Sara-Jane Dunn: The next software revolution: programming biological cells
사라-제인 던(Sara-Jane Dunn): 차세대 소프트웨어 혁명: 생물 세포 프로그래밍
Sara-Jane Dunn is a scientist working at the interface between biology and computation, using mathematics and computational analysis to make sense of how living systems process information. Full bio
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was completely defined
프로그래밍하는 능력은
on a material called silicon
companies and industries
완전히 바꾸어 놓은
unimaginable to many of us,
회사들을 가능케 했습니다.
the way the world works.
by a new software revolution:
큰 변화를 가져올 겁니다.
to program biochemistry
능력에서 비롯될 겁니다.
the properties of biology
operating systems out of biochemistry.
설계할 수도 있습니다.
and we do need to realize it --
또 반드시 실현해야겠지만,
software revolution pale in comparison.
would transform the entirety of medicine,
농업, 에너지 산업등
수많은 분야에까지
those dominated by IT.
가져올 것이기 때문입니다.
식물을 상상해 봅시다.
that fix nitrogen more effectively
더 효과적으로 고정하고,
to be perennial rather than annual
두 번씩 열매를 맺어
your crop yields each year.
and global population fed.
충당할 수 있는 방법이 될 것입니다.
면역체계를 상상해봅시다.
that guide your immune system
당신의 면역체계를 도와
or even prevent disease.
또는 예방할 수도 있습니다.
and aging population healthy.
건강을 지킬 방법이 될 것입니다.
that will make living software a reality.
많은 도구가 있습니다.
유전자를 정밀히 조작할 수 있고,
one base at a time.
고쳐쓸 수 있으며,
synthetic circuits out of DNA.
합성 회로를 만들어낼 수도 있습니다.
to wield these tools
어떻게 사용해야 하는지는
배울 수밖에 없습니다.
years of specialization.
다년간의 경험이 필요합니다.
are difficult to discover
재현하기도 어렵습니다.
in biology to focus a lot on the parts,
각각의 기관에만 너무 주의를 기울이곤 합니다.
wouldn't be understood
깃털만 따로 연구해서는
이해할 수 없습니다.
as simple as programming your computer.
프로그래밍하는 것처럼 간단치 않습니다.
to the engineered systems
프로그래밍하는 기계적인 시스템이
공통점이 없다는 겁니다.
living systems self-generate,
생체 시스템은 스스로 발생하고,
macro-scale output.
결과를 만들어냅니다.
복구할 수도 있습니다.
the humble household plant,
on your mantelpiece at home
that plant has to wake up
이 식물은 매일 잠에서 깨어
to allocate its resources.
배분할지 결정해야 합니다.
produce seeds, or flower?
아니면 씨앗을 만들거나 꽃을 피워야 할까요?
at the level of the whole organism.
전체 개체 수준에서 이루어져야 합니다.
to figure all of that out.
결정을 내릴 뇌가 없기 때문에,
with the cells on its leaves.
that affect the whole plant.
결정을 내려야 합니다.
running inside these cells,
어떤 프로그램이 내장되어 있어,
to input signals and cues
결정하는 것이 분명합니다.
in a distributed way
전체 개체를 키워내려면
and that plant can grow and flourish.
these biological programs,
biological computation,
to understand how and why
그걸 디버깅할 수 있습니다.
the kind of synthetic circuits
생체의 생화학적 연산능력을 온전히 활용하는
the computational power of biochemistry.
led me to a career in research
연구하도록 이끌었습니다.
computer science and biology.
of biology as computation.
관점에서 바라봅니다.
what do cells compute,
밝혀낼 수 있을지 묻습니다.
these biological programs?
together with some brilliant collaborators
마이크로소프트 연구소의 동료들과 함께
and the University of Cambridge,
running inside a unique type of cell:
because they're totally naïve.
원시 상태라는 점에서 특별합니다.
어떤 세포로던 변할 수 있습니다.
a bone cell, a lung cell,
of the scientific community,
tap into that potential,
활용할 수 있다면
될 것이기 때문입니다.
tool for medicine.
how these cells make the decision
to repair diseased or damaged tissue.
세포를 만들어낼 수 있을지도 모릅니다.
몇 가지 문제가 존재합니다.
is not without its challenges,
after conception.
나타난다는 점입니다.
and organs of your adult body.
구성하기 시작한 것이죠.
are a lot more plastic
우리가 예상했던 것보다
showed something truly revolutionary.
정말 놀라운 발견을 했습니다.
into an adult cell,
피부 세포에 삽입해서
back to the naïve state.
되돌릴 수 있다는 걸요.
known as "reprogramming,"
이 기전을 통해
a kind of stem cell utopia,
미래를 상상해볼 수 있습니다.
of a patient's own cells,
whatever that patient might need,
만들 수 있을 겁니다.
노력에도 불구하고,
successful experimental protocols,
찾아낼 때도 있지만,
of how and why they work.
가져오는지 잘 이해하지 못합니다.
a stem cell into a heart cell,
방법을 찾아냈다고 해도,
how to change a stem cell
분화시키는 방법에 대해서는
the biological program
이해하고 싶었습니다.
performed by a living system
연산을 이해하려면,
a devastatingly simple question:
하나 던져야 합니다.
has a set of strategies
하드웨어가 무엇을 해야 하는지
and hardware are meant to do.
you code a piece of software,
다시 말해 소프트웨어를 코딩할 때
올바르게 작동하기를 바랍니다.
프로그램을 작성할 때는,
a set of specifications.
