Turkish subtitles

← Yeni yazılım devrimi: Biyolojik hücreler programlamak

Get Embed Code
27 Languages

Showing Revision 27 created 07/30/2020 by Cihan Ekmekçi.

  1. Geçtiğimiz yüzyılın ikinci
    yarısı tam anlamıyla
  2. teknolojik bir devrim ile tanımlanmıştı:
  3. Yazılım devrimi.
  4. Silikon olarak adlandırılan maddenin
    üzerinde elektronları programlama becerisi
  5. bize hayal edemeyeceğimiz
  6. ama esasında dünyanın
    çalışma şeklini değiştiren
  7. teknolojileri, şirketleri
    ve sanayileri mümkün kıldı.
  8. Bu yüzyılın ilk yarısı ise
  9. yeni bir yazılım devrimi ile şekillenecek:
  10. canlı yazılım devrimi.
  11. Bu devrim, biyokimyayı programlama
    becerisiyle desteklenecek
  12. ve de biyoloji dediğimiz
    materyal üzerinde.
  13. Biyolojinin özelliklerinden yararlanarak
  14. yeni terapiler geliştirme,
  15. hasarlı dokuları onarma,
  16. hatalı hücreleri yaniden programlama
  17. ve biyokimya ile programlanabilir
    işletim sistemleri yapılabilecek.
  18. Eğer bunu gerçekleştirebilirsek --
    ki gerçekleştirmeliyiz --
  19. etkileri o kadar büyük olacak ki
  20. ilk yazılım devrimi
    buna kıyasla sönük kalacak.
  21. Çünkü canlı yazılımlar

  22. tüm tıbbı, tarımı ve enerjiyi
    kökten değiştirecek.
  23. Bu sektörler, bilgi teknolojisinin
    domine ettiklerinden çok daha büyük.
  24. Azotu daha verimli bağlayan,
    zararlı patojenlere daha çok direnen,
  25. tek yıllık değil
  26. çok yıllık olması için
    programlanan bitkiler hayal edin.
  27. Her yıl mahsulünüzü
    ikiye katlayabilirsiniz.
  28. Bu tarımı kökten değiştirip
  29. büyüyen dünya nüfusunun
    beslenme sorununu çözebilir.
  30. Programlanabilir bağışıklık sistemi olsa,
  31. molekül seviyesinde araçlar tasarlayarak
    bağışıklık sistemine yol gösterse
  32. hastalıkları saptayıp
    yok etse hatta önleyebilse.
  33. Tıp bilimi baştan yazılır,
  34. büyüyen ve yaşlanan nüfusumuzun
    nasıl sağlıklı kalacağına cevap olurdu.
  35. Halihazırda canlı yazılımları gerçeğe
    dönüştürecek birçok araca sahibiz.

  36. CRISPR ile tam olarak
    genleri değiştirebiliyoruz.
  37. Bazları teker teker kullanarak
    genetik kodu yeniden yazabiliyoruz.
  38. DNA'dan çalışan,
    sentetik devreler bile yapabiliyoruz.
  39. Ancak bu teknolojileri
    ne zaman ve nasıl kullanacağımız
  40. hâlâ deneme yanılma sürecinde.
  41. Yıllar süren derin
    bir uzmanlık gerektiriyor.
  42. Deneysel protokolleri keşfetmek zor,
  43. genellikle tekrarlaması da zordur.
  44. Biyolojide uzuvlara odaklanmak
    gibi bir eğilimimiz var.
  45. Yine biliyoruz ki, uçmak sadece
  46. tüyleri incelemekle anlaşılamaz.
  47. Biyoloji bilgisayar gibi
    kolay programlanmıyor.
  48. Bu da yetmezmiş gibi
  49. canlı sistemler her gün programladığımız
    mekanik sistemlere
  50. neredeyse hiç benzemezler.
  51. Yapay sistemlerin aksine yaşayan sistemler
    kendi kendine ürer,
  52. kendi kendine düzenlenir,
  53. moleküler düzeyde çalışırlar.
  54. Bu moleküler etkileşimler
  55. genellikle makro seviyede sonuçlar
    meydane getirirler.
  56. Kendi kendilerini onarabilirler bile.
  57. Örneğin basit bir ev bitkisini düşünelim,

