Синтетическая биология

Немного о синтетической биологии

В ХХ веке появилось новое направление в биологии. Назвали его Синтетической биологией.

Довольно интересное направление занимающееся живой клеткой, управляя ее поведением,
метаболизмом, посредством перепрограммирования клеточного ДНК.
Генетическая инженерия – ключевой раздел этой биотехнологии, целью которого является создание и использование
искусственных генетических программ.Основные успехи в развитии синтетической биологии связаны с развитием
технологии секвенирования ДНК (next generation sequencing, NGS). Параллельно с методом секвенирования ДНК
развивались технологии синтеза из отдельных нуклеотидов коротких олигонуклеотидов (с заданной последовательностью)
и их «сшивание» в более длинные полинуклеотидные цепи, которые могут служить основой для создания искусственного гена и генома.

В последние десятилетия интерес к этому направлению биологии заметно вырос.
[image]

Для начала давайте освежим в памяти представление о ДНК:

Итак, вспомним, что ДНК каждой клетки содержит более трех миллиардов нуклеотидов и имеет длину примерно 1.8 метра.
Мы с вами знаем, что Хромосомы — это структуры, которые содержат гены живого организма и находятся внутри каждой клетки.
Каждая хромосома состоит из длинной нити ДНК, которая содержит сотни генов, соединенные между собой.
К примеру, клетки человека содержат 46 хромосом, упорядоченных в 23 пары.

[image]

Кодируется она всего четырьмя символами по названиям нуклеотидов из которых и состоит ДНК.

Это аденин (А), цитозин (С), гуанин (G) и тимин (Т).

В работу и структуру столь непростого механизма составляющего основу любой живой клетки вмешались люди.
Западных ученых быстро подхватило новое течение и уже есть некоторые успехи. Недавно сообщили,
что удалось создать биологический аналог полупроводникового транзистора, перепрограммировать
клетки дрожжей настроив их вырабатывать биотопливо...
Ученые создали дрожжи, способные синтезировать из глюкозы опиоиды: предшественника морфина.
Как обычно никто не задумался об опасностях подстерегающих человечество на этом сложном поприще.

А-ведь, авторы замахнулись на создание живых клеток (организмов) которых нет в природе.

Кто знает к каким последствиям могут привести эти эксперименты, когда базирующиеся на них технологии
необдуманно запускаются в производство. Природные процессы эволюции протекают очень медленно.
Обычно на эволюционные изменения уходят миллионы лет.

Оборотной стороной синтетической биологии являются ее опасности:
- непреднамеренные утечки, аварии, представляющие опасность для сотрудников, населения;
- преднамеренные опасности, возникающие в результате злонамеренного конструирования
вредоносных организмов с целью причинения вреда;
- также, масштабные опасности для окружающей среды

Но амбициозный HOMO SAPPIENS не желает ждать!

Поскольку капитализм базируется на неуемной жажде наживы, то эти направления очень быстро коммерциализировали,
ради быстрого получения прибыли. Никто не удосужился на международном уровне посоветоваться, прежде чем выпустить
джина из бутылки.
Почему мы не учимся на своих ошибках?

Ведь совсем недавно все мы оказались подопытными кроликами экспериментаторов, которые
много лет работали с вирусом SARS-KOV-2, известным у нас как Ковид-19. Сколько бед, смертей случилось, и к каким
последствиям все это приведет никто так и не узнает!

Наконец ученые озвучили истинную причину массовых смертей во время пандемии Ковид-19

Призвав на помощь искусственный интеллект, исследователи сгруппировали пациентов и стали разбираться,
почему одни выжили, другие - нет.
Им удалось установить, что причиной гибели был вовсе не цитокиновый шторм - состояние,
когда организм начинает буквально уничтожать сам себя, приводящее к отказу органов.

Издание Science Alert пишет, что на самом деле пациенты умирали не от COVID-19,
а от ВАП - вентилятор-ассоциированной пневмонии. Это вторичная инфекция, которая развивается,
когда человек подключён к аппарату искусственной вентиляции лёгких (ИВЛ).

Источник: Царьград

Обещания и риски революции в биосинтезе
Придлагаю вашему вниманию статью специалиста по глобальному здравоохранению
Лори Гаррет
Статья опубликована в журнале Foreign Affairs, № 6, 2013 год.

В мае 2010 г. самый богатый и влиятельный человек в мире биотехнологий совершил исторический прорыв. Джон Крейг Вентер и его частная компания, работая с ДНК, создали совершенно новую нуклеотидную последовательность из более чем миллиона кодированных фрагментов информации, известных как нуклеотиды. За семь лет до этого Вентер первым сконструировал функциональную биологическую информационную структуру. Взглянув на цепочку символов, отображающих последовательность ДНК бактерицидного вируса под названием phi X174, он подумал: «А не собрать ли мне реальную ДНК на основе этой компьютерной информации?». В конечном итоге он получил вирус на базе генетического кода phi X174. В дальнейшем этот прием использовался им для составления ДНК более крупных и сложных созданий. Вентер и его группа нашли способ изготовления искусственной клетки бактерии, поместив в нее геном из искусственной ДНК, и наблюдали за тем, как синтезированная ими форма органической жизни двигается, питается, дышит и размножается.

Одновременно Вентер пытался предупредить беспечное в большинстве своем человечество о том, что произойдет в скором будущем. Например, в 2009 г. он предостерегал: «Мы полагаем, что, как только нам удастся активировать геном, это изменит представление людей о жизни». Новая технология определялась Вентером как «синтетическая геномика, зародившаяся в компьютере, в цифровом мире с цифровой биологией и позволяющая создавать новые структуры ДНК для конкретных целей… Это может означать, что как только мы изучим правила жизнедеятельности, то сможем развивать робототехнику и компьютерные системы, способные к самообучению». «Это начало новой эры очень быстрого усвоения знаний, – продолжал он. – Не существует ни одного аспекта человеческой жизни, где в будущем нет потенциала для тотальной трансформации с помощью этих технологий».

