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elcitigre2021 · 2 years

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Convergência biodigital

O que acontece quando a biologia e a tecnologia digital se fundem?

Nos próximos anos, as tecnologias biodigitais podem ser tecidas em nossas vidas da mesma forma que as tecnologias digitais são agora. Os sistemas biológicos e digitais estão convergindo e podem mudar a maneira como trabalhamos, vivemos e até evoluímos como espécie. Mais do que uma mudança tecnológica, essa convergência biodigital pode transformar a forma como nos entendemos e nos fazer redefinir o que consideramos humano ou natural.

A convergência biodigital pode impactar profundamente nossa economia, nossos ecossistemas e nossa sociedade. Estar preparado para apoiá-lo, ao mesmo tempo em que gerencia seus riscos com cuidado e sensibilidade, moldará a maneira como navegamos nas considerações sociais e éticas, além de orientar as conversas sobre políticas e governança.

Guiados por seu mandato, a Policy Horizons Canada (Policy Horizons) pretende iniciar um diálogo informado e significativo sobre futuros plausíveis para a convergência biodigital e as questões políticas que possam surgir. Neste artigo inicial, definimos e exploramos a convergência biodigital – por que é importante explorar agora, suas características, quais novos recursos podem surgir e algumas implicações políticas iniciais. Queremos nos envolver com um amplo espectro de parceiros e partes interessadas sobre como será nosso futuro biodigital, como essa convergência pode afetar setores e indústrias e como nossas relações com a tecnologia, a natureza e até a própria vida podem evoluir.

No final dos anos 1970 e início dos anos 1980, canadenses e formuladores de políticas começaram a entender que a era digital estava chegando. Os pioneiros aproveitaram oportunidades, enfrentaram desafios e iniciaram políticas hábeis que forneceram benefícios por décadas. Continuamos a ver os poderosos efeitos da digitalização, e mais certamente estão por vir. Mas podemos estar à beira de outra ruptura de magnitude semelhante. As tecnologias digitais e os sistemas biológicos estão começando a se combinar e se fundir de maneiras que podem ser profundamente disruptivas para nossas suposições sobre a sociedade, a economia e nossos corpos. Chamamos isso de convergência biodigital .

Este documento estabelece uma estrutura inicial para orientar o próximo trabalho prospectivo da Policy Horizons.

Três maneiras pelas quais a convergência biodigital está surgindo...

1 - Integração física completa de entidades biológicas e digitais;

2 - Coevolução de tecnologias biológicas e digitais;

3 - Convergência conceitual de sistemas biológicos e digitais.

A convergência biodigital está abrindo novas e impressionantes maneiras de:

- Mudar os seres humanos – nossos corpos, mentes e comportamentos; - Alterar ou criar outros organismos; - Alterar ecossistemas; - Detectar, armazenar, processar e transmitir informações; - Gerenciar a inovação biológica; - Estruturar e gerenciar cadeias de produção e suprimentos.

Possíveis características do sistema biodigital:

Democratização

Descentralização

Difusão geográfica

Escalabilidade

Costumização

Confiança em dados

Perguntas iniciais relevantes para a política Econômico?

Econômico

As vantagens competitivas tradicionais baseadas em recursos podem desaparecer?

Os sistemas de educação e treinamento precisam ser adaptados para lidar com potenciais lacunas de habilidades?

Como seriam as estruturas de proteção de dados e propriedade intelectual na era biodigital?

Como a política pode promover um ambiente de negócios competitivo em um mundo biodigital?

Social

As atitudes sociais podem mudar para a saúde e o estilo de vida?

Que políticas podem ajudar a combater a desigualdade na saúde?

Que políticas poderiam fomentar a confiança entre parceiros e partes interessadas?

Ambiental

Que mudanças podem ocorrer no uso da terra e no ambiente natural?

Geopolítico

Que políticas são necessárias para competir em um mundo biodigital global?

O que é necessário para proteger a segurança dos cidadãos no mundo biodigital?

Governança

Como a regulamentação e a formulação de políticas podem levar em conta as preocupações sociais sobre os avanços biodigitais?

O atual quadro tributário é adequado para o mundo biodigital?

Os sistemas de finanças públicas precisam ser reavaliados para serem sustentáveis no mundo biodigital?

O que é convergência biodigital? A convergência biodigital é a combinação interativa, às vezes até o ponto de fusão, de tecnologias e sistemas digitais e biológicos. A Policy Horizons está examinando três maneiras pelas quais essa convergência está acontecendo.

