În 1941, scriitorul argentinian Jorge Luis Borges a publicat o poveste care mai târziu va fi numită una dintre cele mai influente opere literare ale secolului al XX-lea. „Biblioteca Babilonului” a descris un spațiu infinit care conține toate cărțile care puteau fi scrise folosind cele douăzeci și cinci de litere ale alfabetului. Această bibliotecă conține romane de Dickens și Murakami, manuale tehnice, cărți meteorologice și biografii ale fiecărei persoane, inclusiv ale celor nescrise încă. Dar marea majoritate a textelor din el sunt un set de caractere fără sens care nu vor fi citite niciodată.
Borges nu știa că metafora lui se va dovedi profetică pentru o altă sferă. El a descris biblioteca de literatură. Dar natura a creat o bibliotecă mult mai încăpătoare – o bibliotecă cu toate genomurile posibile.
Patru litere în loc de douăzeci și cinci
În loc de douăzeci și cinci de litere ale alfabetului, limbajul vieții folosește doar patru semne – baze de nucleotide, desemnate prin literele A, T, G și C. Combinându-le în secvențe diferite, puteți scrie „cărți”, care sunt desene ale organismelor vii.
Filosoful Daniel Dennett a numit această bibliotecă imaginară „Biblioteca lui Mendel”. Cercetătorul Adrian Woolfson, autorul lucrării pe care se bazează acest text, sugerează un alt nume – „Biblioteca lui Fred” – în onoarea biochimistului britanic Frederick Sanger, care în 1977 a dezvoltat o metodă de citire cu acuratețe a oricărei secvențe de ADN.
Biblioteca lui Fred conține modelele genetice ale fiecărui organism care a existat vreodată. Furnici, insecte bețișoare, păpădie, pterozauri. Dar nu doar cele reale, ci și cele ipotetice. Unicorni, oameni uriași cu picioare cât jumătate cât o persoană, oameni nemuritori, oameni în miniatură de mărimea unor insecte mici, porci zburători, plante cântătoare, fructe care vorbesc și furnici fotosintetice. Tot ceea ce poate fi scris cu patru litere de cod genetic există deja în această bibliotecă ca posibilitate.
Marea majoritate a acestor secvențe sunt genoame „false” care se maschează drept modele legitime pentru viață. Le lipsește structura organizatorică necesară care face organismul viabil. Insulele care codifică specii reale sunt împrăștiate pe oceane nesfârșite de prostii biologice, ca rare excepții matematice. Pentru a găsi o ființă plauzibilă, o secvență care „calculează” un organism viu, ar trebui să străbată spații vaste populate de rămășițele fragmentare, distorsionate, ale unor creaturi imposibile.
Primii cartografi ai genomului
Natura a creat o mașină capabilă să exploreze un colț mic al Bibliotecii lui Fred. Aceasta este evoluția prin selecție naturală. Ea permite vieții să izbucnească în marginile exterioare ale bibliotecii, trecând încet de la un plan viabil la altul. Dar evoluția este oarbă. Ea nu are card. Ea nu știe unde se duce.
Cu mult înainte de apariția geneticii moderne, oamenii au înțeles intuitiv cum să privească viitorul vieții. Fermierii din neolitic au dezvoltat metode de selecție – primul aparat genetic al timpului, capabil să exploreze zonele apropiate ale spațiului genetic. Una dintre cele mai mari realizări ale reproducerii selective a avut loc în urmă cu aproximativ zece mii de ani în Mexic, unde iarba sălbatică teosinte a fost transformată treptat în porumb, unul dintre alimentele de bază ale omenirii.
Selecția a rămas însă o mașină imperfectă a timpului. Ea nu putea decât să exploreze teritoriile genetice învecinate, mergând înainte cu pași mici. Și s-a deplasat fără hartă, fără nicio idee de direcție.
Saltul cuantic: crearea de mutații
În 1927, geneticianul Hermann Joseph Müller a iradiat muștele de fructe cu raze X, mărind rata de mutație a acestora de o sută de ori. Spre deosebire de reproducerea selectivă, care a schimbat doar ratele de mutație naturală, Müller a reușit să introducă mutații artificiale direct în genomul speciilor. Și, mai important, mutațiile s-au dovedit a fi ereditare – au fost fixate permanent în codul genetic. În 1946, Müller a primit Premiul Nobel.
Dar metoda lui era încă limitată de materialul sursă. Adevărata descoperire a venit în 1955, când biochimistul Alexander Todd și colegul său A.M. Mickelson a fost primul care a sintetizat chimic un mic fragment de ADN artificial – lungime de doar două nucleotide. Era mic, dar au arătat că este posibil să se construiască ADN dintr-o anumită secvență de la zero. Și, cel mai important, materialul sintetic nu se distingea de ADN-ul natural.
Viața nu mai era legată de materialul genetic preexistent. Todd a pus bazele științei genomicii sintetice.
Biblioteca își așteaptă Magellanul
Abilitatea de a sintetiza ADN-ul a extins dramatic accesul uman la Biblioteca lui Fred. Dar călătoria către peisajele sale nesfârșite necesită mai mult decât o mașină moleculară a timpului. Este nevoie de o hartă. Fără cunoașterea geografiei bibliotecii, șansele de a ajunge la o destinație semnificativă în întinderile sale matematice sunt neglijabile.
Ceea ce este nevoie acum este un ghid de călătorie care să identifice destinații potențiale și să evidențieze regiuni de interes deosebit.
În 1524, exploratorul venețian Antonio Pigafetta a publicat o cronică a circumnavigației sale de trei ani a lumii, ca parte a expediției spaniole a lui Ferdinand Magellan. Din cele 89 de persoane care au plecat, doar 56 s-au întors. Hărțile și observațiile detaliate ale lui Pigafetta au cartografiat regiuni neexplorate până acum – întinderi vaste ale Oceanului Pacific și strâmtori înguste care mai târziu aveau să fie numite după Magellan.
Biblioteca lui Fred își așteaptă încă Magellan – un cartograf răbdător și meticulos care va începe sarcina titanică de a cartografi contururile peisajelor sale.
Dar, spre deosebire de geografia finită a Pământului, peisajele secvențelor ADN din Biblioteca lui Fred sunt infinite. Instrumentele necesare pentru această sarcină de cartografiere nu sunt sextanții, cronometrele și busolele, ci inteligența artificială, seturi uriașe de date biologice și capacitatea de a sintetiza secvențe ADN sintetice la scară largă. Împreună, aceste instrumente vor permite în cele din urmă cartografierea spațiului secvenței ADN. Modernul Pigafetta, care ocolește Biblioteca lui Fred, va porni nu pe o navă, ci la cârma unui computer digital controlat de inteligența artificială.
Fiecare secvență de genom din acest spațiu nesfârșit este, literalmente, o informație imobiliară. O destinație care poate fi vizitată și a cărei natură poate fi determinată fără a merge fizic acolo. Dacă omenirea învață nu numai să citească, ci și să navigheze cu încredere în Biblioteca lui Fred, ce vor alege primii cercetători – să creeze noi medicamente, să reînvie specii dispărute sau să creeze creaturi care nu au existat niciodată în natură? Și cum se vor schimba ideile despre natural și artificial când granița dintre „găsit” într-o bibliotecă și „construit” va dispărea în sfârșit?