Сегодня некоторые сравнивают «бактерии» Вентера и подобные им с «четырехмерной печатью». 2D-печать – это то, что мы делаем каждый день, нажимая кнопку «распечатать» и получая копию статьи или какого-то документа из старого струйного принтера. Предприниматели, архитекторы, художники и многие другие сегодня занимаются 3D-печатью, используя компьютерные модели для управления устройствами из пластика, углеродного волокна, графита и даже пищевых материалов, чтобы создавать трехмерные продукты. 4D-печать позволит предпринимателям сделать важный шаг к самосборке или самокопированию. Первоначальная идея была воплощена на компьютере и оттуда отправлена на 3D-принтер. В результате возникает «творение», способное воспроизводить свои копии и видоизменяться. В области физики твердого тела Скайлар Тиббитс из Массачусетского технологического института создает сложные физические субстанции, которые он называет «программируемыми материалами, способными самих себя конструировать». Вентер и сотни специалистов в области биосинтеза утверждают, что лучший способ прийти к 4D-печати – это создать жизнь, используя строительный материал самой жизни, т.е. ДНК.

продолжение следует

Продолжение статьи Обещания и риски революции в биосинтезе часть 2

Когда группа Вентера закончила работу над созданием генома вируса phi X174, ее руководитель инициировал масштабный анализ рисков, которые синтетическая геномика представляет для национальной безопасности и здравоохранения. В подготовленном отчете говорилось, что грамотное регулирование новой науки затруднено двумя нерешенными проблемами. Во-первых, работа в области синтетической биологии («синбио») ныне не требует сколько-нибудь серьезных затрат и не отличается сложностью. В результате за нее взялись не только биологи в классическом понимании этого слова, исчезли общепринятые представления об этике, профессиональные стандарты и безопасность. Во-вторых, существующие нормы, которые в некоторых случаях используют государственные ведомства в США и других развитых странах, устарели уже на целое поколение, поэтому молодые исследователи ничего о них не знают.

Команда Вентера прогнозировала, что со снижением стоимости работ в синтетической биологии интерес к ней будет неуклонно расти, а на первый план выйдут этические и практические вопросы. Эти прогнозы полностью оправдались. В сочетании с прорывом в области приобретения новых функций (GOF, доминантные-негативные мутации), еще одном направлении биологии, синтетическая геномика породила ошеломляющее количество новых возможностей, вызовов и угроз для национальной безопасности. Когда в научных кругах начались дискуссии об «эволюции, управляемой человеком», и возможности экспериментальным путем превращать относительно безвредные микроорганизмы в болезнетворные штаммы, мировой истеблишмент из экспертов по биотерроризму и биологической безопасности оставался где-то далеко позади, увязнув в устаревших представлениях о главных угрозах и способах противостояния им.

В Соединенных Штатах Конгресс и исполнительная власть попытались принять меры, составляя списки всех известных патогенов и токсинов и проводя разного рода инспекции. Правительства других стран и такие международные институты, как ООН и Конвенция по биологическому оружию, действовали еще менее активно. Иными словами, все исходят из старого представления, в котором ученые ограничиваются тем, что наблюдают за жизнью со стороны, ломают голову, что происходит в мире биологии, и изменяют среду, чтобы посмотреть, что будет. Но в новом мире биологии ученые теперь могут сами создавать жизнь и изучать ее изнутри. Как сказал Вентер в 2009 г., «то, что мы сделали, взорвет ваш мозг».

Продолжение статьи Обещания и риски революции в биосинтезе часть 3

Кодирование жизни

Вскоре после того, как было объявлено об эксперименте Вентера, изменившем правила игры, Институт медицины Национальной академии наук создал специальную группу, в задачи которой входит изучение различных аспектов нового биологического мира, связанных с этикой, наукой и национальной безопасностью. Эндрю Эллингтон и Джаред Эллефсон из Техасского университета в Остине утверждают, что новое поколение биологов раздвигает границы науки – они смотрят на формы жизни и ДНК, как маги и чародеи от технологии, создавшие IBM, Cisco и Apple, когда-то смотрели на электронику, транзисторы и электрические цепи. Две эти области, где произошло поразительное сращивание частного сектора и академической науки, постоянно сталкиваются, соединяются и трансформируют друг друга; ученые-компьютерщики говорят о «вычислениях на основе ДНК», а синтетические биологи – о «платах жизни». Биолог превратился в инженера, кодирующего новые формы жизни по своему усмотрению.

Джеральд Джойс из Научно-исследовательского института Скриппса в Ла-Хойе (Калифорния) обеспокоен тем, что из-за размытости границ эволюцией будут теперь управлять биологи, а это «конец дарвинизма». «Жизнь на Земле, – отмечает Джойс, – продемонстрировала невероятную эластичность и изобретательность, адаптируясь к самым разнообразным нишам. Возможно, самым главным изобретением жизни является генетическая система, обладающая огромным потенциалом адаптации, в то время как биосинтетические системы вряд ли смогут быстро выйти на подобный уровень. Но как только информационные макромолекулы приобретут способность к изменчивости по законам дарвиновской эволюции, они начнут собственную жизнь».

И это не преувеличение. Все основные барьеры на пути искусственного синтезирования вирусов и бактерий были преодолены, по крайней мере на экспериментальном уровне. В 2002 г. исследователи из Нью-Йоркского Университета Стоуни-Брук создали активный вирус полиомиелита на основе его генетического кода.Три года спустя ученые, обеспокоенные пандемиями гриппа, решили воссоздать смертоносный вирус «испанки» 1918 г., чтобы идентифицировать ключевые элементы генов этого вируса, которые позволили ему уничтожить по меньшей мере 50 млн человек менее чем за два года. Все это означает, что дилемма двойного назначения, впервые возникшая в химии 100 лет назад, а спустя четверть века затронувшая физику, сегодня с новой силой проявилась в современной биологии.

В период с 1894 по 1911 гг. немецкий химик Фриц Габер разработал технологию производства аммония в промышленных масштабах. Эта работа произвела революцию в сельском хозяйстве, так как возникла современная отрасль производства удобрений. Но эти же исследования в период Первой мировой войны помогли Германии создать химическое оружие – и роль Габера как в позитивном, так и в негативном отношении является центральной. Через три года после того, как Габер получил Нобелевскую премию по химии, его соотечественник Альберт Эйнштейн стал нобелевским лауреатом за вклад в исследование физики. Его революционные теории относительности, гравитации, массы и энергии помогли раскрыть секреты космоса и заложили основы для использования ядерной энергии. В то же время они привели к созданию атомной бомбы.