  58. sürekli sulamayı unuttuğunuz
  59. şöminenin önündeki bitkiyi mesela.
  60. İhmal de etseniz o bitki
    her sabah uyanır
  61. ve kaynaklarını nasıl böleceğini hesaplar.
  62. Büyüyecek mi, fotosentez mi yapacak,
    tohum mu üretecek yoksa çiçeklenecek mi?
  63. Bu tüm organizmanın
    vermesi gereken bir karar.
  64. Fakat bitkinin
    bu kararı verecek bir beyni yok.
  65. Bunu yapraklarındaki hücrelerle yapmalı.
  66. Çevreye tepki vermeli,
  67. tüm bitkiyi etkileyecek kararlar almalı.
  68. Bir şekilde hücrelerin içinde işleyen,
  69. etkilere tepki veren ve
    hücrenin ne yapacağını belirleyen
  70. bir program olmalı.
  71. Bu programlar farklı hücreler arasında
  72. dağıtımlı bir şekilde
    çalışabiliyor olmalılar,
  73. böylece koordinasyon sağlansın
    ve bitki büyüyüp gelişebilsin.
  74. Bu biyolojik programları anlayabilirsek,

  75. biyolojik hesapları anlayabilirsek,
  76. hücrelerin neyi
    neden ve nasıl yaptıklarını
  77. daha iyi anlayabilirdik.
  78. Eğer bu programları anlarsak
  79. yanlış giden süreçlere
    müdahale edebiliriz.
  80. Onlardan nasıl sentetik devreler
    üreteceğimizi öğrenir,
  81. biyokimyanın hesaplama gücünü
    kendimiz için kullanırız.
  82. Bu fikre olan tutkum beni
    matematik, bilgisayar

  83. ve biyolojinin kesiştiği
    bir kariyere sürükledi.
  84. Çalışmalarımda biyolojiye bir
    hesaplama aracı olarak yaklaştım.
  85. Hücreler neyi hesaplıyor,
  86. biz bu biyolojik programları
    nasıl ortaya çıkarırız diye düşündüm.
  87. Bu soruları Microsoft Research
    ve Cambridge Üniversitesi'nde
  88. harika katılımcılarla birlikte
    tartışmaya başladık.
  89. Birlikte özel bir hücre tipinin
    içinde çalışan
  90. biyolojik programı anlamaya çalıştık:
  91. embriyonik kök hücre.
  92. Bu eşsiz hücreler tamamıyla saftırlar.
  93. İstedikleri her şeye dönüşebilirler:
  94. beyin hücresi, kalp,
    kemik, akciğer hücresi,
  95. herhangi bir yetişkin hücre tipi.
  96. Bu saflık onları farklı kılarken
  97. bilim çevrelerinin ilgisini ateşliyor.
  98. Eğer bu potansiyelden faydalanabilirsek
  99. elimizde çok güçlü bir tıbbi araç olurdu.
  100. Eğer bu hücrelerin
    hangi hücre tipine dönüşeceğine
  101. nasıl karar verdiğini anlarsak
  102. hasta ve hasarlı dokuları onarmak için
  103. gereken hücreleri üretebiliriz.
  104. Ama bu vizyonu gerçekleştirmenin
    zorlukları var.
  105. Bunun önemli bir sebebi,
  106. bu özel hücrelerin
    hamilelikten altı gün sonra oluşması.
  107. Yaklaşık bir günde de ortadan kaybolurlar.
  108. Her biri kendi yoluna gider,
  109. yetişkin gövdenin değişik yapı
    ve organlarını yaparlar.
  110. Ama bu hücrelerin kaderleri

  111. sandığımızdan daha esnek.
  112. On üç yıl kadar önce bilim insanları
    çığır açan bir şey gösterdiler.
  113. Yetişkin bir hücreye
    bir avuç gen sokarak,
  114. deri hücreleriniz gibi,
  115. o hücreyi saf duruma
    geri getirebiliyorsunuz.
  116. Bu süreç "yeniden programlama"
    olarak biliniyor.
  117. Bir kök hücre ütopyası düşünün.
  118. Hastanın kendi hücrelerinden
    bir örnek alın,
  119. saf duruma dönüştürün
  120. ve bu hücreleri, hastanın neye
    ihtiyacı varsa onu yapmak için kullanın.
  121. beyin veya kalp hücresi.
  122. Ama yaklaşık son 10 yılda

  123. hücre kaderini değiştirmek
  124. hâlâ deneme yanılma işi.
  125. Başarılı deneysel yöntemler bulsak da
  126. hâlâ etkin olmaktan uzaklar.
  127. Nasıl ve neden çalıştıklarını
    hâlâ bilmiyoruz.
  128. Kök hücreyi kalp hücresine
    dönüştürmeyi başarsanız bile
  129. bunu nasıl beyin hücresi yapacağınızı
  130. hâlâ bilemiyorsunuz.
  131. Embriyonik kök hücrede çalışan
  132. biyolojik programı anlamak istedik.
  133. Yaşayan sistemlerin yaptığı
    hesaplamaları anlamak,
  134. çok basit bir soru sorarak başlıyor.
  135. Bu sistem ne yapmaya çalışıyor?
  136. Bilgisayar biliminde yazılım ve donanımın