1 - Integração física completa de entidades biológicas e digitais A tecnologia digital pode ser incorporada em organismos e os componentes biológicos podem existir como parte das tecnologias digitais. A combinação física, manipulação e fusão do biológico e do digital estão criando novas formas híbridas de vida e tecnologia, cada uma funcionando no mundo tangível, muitas vezes com capacidades aumentadas.

Robôs com cérebros biológicos 01 e corpos biológicos com cérebros digitais 02 já existem, assim como interfaces homem-computador e cérebro-máquina. 03 O uso médico de dispositivos digitais em humanos 04 , bem como insetos manipulados digitalmente, como libélulas drone 05 e gafanhotos de vigilância 06 , são exemplos de tecnologia digital combinada com entidades biológicas. Ao explorar o sistema nervoso e manipular os neurônios, a tecnologia pode ser adicionada a um organismo para alterar sua função e propósito. Novos corpos humanos e novos sentidos de identidade 07 podem surgir à medida que a convergência continua.

2 - Coevolução de tecnologias biológicas e digitais Esse tipo de convergência biodigital surge quando avanços em um domínio geram grandes avanços no outro. A coevolução das ciências e tecnologias biológicas e digitais permite progressos em cada domínio que seriam impossíveis de outra forma. Isso pode levar a tecnologias biológicas e digitais que são desenvolvidas como sistemas integrados ou complementares.

Sistemas vivos complexos – bactérias, fungos, plantas e vida animal, incluindo humanos – estão cada vez mais sujeitos a exame e compreensão por ferramentas e aplicativos digitais, como aprendizado de máquina. Essa compreensão mais profunda, possibilitada pelas tecnologias digitais, significa que a biologia está sujeita a influências e manipulações que não eram possíveis há alguns anos.

Por exemplo, o sequenciamento de genes combinado com inteligência artificial (IA) leva ao entendimento da expressão genética, que é então usada para alterar organismos existentes para criar compostos orgânicos de novas maneiras 08 ou até mesmo organismos totalmente sintéticos. 09 A abordagem CRISPR/Cas9 e outras novas técnicas de edição de genes teriam sido impossíveis sem a evolução da tecnologia digital e da bioinformática. Os avanços nas tecnologias digitais ajudaram o avanço do biodigital. 10

Também vemos uma maior compreensão da biologia, que está alimentando o progresso no campo da computação biológica. Redes neurais – sistemas de computador projetados com base em cérebros biológicos – são um exemplo de como a compreensão biológica está moldando a tecnologia digital.

Há também uma indefinição entre o que é considerado natural ou orgânico e o que é digital, projetado ou sintético. Por exemplo, a baunilha biossintética é criada usando ácido ferúlico, eugenol e glicose como substratos e bactérias, fungos e leveduras como hospedeiros de produção microbiana. Embora não seja proveniente de uma planta de baunilha, sob a legislação alimentar dos EUA e da UE, sua produção a partir de “transformações microbianas de precursores naturais” permite que seja rotulado como um “aroma natural”. 11

3 - Convergência conceitual de sistemas biológicos e digitais Uma terceira forma de convergência biodigital envolve uma mudança de perspectiva que poderia reformular nosso enquadramento e abordagem aos domínios biológico e digital, facilitando a mistura dos dois.

À medida que continuamos a entender e controlar melhor os mecanismos subjacentes à biologia, podemos ver um afastamento do vitalismo – a ideia de que organismos vivos e não vivos são fundamentalmente diferentes porque se pensa que são governados por princípios diferentes. 12 Em vez disso, a ideia da biologia como tendo características previsíveis e gerenciáveis digitalmente pode se tornar cada vez mais comum como resultado de viver em uma era biodigital. Qualquer estudante de biologia hoje terá crescido em um mundo digital e pode aplicar conscientemente ou inconscientemente esse quadro de referência à bioinformática e à biologia em geral.

De uma perspectiva digital, vemos uma mudança potencial na direção oposta. A computação começou como um meio de produzir resultados previsíveis, replicáveis e relativamente simples. À medida que a tecnologia digital se tornou mais complexa e conectada, o sistema começou a imitar as características do mundo biológico, levando à noção de ecossistemas tecnológicos. Modelos biológicos também estão sendo usados para desenvolver ferramentas digitais, como a IA baseada em redes neurais.

