ДНК-генеалогия

Дивный новый мир биологии

("Foreign Affairs", США)
Революция в области синтетической биологии: перспективы и риски

Лори Гаррет (Laurie Garret)


В мае 2010 года самый богатый и влиятельный человек в мире биотехнологий явил миру еще одно новое создание. Джон Крейг Вентер вместе со специалистами из принадлежащей ему компании начал с ДНК и построил генетическую последовательность нуклеотидов, объем которой превышает один миллион бит информации. Семь лет назад Вентер стал первым в мире ученым, которому удалось создать живое существо из информации. Однажды, просматривая длинную цепочку букв, представляющих собой последовательность ДНК вируса бактериофага phi-X174, Вентер вдруг подумал: «А ведь я смогу на основе этой компьютерной информации собрать реальную ДНК». Он так и сделал, создав вирус на основе геномного кода бактериофага phi-X174. Позже ученый использовал тот же самый метод для сборки ДНК более крупного и сложного объекта. Группа Вентера создала искусственную клетку бактерии, вставив в нее искусственную ДНК, после чего ученые стали наблюдать за тем, как синтезированная ими органическая форма жизни движется, питается, дышит и воспроизводит себя.

Своими экспериментами Вентер попытался предостеречь слишком уж забывчивое человечество и показал, что нас всех ожидает. Так, например, в 2009 году в одном из своих интервью он предупредил: «Мы полагаем, что, если мы активировали геном, то сам этот факт уже, вероятно, заставит людей изменить представления о живом мире». Свою новую технологию Вентер назвал «синтетической геномикой», которая «появится сначала в цифровом компьютерном мире на базе цифровой биологии, а затем научится создавать новые модификации ДНК для вполне конкретных целей. … Это может означать, что по мере познания законов существования различных форм жизни, человек сможет создавать самообучающиеся робототехнические и вычислительные системы. … Cказанное означает наступление новой эры очень быстрого обучения, – продолжил Вентер. – И это не единственный аспект человеческой жизнедеятельности, которая, вполне возможно, полностью изменится благодаря новым технологиям».

Сегодня кое-кто уже называет работу Вентера по созданию новых искусственных бактерий “4-D печатью”. Напомню, что 2-D печать – это самый обычный процесс печати, который начинается после нажатия на клавиатуре клавиши “Print”, в результате чего самый обыкновенный принтер выдает вам распечатанную статью и т.п. Однако промышленные компании, дизайнерские бюро и другие потребители уже переходят на 3-D печать – в этом случае сигнал подается к устройствам, содержащим всякие материалы типа пластмассы, графита и даже продукты питания, а на выходе мы получаем трехмерные продукты. В случае 4-D печати добавляются две важные операции: самосборка и самовоспроизведение. Сначала идея формализуется и попадает в компьютер, затем отправляется на 3-D принтер, и на выходе мы получаем конечный продукт, способный себя копировать и трансформировать. Скайлар Тиббитс (Skylar Tibbits) из Массачусетского технологического института создает при помощи твердых материалов сложные физические вещества, которые он называет “программируемыми материалами, которые выстраивают сами себя”. Вентер и еще несколько сотен специалистов в области синтетической биологии утверждают, что 4D-печать особенно хорошо подходит для конструирования живых объектов с помощью кирпичиков, из которых состоят сами живые объекты, то есть из ДНК.

После того, как его команда впервые создала геном вируса phi-X174, Вентер решил тщательно разобраться в следующем вопросе: как синтетическая геномика отразится на национальной безопасности страны и повлияет на здоровье граждан. Как предостерегается в докладе, регулировать деятельность в этой новой сфере науки мешают две следующие проблемы. Первая состоит в том, что стоимость работ в области синтетической биологии (или “синбио”) настолько снизилась, а методика проведения упростилась, что теперь их могут проводить даже обычные люди, не получившие никакого фундаментального биологического образования. Именно по этой причине принципы профессиональной этики, профессиональные стандарты и стандарты безопасности в этой новой сфере деятельности будут размываться. Вторая проблема состоит в том, что существующие стандарты, которые в США и других развитых странах в некоторых случаях все же регулируются государственными учреждениями, отстали от жизни, а потому устарели; к тому же многие молодые специалисты с этими стандартами, как правило, не знакомы.

Группа Вентера пришла к выводу, что по мере снижения затрат в области синтетической биологии, интерес к этой сфере будет увеличиваться, причем на передний план будут выходить этические и практические вопросы. И здесь прогноз ученых оказался как никогда точным. Синтетическая геномика в сочетании с другим прорывным направлением в биологии – так называемыми исследованиями неоморфных мутаций (или как их еще называют мутациями приобретения функции или GOF-исследованиями) – не только открывает огромное количество новых перспектив, но вместе с этим задает множество трудных вопросов и создает угрозы для национальной безопасности. И в результате научное сообщество уже вовсю принялось обсуждать проблемы, связанные с “искусственной эволюцией”, направляемой человеком, и дотошно изучать всякие эксперименты, в результате которых человек наделяет относительно безвредные бактерии инфицирующими свойствами. А в это же самое время те организации, которым положено заниматься предотвращением глобального биотерроризма и обеспечением биобезопасности, как-то уж очень отстают, они еще не научились правильно классифицировать угрозы и эффективно с ними бороться.

