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생물학은 게임을 한다: 박테리아는 전술가가 되고 있다

대장균 박테리아는 tic-tac-toe에서 인간을 능가하여 합성 생물학의 잠재력에 새로운 지평을 열었습니다.

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퀀텀런 예측
2024 년 3 월 14 일

인사이트 요약

과학자들은 tic-tac-toe 놀이를 배울 수 있는 박테리아를 조작하여 살아있는 세포가 복잡한 작업을 수행할 수 있는 가능성을 보여주었습니다. 이러한 발전은 생물학적 시스템이 전자 회로와 유사한 기능을 수행하여 스마트 재료 및 컴퓨터 생물학을 위한 새로운 경로를 제공할 수 있는 미래를 암시합니다. 이러한 발전은 의료 및 농업 분야에서 맞춤형 치료 및 작물 회복력을 약속하는 동시에 윤리, 생물보안 및 포괄적인 규제 체제의 필요성에 대한 논의를 촉발시킵니다.

생물학은 게임 맥락을 재생합니다

스페인 국립 연구 위원회의 연구원들은 2022년에 대장균 박테리아의 변종을 성공적으로 변형하여 이 박테리아가 플레이할 수 있을 뿐만 아니라 인간 상대에 대한 틱택토 능력도 뛰어나게 만들었습니다. 이 개발은 전자 부품, 특히 고급 컴퓨터 칩에 사용되는 부품을 모방하는 생물학적 시스템을 만드는 데 대한 심층적인 탐구입니다. 이 칩은 인간 두뇌의 시냅스 활동을 모방할 수 있어 컴퓨터 생물학과 스마트 소재 개발의 발전 가능성을 시사합니다.

이러한 박테리아가 tic-tac-toe를 플레이하는 방식은 더 복잡한 유기체와 기계의 의사 결정 과정을 복사합니다. 연구자들은 박테리아가 게임의 진행 상황을 '감지'하고 박테리아의 화학적 환경을 조작하여 그에 따라 반응할 수 있는 의사소통 방법을 확립했습니다. 환경 내에서 변형된 단백질 비율은 이 과정을 촉진합니다. 처음에는 이 박테리아 플레이어들이 무작위로 움직이지만, 단 8번의 훈련 게임 후에 그들은 놀라운 수준의 숙련도를 보여주기 시작하여 박테리아 시스템이 학습하고 적응할 수 있는 잠재력을 보여주었습니다.

이 획기적인 발전은 박테리아 시스템을 기반으로 한 보다 정교한 신경 네트워크 개발을 향한 디딤돌이었습니다. 머지않아 생물학적 시스템은 필기 인식과 같은 복잡한 작업을 수행할 수 있게 되어 생물학적 시스템과 전자 시스템을 통합하는 새로운 길을 열게 될 것입니다. 이러한 발전은 전례 없는 방식으로 환경을 학습하고, 적응하고, 상호 작용할 수 있는 살아있는 물질을 개발하는 합성 생물학의 잠재력을 강조합니다.

파괴적 영향

의료 분야에서 이 기술은 환자의 변화하는 상태에 대응하여 진화할 수 있는 적응형 치료법을 개발함으로써 보다 효과적이고 개인화된 치료법으로 이어질 수 있습니다. 그러나 이러한 생물학적 시스템이 예측할 수 없게 작동하면 의도하지 않은 결과가 발생할 위험이 있으며, 이는 잠재적으로 유전자 변형과 관련된 새로운 질병이나 윤리적 딜레마로 이어질 수 있습니다. 이러한 개발로 인해 혁신적인 치료법이 제공될 수 있지만 위험을 관리하려면 엄격한 규제 감독이 필요할 수 있습니다.

농업에서 적응형 합성 생물학은 다양한 기후 조건에 적응하고, 해충과 질병에 저항하며, 더 영양가 있는 농산물을 생산할 수 있는 작물을 만들어 식량 안보를 향상시킬 것을 약속합니다. 이러한 개발은 화학 살충제와 비료에 대한 의존도를 대폭 줄일 수 있습니다. 그러나 유전자 변형 유기체(GMO)를 환경에 방출하면 생물 다양성과 예상치 못한 생태학적 결과에 대한 우려가 높아집니다. 따라서 농업 및 생명공학 기업은 GMO에 대한 복잡한 규제 환경과 대중의 인식을 탐색해야 할 수도 있습니다.

정부의 과제는 공중 보건과 환경을 보호하면서 합성 생물학의 혁신을 촉진하는 정책을 만드는 것입니다. 적응형 생물학적 시스템의 안전한 개발 및 배포를 위한 지침을 수립하고 책임감 있고 윤리적으로 사용되도록 보장하려면 국제 협력이 필수적일 수 있습니다. 민간 및 군사 영역 모두에 적용되는 이 기술의 이중 용도 특성으로 인해 규제 노력이 더욱 복잡해집니다. 효과적인 거버넌스는 적응형 합성 생물학의 이점과 위험 사이의 균형을 맞추기 위해 과학자, 정책 입안자 및 대중 간의 지속적인 대화가 필요합니다.