Três maneiras pelas quais a convergência biodigital está surgindo:

1 - Integração física completa de entidades biológicas e digitais

A tecnologia digital pode ser incorporada em organismos e os componentes biológicos podem existir como parte das tecnologias digitais.

2 - Coevolução de tecnologias biológicas e digitais

A coevolução surge quando os avanços em um domínio geram grandes avanços no outro.

3 - Convergência conceitual de sistemas biológicos e digitais

A convergência conceitual envolve uma mudança de perspectiva que pode reformular nosso enquadramento e abordagem aos domínios biológico e digital, facilitando a mistura dos dois.

Por que explorar a convergência biodigital agora? Há sinais suficientes para dar forma a potenciais futuros biodigitais. Esses sinais sugerem que as biociências e a biotecnologia podem estar à beira de um período de rápida expansão – possivelmente análogo à computação digital por volta de 1985.

Naquele ano, a Microsoft introduziu o Windows 1.0, a Atari lançou o computador doméstico Atari ST e o primeiro nome de domínio, symbols.com, foi registrado. A computação estava entrando no mercado de massa, criando valor em muito mais tipos de organizações e contextos do que durante as décadas de mainframes gigantes.

A convergência biodigital está mostrando sinais de uma trajetória semelhante – afastando-se dos modelos centralizados de biotecnologia farmacêutica e industrial em direção ao amplo uso comercial e de consumo. Estes vão desde bioimpressoras que criam tecidos orgânicos até máquinas de biologia sintética que podem ser programadas para criar organismos inteiramente novos. Por exemplo, Printeria é um dispositivo de bioengenharia tudo-em-um que automatiza o processo de impressão de circuitos genéticos em bactérias. Destina-se a ser tão fácil de usar quanto uma impressora doméstica de mesa e está projetada para custar US$ 1.500.

O rápido progresso nas tecnologias biológicas se beneficiou do baixo custo, ampla disponibilidade e capacidades crescentes de processamento digital, armazenamento e comunicação.

No entanto, os próprios atributos únicos e especiais do reino biológico estão influenciando simultaneamente os sistemas digitais. Novas formas de recursos biológicos estão sendo incorporadas às redes digitais, bem como aplicativos e computação de IA, tornando-os mais eficientes e criando novas oportunidades.

A convergência biodigital envolve repensar a biologia como fornecedora de matérias-primas e um mecanismo para desenvolver processos inovadores para criar novos produtos, serviços e formas de ser.

A rápida taxa de mudança e inovação de hoje nos obriga a reavaliar nossa compreensão e expectativas sobre sistemas biológicos e digitais. A convergência desses domínios pode causar mudanças sistêmicas em todos os setores e ter implicações políticas. Os governos podem esperar ser chamados para ajudar a gerenciar os riscos e aproveitar as oportunidades que possam surgir.

Muitos fatores podem afetar como as tecnologias de convergência biodigital podem impactar diferentes sociedades, países, culturas, ambientes e pessoas ao redor do mundo. A seguir, uma das muitas narrativas possíveis que descrevem algumas das inovações em um futuro mundo biodigital.

Acordo com a luz do sol e o ar salgado da costa do mar Adriático. Não moro perto do Mediterrâneo, mas minha IA, que também é minha consultora de saúde, prescreveu uma qualidade do ar, aroma e intensidade solar específicos para gerenciar meus níveis de energia pela manhã e programou meu quarto para imitar isso clima.

Os lençóis frescos cultivados em meu prédio com fungos em regeneração são melhores do que eu imaginava; Sinto-me descansado e pronto para o dia. Preciso verificar algumas coisas antes de me levantar. Eu envio uma mensagem cerebral para abrir o aplicativo que controla meus níveis de insulina e garantir que meu pâncreas esteja com o suporte ideal. Não consigo imaginar ter que me injetar com agulhas como minha mãe fazia quando era criança. Agora é um transplante de micróbio que se ajusta automaticamente e relata meus níveis.

Tudo parece bem, então eu verifico a interface digital do meu cérebro para ler os dados do sonho que foram gravados e processados em tempo real na noite passada. Meu aplicativo de terapia analisa as respostas emocionais que expressei enquanto dormia. Isso sugere que eu reserve um tempo para estar na natureza esta semana para refletir sobre meu sonho recorrente preso em uma caixa e melhorar a atividade neural subconsciente útil. Minha IA recomenda um “dia da floresta”. Eu acho “ok”, e minha IA e implante neural fazem o resto.

