Индикаторные бактерии, которые меняют цвет в присутствии определенных веществ, появились в 2010 году. Поначалу «живые датчики» применялись для обнаружения ртутного загрязнения в воде, но вскоре начали использоваться повсеместно. С 2015 года стала востребованной профессия охотника за пигментами, находящего редкие краски и их гены у экзотических растений и животных. Около 2040-го в моду вошли йогурты с молочнокислыми ГМ-бактериями E. chromi, которые помогают диагностировать болезни кишечника по оттенку выделений. Десять лет спустя на политической сцене появился «Фронт освобождения апельсина» (OLF) — террористическая организация, выступающая за сохранение естественного оранжевого цвета фрукта. На рубеже 2070-х климатическое подразделение Google наполнило атмосферу микробами, которые окрашивают воздух, когда уровень углекислого газа достигает опасного уровня. «Если утро стало красным, Google говорит: «Опасно!»» — объясняет популярный детский стишок. И хотя первые предсказания Дейзи Гинзберг не сбылись, именно такое будущее подготавливают для нас синтетическая биология и возможность создавать новые формы жизни.

Синтетические организмы для восстановления баланса естественных экосистем в эпоху массового вымирания. На иллюстрации — самовоспроизводящаяся биопленка, удаляющая загрязнения воздуха.

Современная биология, тем более такая сложная область, как биология синтетическая, не кажется подходящим увлечением для дизайнера и архитектора. Но за этим видна ясная концепция: по мнению Дейзи Гинзберг, сам базовый принцип дизайна состоит в изменении естественной природы под человека и для него. Поэтому как минимум начиная с промышленной революции XVIII века дизайн занят «переводом» с языка новых технологических решений и научных концепций на язык вещей, продуктов массового производства, которые окружают нас повсюду. Двигатель внутреннего сгорания — это инженерия, автомобиль — уже дизайн; пьезоэлемент — физика, зажигалка — дизайн.

Для Гинзберг дизайн — то, что отличает природное от культурного, естественные предметы — от созданных человеком; то, что мы контролируем, от бесконтрольного. В этом смысле ГМ-комары, разработанные британской компанией Oxitec, тоже дизайнерский продукт. Не дающие жизнеспособного потомства, в природе они успешно конкурируют за спаривание со своими дикими собратьями и снижают численность разносчиков малярии и других опасных инфекций. Дизайнерским продуктом стоит назвать и «золотой рис», содержащий значительное количество бета-каротина и способный решить проблему дефицита витамина А в некоторых странах третьего мира. И уж точно результат дизайна — синтетический штамм Mycoplasma laboratorium с искусственно полученным геномом. Новые организмы с новыми функциями — результат приложения дизайнерского мышления, только в области синтетической биологии.

Synthetic Pathologies (2009−2010) Тревожный вариант: искусственные гены оказываются в обычных микробах и приводят к появлению новых странных болезней. Дейзи Гинзберг: «Это новый вид — гибрид бактерий, производящих стекловолокно, и бактерий, реагирующих на загрязнение воздуха».

Прогресс против эволюции

Если дизайн — это граница, разделяющая естественное и культурное, то не стоит считать, что области по обеим ее сторонам конфликтуют. Культурное вырастает из естественного и улучшает его — по крайней мере с точки зрения человека. Естественное — продукт эволюции, которая всегда отвечает на вызовы текущего момента и неспособна к разумному планированию или замыслу. Эволюции незнакомо понятие «лучше», современные медведи не лучше динозавров, просто лучше приспособлены к сегодняшним условиям. Культурный же мир развивается, подчиняясь законам человеческого прогресса: лампа накаливания лучше свечей и лучины, светодиод лучше вольфрамовой нити.

Емкость для выращивания электросинтетических организмов: искусственные клетки на разных стадиях роста.

Однако в области дизайна живых существ вплоть до недавнего времени человек мог разве что соучаствовать эволюции, направляя действие искусственного отбора, — пока в наших руках не появились средства манипуляции геномом, мощные инструменты прогресса, что можно сравнить с возникновением точного машинного производства. Сегодня эти технологии готовы изменить саму «природу природы», в очередной раз преобразить мир — а тем временем Дейзи Гинзберг пытается понять, как он будет выглядеть.

Как и многие специалисты-биологи, происходящее в этой области художница считает новой революцией: «Стоимость секвенирования и синтеза ДНК быстро падает. Технологии генетической модификации CRISPR увеличили спектр доступных возможностей. Каждый год что-нибудь меняется, — сказала Дейзи, выступая с лекцией на форуме PopTech. — Наверняка появятся ГМ-микробы для очистки нефтяных загрязнений или для нормализации кислотности почвы. Использование модифицированных комаров — уже реальность».

Alexandra Daisy Ginsberg, Sascha Pohflepp, Andrew Stellitano ГМ-организмы, созданные для дальних космических миссий и способные обеспечить космонавтов деликатесами. Дейзи Гинзберг: «Слой за слоем искусственные фрукты производятся бактериями, которые способны использовать энергию электричества, а не солнечного света».

