प्रोग्रामर के लिए जीव विज्ञान: कैसे एक इंजीनियरिंग दृष्टिकोण दुनिया को बदलता है

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वेंचर फंड पार्टनर्स आंद्रेसेन होरोविट्ज़, जैव प्रौद्योगिकी निवेश विशेषज्ञ जॉर्ज कोंडे, विजय पांडे और जूली यू ने जीव विज्ञान में नवाचार बनाने में इंजीनियरिंग सिद्धांतों की भूमिका पर एक घोषणापत्र लिखा, जिसमें से मुख्य विचार इस पोस्ट का आधार बना।

अनुभवजन्य विज्ञान से इंजीनियरिंग अनुशासन तक जीव विज्ञान के संक्रमण के कगार पर मानवता है। सहस्राब्दी के लिए, तकनीकी प्रणालियों का उपयोग जीवित प्रणालियों को प्रभावित करने के लिए किया गया है, लेकिन अब हमने प्रकृति के अपने स्वयं के तंत्र का उपयोग करना शुरू कर दिया है - जैविक इंजीनियरिंग का उपयोग करना - जीवन को स्वयं डिजाइन करना, बदलना और बदलना।

परिकल्पना, सत्यापन, डेटा का संशोधन एक अनुभवजन्य विज्ञान है। इंजीनियरिंग, हालांकि, इस तरह से बहुत काम नहीं करता है: आप ऐसे भागों का उपयोग करते हैं जिन्हें आप जानते हैं और डिज़ाइन करने और बनाने के लिए अच्छी तरह से समझते हैं, जैसे कि सॉफ़्टवेयर। हम प्रोग्राम लिखने में अच्छे हैं - आंशिक रूप से क्योंकि हमने उन्हें खरोंच से करना शुरू कर दिया था। फिर भी, इंजीनियरिंग की सोच को जीव विज्ञान में स्थानांतरित करने का विचार, जिसने मानव हस्तक्षेप के बिना अरबों वर्षों तक विकसित किया है, ने जड़ ले ली है।

एक कोड के रूप में दवा

दवाओं के तेजी से विकास के लिए प्रणालियों में से एक की अवधारणा।

जिस तरह से प्रोग्रामर स्क्रैच से काम करना पसंद करते हैं जब तकनीकी ड्यूटी की बात आती है, तो जीवविज्ञानी और डेवलपर्स अब पूरी तरह से नई चीजें बना सकते हैं। इस दिशा में पहला बड़ा कदम 41 साल पहले लिया गया था जब बेकमैन रिसर्च इंस्टीट्यूट में आनुवांशिक रूप से इंजीनियर मानव इंसुलिन बनाया गया था जिसमें पुन: संयोजक (कृत्रिम) डीएनए तकनीक का उपयोग करके जीनेंटेक की भागीदारी थी।

इंजीनियरिंग दृष्टिकोण मौलिक रूप से निदान, उपचार और रोग प्रबंधन के तरीकों को बदलता है। आज, सीआरआईएसपीआर जैसे उपकरण कैंसर से लड़ने के लिए प्रशिक्षित कोशिकाओं के साथ समाप्त होकर, नए रसायनों और प्रोटीनों के उत्पादन के लिए डिज़ाइन किए गए बैक्टीरिया से शुरू होकर जीव विज्ञान को प्रोग्राम करना संभव है।

"क्रमादेशित दवाओं" (जीन, कोशिकाओं, रोगाणुओं और यहां तक ​​कि मोबाइल एप्लिकेशन और सॉफ़्टवेयर जो स्वास्थ्य को प्रभावित कर सकते हैं) के रूप में प्रौद्योगिकी में एक सफलता हमें चिकित्सा के अगले प्रतिमान के करीब लाती है। और सफलता बहुत समय पर है: औसतन, विकसित की जा रही 20 दवाओं में से केवल एक सीधे मानव शरीर में प्रभावी है। यह केवल अविश्वसनीय है कि हम आम तौर पर एक कामकाजी दवा पाते हैं, यह देखते हुए कि लोग इतिहास में सबसे अविश्वसनीय स्पेगेटी कोड के साथ अरबों वर्षों के विकास के एमवीपी उत्पाद हैं।