O resumo das filmagens de vigilância do meu bugbot mostra que meu apartamento estava a salvo de intrusos (incluindo outros bugbots) na noite passada, mas me notifica que meu rebanho de pequenas libélulas cibernéticas está com fome. Eles trabalharam duro coletando dados e monitorando o ambiente externo a noite toda, mas o número de mosquitos e carrapatos que normalmente caçam para reabastecer suas energias foi menor do que o esperado. Com um pensamento, peço algum suporte nutricional para eles.

Meus pés batem no tapete regenerativo e pego um roupão de banho, embora não precise dele para me aquecer. Meu apartamento está gradualmente se aquecendo a confortáveis 22 graus, enquanto passa por uma rotina diária em constante mudança que me mantém em equilíbrio com a hora do dia e a estação do ano. Os códigos de construção e a infraestrutura de energia doméstica são sincronizados e exigem que todas as residências sejam autorreguladas para eficiência. Como casas e edifícios são biomiméticos e incorporam sistemas vivos para controle climático sempre que possível, eles filtram continuamente o ar e capturam carbono. Verifico minha medida de compensação de carbono para ver quanto crédito receberei pela contribuição da minha casa para o programa de mitigação das mudanças climáticas do governo.

Enquanto vou para o banheiro, paro na janela para verificar o crescimento acelerado do prédio vizinho. A arquitetura biológica atingiu novos patamares e os compostos sintéticos das árvores estão crescendo mais a cada dia. Para garantir que o edifício possa suportar até os ventos mais fortes – e para reduzir a oscilação das residências nos andares superiores – uma impressora 3D robótica está escalando a estrutura emergente e adicionando biopolímero reforçado com carbono, fortalecendo os pontos críticos de estresse identificados por sua tecnologia suportada por IA. matriz de sensores. Estou feliz por terem decidido arborizar o telhado deste edifício com cedro vermelho resistente ao fogo, geneticamente modificado, uma vez que os incêndios florestais urbanos tornaram-se uma preocupação.

Enquanto escovo os dentes, Jamie, minha IA pessoal, pergunta se eu gostaria que um drone de entrega viesse buscar o dente de leite da minha filha, que caiu há dois dias. Os marcadores epigenéticos nos dentes das crianças precisam ser analisados e catalogados em nosso blockchain genético familiar para se qualificar para o desconto de saúde aberto, então preciso que seja feito hoje.

Substituo o adesivo inteligente que monitora a química do meu sangue, o sistema linfático e a função dos órgãos em tempo real. É difícil imaginar os custos e o sofrimento que as pessoas devem ter suportado antes que a medicina preventiva personalizada se tornasse comum.

Além disso, admito que soa nojento, mas é uma coisa boa que o município coleta nossas fezes dos canos de esgoto. Faz parte da plataforma analisar dados sobre diversidade nutricional, bactérias intestinais e uso de antibióticos, para auxiliar na triagem de saúde pública e combater cepas de infecções bacterianas resistentes a antibióticos.

Supostamente, o próximo download para minha pia inteligente me permitirá escolher uma mistura biótica personalizada para minha água potável sem cloro.

O detalhamento do microbioma de hoje é exibido na frente da minha geladeira quando entro na cozinha. Está acompanhando uma mudança constante à medida que me aproximo da meia-idade: hoje sugere sopa de missô como parte do meu café da manhã, porque meu bioma precisa de mais diversidade como resultado do estresse recente e da falta de alimentação na noite passada.

Os prédios do meu bairro compartilham uma fazenda vertical, então recebo créditos de carbono comendo missô feito de soja produzida no meu telhado e fermentada na minha geladeira.

Minha geladeira programa a produção de mais missô e kimchi em preparação para a próxima semana. Ele também adiciona ingredientes que estimulam o sistema imunológico ao meu pedido de supermercado porque estamos nos aproximando da temporada de gripe, e uma cepa à qual provavelmente sou suscetível foi detectada a apenas alguns quarteirões de distância.

Eu tomo meu suplemento inteligente, que acabou de sair da minha bioimpressora. O suplemento ajusta os nutrientes e micróbios adicionais de que preciso e envia dados sobre meu corpo de volta à minha bioimpressora para ajustar o suplemento de amanhã. O ciclo de feedback entre mim e minha bioimpressora também armazena dados diários na nuvem para futuras métricas de saúde preventivas. O monitoramento em tempo real dos meus triglicerídeos é importante, dados meus marcadores genéticos.