В Соединенных Штатах Конгресс и исполнительная власть тоже пытаются создавать списки известных патогенов и токсинов, а также разрабатывать меры по надзору, контролю и борьбе с ними. Еще больше от них отстали правительства других стран и международные институты, такие как ООН и Конвенция о биологическом оружии. Одним словом, регулирующие меры ориентированы на биологический мир прошлого – а там ученые, как и встарь, продолжают наблюдать за жизнью со стороны, описывая ее элементы и процессы; в ходе экспериментов они изменяют внешние условия, а затем смотрят, что из этого получится. Но в новой биологической науке ученые уже сами получают возможность конструировать жизнь и изучать ее изнутри. Вот что по этому поводу заметил Вентер в 2009 году: “У вас крышу снесет, если вы узнаете о том, каких результатов мы достигли к настоящему моменту”.

Программирование жизни

Вскоре после того, как все узнали об уникальном эксперименте Вентера, Институт медицины при Национальной академии наук собрал группу экспертов, которые должны были разобраться, каким образом новый биологический мир повлияет на этические и научные вопросы, а также на область национальной безопасности. Эндрю Эллингтон и Джаред Эллефсон из Техасского университета в Остине утверждают, что новое поколение биологов уже занимает новые научные рубежи и начинает смотреть на живые организмы и ДНК точно так же, как в свое время маги хай-тека, создавшие IBM, Cisco и Apple, смотрели на микросхемы и транзисторы. В каждой из этих двух сфер имеется значительный частный сектор и научный потенциал, обе сферы взаимодействуют друг с другом, объединяются и трансформируются. И вот уже специалисты-компьютерщики начинают говорить о “вычислениях на базе ДНК”, а специалисты в области синтетической биологии уже поговаривают о “живых монтажных платах”. Теперь биолог стал инженером, который программирует новые формы жизни как ему вздумается.

Джеральд Джойс из Исследовательского института Скриппса в Ла-Хойя, Калифорния, обеспокоен тем, что по мере размывания границ между этими областями биологи теперь все больше способны управлять эволюцией, т.е. мы являемся свидетелями “конца дарвинизма”. По замечанию Джойса, “жизнь на Земле продемонстрировала чрезвычайную устойчивость и изобретательность, сумев адаптироваться к самым разнообразным условиям обитания. Но, пожалуй, самым значительным изобретением, которое придумала жизнь, следует признать генетическую систему – вот уж где поистине нет предела для изобретательности! И в ближайшее время подобного результата синтетические биосистемы, вероятно, достигнуть не смогут. Однако, как только информационные макромолекулы получат возможность наследовать полезные мутации путем самоподдерживающейся дарвиновской эволюции, они могут начать порождать новые формы жизни”.

Мы не преувеличиваем. Все ключевые барьеры на пути искусственного синтеза вирусов и бактерий преодолены, по крайней мере в экспериментах. В 2002 году ученые Университета штата Нью-Йорк в Стоуни-Брук создали живой вирус полиомиелита на основе его генетического кода. А уже через три года ученые, обеспокоенные пандемией гриппа, решили в исследовательских целях воссоздать смертоносный вирус испанского гриппа (печально знаменитой “испанки”, свирепствовавшей в 1918 году), выявив ключевые элементы вирусных генов, благодаря которым в свое время этот вирус менее чем за два года убил около 50 миллионов человек. Все это привело к тому, что проблема технологий двойного назначения, которая впервые век назад возникла в химии, а через некоторое время коснулась физики, в настоящее время встала и перед биологией.

В свое время, где-то в промежутке между 1894 и 1911 годами, немецкий химик Фриц Габер (Haber) предложил способ массового производства аммиака. Эта работа произвела революцию в сельском хозяйстве, в результате которой появились современные предприятия по производству удобрений. Но та же самая работа Габера помогла создать химическое оружие, использованное германской армией во время Первой мировой войны – выходит, работа Габера привела как к благоприятным, так и к неблагоприятным последствиям. Через три года после того, как Габеру вручили Нобелевскую премию по химии [Габер получил Нобелевскую премию в 1918 году – прим.перев.], его соотечественнику Альберту Эйнштейну дали Нобелевскую премию за вклад в физику. Эйнштейновская теория относительности и гравитации, связав массу и энергию, не только помогла разгадать тайны Вселенной и проложила путь к использованию ядерной энергии, но также привела к созданию атомной бомбы.