Стало быть, проблема, касающаяся исследований двойного назначения, которые способны приводить как к благотворным, так и опасным последствиям, уже давно известна в химии и физике. Она вызвала необходимость заключения международных соглашений по ограничению наиболее проблемных работ и сфер их применения. В этом отношении биология серьезно отставала: США, Советский Союз и многие другие страны продолжали практически неограниченно разрабатывать биологическое оружие. Работы не дали серьезных результатов с точки зрения их применения в военном отношении, поскольку не удалось найти способы скоротечного инфицирования и распространения бактерий или ограничить их воздействие строго определенными целями. Но сегодня ситуация может измениться.

Продолжение статьи Обещания и риски революции в биосинтезе часть 4

Проблема двойного назначения в биологии привлекла широкое общественное внимание в последние несколько лет благодаря GOF-исследованиям, где ученые пытаются бороться с потенциальными опасностями, вначале искусственно создав их в лаборатории. 12 сентября 2011 г. Рон Фушье из Медицинского центра Университета Эразма в Роттердаме выступил на Европейской научной рабочей группе по гриппу, заседавшей на Мальте. Он заявил, что ему удалось найти способ, как превратить вирус H5N1, поражающий практически только птиц, в штамм гриппа, передающийся от человека к человеку. На тот момент всего у 565 человек был обнаружен вирус H5N1, в основном от контактов с птицами, 59% из них (331 человек) умерли. Вирус «испанки» 1918 г. имел показатель смертности 2,5% и тем не менее унес более 50 млн жизней, так что H5N1 потенциально мог вызвать катастрофу. Спасало только то, что пока он еще не мутировал в штамм, легко распространяющийся напрямую от человека к человеку. Фушье сообщил ученым на Мальте, что его голландская группа, работающая на средства Национального института здоровья США, произвела мутации H5N1, превратив птичий грипп в нечто, способное инфицировать лабораторных хорьков (они заменяют человека в лабораториях). Затем, продолжил Фушье, он совершил «очень, очень большую глупость»: вытер носы зараженных хорьков и использовал собранный материал для инфицирования следующей группы животных. Фушье повторял эти процедуры, пока не получил новую форму H5N1, передающуюся капельным путем от одного млекопитающего к другому.

«Это очень опасный вирус», заявил Фушье изданию Scientific American и задал риторический вопрос: «Нужно ли проводить такие эксперименты?». Его ответ – да, потому что эксперименты помогут выявить наиболее опасные штаммы гриппа в природе, создать образцы для разработки вакцин и предупредить мир о том, что H5N1 способен передаваться по воздуху. Вскоре после сенсационного заявления Фушье вирусолог из Университета в Висконсине Йосихиро Каваока, который тоже работал на деньги Национального института здоровья, сообщил, что провел аналогичные эксперименты и получил формы птичьего гриппа H5N1, которые распространяются капельным путем среди хорьков. Каваока предпринял необходимые меры предосторожности, сделав экспериментальный штамм H5N1 менее опасным для человека. Кроме того, оба исследователя усилили меры безопасности в ходе экспериментов на объектах – где уровень биологической безопасности 3+, чуть ниже максимального.

Несмотря на все предосторожности, Фушье и Каваока навлекли на себя гнев экспертов по национальной безопасности и здравоохранению, которые не смогли найти оправдание намеренному созданию потенциально пандемичных штаммов гриппа. Национальный институт здоровья стимулировал работу Консультативного совета по биобезопасности, который в острых дискуссиях провел серию заседаний в 2011–2012 году. Вначале Консультативный совет попытался смягчить последствия экспериментов с H5N1, издав в декабре 2011 г. распоряжение запретить публикацию сведений о методах, которые использовались для создания новых форм H5N1 в среде млекопитающих. Журналы Science и Nature попросили сократить в статьях Фушье и Каваоки разделы, касавшиеся методики, так как некоторые члены комитета выразили серьезные опасения, что эта информация станет пособием для террористов.

Продолжение статьи Обещания и риски революции в биосинтезе часть 5

Майкл Остерхольм, эксперт по здравоохранению в Университете Миннесоты и член Консультативного совета, особенно обеспокоен. Он считает, что настал переломный момент, когда ученые должны сделать паузу и разработать необходимые стратегии, чтобы в будущем подобные работы проводились безопасно и только с благими намерениями. «Этот вопрос действительно требует рассмотрения на международном уровне с участием разных сторон, – заявил Остерхольм журналистам. – Грипп – единственный в своем роде вирус. Многие другие вирусы, с которыми работают в лабораториях с уровнем биобезопасности 4, не обладают такой способностью распространяться, как грипп. Хотя нас трудно уличить в намерении увидеть подобные вирусы свободно разгуливающими за пределами лабораторий, я не могу назвать ни одного другого вируса, который может распространиться по всему миру так, как грипп».

Пол Кейм, микробиолог из Университета Северной Аризоны и бывший председатель Консультативного совета по биобезопасности, сыграл ключевую роль в поисках преступника, рассылавшего споры сибирской язвы в 2001 году. Он разработал новую технологию генетических отпечатков, которая помогла ФБР отследить происхождение спор, разосланных в новостные службы и отдельным политикам. Кейм во многом был согласен с Остерхольмом и особенно беспокоился по поводу терроризма, опираясь на свой опыт участия в расследовании. «Неизвестно, могли ли привести данные конкретные эксперименты к мировой катастрофе, но это не исключено на следующем этапе, – сказал Кейм журналистам. – Вот о чем надо говорить на всемирных форумах».

В конечном итоге запрет на публикацию ничего не решил и был пересмотрен Консультативным советом спустя четыре месяца. Полные версии статей Фушье и Каваоки опубликовали в журналах Science и Nature в 2012 г., а временный мораторий на исследования двойного назначения, связанные с вирусами гриппа, был снят. В начале 2013 г. Национальный институт здоровья издал серию брошюр по биобезопасности в области GOF-исследований вирусов гриппа, но ограничения касались только данного вируса. Остерхольм, Кейм и многие другие противники подобных исследований были вынуждены отступить, а Консультативный совет вновь ушел в тень.

Продолжение статьи Обещания и риски революции в биосинтезе часть 6

Глобальное лекарство?

За последние два года Всемирная организация здравоохранения провела два саммита в надежде найти глобальное решение для ящика Пандоры, который был открыт в результате экспериментов с H5N1. В первую очередь ВОЗ беспокоилась, чтобы ученые-гриппологи не нарушили тщательно проработанные соглашения между странами о контроле за заболеваниями и обмене информацией о вспышках. Это действительно серьезная проблема, если учитывать, что на согласование Международных медико-санитарных правил от 2005 г., в которых прописаны полномочия ВОЗ в случае эпидемий и обязанности всех стран по мониторингу инфекционных заболеваний и уведомлению о вспышках, ушло 14 лет, а некоторые развивающиеся страны, например Индонезия, оспаривают документ с момента его ратификации.