Enquanto meu café é servido, verifico o último projeto escolar da minha filha, que vem crescendo no balcão desde a semana passada. Ela está cultivando um fígado para um filhote local necessitado como parte de sua iniciativa de empatia na escola. Mais células-tronco estão a caminho de iniciar um rim também, porque ela quer ajudar mais animais. Pego meu café, preparado com uma nova variedade de grãos com certificação negativa em carbono, e sento no sofá por um minuto.

Parece que o tratamento com nutrientes que pintei na superfície do sofá e das cadeiras permitiu que eles rejuvenescessem. Vou ter que tentar o tratamento nos meus tênis de corrida bioimpressos, pois eles estão começando a se desgastar.

Oh uau - é esse o momento? Tenho apenas 10 minutos antes da minha primeira reunião virtual. Aperto o cinto da minha cadeira de força esqueleto-muscular, me inclino para trás e entro no meu espaço de trabalho. Primeiro, recebo o debrief dos colegas que terminam o dia de trabalho do outro lado do mundo. Estremeço momentaneamente ao pensar em quão intimamente estamos todos conectados nesta biosfera digital – então passa. Deixe o dia começar.

Esta história pode parecer absurda, no entanto, todas as tecnologias mencionadas existem de alguma forma hoje. Embora ainda não estejam comercialmente disponíveis na forma apresentada aqui, um mundo onde tomamos como certa a interação entre tecnologias biológicas e digitais já está começando a surgir.

Embora esta seja uma representação de tecnologias que poderiam fazer parte de um mundo biodigital, não representa o único futuro plausível. Em vez disso, é uma vinheta imaginativa que descreve as mudanças radicais que podem ocorrer dentro de um futuro biodigital otimista. Níveis variados de acesso, adoção e realidades alternativas podem existir.

Que novas capacidades surgem da convergência biodigital?

Já estamos experimentando a combinação de sistemas digitais e biológicos por meio de novos produtos, plataformas, serviços e indústrias.

A convergência biodigital está abrindo maneiras surpreendentemente novas para:

mudar os seres humanos – nossos corpos, mentes e comportamentos

mudar ou criar outros organismos

alterar ecossistemas

detectar, armazenar, processar e transmitir informações

gerenciar a inovação biológica

estruturar e gerenciar cadeias de produção e suprimentos

A Tabela 1 descreve as novas capacidades produzidas pela convergência dos domínios digital e biológico.

Tabela 1: Novas capacidades produzidas pela convergência de sistemas digitais e biológicos.

Que novos recursos estão se abrindo? Que combinações de tecnologias biológicas e digitais permitem isso? O que é possível hoje?Novas maneiras de mudar os seres humanos – nossos corpos, mentes e comportamentosAlterando o genoma humano – nossos principais atributos e características biológicas

Avanços no sequenciamento e edição de genes, como CRISPR/Cas9;

O aprendizado de máquina ajuda os cientistas a prever quais genes segmentar para edição;

Os primeiros bebês do mundo a ter seu genoma editado nascem na China 14;

Biologia molecular aprimorada por ferramentas da ciência da computação 15;

Monitorar, alterar e manipular pensamentos e comportamentos humanos

As neurotecnologias lêem os sinais cerebrais para monitorar a atenção e gerenciar a fadiga;

Aplicativos digitais podem ajudar a melhorar a saúde do cérebro;

SAP e EMOTIV colaboram para ajudar os funcionários da SAP a gerenciar o estresse 16;

Os americanos gastaram US$ 1,9 bilhão no ano passado em aplicativos para manter seus cérebros afiados 17;

Novas maneiras de monitorar, gerenciar e influenciar as funções corporais, bem como prever, diagnosticar e tratar doenças

O sequenciamento genético de amostras inteiras nos ajuda a entender ambientes complexos, como o microbioma humano;

Dispositivos digitais podem ser usados ou embutidos no corpo para tratar e monitorar a funcionalidade;

Os sistemas de aprendizado de máquina podem prever a mortalidade e os resultados do tratamento;

A biópsia líquida do Guardant é mais precisa e rápida do que a biópsia de tecido em pacientes com câncer de pulmão 18;

Pesquisadores da Universidade de Waterloo desenvolvem um sensor autoalimentado para monitoramento médico 19;

Patente da Amazon permitirá que Alexa detecte tosse ou resfriado 20;

IA fornece previsão confiável de resultado de coma 21;

Criando novos órgãos e aprimorando a funcionalidade humana

Tecidos impressos em 3D baseados em designs digitais e ferramentas de produção podem criar órgãos personalizados;