Словом, проблема так называемых исследований двойного назначения, вызывающих опасения (DURC), – тех самых исследовательских работ, которые могут приводить как к благоприятным, так и к опасным и непредсказуемым последствиям, – уже давно проявила себя в химии и физике. В результате появились международные договоры, призванные ограничивать те физические и химические исследования, которые потенциально способны привести к неблагоприятным последствиям. А вот биологическая наука здесь сильно запоздала, и это при том, что Соединенные Штаты, Советский Союз и многие другие страны продолжали вести разработки такого оружия, но международно-правовых ограничений в данной области было относительно немного. Пока что все это не привело к значительным военным последствиям, поскольку те, кто стремится использовать биологическое оружие, еще не научились быстро распространять патогенные микроорганизмы или же направленно их использовать в отношении конкретных целей. Но вскоре ситуация может измениться.

Обеспокоенность по поводу технологий двойного назначения в биологии стала широко проявляться в течение последних двух лет, поскольку именно в это время стали проводиться GOF-исследования, предназначенные для борьбы с потенциальными патогенами, которых сначала искусственно создавали в лабораторных условиях. 12 сентября 2011 года на Мальте Рон Фушье (Fouchier) из Медицинского центра имени Эразма выступил на конференции, проводимой в рамках Европейской научной рабочей группы по гриппу. Он объявил о том, что нашел способ превратить вирус H5N1, поражающий почти исключительно птиц, в одну его разновидность, способную заражать человека. Как известно, согласно статистике, на тот момент вирусом H5N1 заразились только 565 человек, предположительно, в результате контакта с птицами; из общего числа зараженных умерли 331 человек (59%). Теперь сравним: во время пандемии гриппа 1918 года коэффициент смертности составлял лишь 2,5%, что привело к гибели более чем 50 миллионов человек. Таким образом, оказывается, что вирус H5N1 потенциально способен привести к катастрофическим последствиям. Хорошо, что в результате мутации не образовалась разновидность вируса, который может легко заражать человека. Во время конференции на Мальте Фушье заявил, что его группе, финансируемой Национальными институтами здравоохранения США (National Institutes of Health), удалось “создать адскую модификацию из штамма H5N1”, т.е. получить из птичьего гриппа его разновидность, способную заражать хорьков (лабораторных дублеров человека). И затем, добавил Фушье, он сделал “нечто очень и очень глупое”, а именно: ватным тампоном ученый коснулся носа зараженных хорьков и использовал собранные штаммы вируса для заражения другой группы животных; он повторял этот процесс до тех пор, пока не удалось получить модификацию H5N1, способную заражать млекопитающих воздушно-капельным путем.

«Этот вирус очень опасен», – заявил Фушье в интервью журналу “Scientific American”, после чего задал риторический вопрос: «А нужно ли вообще проводить эти эксперименты?» – и сам же ответил утвердительно. По его мнению, такие эксперименты могут помочь с выявлением наиболее опасных из существующих в природе штаммов гриппа, а потом разработать вакцину с нужными характеристиками и предупредить мир о том, что вирус H5N1 вполне вероятно способен передаваться воздушно-капельным путем. Вскоре после сенсационного заявления Фушье, вирусолог из Висконсинского университета Йошихиро Каваока, также получивший финансирование от Национальных институтов здравоохранения США, сообщил о том, что он также провел подобные эксперименты и тоже получил штамм птичьего гриппа H5N1, который способен заражать хорьков воздушно-капельным путем. Каваока очень осторожно модифицировал опытный образец штамма H5N1 с тем, чтобы сделать его менее опасным для человека. Оба исследователя проводили свои эксперименты с соблюдением повышенных норм безопасности в соответствии с требованиями по третьему уровню биологической безопасности (BSL-3). Напомним, что всего имеется четыре уровня биологической безопасности, самый нижний – BSL-1, а самый высокий – BSL-4.

Несмотря на меры предосторожности, Фушье и Каваока навлекли на себя гнев многих специалистов по национальной безопасности и экспертов в области здравоохранения, которые требовали ответа на вопрос, чем могло быть оправдано преднамеренное создание штаммов, способных в принципе вызвать пандемию гриппа? К хору возмущенных голосов присоединился также один мало кому известный консультативный комитет при Национальных институтах здравоохранения США, а именно – Национальная научная консультативная комиссия США по вопросам биологической безопасности (National Science Advisory Board for Biosecurity), которая в 2011-12 годах провела несколько острых по накалу заседаний. Эта консультативная комиссия первой попыталась смягчить негативные последствия экспериментов со штаммами H5N1 и по этой причине уже в декабре 2011 года запретила публиковать методику создания новых модификаций вируса H5N1, способных заражать млекопитающих. Журналы Science и Nature должны были изъять из текстов статей Фушье и Каваоки те разделы, в которых содержится практическая часть, поскольку некоторые члены консультативной комиссии забеспокоились, что данная информация может послужить в качестве справочного пособия для террористов.

Особое беспокойство проявил член консультативной комиссии и эксперт в области здравоохранения Майкл Остерхольм из Миннесотского университета. Он предупредил, что наступил переломный момент и поэтому ученым необходимо сделать паузу и разработать стратегии, дающие гарантии, что в будущем подобная работа будет проводиться на благо общества с соблюдением норм безопасности. «Этот вопрос действительно должен рассматриваться многими сторонами на международном уровне, – заявил Остерхольм журналистам. – Грипп фактически сам по себе представляет отдельную большую тему. В отличие от гриппа, множество других возбудителей болезней, с которыми велись эксперименты в рамках четвертого уровня биобезопасности (BSL-4), не дали заразных штаммов. Но я не припомню, чтобы какой-то из возбудителей мог бы так же быстро распространяться по всему миру, как грипп».