Джакарта выступает против обмена образцами вирусов, ссылаясь на то, что западные фармацевтические компании смогут запатентовать продукты, созданные на основе этих образцов, а потом получат огромную прибыль, продавая вакцины и лекарства бедным странам по высоким ценам. Поэтому Индонезия отказалась делиться образцами вируса гриппа H5N1, который распространился в стране; выдвигала различные обвинения против мирового здравоохранения вообще и Америки в частности; и даже выслала американского участника переговоров по этому вопросу. В конечном итоге соглашение о предотвращении пандемий было выработано и одобрено Всемирной ассамблеей здравоохранения (орган принятия решений в ВОЗ) в 2011 г., дополнив Международные медико-санитарные правила. Но на 2012 г. менее 35 стран соблюдают нормы безопасности, контроля и требования, предъявляемые к исследованиям, а многие образцы H5N1 и других патогенов до сих пор не внесены в глобальную базу данных. Эксперты по безопасности опасаются, что пандемия начнется до того, как они поймут, с чем столкнулись.

В ВОЗ знали, что главная египетская лаборатория в Каире была разграблена во время беспорядков, приведших к свержению режима Мубарака в 2011 году. Пропали многие лабораторные материалы, в том числе образцы вируса H5N1. Египет столкнулся с серьезной проблемой H5N1 и занимал второе место в мире по количеству случаев у людей (после Индонезии, как вы, конечно, догадались). Предполагается, что мятежники не знали о содержимом пробирок, а просто хотели заполучить электронные приборы и холодильное оборудование, но никто не может с уверенностью сказать, что штаммы гриппа уничтожены.

С точки зрения ВОЗ египетский эпизод продемонстрировал, что жесткие меры предосторожности, предпринятые голландцами и американцами для обеспечения безопасности работ Фушье и Каваоки, вряд ли удастся выполнить в биологических лабораториях во многих других странах. Генеральный директор ВОЗ Маргарет Чан и ее помощник Кейджи Фукуда отлично помнят эпидемию атипичной пневмонии (SARS) в 2003 г., когда китайское руководство скрывало информацию и умышленно тянуло время несколько месяцев, пока заболевание не распространилось на 29 государств. Они знают, что и в странах, соблюдающих стандарты Международных медико-санитарных правил, нет четких норм безопасности для исследований двойного назначения. Для Азии сама концепция биобезопасности является новой и вызывает много вопросов. Даже в Европе нет единых принципов или определения различных аспектов исследований двойного назначения и биобезопасности. Европейские страны гораздо больше озабочены проблемой генетически модифицированных продуктов питания, чем патогенами и микробами; они заняты введением в действие Картахенского протокола по биобезопасности 2000 г., который, несмотря на название, абсолютно не связан с терроризмом, национальной безопасностью и исследованиями двойного назначения; его основная тема – генетически модифицированные организмы.

Первый саммит ВОЗ по проблеме двойного назначения в феврале 2012 г. призвал Фушье и Каваоку ознакомить научное сообщество с деталями процедур экспериментов и результатами. Заявления Фушье о произведенных мутациях на деле оказались менее тревожными – ученый признался, что не использовал методы синтетической биологии, и хотя созданный им вирус распространился среди хорьков, ни одно из животных не погибло. Технические консультации по H5N1, в которых принимали участие вирусологи и гриппологи, позволили ученым прийти к выводу, что работа менее опасна, чем предполагалось первоначально, и мораторий на исследования можно снять.

Продолжение статьи Обещания и риски революции в биосинтезе часть 7
Раздосадованный Остерхольм заявил в Нью-Йоркской академии наук, что у США и ВОЗ нет четких протоколов по DURC, отсутствуют стандарты определения безопасности и планы по координации глобального ответа. Но многие другие участники дискуссии были более сдержанны, они жаловались, что достижения, которые GOF-исследования могут дать здравоохранению, будут отсрочены из-за чрезмерных опасений по поводу потенциальных рисков. На каждой встрече ученые утверждали, что ФБР, ЦРУ и другие разведывательные структуры не смогли четко охарактеризовать или определить масштабы рисков, связанных с биотерроризмом, исследованиями в области биосинтеза и приобретения новых функций.

Я верю, что дети – наше будущее

Сторонники открытых, быстро протекающих исследований в области синтетической биологии, в том числе Дрю Энди из Стэнфордского университета и Тодд Кюйкен из Центра Уилсона – один из лидеров международного движения биологии в стиле «сделай сам», настаивают, что стоит обратить внимание не только на опасности синтетической биологии, но и на то, что она обещает. Энди подсчитал, что 2% экономики США уже сейчас дают генная инженерия и синтетическая биология, и этот сектор ежегодно растет на 12%. Его биоинженерное подразделение в Стэнфорде имеет бюджет в полмиллиарда долларов в год и, по прогнозам Энди, в ближайшем будущем биосинтез вызовет такой же экономический и технологический бум, как интернет-компании и социальные сети в начале нынешнего века.

Многие студенты-биологи сегодня считают генную инженерию существующих форм жизни и создание новых передовым направлением науки. Участвуют ли они в научных конкурсах или проводят эксперименты, у них нет времени на дискуссии о двойном назначении, они просто прокладывают путь вперед. Массачусетский технологический институт с 2004 г. проводит конкурс International Genetically Engineered Machine, в рамках которого студенты колледжей соревнуются в создании новых форм жизни. В последние годы к участию допущены школьники старших классов. В прошлогоднем конкурсе соревновались 190 команд из 34 стран. То, что одно поколение считает научной фантастикой, для другого уже норма.