  137. ne yapması gerektiğini söyleyen
    bazı stratejiler var.
  138. Program yazarken yazılımı kodlarsınız,
  139. doğru çalışmasını istersiniz.
  140. Performans ve işlevsellik istersiniz.
  141. Hataları önlemek istersiniz.
  142. Bunların maliyeti çok olabilir.
  143. Bir program yazarken
  144. Bazı spesifikasyonlar yazarsınız.
  145. Programın ne işe yarayacağı hakkında.
  146. İki sayıyı karşılaştırmak gibi
  147. veya küçükten büyüğe sıralamak.
  148. Spesifikasyonların sağlandığına dair
  149. otomatik kontrol yapan teknoloji mevcut.
  150. Program amacına hizmet
    edip etmediğini ölçüyor.
  151. Biz de bu şekilde düşündük.
  152. Deneysel gözlemler,
    laboratuvarda ölçtüklerimiz,
  153. biyolojik programın yapması
    gerekenlere karşılık gelir.
  154. Yani bu yeni spesifikasyonu kodlayacak

  155. bir yol bulmak zorundayız.
  156. Diyelim bir süredir laboratuvarda
    genlerinizi ölçüyorsunuz
  157. ve A geninin aktif olduğunu buluyorsunuz.
  158. Sonra B ve C genleri de
    aktif gibi görünüyorlar.
  159. Bu gözlemi, matematiksel bir
    denklem olarak yazabiliriz.
  160. Mantık dilini kullanacak olursak,
  161. Eğer A doğru ise,
    o zaman B veya C de doğrudur.
  162. Bu çok basit bir örnek oldu.
  163. Sadece bir noktayı açıklamak için.
  164. Çok zengin ifadeler de kodlayabiliriz.
  165. Değişik deneylerle çok sayıda gen
  166. ve proteinin davranışlarını
    yakalayabiliriz.
  167. Böylece gözlemlerimizi
  168. matematiksel ifadelere dönüştürerek
  169. bu gözlemlerin genetik etkileşimlerden
  170. ortaya çıkıp çıkamayacaklarını
    test edebiliriz.
  171. Tam da bunu yapacak bir araç geliştirdik.

  172. Bu araçla gözlemlerimizi
    matematik ifadelere dönüştürebildik.
  173. Sonra araç bize her şeyi açıklayabilecek
    genetik programı ortaya çıkardı.
  174. Bu yaklaşımı kullanarak
  175. embriyo kök hücrelerinde çalışan
    genetik programı bulup
  176. nasıl saf duruma
    döndürebileceğimizi anlayabiliriz.
  177. Bu aracı yaparken
  178. dünyanın her tarafında
    yazılım denetleme için kullanılan
  179. bir çözümden yararlandık.
  180. Yaklaşık 50 farklı
    spesifikasyonla başladık.
  181. Bunlar, embriyonik kök hücre deneysel
    gözlemlerinden ortaya çıkmıştı.
  182. Bu araç yardımıyla
    gözlemlerimizi kodlayarak
  183. hepsini birden açıklayacak
  184. ilk moleküler programı açığa çıkarabildik.
  185. Bu zaten kendi başına bir çığır, değil mi?

  186. Tüm bu değişik gözlemleri
  187. bir kağıt üstünde
    bir araya getiremezsiniz,
  188. kağıt çok büyük olsa da.
  189. Bu anlayışa ulaştıktan sonra
  190. bir adım daha ileri gidebiliriz.
  191. Programı kullanarak bu hücrenin
    henüz test yapmadığımız durumlarda
  192. ne yapacağını tahmin edebiliriz.
  193. Programı simülasyonda deneyebiliriz.
  194. Biz de tam onu yaptık:

  195. Laboratuvarda test edilmiş
    öngörüleri ortaya çıkardık
  196. ve programın çok iyi tahminde
    bulunduğunu anladık.
  197. Süreci hızlandırarak
  198. saf duruma hızlı ve etkin bir şekilde
    nasıl gideceğimizi gösterdi.
  199. Hangi genleri hedef almamız gerektiğini
  200. ve hangi genlerin
    bu işlemi yavaşlatacağını da.
  201. Genlerin aktive olma
    sırasını dahi tahmin etti.
  202. Bu yaklaşım, hücrelerin ne yaptığının
    dinamiğini ortaya çıkarmamızı sağladı.
  203. Geliştirdiğimiz şey, kök hücre
    biyolojisine özel bir yöntem değil,

  204. genetik etkileşim konseptinde
  205. hücrenin yapmakta olduğu
    hesaplamayı anlamamızı sağlıyor.
  206. Yani aslında bir yapı taşı.
  207. Biyolojik hesaplamaları daha geniş ölçek
    ve değişik seviyelerde anlayabilmek için
  208. Bu alanda yeni yaklaşımlara gerek var,
  209. DNA'dan hücrelar arası
    bilgi akışına kadar.
  210. Biyolojiyi sadece bu
    dönüştürücü anlayışla
  211. güvenli ve öngörülür
    yollarda kullanabiliriz.
  212. Ancak biyolojiyi programlamak için