Микробиолог Пол Кейм из Университета Северной Аризоны, который председательствовал в Национальной научной консультативной комиссии США по вопросам биологической безопасности, оказал большую помощь ФБР в выявлении преступника, рассылавшего в 2001 году письма, зараженные сибирской язвой. Чтобы определить происхождение спор язвы, помещенных в зараженные конверты и разосланные нескольким офисам СМИ и политическим лидерам, Кейм разработал новые методы генной дактилоскопии. Кейм согласился с мнением Остерхольма по поводу многих проблем общественной безопасности. Теперь, после инцидента с конвертами, зараженными сибирской язвой, биотерроризм вызывает у Кейма наибольшую тревогу. «Пока мы доподлинно не можем сказать, что в ходе именно этих [экспериментов] было создано средство, способное уничтожить мир. А может, его создадут в ходе последующей серии экспериментов, от которых и будет исходить угроза, – заявил Кейм журналистам. – Вот именно на этом и должна быть сфокусирована общемировая дискуссия».

Таким образом, решение о запрещении публиковать методику создания новых модификаций вируса H5N1, принятое в декабре 2011 года, ничего не решило, и потому четыре месяца спустя консультативная комиссия его отменила. В 2012 году Фушье и Каваоке удалось опубликовать в журналах Science и Nature обе свои работы без купюр, а временный мораторий на эксперименты с вирусом гриппа в рамках исследований двойного назначения был в конце концов снят. В начале 2013 года Национальные институты здравоохранения издали ряд директив по обеспечению биологической безопасности, санкционирующие исследования в области неоморфных мутаций ортомиксовирусов, но ограничения применяются только в отношении работ по вирусу гриппа. Остерхольм, Кейм и большинство ярых противников таких экспериментов отступили, позволив консультативной комиссии сделать шаг назад в темноту.

Глобальное лечебное средство?

В последние два года Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) провела две встречи на высшем уровне в надежде найти глобальное решение следующего вопроса: как поступить с открытым ящиком Пандоры в результате экспериментов со штаммами H5N1? Самая большая проблема с точки зрения ВОЗ состояла в том, чтобы ученые, исследующие штаммы гриппа, не нарушали хрупких межгосударственных соглашений по эпидемиологическому надзору и обмену информацией о вспышках эпидемий – а это очень реальная проблема, учитывая, что на подписание в 2005 году договора о Международных медико-санитарных правилах (этот договор наделяет ВОЗ полномочиями в случае эпидемии и обязывает все государства проводить мониторинг инфекционных заболеваний, а также сообщать о любых вспышках эпидемий) ушло целых четырнадцать лет. К тому же, после своей ратификации данный договор был оспорен некоторыми развивающимися странами, такими как Индонезия.

Джакарта сопротивлялась обмену образцами вирусов на том основании, что по ее мнению западные фармацевтические компании будут стремиться патентовать изделия, полученные из предоставленных штаммов, и, в конечном счете, получат большую прибыль, поскольку станут продавать вакцины и лекарства слаборазвитым государствам по завышенным ценам. Так, например, Индонезия отказалась делиться образцами вируса гриппа H5N1, обнаруженного на территории этой страны. Она выдвинула дикие обвинения в адрес мирового медицинского сообщества в целом, и США в частности. Индонезия даже изгнала переговорщика от США, занимающегося данной темой. В конце концов было выработано специальное соглашение о профилактических мерах по предотвращению пандемий; это соглашение было утверждено на сессии Всемирной ассамблеи здравоохранения (директивного органа ВОЗ) в 2011 году и в настоящее время является составным элементом Международных медико-санитарных правил (ММСП). Но к 2012 году количество государств, которым удалось соответствовать требованиям правил безопасности, мониторинга и проведения научных исследований, не превысило 35. Глобальным организациям еще предстоит получить и внести в базы данных множество других образцов вируса H5N1 и других опасных патогенов. Эксперты в области здравоохранения опасаются, что пандемия может начаться задолго до того, как власти поймут, с каким вирусом им надо бороться.

ВОЗ проинформировали о том, что в момент свержения режима Мубарака в начале 2011 года основные лаборатории системы минздрава Египта, расположенные в Каире, внезапно были опустошены во время беспорядков. В результате пропали ампулы со штаммами различных микроорганизмов, в том числе образцы вируса H5N1. И здесь у Египта имеются большие проблемы: страна находится на втором (после Индонезии) месте по заболеваемости этой разновидностью гриппа. Сначала предполагалось, что мятежники понятия не имели о содержимом похищенных ампул, ведь им была нужна только лабораторная электроника и холодильное оборудование. Однако никто не может сказать с уверенностью о дальнейшей судьбе ампул со штаммом гриппа – никто не знает, уничтожили их или нет.