Всего за несколько лет исследования в синтетической биологии стали относительно дешевыми и простыми. В 2003 г. проект «Геном человека» завершил определение первой полной последовательности ДНК человека. Проект обошелся в несколько миллиардов долларов и продолжался больше 10 лет, в нем были задействованы тысячи ученых и лаборантов, трудившихся в 160 лабораториях. Спустя десятилетие можно за несколько тысяч долларов купить прибор для секвенирования ДНК и менее чем за 24 часа определить последовательность любого генома в домашних условиях. Еще меньше времени потребуется частной компании, чтобы расшифровать ваш геном, и цены на эти исследования продолжают падать. Стоимость секвенирования снизилась настолько, что индустрия перестала приносить прибыль в развитых странах, поэтому работы выполняются в Китае. В огромных лабораториях в пригородах Пекина, Шанхая и Шэньчжэня автоматические секвенсоры расшифровывают, а суперкомпьютеры ежемесячно хранят больше генетической информации, чем было накоплено с момента открытия ДНК Уотсоном и Криком в 1953 г. и синтезирования генома phi X174 Вентером в 2003 году.

Чтобы понять, как сегодня работает биосинтез, приведем практический пример. Представьте вполне естественную проблему здравоохранения – например, как выявить мышьяк в питьевой воде в районах загрязнения грунтовых вод. Теперь представьте, что проблема может быть решена, если создать безвредные бактерии, которые будут ярко светиться в пробе воды при наличии мышьяка. В природе таких бактерий не существует, но есть организмы, которые действительно светятся (светлячки и некоторые виды рыб). В некоторых случаях эти организмы светятся только при спаривании или в момент опасности, т.е. существуют биологические переключатели. Ряд других микроорганизмов тоже ощущает присутствие мышьяка. В то же время имеется огромное количество бактерий, которые безвредны для человека и подходят для лабораторных исследований.

Чтобы собрать все эти элементы в лаборатории, вам нужно установить специальную программу на ноутбуке, просмотреть базы данных соответствующих компаний, найти и купить нужные участки ДНК, в которых закодированы люминесценция, биологические переключатели и чувствительность к мышьяку. Затем необходимо закупить определенные виды безвредных бактерий. Далее – составить компоненты ДНК в правильной последовательности, внедрить полученный код в ДНК бактерий и проверить, здоровы ли бактерии и способны ли делиться. После этого достаточно добавить мышьяка в бутылку с водой, поместить туда ваши бактерии и встряхнуть: если вода начнет светиться – это успех. (Такой немного упрощенный сценарий основан на реальной работе команды исследователей из Эдинбургского университета, которая была представлена на упомянутом конкурсе в 2006 году.)

Продолжение статьи Обещания и риски революции в биосинтезе часть 8

Самый сложный этап на данный момент – составить компоненты ДНК в нужной последовательности. Но так будет недолго. Мир биосинтеза сегодня знаком с 3D-печатью, поэтому ученые имеют возможность загрузить нуклеотиды в 3D-биопринтер, генерирующий геномы. Кроме того, возможно глобальное сотрудничество. Ученые в одном городе моделируют генетическую последовательность на компьютере и отправляют код на принтер где-нибудь еще – в любую точку, где есть интернет. Код может использоваться для создания лекарства или вакцины, спасающей жизни. Или это может быть информация, которая превратит крошечный phi X174, над которым Вентер работал 10 лет назад, в вирус, уничтожающий клетки человека. Он также способен повысить резистентность бактерий к антибиотикам или создать совершенно новые штаммы вирусов.

Информацию, пожалуйста

За происходящей биологической революцией внимательно следят очень немногие представители правоохранительных органов и эксперты по национальной безопасности, но их ставит в тупик то, что ключевым компонентом является обыкновенная информация. Практически все нынешние законы в этой сфере как на местном, так и на международном уровне научились ограничивать и отслеживать проблемные организмы (например, вирус Эбола), но угнаться за информацией практически невозможно. Код может быть спрятан где угодно – боевики «Аль-Каиды» умудрялись записывать инструкции об очередных атаках на видеопорно, а безобидный твит способен перенаправить читателей на сайт с генетическими кодами, готовыми к загрузке на 3D-принтер. Неожиданно биологическая проблема превратилась в вопрос информационной безопасности.

Поэтому, когда в феврале 2013 г. ВОЗ проводила второй саммит по проблеме двойного назначения, почти треть ученых и чиновников была из США. Они представляли по меньшей мере 15 правительственных ведомств, в том числе ФБР, Центр по контролю за заболеваниями и профилактике, Министерство обороны и Торговую палату. Хотя другие страны тоже активно участвовали в работе, сигнал от администрации Барака Обамы был очевиден: мы обеспокоены.

Каждая страна, подписавшая Конвенцию по биологическому оружию, должна определить ведомство, которое будет отвечать за соответствие всем условиям соглашения. В Соединенных Штатах эти функции возложены на ФБР. Таким образом, сейчас небольшое подразделение ФБР, которое стало еще меньше в связи с сокращением бюджетных расходов, привлекает научное сообщество и пытается определиться с исследованиями по проблеме двойного назначения. Но ФБР не обладает столь же обширным багажом научных знаний, как сами ученые-биологи, и поэтому на практике вынуждено полагаться на исследователей, которые призваны контролировать самих себя. Без сомнения, это проблема.

Другие страны пытались справиться с проблемой двойного назначения иными способами. Дания, например, ввела процедуру лицензирования государственных и частных программ. Исследователи должны зарегистрировать заявку на тот или иной эксперимент. Лаборатории и персонал проверяют на соответствие нормам безопасности, затем выдаются лицензии, в которых прописаны условия проведения работ. Некоторые заявки и лицензии засекречены, что гарантирует защиту коммерческой тайны для частного сектора. Но такие меры эффективны только потому, что масштабы биологических исследований невелики: в настоящее время идет мониторинг менее 100 лицензий.

Правительство Нидерландов пыталось проконтролировать публикацию материалов Фушье о модификации вируса H5N1, опираясь на законы об экспортном контроле, так как данная информация представляет особый интерес и не подлежит экспорту. Хотя правительство сняло запрет после первого саммита ВОЗ, местный суд позже вынес решение в том духе, что обнародование материалов Фушье нарушает законодательство ЕС. Фушье подал апелляцию, так как данное судебное решение способно повлиять на обмен информацией об исследованиях в Европе. Однако история с утечками разведданных в Америке показывает, что обеспечить жесткий контроль за передачей цифровой информации практически невозможно, если заинтересованные стороны технически подготовлены и изобретательны.