Biohacking com dispositivos digitais implantados para melhorar as funções corporais;

Bioengenheiros imprimiram com sucesso estruturas em 3D que imitam tecido pulmonar e vasos sanguíneos 22;

Rins cultivados em laboratório mostraram-se totalmente funcionais em receptores de animais 23;

Chips implantados para uma versão altamente pessoal de autenticação de dois fatores 24;

Novas maneiras de experimentar e interagir com o mundo

Interfaces cérebro-máquina que permitem que as máquinas sejam controladas por meio de sinais cerebrais;

Próteses que usam algoritmos de aprendizado de máquina para expandir a funcionalidade e a sensibilidade;

A Neuralink anunciou uma plataforma de interface cérebro-máquina integrada com milhares de canais 25;

A Infinite Biomedical tem seu sistema de controle protético baseado em aprendizado profundo aprovado pela FDA 26;

FDA divulga orientação regulatória sobre próteses controladas pelo cérebro 27;

Criando novos órgãos e aprimorando a funcionalidade humana

Técnicas de aprendizado de máquina para simular o dobramento de proteínas e contribuir para o design de medicamentos;

Tecido de impressão 3D para testar terapias;

Nanobots e nanomateriais podem operar e entregar drogas com precisão dentro de criaturas vivas;

O aprendizado de máquina pode prever o resultado de ensaios clínicos;

Algoritmos de dobramento de proteínas de IA resolvem estruturas mais rápido do que nunca 28;

Os cientistas neozelandeses Shalini bioimprimem células tumorais, na esperança de desenvolver tumores para ver quais tratamentos funcionam melhor 29;

Pequenos robôs rastejam pelo estômago do rato para curar úlceras 30;

Pesquisadores do MIT aplicam técnicas de IA para prever resultados de ensaios clínicos 31;

Novas maneiras de mudar ou criar outros organismosAlterar o tipo ou a quantidade de insumos que os organismos precisam para crescer

Avanços no sequenciamento e edição de genes, como CRISPR/Cas9;

A fotossíntese aprimorada em plantas de tabaco transgênicas as torna 40% mais produtivas 32;

Criando organismos inteiramente novos com características personalizadas;

A biologia sintética se inspira na biologia, engenharia, ciência da computação e física para o projeto e construção de novas entidades biológicas;

A inteligência artificial pode ajudar a projetar microrganismos com características específicas;

Assim como as ferramentas de desenho assistido por computador (CAD), muitos softwares de código aberto ajudam os pesquisadores a analisar e projetar circuitos genéticos complexos em organismos vivos que atendem a funções específicas 33;

Gingko Bioworks projeta organismos personalizados “para substituir a tecnologia pela biologia” 34;

Cientistas usam aprendizado de máquina para acelerar a produção de biocombustíveis 35;

Assim como os circuitos digitais, um 'biomultímetro' chamado PERSIA permite aos pesquisadores medir funções biológicas de circuitos genéticos in vitro e em tempo real 36;

Mudando o que e como os organismos produzem substâncias

Avanços no sequenciamento e edição de genes, como CRISPR/Cas9;

Pesquisadores usam bactérias para sintetizar butanol a partir de água, CO2 e luz solar 37;

Novas maneiras de alterar os ecossistemasMudando e erradicando espécies inteiras

Edição de linhagem germinativa usando abordagens como CRISPR e unidades genéticas que criam novas maneiras de alterar ecossistemas ou vida selvagem;

Target Malaria libera mosquitos geneticamente modificados em Burkina Faso em teste de transmissão genética 38;

Alterando o ambiente natural em escala

Abordagens de geoengenharia que modelam com precisão a captura de carbono ou a refletância solar;

Engenharia de microrganismos em turfeiras para armazenar e capturar carbono e compensar as mudanças climáticas 39;

Prevendo e gerenciando a disseminação de organismos

A epidemiologia digital depende de tecnologias e análises de comunicação digital para rastrear doenças;

Flutracking 40 e InfluenzaNet usam redes de voluntários conectadas digitalmente para rastrear surtos de gripe;

Novas maneiras de sentir, armazenar, processar e transmitir informaçõesNovas maneiras de armazenar informações usando sistemas biológicos ;

Armazenar grandes quantidades de informações digitais em sistemas biológicos por períodos mais longos do que a tecnologia atual;

A Microsoft e a Universidade de Washington demonstram o primeiro sistema de armazenamento de dados de DNA totalmente automatizado 41;