С точки зрения ВОЗ события в Египте показали, что биологические лаборатории во многих странах мира вовсе не собираются принимать усиленные меры безопасности, уже взятые на вооружение голландцами для обеспечения безопасности исследовательской работы Фушье и американцами в отношении Каваоки. Генеральный директор ВОЗ Маргарет Чен и помощник генерального директора Кейджи Фукуда вспомнили эпидемию атипичной пневмонии 2003 года, в ходе которой китайское руководство скрывало факты и в течение нескольких месяцев не предпринимало никаких действий, после чего болезнь перекинулась на 29 стран. Китайские власти понимали, что даже в тех странах, которые отвечали всем требованиям Международных медико-санитарных правил, вовсе не соблюдаются никакие правила техники безопасности ММСП по работе с технологиями двойного назначения. В большинстве стран Азии само понятие биобезопасности было в новинку, да и к тому же создавало путаницу. Даже в Европе не было никаких внятных руководящих указаний относительно исследований двойного назначения, биобезопасности или биозащиты. Европейские страны больше беспокоились о генетически модифицированных продуктах, чем о патогенах и микроорганизмах; европейцев заботило соблюдение Картахенского протокола по биологической безопасности (2000 г.), который, несмотря на свое название, никак не затрагивает вопросы терроризма, национальной безопасности или некоторые темы, поднятые в ходе дискуссии по исследованиям двойного назначения. Вместо этого Картахенский протокол уделял внимание лишь генетически модифицированным организмам.

Первый саммит ВОЗ по теме исследований двойного назначения, проведенный в феврале 2012 года, побудил Фушье и Каваоку донести до коллег всю подробную информацию о своих методиках проведения экспериментов и о полученных результатах. Сообщение Фушье об экспериментах с мутациями, казалось, успокоило многих, поскольку ученый признал, что не использовал методы синтетической биологии; да, он создал вирус, который заразил лабораторных хорьков, но при этом ни один из них не умер. В результате консультаций по вирусу H5N1, на которых преобладали вирусологи, специализирующиеся на изучении гриппа, ученые пришли к заключению, что исследования в этой области не столь опасны, как считалось ранее, и потому мораторий на их проведение вскоре может быть отменен.

Раздраженный Остерхольм заявил в Нью-Йоркской Академии наук, что США и ВОЗ еще не сформировали четких правил проведения исследований DURC, они пока что не выработали стандартов, определяющих уровень безопасности и у них нет никакой программы, предусматривающей применение в глобальном масштабе скоординированных защитных мер. В отличие от Остерхольма, многие другие участники дискуссии не проявляли столь сильного беспокойства, наоборот, они высказали мнение, что непомерный страх перед рисками, связанными с GOF-исследованиями, может нивелировать те потенциальные выгоды, которые общественное здравоохранение могло бы получить в результате этих самых исследований. Вскоре после встречи они заявили, что когда было нужно, то ни ФБР, ни ЦРУ, ни другие спецслужбы не смогли ни выявить, ни оценить опасность терроризма, связанного с применением биологического оружия, GOF-исследованиям и работам в области синтетической биологии.

Я считаю, что дети – наше будущее

Те, кто высказывается в пользу того, чтобы не препятствовать быстро развивающимся исследованиям в области синтетической биологии, таких, например, как эксперименты Дрю Энди из Стэнфордского университета и Тодда Куйкена из Международного центра поддержки ученых Вудро Вильсона (последний является одним из лидеров ширящегося самостийного международного движения в области биологии), настаивают на том, что внимание нужно уделять не только угрозам, исходящим от синтетической биологии, но и открывающимся перспективам. По мнению Энди, доля генной инженерии и синтетической биологии в экономике США уже равна двум процентам, причем данный сектор растет на 12 процентов ежегодно. Возглавляемая им кафедра биоинженерии Стэнфордского университета ежегодно получает бюджетное финансирование в размере полумиллиарда долларов. Энди предсказывает, что синтетическая биология в ближайшем будущем породит экономический и технологический бум, как в самом начале нынешнего века это сделали Интернет и социальные медиатехнологии.

Многие студенты-биологи в наше время считают, что генная инженерия существующих в природе форм жизни и создающая новые – это передний край биологии. На ярмарках научных проектов и во время проведения экспериментов студентам некогда задумываться о сущности исследований двойного назначения, они слишком торопятся попасть в будущее. В 2004 году в Массачусетском технологическом институте стартовали Международные соревнования по синтетической биологии (IGEM), на которых студенческие команды соревновались в конструировании новых форм жизни. А недавно к участию в этом конкурсе решено допустить и школьников. В прошлом году к участию в конкурсе были допущены более 190 заявок от молодых исследователей из 34 стран. То, что кажется предыдущим поколениям фантастикой, для молодежи становится повседневностью.