Продолжение статьи Обещания и риски революции в биосинтезе часть 9

В соответствии с новыми перспективами инженерии многие биологи называют свои работы в области геномики «штрих-кодированием». Как производители ставят штрих-коды на свою продукцию, чтобы при сканировании в супермаркете можно было узнать исходные данные и цену, так и биологи спешат определить последовательность генов растений, животных, рыб, птиц и микроорганизмов, чтобы закрепить за каждым видом уникальный «генетический штрих-код». Можно внедрить идентификаторы «штрих-кода» в синтезированные или модифицированные организмы, что позволит правоохранительным структурам или органам здравоохранения отслеживать использование или случайное появление созданных или измененных человеком форм жизни. Подобный подход применялся в ходе маркировки генетически модифицированных семян и сельхозпродуктов и вполне подойдет для потенциально опасной продукции двойного назначения. Но штрих-коды должны вводиться авторами исследований, а не теми, кто имеет преступные намерения. Так что простого и быстрого решения проблемы пока не существует.

От ВОЗ до хаджа

На саммите ВОЗ 2013 г. не удалось разрешить проблему исследований двойного назначения. ВОЗ ограничена в финансах и поэтому не может воплотить в жизнь все рекомендации саммита. Более того, участникам саммита не удалось выработать общих принципов для обсуждения проблемы. Бедные страны не считают ее приоритетной, представители Африки жалуются на отсутствие денег для введения норм биобезопасности. Один из представителей Африки высказался о принципе анонимности: «Это действительно серьезно затрагивает всех нас. Именно нам нужны такие исследования. Но у нас нет соответствующих возможностей: лабораторий, ресурсов. А теперь из-за всех этих опасений по поводу двойного назначения африканцам закрыт доступ в ваши лаборатории [в США или Европе]. Проблема двойного назначения, намеренно или нет, оставляет нас далеко позади».

Ничем не проявили себя на трехдневной конференции представители крупных развивающихся стран – Бразилии, Китая, Индии и ЮАР. Даже если кто-то из них брал слово, то только чтобы выразить озабоченность по поводу того, кому будут выдаваться патенты на продукты, полученные в результате исследований двойного назначения, либо чтобы настоять на необходимости трансфера технологий, либо в очередной раз заверить, что ученые в их странах работают в соответствии с жесткими мерами безопасности. Вот здесь активность проявили делегаты из Китая: все необходимые условия для обеспечения биологической безопасности в их стране созданы, убеждали они собравшихся. Два месяца спустя после конференции группа ученых из китайской Национальной лаборатории птичьего гриппа при Институте ветеринарных исследований (Харбин) воспользовалась GOF-методиками для производства 127 форм вируса гриппа. Все они имели в качестве базы H5N1, но сочетали в себе генетические признаки десятка других типов гриппа. Китайские ученые множество раз повторили эксперименты Фушье и Каваоки, добавляя синтезированные спирали. Пять из созданных ими штаммов супергриппа оказались способны распространяться капельным путем между морскими свинками, убивая их.

Меньше десятилетия назад мировое сообщество вирусологов осудило опыты американских ученых с добавлением особого гена в вирусы оспы в целях быстрой идентификации. В результате раствор, содержащий вирус, становился зеленым. То, что исследователи считали «умным» способом обнаружения смертельно опасного вируса, назвали «преступлением против человечности».

Напротив, когда в начале этого года новый тип птичьего гриппа H7N9 появился в Китае, вирусологи назвали проведение GOF-исследования безотлагательным вопросом здравоохранения. После того как вирус был подвергнут генетическому анализу, Фушье и Каваока признали его опасным, отметив, что генетические изменения, которые они произвели с H5N1, уже присутствуют в штамме H7N9. В августе группа Фушье опубликовала исследования, которые показали, что вирус H7N9 может поражать хорьков и передаваться по воздуху от одного животного к другому. Фушье, Каваока и еще 20 вирусологов призвали провести GOF-эксперименты с H7N9, чтобы в результате генетических модификаций птичий грипп мог передаваться от человека к человеку. Это позволило бы лучше подготовиться к борьбе с патогеном.

Продолжение статьи Обещания и риски революции в биосинтезе часть 10
Пока органы здравоохранения рассматривают заявки ученых на манипуляции с вирусом H7N9, на очереди выстроились другие микробы, загадки которых можно разгадать с помощью GOF-методик. Ближневосточный респираторный синдром (MERS) появился неизвестно откуда в июне 2012 г. в Саудовской Аравии, а к сентябрю 2013 г. им были инфицированы уже 132 человека, почти половина из них со смертельным исходом. Хотя вирус похож на SARS, многое в этом заболевании, в том числе его происхождение, остается неизвестным. Многочисленные случаи предполагаемой передачи синдрома от человека к человеку, особенно в больницах, заставили медиков Саудовской Аравии забить тревогу относительно распространения болезни в исламском мире. Вакцины или лекарства от MERS не существует. При соответствующей санкции на лабораторные исследования по определению способности H7N9 передаваться от человека к человеку, возможно, ученым стоит обратить внимание на потенциальную возможность распространения MERS среди паломников во время хаджа.

Когда в начале 1980-х гг. появился ВИЧ, никто точно не знал, как передается вирус, и многие медработники боялись при контакте с пациентами заразиться болезнью, смертность от которой тогда составляла 99%. ВИЧ-инфицированным детям в США запретили посещать школу, многие спортивные лиги не допускали к участию инфицированных атлетов (пока звезда НБА Мэджик Джонсон не признался, что болен, и волна запретов пошла на спад). Если бы существовали такие технические возможности, было бы разумно модифицировать вирус, чтобы оценить его способность распространяться капельным путем или при бытовом контакте.

Что теперь?

Ученые и эксперты по безопасности никогда не придут к консенсусу по поводу рисков, связанных с исследованиями двойного назначения в синтетической биологии. В конце концов, спустя почти 35 лет после того, как побеждена оспа, не утихают споры о том, нужно ли уничтожить последние оставшиеся образцы вируса. Пользу от изысканий в области биосинтеза трудно оценить. Сторонники считают, что соответствующие исследования изменят мир, подобно революции в информационных технологиях. Другие настроены скептически. Агрессивное сдерживание потенциальных побочных эффектов может воспрепятствовать научному прогрессу. В случае реальной заинтересованности правительство США, например, могло бы начать с создания многочисленного бюрократического аппарата в целях регулирования и надзора, но это только помешало бы национальной науке – передовые исследования переместятся в другие страны. Однобокие действия любого государства здесь обречены на провал.

