Когда генетическое основание будет повсюду, мы сможем понимать со все более высоким уровнем точности, насколько здоровым вырастет ребенок».

Это, по его мнению, может привести к диким и пугающим последствиям: если вы возьмете 1000 яйцеклеток и выберете одну с оптимальными генетическими последовательностями, вы сможете затем «поженить» свой эмбрион с кем-либо еще, кто проделал аналогичные вещи на другой генетической линии. «Ваш пятидневный эмбрион и чужой пятидневный эмбрион обзаведутся ребенком в процессе IVG», говорит Метцель. «Затем у этого ребенка будет ребенок с другим пятидневным эмбрионом из другой генетической линии, и можно это продолжать и продолжать».

Звучит безумно, не так ли? Но погодите, это еще не все. Как рассказывал Джейсон Понтин в этом году в журнале Wired, «технологии редактирования генов, вроде CRISPR-Cas9, позволят относительно легко восстанавливать, добавлять или удалять гены в процессе IVG, устраняя болезни или привнося улучшения, которые рябью пройдут через весь геном ребенка. Все это может звучать как научная фантастика, но для тех, кто следит за исследованиями, комбинация редактирования генов и IVG кажется не просто вероятным — неизбежным развитием».

Все безумное просто

Ступив на скользкую дорожку редактирования генов и спаривания эмбрионов, мы отправимся в антиутопическую гонку по созданию идеального человека. Если кто-то вкладывает столько времени и сил в отбор своих эмбрионов, задается вопрос Метцель, как он будет выбирать партнера по браку для своих детей? IVG позволит ему ускорить эволюцию.

«Нам всем нужно стать частью всеобъемлющего, интегрированного, глобального диалога о будущем нашего вида», говорит Метцель. «Специалисты в области здравоохранения станут важными узлами в этом». Не в последнюю очередь в этом диалоге может возникнуть вопрос доступа к таким технологиям, как IVG; стоит ли нам предпринять некоторые шаги, чтобы IVG из инструмента для богатого меньшинства не стал инструментом для еще более богатого и еще более меньшинства, тем самым раскачав неравенство и дальнейшую поляризацию общества?

Как отмечает Понтин, 40 лет назад IVG тоже вызывала страх, замешательство и сопротивление — а сегодня экстракорпоральное оплодотворение настолько же нормально и распространено, как и миллионы здоровых младенцев, созданных с использованием этой технологии.