За несколько прошедших лет исследования в области синтетической биологии относительно удешевились и упростились. В 2003 году в рамках проекта “Геном человека” было завершено первое полное секвенирование ДНК человека. Стоимость проекта составила несколько миллиардов долларов, при этом в проекте участвовали тысячи ученых и техников из более 160 лабораторий, продолжительность проекта – более десяти лет. А уже десять лет спустя стало возможным купить секвенатор, выложив за него всего несколько тысяч долларов, и провести секвенирование генома в домашних условиях менее чем за 24 часа. Еще меньше понадобится времени частным компаниям для расшифровки генома на коммерческих условиях, причем цены на эту услугу продолжают снижаться, затраты упали настолько, что оборудование для секвенирования уже стало не выгодно размещать в развитых странах, и в результате значительную его часть перебазировали в Китай. В огромных лабораториях под Пекином, Шанхаем и Шэньчжэнем автоматизированные секвенаторы сейчас вовсю расшифровывают ДНК, а объемы информации, загружаемой ежемесячно в базы данных, намного превосходит весь суммарный ее объем, накопленный с 1953 года, когда Дж. Уотсон и Ф. Крик открыли ДНК, по 2003 год , когда Вентер синтезировал геном phi-X174.

Чтобы понять, чем занимается современная синтетическая биология, обратимся к примеру. Вот, скажем, перед нами стоит такая задача: как обнаружить мышьяк, содержащийся в загрязненных месторождениях грунтовых вод? А теперь представьте, что можно будет создавать безвредные бактерии, которые начнут светиться в воде, загрязненной мышьяком, – как вам такая идея? Нет-нет, таких существ в природе нет, но есть же существа которые люминесцируют (светлячки и некоторые виды рыб). В некоторых случаях эти организмы светятся только когда спариваются или чувствуют угрозу – это своеобразные биологические переключатели. Существуют также и другие микроорганизмы, которые могут реагировать на присутствие мышьяка. К тому же существует бесчисленное множество безвредных для человека бактерий, с которыми можно спокойно проводить эксперименты.

Итак, нам требуется существо с нужными свойствами, для этого необходимо установить программу на своем ноутбуке и, подключившись к коммерческим базам данных, найти требуемые части ДНК, отвечающие за люминесценцию и за реакцию на мышьяк. После чего заказчику остается только купить эти безвредные бактерии. Затем вы просто должны вставить полученный код в ДНК бактерии, а потом убедиться в том, что с бактерии живы и способны себя самовоспроизводить. Теперь осталось только взять загрязненную мышьяком бутылку воды, добавить туда несколько искусственных бактерий и встряхнуть ее: если вода начнет светиться, значит, мышьяк обнаружен. (Здесь мы в сжатом виде описали опыты, которые на самом были деле проведены командой из Университета Эдинбурга на Международных соревнованиях по синтетической биологии (IGEM) в 2006 году).

Самая сложная часть задачи заключается в том, чтобы вставить фрагменты ДНК в последовательность, но скоро и эта задача перестанет быть трудной. В области биосинтеза все больше используется 3-D печать. Теперь ученые могут загрузить нуклеотиды в 3-D “биопринтер”, генерирующий геномы. К тому же возможна научная кооперация на глобальном уровне. Скажем, одна команда ученых проектирует генетическую последовательность на компьютере в одной части земного шара и отправляют данный код на принтер, расположенный где-нибудь в другой точке Земли у совсем другого пользователя, подключенного к интернету. Но полученный код может быть использован как в благих целях, например, для создания лекарства или вакцины, так и в преступных. В последнем случае, представьте, что окажется возможным превратить вирус phi-X174, с которым Вентер работал десять лет назад, в микроорганизм, убивающий клетки человеческого организма, или изготовить какие-нибудь опасные бактерии, устойчивые к антибиотикам, а то и вовсе создать новый штамм вируса.

Информацию, пожалуйста!

По мнению экспертов в области национальной безопасности и правоохранительной деятельности, внимательно наблюдающих за биологической революцией, на первый план выходит следующая проблема – информация. С одной стороны, практически все ныне действующее законодательство в этой области, как отдельных стран, так и международное, определяет правовой режим операций с патогенными микроорганизмами (например, с вирусом Эбола) и осуществляет их мониторинг, однако отследить всю информацию практически невозможно. Информацию о генетическом коде можно спрятать где хочешь, например, боевики Аль-Каиды скрыли инструкции по осуществлению террористических актов внутри порнокассет, а с помощью невинных твит-сообщений можно перенаправить получателя в какую-нибудь нелегальную область интернета, где хранятся геномные коды, всегда готовые к загрузке на 3-D принтере. Получается, что совсем неожиданно проблема биологии стала вдруг проблемой информационной безопасности.

В феврале 2013 года на второй саммит ВОЗ, посвященный исследованиям двойного назначения (DURC), около трети ученых и правительственных чиновников прибыли из Соединенных Штатов. Они представляли не менее 15 различных организаций вроде ФБР, Центра по контролю и профилактике болезней, Министерство обороны и Управление торгового представителя США. Хотя на саммите были представлены и остальные страны, все же сигнал, посланный администрацией Обамы, был ясным и недвусмысленным – обеспокоенность.