Все это означает, что политическим лидерам не стоит ждать прояснения ситуации или получения исчерпывающей информации. Но и спешить с принятием запретительных мер или полагаться на саморегулирование науки тоже не следует. Вместо этого они должны признать тот факт, что революция в биосинтезе уже началась и продлится долго. Поэтому за ней необходимо внимательно наблюдать и пытаться принимать адекватные меры противодействия самым очевидным рискам, таким как случайная утечка или намеренный выброс опасных организмов.

Первым шагом на этом пути должно стать укрепление национального и международного эпидемиологического контроля. В Соединенных Штатах он ослаблен из-за сокращения бюджета и бюрократических препон на федеральном, региональном и местном уровнях. Центры по контролю за заболеваниями и Министерство сельского хозяйства США представляют собой первую линию защиты от микробных угроз здоровью человека, сельхозкультур и скота, но ресурсы обоих ведомств существенно урезаны. Бюджет Центров по контролю за заболеваниями сокращен на 25% с 2010 г., а в последнее время снизился еще на 5% из-за секвестра. Сокращение расходов коснулось средств на содержание 50 тыс. сотрудников органов здравоохранения в штатах, городах и округах. Конгресс должен без промедления восстановить финансирование и другие меры поддержки работников системы здравоохранения.

Продолжение статьи Обещания и риски революции в биосинтезе часть 11

В то же время Центры по контролю за заболеваниями и Министерство сельского хозяйства должны усовершенствовать свою работу. В эпоху появления новых микробов небольшой список патогенов и токсинов – вирус Эбола, сибирская язва и ботулизм – внушает лишь ложное чувство безопасности. Даже недавнее предложение внести H5N1 в национальную базу данных, по которой отслеживаются потенциально опасные биологические агенты и токсины, кажется неактуальным: простой, широко распространенный микроб, например E.Coli – бактерию, живущую в кишечнике любого человека, сегодня можно трансформировать в «убийцу», который причинит больший ущерб, чем любой другой патоген из списка.

Чтобы определить и выявить объект наблюдения, потребуется сотрудничество, выходящее за рамки национальных и профессиональных границ. В США таким организациям, как Центры по контролю за заболеваниями, ФБР, Министерство здравоохранения, Пентагон и разведывательные службы, следует обмениваться имеющейся у них информацией и опытом работы. На международном уровне ВОЗ, Продовольственная и сельскохозяйственная организация ООН (ФАО) и другие должны объединить усилия с такими организациями, как Интерпол, АСЕАН, Панамериканская организация здравоохранения и Африканский союз.

Конвенция по биологическому оружию может быть положена в основу многостороннего диалога по исследованиям двойного назначения, поскольку это нейтральная платформа, доступная правительствам практически всех стран мира. Однако ей пока далеко до возможностей конвенции по ядерному и химическому оружию. Не решив внутренние проблемы, международные институты в настоящее время не готовы к исследованиям двойного назначения. Например, ВОЗ уже третий год подряд сталкивается с жесткими бюджетными ограничениями, идет сокращение персонала, влияние организации снижается. Особенно пострадали такие направления деятельности, как выявление эпидемий и принятие соответствующих мер.

Появление эффективной глобальной структуры по эпидемиологическому реагированию в рамках ВОЗ, действующей в соответствии с Международными медико-санитарными правилами, в интересах Америки и других стран. Вмешательство представителей американского медицинского «сыска» вряд ли вызовет восторг во всем мире, в то время как ВОЗ, по крайней мере в принципе, может быть допущена в любую страну. Поэтому Конгрессу следует одобрить выделение 100 млн долларов в год в течение пяти лет на прямую поддержку системы эпидемиологического контроля и реагирования ВОЗ.

Чтобы американский вклад не оказался бесполезным, Вашингтон должен довести до сведения Всемирной ассамблеи здравоохранения, что часть финансирования нужно направить на создание органов эпидемиологического контроля в развивающихся странах. Таким образом, в конечном итоге они будут приведены в соответствие с Международными медико-санитарными правилами. Если конгрессмены опасаются, что подобная поддержка ВОЗ превратится в многолетнюю программу выплат, можно предусмотреть, чтобы финансирование началось в 2014 г. и постепенно свелось к нулю к 2019 году. К этому времени другие страны-доноры возьмут на себя финансовые обязательства, а реципиенты начнут полагаться на свои силы. Конгрессу также следует продлить действие программы Predict Project, возложенной на американское Агентство международного развития, цель которой – выявление опасных заболеваний. На сегодняшний день в ее рамках подготовлено 1,5 тыс. человек по всему миру и обнаружено 200 новых вирусов.

Продолжение статьи Обещания и риски революции в биосинтезе часть 12

Любые глобальные усилия по контролю потребуют гармонизации. Однако на данный момент не существует согласованных стандартов биобезопасности лабораторий, не разграничены различные аспекты биологической безопасности, GOF-исследования и даже проблемные исследования двойного назначения. Поэтому ключевые американские ведомства должны тесно сотрудничать с иностранными коллегами, чтобы сформулировать и распространить необходимые стандарты и разграничения. Моделью может послужить Codex Alimentarius, разработанный ФАО и ВОЗ в 1963 г. для стандартизации качества пищевых продуктов в мире.

В эпоху, когда нуклеотидная последовательность может быть разослана по электронной почте и транспортировка пробирок уже не нужна, трудно определить четкие границы и способы контроля экспорта. Проблема исследований двойного назначения в первую очередь касается информации, а не микробов. Поэтому чрезмерное регулирование потоков информации может задушить науку и помешать международным исследованиям. Чтобы справиться с этой проблемой, Министерство торговли США, Служба инспекции здоровья животных и растений при Минсельхозе и Торговая палата должны отрегулировать правила исследований двойного назначения. Можно использовать опыт работы над Международной конвенцией по защите растений с участием Службы инспекции здоровья животных и растений и Торговой палаты. Многие центры по распространению нуклеотидов уже сейчас отслеживают интернет-трафик, запрашивая детальную информацию о лицах, интересующихся «проблемными» патогенами. Правительства в силах перенять эту практику.

