生物学玩游戏：细菌正在成为战术家

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  量子运行远见
• 2024 年 3 月 14 日

洞察总结

科学家们改造了能够学习玩井字棋的细菌，证明了活细胞承担复杂任务的潜力。这一进步预示着未来生物系统可能会执行类似于电子电路的功能，为智能材料和计算生物学提供新的途径。虽然在医疗保健和农业领域的个性化治疗和作物恢复力方面前景广阔，但这些发展也引发​​了有关伦理、生物安全以及全面监管框架需求的讨论。

生物学玩游戏背景

西班牙国家研究委员会的研究人员于 2022 年成功改造了一种大肠杆菌菌株，使其不仅可以玩井字游戏，而且在对抗人类对手的井字游戏中也表现出色。这一进展是对创建模仿电子元件的生物系统的更深入探索，特别是那些用于先进计算机芯片的生物系统。这些芯片可以模仿人脑的突触活动，这表明计算生物学和智能材料开发具有进步的潜力。

这些细菌玩井字游戏的方式复制了更复杂的生物体和机器的决策过程。研究人员建立了一种通讯方法，细菌可以通过这种方法“感知”游戏的进展，并通过操纵细菌的化学环境做出相应的反应。环境中蛋白质比例的改变促进了这一过程。最初，这些细菌玩家会做出随机的动作，但经过仅仅八次训练游戏后，他们就开始表现出令人惊讶的熟练程度，展示了细菌系统学习和适应的潜力。

这一突破是开发基于细菌系统的更复杂神经网络的基石。很快，生物系统可能能够执行复杂的任务，例如手写识别，从而为生物和电子系统的集成开辟新途径。这些进步凸显了合成生物学开发能够以前所未有的方式学习、适应环境并与其环境相互作用的生物材料的潜力。

破坏性影响

在医疗保健领域，这项技术可以通过开发可根据患者不断变化的病情而不断发展的适应性疗法，从而带来更有效和个性化的治疗。然而，如果这些生物系统的行为不可预测，则存在出现意外后果的风险，可能导致新的疾病或基因改造的伦理困境。这一发展可能会带来革命性的治疗方法，但可能需要严格的监管监督来管理风险。

在农业领域，适应性合成生物学有望通过培育能够适应不同气候条件、抵抗病虫害并生产更有营养的农产品的作物来改善粮食安全。这一发展可以大大减少对化学农药和化肥的依赖。然而，将转基因生物（GMO）释放到环境中会引起人们对生物多样性和潜在的不可预见的生态后果的担忧。因此，农业和生物技术公司可能需要应对复杂的监管环境和公众对转基因生物的看法。

对于政府而言，挑战在于制定政策，促进合成生物学创新，同时保护公众健康和环境。国际合作对于制定安全开发和部署适应性生物系统的指导方针可能至关重要，确保它们得到负责任和合乎道德的使用。该技术的双重用途性质，即民用和军事领域的应用，使监管工作进一步复杂化。有效的治理需要科学家、政策制定者和公众之间持续对话，以平衡适应性合成生物学的好处和风险。

生物学的含义玩游戏

随着时间的推移学习和适应的合成生物学的更广泛影响可能包括： 

• 通过适应性合成生物学增强作物的恢复力，从而减少粮食短缺并增强全球粮食安全。
• 适应性医疗的发展可延长人类寿命并改变人口趋势，例如人口老龄化。
• 关于基因改造道德的伦理辩论和公共讨论增加，影响社会价值观和规范。
• 各国政府建立国际合作来制定合成生物学的道德标准。
• 新经济部门以合成生物学服务和产品为中心，促进创新和创造就业机会。
• 改变环境政策，以解决向野外释放转基因生物的生态影响。
• 生物安全问题的兴起促使各国投资于防御机制以应对潜在的生物威胁。

需要考虑的问题

• 适应性合成生物学如何改变您的个人健康和保健方法？
• 合成生物学的进步将如何改变您的工作或行业？