Каждая страна-участница Конвенции о биологическом оружии должна наделить полномочиями одну из своих организаций, обязав ее нести ответственность за обеспечение соблюдения положений конвенции. С американской стороны такой организацией является ФБР, которая взаимодействует с научным сообществом и пытается выявлять исследования двойного назначения (DURC). Правда, небольшой офис ФБР несколько ужался в результате недавно проведенных Конгрессом сокращений бюджета и секвестра. Но, в отличие от биологов, ФБР не обладает таким же опытом и научными знаниями, и поэтому на практике для осуществления контроля ФБР должно полагаться на мнение ученых – а эта ситуация, очевидно, проблематичная.

Другие страны пытались решить проблему контроля исследований DURC другими способами. Например, в Дании существует процедура лицензирования как государственных, так и частных научных исследований. При этом перед выполнением экспериментов исследователи обязаны официально информировать о своих реальных целях, а государственные органы должны сначала проверять, насколько лаборатории и персонал соответствуют требованиям безопасности, и только после этого выдавать лицензии, в которых определяется режим их работы. Некоторые заявки и лицензии получают гриф секретности, обеспечивая тем самым коммерческую тайну в частном секторе. Однако масштабы биологических исследований в стране очень небольшие: в настоящее время всего выдано менее 100 лицензий.

С помощью закона об экспортном контроле правительство Нидерландов стремилось не допустить публикации работы Фушье, посвященной модификации вируса H5N1, поскольку информация, содержащаяся в этой работе, считается товаром, требующим особого режима распространения. Хотя после первого саммита ВОЗ правительство и сняло запрет на публикацию, некоторое время спустя окружной суд постановил, что работа Фушье нарушает законодательство ЕС. Однако Фушье решил обжаловать решение суда, что, несомненно, серьезно повлияет на характер обмена информацией о подобных исследованиях во всей Европе. Один из выводов, который США извлекли для себя после всем известных утечек информации, заключается в том, что установить надежный контроль над передачей цифровой информации между сторонами может оказаться невозможным, если вовлеченные стороны действуют решительно и изобретательно.

Оценив перспективность биологического конструирования, многие биологи теперь относятся к своей работе в области геномики как к «штрихкодированию». Подобно производителям, которые ставят штрихкоды на товарах, чтобы при сканировании продемонстрировать идентичность продукта и цены, биологи точно так же хотят секвенировать генетические последовательности растений, животных, рыб, птиц и микроорганизмов, существующих в мире, и каждому из этих существ сопоставить свою последовательность ДНК – можно сказать, уникальный для данного вида «штрихкод». И тогда можно будет каждому синтезированному организму и каждому организму, подвергшемуся GOF-мутациям, сопоставить свой «штрихкод». В результате спецслужбы и органы здравоохранения смогут отслеживать перемещение, использование и создание искусственных или измененных организмов. Такой подход уже применяют в отношении генетически модифицированных семян и сельхозпродукции, с таким же успехом его можно использовать для исследований двойного назначения (DURC). При этом право проставления штрихкодов должно закрепляться лишь за исследователями, а не потенциальными террористами. В общем, у данной проблемы нет быстрых и простых технологических решений.

От ВОЗ до Хаджа

В 2013 году на саммите Всемирной организации здравоохранения не удалось достичь каких-либо значимых договоренностей по исследованиям двойного назначения (DURC). ВОЗ, испытывающая финансовые проблемы, не смогла изыскать ресурсы, чтобы выполнить рекомендации, разработанные на саммите. Хуже того, участники саммита даже не смогли заложить общий фундамент под обсуждаемый вопрос, а слаборазвитые страны поняли, что данный вопрос не стоит в числе приоритетных. К тому же африканские представители посетовали на то,

Изольда пишет:Дивный новый мир биологии

("Foreign Affairs", США)
Революция в области синтетической биологии: перспективы и риски

Лори Гаррет (Laurie Garret)


В мае 2010 года самый богатый и влиятельный человек в мире биотехнологий явил миру еще одно новое создание. Джон Крейг Вентер вместе со специалистами из принадлежащей ему компании начал с ДНК и построил генетическую последовательность нуклеотидов, объем которой превышает один миллион бит информации. Семь лет назад Вентер стал первым в мире ученым, которому удалось создать живое существо из информации. Однажды, просматривая длинную цепочку букв, представляющих собой последовательность ДНК вируса бактериофага phi-X174, Вентер вдруг подумал: «А ведь я смогу на основе этой компьютерной информации собрать реальную ДНК». Он так и сделал, создав вирус на основе геномного кода бактериофага phi-X174. Позже ученый использовал тот же самый метод для сборки ДНК более крупного и сложного объекта. Группа Вентера создала искусственную клетку бактерии, вставив в нее искусственную ДНК, после чего ученые стали наблюдать за тем, как синтезированная ими органическая форма жизни движется, питается, дышит и воспроизводит себя...