해야 할 일입니다.
the size of two numbers
비교하는 일일 수도 있고,
정렬하는 일일 수도 있습니다.
automatically to check
자신의 명시 사항을 만족하는지,
does what it should do.
things we measure in the lab,
of what the biological program should do.
명시 사항에 해당하는 것이라 생각했습니다.
and you've been measuring your genes
오랫동안 관찰해보니
있다는 걸 발견했다고 합시다.
as a mathematical expression
논리 언어를 사용해서
옮겨 적을 수 있습니다.
of multiple genes or proteins over time
행동을 부호화할 수 있습니다.
or not those observations can emerge
상호작용을 기술하는
없는지 판별할 수 있습니다.
저희가 개발했습니다.
to encode observations
to uncover the genetic program
찾아낼 수 있었습니다.
running inside embryonic stem cells
유전자 프로그램을 이해하고
how to induce that naïve state.
되돌리는 방법을 찾고자 했습니다.
위해 일상적으로 활용되는
routinely around the world
기초로 개발되었습니다.
of nearly 50 different specifications
observations of embryonic stem cells.
observations in this tool,
the first molecular program
첫 번째 분자 프로그램을
in and of itself, right?
큰 성과입니다, 그렇죠?
all of these different observations
빠짐없이 부합하는 가설을 찾는 작업은
you can do on the back of an envelope,
이루어질 수 없습니다.
this kind of understanding,
what this cell might do
배아줄기세포의 행동을 예측하는 겁니다.
컴퓨터로 옮겨서
that we tested in the lab,
직접 검증해본 결과
was highly predictive.
예측은 매우 정확했습니다.
accelerate progress
quickly and efficiently.
방법을 알려주었습니다.
to target to do that,
hinder that process.
저해할지도요.
the order in which genes would switch on.
활성화 되는 순서도 예측해냈습니다.
to uncover the dynamics
숨겨진 작동 원리를
that's specific to stem cell biology.
적용될 수 있는 것이 아닙니다.
of the computation
말할 수 있습니다.
벽돌인 셈입니다.
to develop new approaches
절실히 필요합니다.
computation more broadly
to the flow of information between cells.
transformative understanding
in ways that are predictable and reliable.
방식으로 활용할 수 있습니다.
we will also need to develop
and computational scientists
즉 생화학적 정보로 바꿀 수 있어야만
to the machine code of the cell,
build those structures.
to a living software compiler,
부를 만한 도구인데,
part of a team at Microsoft
마이크로소프트 팀에서
is kind of an understatement,
부족할 만큼 어려운 과제이지만,
between software and wetware.
마지막 다리를 놓게 될 겁니다.
is only going to be possible
생체 프로그래밍이 가능하려면
into being truly interdisciplinary.
원활히 이루어져야 합니다.
the physical and the life sciences,
each of these disciplines
with common languages
있어야 합니다.
that many of the giant software companies
거대 소프트웨어 기업들과
that you and I work with every day
첨단 기술들이
프로그래밍을 시작했을 때는
programming on silicon microchips.
기억할 필요가 있습니다.
the potential for technology
기술 발전의 가능성에 대해
that we need to take along the way
알 수 있을 겁니다.
that this kind of technology
있다는 점입니다.
about the potential
about the potential of bacteria
회피하도록 설계된 세균의
사람이 있을지도 모릅니다.
for the scientists --
해당하지 않는 이야기지만,
a fragile thing to work with.
대상이라는 점입니다.
is not going to be something
쉽게 할 수 있는 일은 아닙니다.
시작 단계에 있기 때문에,
with our eyes wide open.
questions up front,
the necessary safeguards
we'll have to think about our ethics.
고민해봐야 합니다.
on the implementation
will have to be a priority.
연구가 우선되어야 합니다.
마음을 뺏겨
of scientific innovation.
the ultimate destination on this journey,
and breakthrough industries
심지어 컴퓨터 과학에 이르는
to energy and materials
the planet sustainably
생활할지도 모릅니다.
that plants figured out millennia ago:
with an efficiency that is unparalleled
비교할 수 없는 효율로
of quantum interactions
효과적으로 흡수하는
sunlight so efficiently,
프로그램을 찾아내면
into building synthetic DNA circuits
차세대 태양광 전지의 재료가 되는 물질의
for better solar cells.
있을지도 모릅니다.
on the fundamentals of this right now,
진행 중인 과학자들이 있습니다.
and the right investment,
실현될 수도 있습니다.
of a technological revolution.
시작점에 있습니다.
of biological computation
생물학적 연산에 대한 이해는
of an operating system
ABOUT THE SPEAKER
Sara-Jane Dunn - Computational biologistSara-Jane Dunn is a scientist working at the interface between biology and computation, using mathematics and computational analysis to make sense of how living systems process information.
Why you should listen
Sara-Jane Dunn started her career as a mathematician, finding a niche in "mathematical biology" -- a field where mathematical models and simulations provide insights into the behavior and development of living systems. For Dunn, this research opened up new ways to explore old problems, from understanding how diseases spread to how cancer evolves. To this end, she created computational models of the gut that could be used to test hypotheses about the earliest stages of colorectal cancer.
At Microsoft Research, Dunn collaborates with experimenters in embryonic stem cell biology and seeks to uncover the biological program that governs how these unique cells are able to generate all of the different cell types of your adult body. This work could, in time, "unlock" biology and make cells programmable, which could fundamentally transform medicine, agriculture and even how we power the planet.
Sara-Jane Dunn | Speaker | TED.com