चूंकि नई दवाएं इंजीनियरिंग सिस्टम हैं और प्रकृति में प्रोग्राम करने योग्य हैं, इसलिए नई दवाओं के निर्माण की प्रक्रिया पुनरावृत्त हो जाती है - एक विशेष उद्देश्य के लिए एक अणु को विकसित करने से लेकर एक मंच विकसित करने के लिए जिस पर भविष्य की कई दवाओं का निर्माण किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, बायोटेक्नोलॉजिकल कंपनी जिन्को बायोवार्क्स ने अधिक प्रभावी एंटीबायोटिक दवाओं के उत्पादन के बजाय, एक बायोप्रिंटर बनाया है , जिसकी मदद से प्रतिरोधी सूक्ष्मजीवों से मुकाबला करने वाले बैक्टीरिया के उपभेदों को प्रिंट करना संभव है।

दवा 2.0

कैम्ब्रिज यूनिवर्सिटी (यूके) के वैज्ञानिकों ने पूरी तरह से सिंथेटिक जीन के साथ ई। कोलाई बैक्टीरिया बनाया है ।

लगातार अपडेट किए गए सॉफ़्टवेयर की तरह, आने वाली पीढ़ियों में प्रोग्राम करने योग्य दवाएं बेहतर हो रही हैं। उदाहरण के लिए, CAR T-cell थेरेपी पद्धति में "टार्गेट" (ट्यूमर सेल्स) को पहचानने के लिए कृत्रिम रूप से प्रोग्राम किए गए मरीज के अपने T-लिम्फोसाइट्स को शामिल करना शामिल है, और निर्मित CAR T-cells का प्रत्येक नया संस्करण पिछले वाले की तुलना में अधिक जटिल होगा। इसी समय, तकनीकी प्रक्रिया के अनुकूलन के कारण, विधि की लागत कम हो जाएगी (वर्तमान में यह लगभग $ 500 हजार है)।

दवा उत्पादन के मॉड्यूलर पहलू का मतलब है कि आम घटकों का पुन: उपयोग करके नए समाधान बनाना आसान है, इस प्रकार हम इलेक्ट्रॉनिक डिवाइस डिज़ाइन ऑटोमेशन सिस्टम ( ईडीए ) के अनुरूप आते हैं, जो हमें विकसित किए जा रहे उपकरणों को अनुकरण करने और उपकरणों में पेश करने से पहले उनके काम का अध्ययन करने की अनुमति देता है।

मशीन लर्निंग में अग्रिमों के लिए धन्यवाद, कंप्यूटर हमें चिकित्सा 2.0 में निदान और उपचार के नए तरीके प्रदान करते हैं। बड़ी मात्रा में जानकारी छवियों में प्रस्तुत की जाती है जो पर्याप्त मात्रा में लेबल डेटा के साथ मशीनों के लिए "समझने योग्य" हैं: उदाहरण के लिए, माइक्रोस्कोपी, रेडियोलॉजी, पैथोलॉजी, आदि में। अन्य डेटा सेट स्वाभाविक रूप से छवियों के बहुत करीब हैं जो तंत्रिका नेटवर्क के लिए "समझने योग्य" हैं - डीएनए या प्रोटीन के अनुक्रम को बहुत लंबे समय तक क्रमबद्ध सरणी के रूप में माना जा सकता है।

एक कार्यक्रम के रूप में जीवन शैली

एक आदिम स्तर की वर्तमान में मौजूद जनजातियों में जीवन प्रत्याशा - हादज़ा, हीवी, ऑस्ट्रेलियाई आदिवासी, यानोमामो और इसी तरह। (बाल मृत्यु दर को छोड़कर)।

सभी नए उपचार अणुओं से जुड़े नहीं हैं। एक पुराना मजाक है कि प्लंबर ने डॉक्टरों की तुलना में अधिक जीवन बचाया: सीवेज सिस्टम में सुधार से जीवन प्रत्याशा पर बड़ा प्रभाव पड़ा। वास्तव में, जीवन शैली एक अविश्वसनीय रूप से प्रभावी दवा है।

