生物學玩遊戲：細菌正在成為戰術家

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  量子運行遠見
• 2024 年 3 月 14 日

洞察總結

科學家改造了能夠學習玩井字棋的細菌，證明了活細胞承擔複雜任務的潛力。這項進步預示著未來生物系統可能會執行類似電子電路的功能，為智慧材料和計算生物學提供新的途徑。雖然在醫療保健和農業領域的個人化治療和作物復原力方面前景廣闊，但這些發展也引發了有關倫理、生物安全以及全面監管框架需求的討論。

生物學玩遊戲背景

西班牙國家研究委員會的研究人員於 2022 年成功改造了一種大腸桿菌菌株，使其不僅可以玩井字遊戲，而且在對抗人類對手的井字遊戲中也表現出色。這項進展是對創建模仿電子元件的生物系統的更深入探索，特別是那些用於先進電腦晶片的生物系統。這些晶片可以模仿人腦的突觸活動，這表明計算生物學和智慧材料開發具有進步的潛力。

這些細菌玩井字遊戲的方式複製了更複雜的生物和機器的決策過程。研究人員建立了一種通訊方法，細菌可以透過這種方法「感知」遊戲的進展，並透過操縱細菌的化學環境做出相應的反應。環境中蛋白質比例的改變促進了這個過程。最初，這些細菌玩家會做出隨機的動作，但經過僅僅八次訓練遊戲後，他們就開始表現出令人驚訝的熟練程度，展示了細菌系統學習和適應的潛力。

這項突破是開發基於細菌系統的更複雜神經網路的基石。很快，生物系統可能能夠執行複雜的任務，例如手寫識別，從而為生物和電子系統的整合開闢新途徑。這些進步凸顯了合成生物學開發能夠以前所未有的方式學習、適應環境並與其環境相互作用的生物材料的潛力。

破壞性影響

在醫療保健領域，這項技術可以透過開發可根據患者不斷變化的病情而不斷發展的適應性療法，從而帶來更有效和個人化的治療。然而，如果這些生物系統的行為不可預測，則存在出現意外後果的風險，可能導致新的疾病或基因改造的倫理困境。這一發展可能會帶來革命性的治療方法，但可能需要嚴格的監管監督來管理風險。

在農業領域，適應性合成生物學有望透過培育能夠適應不同氣候條件、抵抗病蟲害並生產更有營養的農產品的作物來改善糧食安全。這一發展可以大大減少對化學農藥和化學肥料的依賴。然而，將基因改造生物（GMO）釋放到環境中會引起人們對生物多樣性和潛在的不可預見的生態後果的擔憂。因此，農業和生物技術公司可能需要應對複雜的監管環境和公眾對基因改造生物的看法。

對政府而言，挑戰在於制定政策，促進合成生物學創新，同時保護公眾健康和環境。國際合作對於制定安全開發和部署適應性生物系統的指導方針可能至關重要，確保它們得到負責任和道德的使用。該技術的雙重用途性質，即民用和軍事領域的應用，使監管工作更加複雜。有效的治理需要科學家、政策制定者和公眾之間持續對話，以平衡適應性合成生物學的好處和風險。

生物學的意思玩遊戲

隨著時間的推移學習和適應的合成生物學的更廣泛影響可能包括： 

• 透過適應性合成生物學增強作物的復原力，從而減少糧食短缺並增強全球糧食安全。
• 適應性醫療的發展可延長人類壽命並改變人口趨勢，例如人口老化。
• 關於基因改造道德的倫理辯論和公共討論增加，影響社會價值和規範。
• 各國政府建立國際合作來制定合成生物學的道德標準。
• 新經濟部門以合成生物學服務和產品為中心，促進創新和創造就業機會。
• 改變環境政策，以解決向野外釋放基因改造生物的生態影響。
• 生物安全問題的興起促使各國投資於防衛機制以應對潛在的生物威脅。

需要考慮的問題

• 適應性合成生物學如何改變您的個人健康和保健方法？
• 合成生物學的進步將如何改變您的工作或產業？