Transformando organismos em biocomputadores

Usando organismos biológicos e atributos para realizar computação;

CRISPR usado para construir computadores dual-core dentro de células humanas 42;

Criação de materiais biomiméticos

Inspirando-se em sistemas biológicos para projetar sistemas eletrônicos e digitais mais eficientes;

Pesquisadores criam pele artificial e sistemas nervosos com maior sensibilidade que a pele humana 43;

Novas maneiras de gerenciar inovação biológica, produção e cadeias de suprimentosAbordagens de pesquisa e produção mais eficientes e escaláveis

Usando sistemas digitais para aumentar a produção biológica;

Usando sistemas digitais para automatizar a pesquisa;

Fraunhofer automatiza o cultivo de microalgas em fotobiorreatores 44;

A automação do laboratório está acelerando a pesquisa 45;

Os agricultores de robôs plantaram e colheram com sucesso a cevada por conta própria 46;

Rumo à descoberta autônoma de antibióticos 47;

Gestão da cadeia de suprimentos cada vez mais aberta e eficiente

O aprendizado de máquina e os livros distribuídos podem rastrear materiais e ajudar na auditoria;

Blockchain se torna uma 'fonte de verdade' para biofarma 48;

Colaboração aberta em linhagens celulares e genomas para apoiar a pesquisa

Redes digitais para auxiliar na troca eficiente de materiais biológicos e código;

The Frozen Farmyard: criando um repositório de linha de células de carne limpa 49.

Quais são as possíveis características do sistema biodigital? Com base nos sinais iniciais, as características do sistema biodigital podem incluir:

democratização

descentralização

difusão geográfica

escalabilidade

costumização

dependência de dados

O seguinte descreve cada característica potencial do biodigital e seu impacto potencial.

Democratização Até recentemente, a biologia celular e a biotecnologia eram geralmente desenvolvidas e produzidas em laboratórios estéreis e fábricas especializadas, usando equipamentos e conhecimentos caros.

Agora, os avanços em software e hardware estão removendo essas restrições às biociências e à produção de biotecnologia. A capacidade de controlar sistemas remotamente e transmitir conjuntos de instruções em formato digital, bem como níveis mais altos de automação, estão aproximando a produção baseada em biologia dos consumidores.

Por exemplo, kits de bioengenharia ou CRISPR por correspondência permitem que biohackers comprem e pratiquem alterações genéticas em casa. Uma gama de opções de consumo on-line relativamente acessíveis inclui um “Kit de Iniciação de Design Genético” de 30 dólares, permitindo que um novato insira um gene em uma água-viva para fazê-la brilhar no conforto da mesa da cozinha. 50 Outro kit CRISPR permite que os compradores façam edições de genoma em bactérias que podem se reproduzir por 159 dólares. 51 Um terceiro kit inicial de “biologia molecular e engenharia genética” custa menos de US$ 170. 52

O custo decrescente do sequenciamento do genoma é outro exemplo de biotecnologia se tornando mais amplamente disponível. O primeiro sequenciamento completo do genoma (lendo todos os 3 bilhões de pares de bases) em 2003 levou 13 anos e custou mais de 3 bilhões de dólares. Em 2016, o preço caiu para aproximadamente 1000 USD. Em julho de 2019, custou 599 dólares, e a empresa de genética pessoal Veritas Genetics prevê que cairá para menos de 200 dólares até 2022. 53 Como resultado, surgiu um mercado consumidor de genotipagem (que sequencia menos de 1% do genoma) para apoiar pessoas interessadas em sua herança ou descobrir informações de saúde direcionadas, tipificadas por serviços como 23andme.com.

Descentralização Podemos ver uma produção mais descentralizada à medida que as capacidades da biologia sintética aumentam. Os produtos que precisavam ser criados ou extraídos em uma localização geográfica específica poderiam ser produzidos mais amplamente à medida que os humanos melhorassem na montagem – ou no cultivo – de compostos orgânicos e não orgânicos por meio de processos químicos e biológicos mais rápidos, baratos e personalizados.

Isso inclui a capacidade de criar alimentos e produzir carne sem a necessidade de terras aráveis. 54 A carne cultivada em laboratório – células que se desenvolvem para produzir células musculares e carne cultivada em um ambiente monitorado – pode ser um divisor de águas na descentralização de vários setores, da agricultura ao transporte.