डब्ल्यूएचओ के अनुसार, मानव स्वास्थ्य की स्थिति चार मुख्य कारकों द्वारा निर्धारित की जाती है: जीवन शैली (WH50%), आनुवंशिकता (ity20%), जलवायु और पारिस्थितिकी (%20%), और स्वास्थ्य देखभाल का स्तर (≈ 10%)। संयुक्त राज्य अमेरिका में, अंतिम मद को बनाए रखने के लिए $ 3 ट्रिलियन सालाना खर्च किया जाता है, जबकि इस स्तर पर एक स्वस्थ जीवन शैली के प्रति मानव व्यवहार के पैटर्न को बदलना शारीरिक, मानसिक और सामाजिक कल्याण की गुणवत्ता में सुधार करने में बहुत अधिक प्रभावी हो सकता है। एक तकनीकी दृष्टिकोण यहां मदद करेगा।

फोन, स्मार्ट वॉच, ब्लड ग्लूकोज मीटर, ब्लड प्रेशर मॉनिटर और अन्य डिवाइस भारी मात्रा में डेटा उत्पन्न करते हैं जिसमें मशीन लर्निंग मानव व्यवहार की छिपी हुई बारीकियों को प्रकट कर सकती है। उदाहरण के लिए, दोपहर के भोजन के समय, दिन के दौरान आपकी गतिविधि पर डेटा की तुलना करने से, नींद की अवधि में व्यवहार संबंधी त्रुटियां सामने आएंगी जो अंततः आपके स्वास्थ्य के लिए एक महत्वपूर्ण जोखिम का कारण बनेंगी।

प्रौद्योगिकी व्यवहार को बहुत बदल देती है। पहले से ही आज, आप मधुमेह और संज्ञानात्मक हानि जैसी जटिल पुरानी स्थितियों के इलाज के लिए मोबाइल एप्लिकेशन डाउनलोड कर सकते हैं ।

निष्कर्ष: ट्रांसफॉर्मिंग द वर्ल्ड के लिए इंजीनियरिंग बायोलॉजी

संयुक्त राज्य अमेरिका में, बहुत पहले नहीं, उन्होंने रोगियों के लिए जीन थेरेपी को मंजूरी देना शुरू किया। जैसे-जैसे इनोवेशन की रफ्तार बढ़ती है, वैसे-वैसे मौके आएंगे। यह उम्मीद है कि अगले दशक के अंत तक, प्रति वर्ष 10-20 जीन थेरेपी रोगियों के लिए उपलब्ध होगी।

हमने देखा है कि कैसे, जीव विज्ञान में नए तरीकों का उपयोग करते हुए, न केवल दवा बदल रही है, बल्कि खाद्य बाजार, कृषि और यहां तक ​​कि सॉफ्टवेयर भी ( डीएनए कंप्यूटर का उपयोग करके)। जीव विज्ञान आज 50 साल पहले सूचना प्रौद्योगिकी है: सॉफ्टवेयर की तरह, यह एक दिन हर उद्योग का हिस्सा बन जाएगा।

भविष्य में, प्रौद्योगिकी कंपनियां स्वास्थ्य सेवा बाजार में प्रमुख खिलाड़ी बन जाएंगी। जिस तरह क्लाउड सेवाओं ने एक प्रौद्योगिकी कंपनी बनाने की प्रक्रिया को तेज किया और सरल बनाया, प्रयोगशाला सुविधाओं और डब्ल्यूएलए (एक क्लाउड टूल जिसके बिना प्रोग्रामिंग ज्ञान के बिना वैज्ञानिक रोबोट नियंत्रण के माध्यम से प्रयोगों का संचालन कर सकते हैं) के संयुक्त उपयोग ने जैव-स्टार्टअप को लॉन्च करने की लागत और गति को काफी कम कर दिया। शून्य।

कोई फर्क नहीं पड़ता कि शक्तिशाली नई दवाओं की संभावना कितनी रोमांचक लग सकती है, सफलता बढ़ती जटिलता से प्राप्त होती है। विज्ञान और इंजीनियरिंग में सुधार के अलावा, उद्योग के बुनियादी ढांचे को विकसित करना, लागत कम करना और रोगी को व्यक्तिगत दवाओं की आपूर्ति श्रृंखला में सुधार करना भी आवश्यक है। जैव प्रौद्योगिकी अगले दशक में इन समस्याओं को हल करने पर ध्यान केंद्रित करेगी।