  213. birtakım araç ve dil de
    geliştirmemiz lazım
  214. ki bu araç ve diller sayesinde
    bilim insanları ve deney yapanlar
  215. biyolojik fonskiyon tasarlayabilsinler.
  216. Bu tasarılar hücrenin
    makine koduna dönüşecek,
  217. yani biyokimyasına
  218. ve böylelikle o yapıları yapabileceğiz.
  219. Bunu canlı bir yazılım derleyici
    olarak düşünebiliriz.
  220. Microsoft'ta bunu geliştiren ekibin
    bir parçası olduğum için gurur duyuyorum.
  221. Bu işe zor demek hafif kalır
  222. ama eğer yapılabilirse
  223. yazılım ve yaşanım arasındaki
    son köprü olacak.
  224. Ancak çok daha fazlası için
    biyolojiyi programlama,

  225. bu alan gerçekten disiplinler arası
    olursa mümkün olur.
  226. Fizik ve doğa bilimlerini
    birleştirmemiz gerekir.
  227. Bu disiplinlerden gelen bilim insanları
  228. aynı dilleri konuşarak
    ve aynı bilimsel soruları paylaşarak
  229. birlikte çalışabilirler.
  230. Uzun vadeli bir iş
    ama birçok dev yazılım şirketi

  231. ve her gün kullandığımız birçok teknoloji
  232. silikon mikroçiplere ilk programları
    kurduğumuz zamanlarda
  233. hayal bile edilemezdi.
  234. Bilgisayarlı biyolojinin
    mümkün kılacağı teknolojiyi
  235. bu günden düşünmeye başlarsak
  236. bunu gerçekleştirmek için
    atmamız gereken adımların
  237. bazılarını görmeye başlarız.
  238. Bu teknolojinin istismara açık olacağı
    yönünde bir düşünce de var.
  239. Bağışıklık hücrelerini programlamanın
  240. potansiyelini konuşacaksak
  241. bunlardan sakınmak üzere programlanmış
  242. bakterilerin potansiyelinden de
    bahsetmemiz gerek.
  243. Bunu yapmak isteyen insanlar olabilir.
  244. Rahatlatıcı bir düşünce şu olabilir--
  245. aslında pek de
    bilim insanları için değil --
  246. biyoloji çalışmak için narin bir şeydir.
  247. Yani biyoloji programlaması
  248. bahçenizde yapılacak bir şey değil.
  249. Ama daha işin başında olduğumuz için
  250. gözlerimizi dört açarak ilerleyebiliriz.
  251. Zor soruları en baştan soralım,
  252. gerekli önlemleri alalım
  253. ve bunun parçası olarak
    etik soruları düşünelim.
  254. Biyolojik fonksiyon uygulamalarına
    kısıtlar konması söz konusu olabilir.
  255. Bunun bir parçası olarak biyoetik,
    önemli bir öncelik olarak kabul edilmeli.
  256. Bilimsel inovasyon heyecanıyla
  257. bunu ikinci sıraya koyamayız.
  258. Ama en büyük ödül,
    bu yolculuğun son hedefi

  259. çığır açan uygulamalar ve
    çığır açan endüstriler olacak.
  260. Tarımdan tıbba,
    enerjiden malzeme bilimine kadar.
  261. Hatta programlama.
  262. Bir gün gezegeni sürdürülebilir şekilde
  263. yeşil enerji ile beslediğimizi düşünün,
  264. Bitkilerin milyonlarca yıl önce
    yaptığı bir işi öğrendiğimizi düşünün:
  265. Bu gün kullandığımız güneş panellerinin
    verimlerini katlayacak şekilde
  266. güneş enerjisini nasıl kullanacağımızı.
  267. Quantum etkileşimlerinin
    o programını anlamayı başarırsak,
  268. bitkilerin güneş enerjisini
    bu kadar etkili şekilde absorbe etmesini,
  269. bu bilgiyi sentetik
    DNA devreleri yapımına aktarabilir
  270. ve daha iyi güneş hücreleri için
    materyal sağlayabiliriz.
  271. Bu konu üzerinde şu anda çalışan
    ekipler ve bilim insanları var,
  272. yani belki de dikkat çekip
    gereken yatırımı alırsa
  273. tüm bunlar 10-15 yıl içinde
    gerçek olabilir.
  274. Teknolojik bir devrimin başındayız.

  275. Bu tarihi biyolojik hesaplamayı anlamak
  276. en önemli ilk adım.
  277. Eğer bunu başarabilirsek
  278. bir işletim sistemi çağına adım atacağız,
  279. yaşayan yazılımlar çalıştıran bir çağ.
  280. Çok teşekkür ederim.

  281. (Alkış)