На мой взгляд, оценка результата здесь ошибочная.

Сама клетка бактерии вовсе не искусственная, а естественная. Да и подсаженный в неё геном тоже не вполне искусственный, так как сшивка химически синтезированных нуклеотидов производилась естественным путем - бактериями, т.е. внутриклеточно.

Про человека, которому вживили искусственное сердце, никто не скажет, что, мол, создан "искусственный человек". А про бактерию с трансплантированным геномом - позволили себе сказать такое.

Лучше бы признались, что просто изувечили бактерию, а не "создали живое существо из информации".

Тем более что из "информации" никакое живое существо в принципе невозможно создать.

Арсен! Бактерия с трансплантированным геномом приобретает новые свойства и по-сути является новым видом\ или как-то так\. А человек с "вживленным сердцем" остается человеком, так как вживленное сердце выполняет функции естественного, заменяет его.

Всех приветствую..
Вспоминается "Собачье сердце" Булгакова..
Думается, что любые межорганизменные манипуляции ни к чему хорошему не приведут..

У меня возникает вопрос, если какому-либо живому существу понадобился искусственный орган или искусственная клетка, как снять противоречие между моральным отношением и физиологической потребностью, и, всегда ли противоречие это может быть разрешено?
Спасибо..

Изольда пишет:Арсен!  Бактерия с  трансплантированным геномом приобретает новые свойства и по-сути является новым видом\ или как-то так\. А человек с "вживленным сердцем" остается человеком, так как вживленное сердце выполняет функции естественного, заменяет его.

-1)Точнее говоря, бактерия является представителем вида (особью).
 
Но, "нового" ли вида?
 
Ведь бактерию с трансплантированным геномом не лишали её родного плазмона.
 
Как известно, существует наследование признаков, которые контролируются факторами, присутствующими в клеточной цитоплазме. 
 
Совокупность этих факторов составляет плазмон (подобно тому, как совокупность хромосомных генов - геном).
 
 
В нашей практике, кремний-восстанавливающим бактериям тоже придавалось новое свойство - способность питаться нефтью. Но, по окончании периода такого питания, они морфологически и функционально снова возвращались к своему прежнему состоянию, показывая, что так и остались представителями того же самого (а не нового) вида.

-2) Искусственное сердце далеко не полностью заменяет естественное. Потому что естественное сердце является не только "насосом", но и эндокринной железой, продуцирующей и впрыскивающей в кровь ряд гормонов.

Avgur пишет:
...У меня возникает вопрос, если какому-либо живому существу понадобился искусственный орган или искусственная клетка, как снять противоречие между моральным отношением и физиологической потребностью, и, всегда ли противоречие это может быть разрешено?
Спасибо..

Если, скажем, ампутировали ногу, и понадобился её протез, чтоб ходить, то, по-моему, никто не станет мучиться таким вопросом.

ARSEN, спасибо за ответ..
А пересадка чужих органов или органов синтезированных?
Говорят в будущем будут целые отдельно выращиваемые органы в том числе для еды (например, говорится что не будет нужды содержать кур, свиней.. Будут просто выращенные органы голени, языки, почки и т.д.)

Как-то это угнетающе-пугающе..

Спасибо.

Я не думаю ,Арсен, что вы подсаживали геном в кремний-восстанавливающие бактерии. А вот история с бактерией "Синтия", показывает, что созданная бактерия не только не вернулась в прежнее состояние, но и мутировала, стала весьма опасной и "ест" не только нефть. И природных антагонистов у нее нет.

Avgur пишет:ARSEN, спасибо за ответ..
А пересадка чужих органов или органов синтезированных?
Говорят в будущем будут целые отдельно выращиваемые органы в том числе для еды (например, говорится что не будет нужды содержать кур, свиней.. Будут просто выращенные органы голени, языки, почки и т.д.)

Как-то это угнетающе-пугающе..

Спасибо.

При катаракте хрусталика глаза уже и сегодня подсаживают хрусталик искусственный. И это не пугает, а радует тех, кто вновь начинает видеть.

Начинают выращивать новые зубы у животных (крыс) на месте отсутствующих. Это тоже как-то не пугает, а скорее показывает принципиальную возможность восстановления утраченных органов, в том числе и зубов.

ARSEN, спасибо.

Изольда пишет:    Я не думаю ,Арсен, что вы подсаживали геном в кремний-восстанавливающие бактерии. А вот история с бактерией "Синтия", показывает, что созданная бактерия не только не вернулась в прежнее состояние, но и мутировала, стала весьма опасной и "ест" не только нефть. И природных антагонистов у нее нет.

- На мой взгляд, бактерии "Синтия" - не "созданные" искусственным путем, а просто генно-модифицированные. Это ГМО.

- Эти бактерии вернулись к своему прежнему занятию.

Исходный организм - Микоплазма гениталиум - возбудитель венерического заболевания (уреаплазмоз), - несмотря на то, что в его геноме, якобы, был заблокирован ген, отвечающий за его патогенность для человека, так и остался для человека патогенным, как показала история его использования.