Так чего же в первую очередь должны опасаться госорганы и институты? Засвидетельствованных случаев злонамеренной модификации форм жизни с целью создания более опасного организма. Если правительства разрешают или поддерживают подобные исследования, их могут обвинить в нарушении Конвенции по биологическому оружию. Соединенные Штаты – крупнейший спонсор фундаментальной науки в мире и локомотив биологических исследований, поэтому именно Вашингтон может стать объектом подобных обвинений. Но солнечный свет – отличное дезинфицирующее средство, поэтому вполне можно попросить пояснить суть исследования и необходимость его проведения. Госдепартамент совместно с Управлением международных дел при Министерстве здравоохранения должен подготовить для дипломатов специальные материалы по синтетической биологии, работам в области изменения функций и исследованиям двойного назначения. Это позволит сбалансировать имидж США как передового центра биомедицинских исследований на фоне опасений по поводу создания искусственных патогенов. Госдепартаменту следует продвигать сотрудничество по проблеме исследований двойного назначения, а также в сфере противодействия глобальным рискам в связи с утечкой искусственных патогенов за пределы лабораторий. Кроме того, необходимо содействовать программам, направленным на повышение безопасности в лабораториях во всем мире.

Нужно в срочном порядке вводить отслеживание новых ДНК и форм жизни на добровольной или принудительной основе. Частные биотехнологические компании и дистрибьюторы компонентов ДНК должны снабжать все свои продукты инструкцией по биобезопасности. Торговля нуклеотидными последовательностями должна стать прозрачной и доступной для мониторинга. Геномной индустрии предстоит самостоятельно финансировать необходимый мониторинг и соблюдение стандартов, а также обеспечивать неограниченный доступ для инспекций в случае нарушения биобезопасности в лабораториях.

В прошлом году общество «Друзья Земли», Международный центр технологических оценок и ETC Group выпустили совместный доклад под названием «Принципы контроля в синтетической биологии». В документе предлагалось вводить в искусственные или модифицированные организмы гены «самоубийства» – определенных генетических последовательностей, которые активируются при простом изменении среды вокруг организма и прекращают его функционирование. Хотя в настоящее время это сложно реализовать технически, исследования двойного назначения должны предусмотреть такую возможность. Три организации также призвали индустрии застраховать ущерб и ответственность по всем биосинтетическим исследованиям и продуктам – очевидная и разумная предосторожность. Фонд BioBricks, наиболее активно пропагандирующий биосинтез, считает своей главной миссией «обеспечить, чтобы инжиниринг в биологии проводился открыто и этически грамотно на благо людей и планеты… Мы считаем синтетическую биологию силой добра в мире». Научные организации, уделяющие внимание вопросам этики, могут способствовать информированию о той или иной области исследований и ее проблемах, а также повышению ответственности ученых, осознающих обеспокоенность общества – только в этом случае их работы будут поддерживать.

Продолжение статьи Обещания и риски революции в биосинтезе часть 13

Опасения по поводу исследований двойного назначения в синтетической биологии появились всего четыре года назад. Все началось в 2010 г., когда Вентер объявил о создании новой формы жизни – «первый самовоспроизводящийся вид, прародителем которого является компьютер». Прежде чем пойти по стопам Всевышнего, группа Вентера проинформировала представителей администрации Обамы о политических и этических вопросах, связанных с проектом. Какое-то время администрация рассматривала возможность засекречивания работы, учитывая потенциальные риски.

Но в итоге, к особому удовольствию Вентера, Белый дом якобы выбрал полную прозрачность и открытость.

«Возможно, это гигантское философское изменение нашего представления о жизни», – пожав плечами, заявил Вентер на пресс-конференции в Вашингтоне. Он не был уверен.

Но не сомневался, что «очень серьезный набор инструментов» в один прекрасный день позволит создать вакцины против гриппа, возможно, вакцину от вируса СПИДа и даже микробы, потребляющие диоксид углерода и вырабатывающие энергию, которая станет альтернативой ископаемым видам топлива. Синтетическая биология, безусловно, пришла надолго, и главное теперь – сделать так, чтобы будущие поколения воспринимали ее появление как благо, а не проклятие.

конец статьи

Комментарии QGS:
Наивный Вентер оказался провидцем в своем недоверии к обещаниям Обамы!
На всем постсоветском пространстве как грибы стали возникать биолаборатории которые под благородными вывесками
осуществляли свои чудовищные планы. Ярким примером оказалась территория Украины, буквально напичканная такими
объектами. Специальная операция позволила вскрыть истинные цели англосаксов!
МО РФ обнаружило новые свидетельства опасной деятельности лабораторий США на Украине
Если вы обратитесь к докладам Начальника войск РХБЗ Вооруженных сил России генерал-лейтенанта Игоря Кириллова
то сможете представить себе масштабы этой опаснейшей аферы США! Генерал-лейтенант И.Кириллов привел в пример
документ Минобороны США с пометкой "для служебного пользования", полученный в ходе оперативных мероприятий на
освобожденных украинских территориях, который датирован 2015 годом и касается системы клинических испытаний
медицинских средств противодействия вирусным лихорадкам. "Авторы документа, среди которых сотрудники
Института инфекционных заболеваний сухопутных войск США, планировали создать мобильное подразделение быстрого реагирования,
предназначенное для испытания новых препаратов в местах дислокации американских вооруженных сил по всему миру", - заключил Кириллов
P.S. При внимательном изучении вопроса оказалось, что сотрудники американской биолаборатории NAMRU-3,
которая базируется на авиабазе в Италии, проводят исследования особо опасных инфекций не только на Украине, а и
на территории Египта, Ганы и Джибути...

Как мы знаем, сторонники Синтетической биологии разделились на два лагеря.

Первые считают, что все работы в этой сфере должны быть совершенно открыты а описания технологий
должны быть опубликованы в свободном доступе. Однако, они выступают за то, чтобы вопросы коммерциализации
достижений не решались поспешно, без должного изучения возможных отрицательных последствий,
а были отданы под международный контроль.

Вторые категорически против работы по принципам Open Source Initiative и настаивают
на сокрытии информации о всех достижениях и обо всех научных работах в этой области науки.

Интересно, не правда-ли?

08-09-2024 посмотрел документальный фильм "Биология 2.0"
француза Шарля Антуана де Рубр .
По его словам, Синтетическая биология не просто заинтересовала западные спецслужбы.
Оказывается, ФБР организовал и спонсировал специальные международные конкурсы молодых ученых
занимающихся изысканиями в области Синтетической биологии. и жестко контролирует
и направляет их деятельность.
А чтобы журналист не написал лишнего, ФБР стало его спонсором :-)

Вот как действуют англосаксы и их партнеры.
Уверен, что мы должны сделать соответствующие выводы и принять нужные решения.