Každé školou povinné dítě dnes dobře ví, co je to hardware a co software. Ti zvídavější ještě tuší, co by to mohl být webware, ačkoliv tento termín se doposud příliš neprosadil, slyšeli jste však někdy slovíčko wetware?
Je to přitom právě wetware, který by měl podle mnoha futurologů proměnit naši relativně blízkou budoucnost zdaleka nejvíce. Takže co to tedy je? Wetware (wet – vlhký) je produktem biologického programování – mladičkého oboru, který se na scéně objevil díky pokroku v biotechnologiích teprve nedávno, autoři sci-fi o něm však sní již celá desetiletí.
Hardware, software a wetware
Wetware, aneb když skloubíte programovací jazyk s živou tkání
Stručně řečeno, wetware je člověkem zbudovaný logický obvod, který je součástí živé struktury a z ní je také celý zbudovaný. Nejjednodušší wetware vlastně již běžně existuje – svým způsobem to může být třeba vyšlechtěná a geneticky upravená kukuřice, anebo francouzský buldoček, který je výsledkem aplikace nepřirozené – antropogenní – sady instrukcí, díky kterým se během staletí proměnil prehistorický divoký pes podobný vlku v jeho maličkou ufuněnou parodii.
Inteligentní design existuje, stojí za ním ale člověk a tisíce let šlechtění divokého psa. Výsledkem je třeba francouzský buldoček.
Cílem moderního wetwaru však není konstruování buldočků jejich nepřirozeným šlechtěním, ale programování těch nejdrobnějších živých struktur – buněk. A pokud používám termín programování, myslím tím opravdu sepisování algoritmů podobných jakémukoliv klasickému počítačovému jazyku jen s tím rozdílem, že je nahrajeme do živé tkáně.
Wetware fascinuje Microsoft, Google a další
Pokud vám to připadne jako sci-fi, vězte, že této oblasti biotechnologií se začínají ve velkém věnovat nejen farmaceutické společnosti, ale i tradiční počítačoví tahouni včetně Googlu a Microsoftu. Ostatně je to jen pár týdnů, co jsme na Živě.cz publikovali vize Microsoftu pro příštích deset let, ve kterých slibuje wetwaru zářnou budoucnost.
DNA je největší přírodní pevný disk s vlastním kódováním. Grafika: Wikipedie, CC-BY-SA
No, a je to opět Microsoft, který si letos na jaře koupil syntetickou DNA a ve svých laboratořích Research zkoumá, jestli by ji bylo možné použít jako úložiště. Dává to smysl, pokud se totiž do neskutečně složité struktury molekuly DNA vejde celý popis stavby člověka, proč by v ní nemohly být uložené i počítačové bity? Podle současných odhadů by mohl pojmout jeden gram DNA až miliardu terabajtů informací – tedy jeden zettabajt. Suma sumárum, několik málo gramů živé hmoty má potenciál pojmout veškerá digitální data, která kdy lidská civilizace vytvořila.
DNA jako procesor
Je to tedy právě DNA, která je alfou a omegou wetwarového programování. Mohla by totiž sloužit nejen jako úložiště, ale především jako samotný interpret kódu a generátor logického obvodu.
Když programujeme klasický počítačový obvod, kompilátor přeloží kód v některém z programovacích jazyků do toho strojového – do sady elementárních instrukcí, které přesouvají bity informací mezi různými registry uvnitř čipu, což ve svém důsledku vede třeba k tomu, že se na připojené obrazovce zobrazí tento článek.
V případě wetwaru a DNA by došlo k něčemu podobnému. Náš program napsaný v jazyce, který by mohl připomínat třeba populární Javascript, by se také přeložil na jednoduché instrukce, nejednalo by se však o instrukce pro běžný křemíkový čip, ale pro stroj, který by na jejich základě upravil strukturu uvnitř plazmidu – molekuly DNA schopné replikace.
Výzkumníci již vyvinuli několik prototypů programovacích jazyků pro wetware. Jedním z nich je třeba projekt Cello, jehož simulátor jazyka Verilog najdete na webu cellocad.org a na GitHubu.
Takto modifikovaná DNA by se pak uvnitř nějakého živého tvora – běhovém prostředí (runtimu) – množila a množila a vlastnosti a schopnosti organizmu by odpovídaly tomu, jak jsme je naprogramovali. Dnes je takovým běhovým prostředím pro wetware nejčastěji bakterie Escherichia coli (E.coli), kterou si genoví inženýři oblíbili pro její jednoduchost a skvělou dokumentaci.
Naprogramovaný lék
Během příštích let a desetiletí bychom se tak mohli dočkat třeba zcela nových technologií wetwarových léčiv, které budou jejich autoři programovat a farmaceutické společnosti si budou jejich kód pečlivě hlídat a chránit patenty. Jakmile patentová ochrana skončí a z léků se stanou generika, jejich programový kód se ocitne třeba na GitHubu. Stejně tak se na scéně jistě objeví i komunitní open-source farmaceutika.
Wetwarové programování je založené na ovládání jednoduchých logických bran podobně jako u polovodičů. Výsledkem je ale třeba změna DNA.
Krásným příkladem by mohla být třeba nová generace antibiotik, které budou precizně vyšlechtěné k tomu, aby u konkrétního pacienta překonaly stále problematičtější bakteriální rezistenci.
Těžko říci, kdy se takového stavu dočkáme, v nejbližší době to ale ještě na pořadu dne nebude, stále nám totiž schází mnohé bazální znalosti chemických a biologických chodů uvnitř živých tvorů. S tím by nám ale mohl pomoci další fenomén posledních let – strojové učení, které za člověka jednoho dne odvede onu špinavou práci v laboratoři a během večera provede tisíce a miliony potřebných simulací k zjištění a naučení, jak to všechno vlastně funguje.