A empresa japonesa de biotecnologia Spiber desenvolveu uma proteína geneticamente modificada chamada Brewed Protein 55 que pode ser usada como têxtil na indústria da moda ou como material robusto nas indústrias de construção e automobilística. E a biomassa produzida localmente por biorreatores baseados em algas 56 capturando dióxido de carbono poderia ser transformada em produtos como combustíveis, plásticos e cosméticos.

Difusão geográfica A descentralização pode permitir que economias carentes de recursos naturais concorram com nações ricas em recursos para a produção de bens, usando tecnologias biodigitais para produzir materiais que antes precisavam ser importados.

O crescente interesse em pesquisas de código aberto e disponíveis publicamente pode permitir uma rápida difusão geográfica. De maneira mais geral, a difusão do conhecimento biodigital pode ocorrer rapidamente se houver vontade de compartilhar informações. Alguns pesquisadores estão permitindo o acesso a todos os seus dados. Por exemplo, bioengenheiros pioneiros da Universidade de Washington estão comercializando avanços recentes em órgãos 3D. Por meio de sua empresa, a Volumetric, eles disponibilizaram gratuitamente todos os dados de origem de seus experimentos em redes vasculares impressas em 3D.

Escalabilidade O escalonamento rápido pode ser possível nos mundos digital e biológico. Os dados podem ser copiados rapidamente e organismos biológicos simples geralmente podem se replicar facilmente. Isso significa que uma unidade de produção adicional em ambos os domínios pode ser criada de forma rápida e fácil.

Em outras palavras, a economia biodigital pode ser caracterizada por custos marginais de produção muito baixos. Desde que haja competição entre os provedores, essa característica pode reduzir significativamente o custo de muitos bens ou serviços biodigitais para os consumidores.

Os baixos custos marginais de produção e a facilidade de replicação também significam que as inovações na economia de convergência biodigital podem ser altamente escaláveis.

Costumização Os sistemas biológicos são simultaneamente simples e complexos. Como sistemas dinâmicos, eles podem responder de maneiras imprevistas ou causar múltiplos impactos que não podem ser facilmente desembaraçados. Essa complexidade é uma característica dos sistemas biológicos e não um bug, pois significa que os sistemas podem ser altamente adaptáveis e variados. Isso sugere que pode haver muitos caminhos para obter os resultados desejados e, consequentemente, o potencial para altos graus de customização.

Abordagens e dispositivos de produção podem alavancar essa complexidade para produzir várias saídas biológicas personalizadas de sistemas únicos. Por exemplo, economias de escopo permitem que empresas que desenvolvem biologia sintética produzam centenas de organismos e produtos diferentes com processos semelhantes.

No contexto da saúde, um exemplo de complexidade biológica é refletido em nossa compreensão cada vez maior do microbioma humano – os trilhões de bactérias não humanas que vivem em nossos corpos, estimadas em igual ou superior em número às nossas próprias células humanas. Nosso microbioma influencia muitos aspectos diferentes de nossas vidas, da digestão ao humor e ao odor corporal. Terapias biodigitais direcionadas a microbiomas, personalizadas para máxima eficiência, podem surgir primeiro.

Confiança em dados As tecnologias e aplicações com convergência biodigital não poderão operar sem muitos dados. Por exemplo, o campo da bioinformática usa ferramentas digitais e análise de dados para entender os sistemas biológicos, 59 incluindo a implantação de algoritmos de aprendizado profundo para analisar imagens de células para detectar padrões que os humanos achariam impossíveis de discernir. 60 Técnicas como o sequenciamento de genes de última geração são extremamente intensas em dados, criando novos desafios com compartilhamento, arquivamento, integração e análise desses dados.

O mercado global de bioinformática está projetado para crescer de 7,73 bilhões de dólares em 2018 para 13,50 bilhões de dólares em 2023, a uma taxa de crescimento anual composta de 14,5%. 62 A taxa de crescimento de dados para alimentar essa expansão pode exceder isso.

Os dados necessários são muito variados. A montante dos processos de produção, os dados também podem ser um ativo importante na forma de genomas, fenótipos e contextos ambientais de um conjunto diversificado de seres humanos e uma ampla gama de organismos únicos. A bioprospecção já é um aspecto importante do desenvolvimento de medicamentos e pode ganhar importância – e provocar maior controvérsia na área da saúde.

O pleno potencial da convergência biodigital pode, portanto, exigir um fluxo constante de dados. Capturar, gerenciar, compartilhar e governar esses dados pode se tornar um processo de uso intensivo de recursos e um setor mais desenvolvido em si.