Синтетическое царство

Полностью синтетические организмы — продукты технологического прогресса, а не биологической эволюции и вовсе не обязаны подражать природным существам. Имея с ними лишь общую биохимическую основу, уже скоро они готовы выделиться в собственную ветвь на древе жизни. Надцарство — наравне с бактериями, археями и эукариотами, развивающееся по собственным законам, которые заданы как природой, так и людьми. Действие этих законов и служит предметом главного интереса для Дейзи Гинзберг. Как будет выглядеть растение, превращенное в живую фабрику? На это ответит разумный дизайн: как специализированный цех, производящий деталь из биополимера. Созревшая, она выпадает из раскрывшегося плода и готова к сборке с другими плодами синтетических растений, чтобы дать цельное полезное устройство.

Знаменательно, что в серии эскизов Growth Assembly, созданных в 2009 году, таким устройством оказывается распылитель гербицидов — инструмент, жизненно важный для человека, живущего в мире полной свободы биотехнологий. Художница вовсе не закрывает глаза на потенциальные опасности такого будущего, и в проекте Synthetic Kingdom представила ряд довольно пугающих последствий, о предупреждении которых стоит позаботиться заранее. В представлении Гинзберг, горизонтальный перенос генов между синтетическими и природными организмами может привести к тому, что микробы на зубах будут производить, например, пигменты, окрашивая их в яркие цвета, а «генетическая утечка» с фабрики биоэлектроники — к эпидемии развития фосфоресцирующих камней в почках.

Устройство — разбрызгиватель гербицида — выращивается в ГМ-растениях в виде отдельных деталей. Дейзи Гинзберг: «Товары больше не нужно развозить по всему миру, достаточно доставить на место семена».

Впрочем, и этим биотехнологии не слишком выделяются в ряду достижений человека: ни одна из бывших или существующих технологий не лишена негативных побочных эффектов. Рост современной цивилизации уже привел к такому стремительному сокращению биоразнообразия, которое ученые уверенно называют Шестым глобальным вымиранием в истории жизни на Земле. Но подобно тому, как предыдущие шаги в развитии позволяли решить многие проблемы, порожденные прежними технологиями, и синтетическая биология готова «вылечить» биосферу планеты. Искусственные слизни для восстановления кислотно-щелочного баланса почвы, искусственные ежи для распространения семян и даже странные полупрозрачные организмы, заражающие растения и фильтрующие их соки для удаления патогенов, — еще один проект Дейзи Гинзберг и еще один штрих биотехнологичного будущего. Если верить, что прогресс действительно ведет от хорошего к лучшему, то можно согласиться, что именно таким оно и будет.

Александра Дейзи Гинзберг, Лондон

Образование: Кембриджский университет (архитектура), Стэнфордский университет (дизайн), Королевский колледж искусств (интерактивный дизайн)

Есть такая область биологии -- синтетическая биология . Вообще, ей уже лет десять, она развивается очень бурно, время от времени какие-то новости прорываются в научно-популярные издания, но что-то это всё мимо меня проскакивало. А тут вдруг наткнулся, почитал несколько статей -- и очень впечатлился.

Главная идея синтетической биологии -- синтезировать на генетическом уровне вещи, которые то ли не появились, то ли не закрепились в эволюции жизни на Земле.
Под словом "вещи" может иметься в виду как функция, так и что-то материальное -- например, новые белки или даже новые аминокислоты, из которых можно строить совершенно новые типы белков. И из этих новых "кирпичиков" биологи-синтетики пытаются построить, нет, даже так -- запрограммировать -- новые варианты жизни. Это как бы генетический инженеринг, но на совершенно новом уровне -- здесь не пересаживают ген одного организма другому, здесь пытаются с нуля "рассчитать" новый способ жизнедеятельности и внедрить его в реально живущую клетку.

Какие функции тут можно реализовать и как? Пока самой распространенной "игрой" является программирование новых, не существовавших в природе молекулярно-генетических "часов" в клетках (чаще всего, это бактерии E.coli ). Вот классический пример (Nature, 2000): в клетку запускают три белка (A, B, C), которые могут вырабатываться самой клеткой, но которые подавляют экспрессию друг друга по цепочке: A подавляет B, B подавляет C, C подавляет A. В результате возникает петля обратной связи -- но с задержкой по времени. И этого уже достаточно, чтобы в размножающейся колонии бактерий начались колебания концентрации этих молекул, что можно отслеживать напрямую по зеленому флуоресцентному белку (побочному продукту на одной из стадий цикла). Получается такая картинка :

Обратите внимание -- период колебаний здесь составляет часы, что в несколько раз больше периода деления клеток. Получается, информация о том, в какой фазе колебания мы находимся, генетически передается из поколения в поколение .

Поначалу у таких работ были недостатки -- далеко не все клетки вовлекались в колебание, наблюдался сильный разброс откликов по всей популяции, да и с течением времени разные клетки сбивались с ритма или начинали подзабывать фазу. Однако с этими проблемами постепенно справились. В 2008 году в работе A fast, robust and tunable synthetic gene oscillator отклик был сильный, устойчивый и однородный, а буквально месяц назад была опубликована работа A synchronized quorum of genetic clocks , в которой клетки, общаясь друг с другом, успешно синхронизировали по всей популяции свои новоприобретенные генетические часы.

Отдельно подчеркну роль теорфизики. За 6 лет до работы 2008 года в Phys.Rev.Lett. была публикована работа Synthetic Gene Network for Entraining and Amplifying Cellular Oscillations , в которой строилась модель подобных осцилляций и изучалась их фазовая диаграмма (например, при изменении силы петель обратной связи). В работе 2008 года опыт этого моделирования был принят к сведению (один из авторов, кстати, участвовал в обоих работах).

Это, конечно, только одна из возможностей. Сейчас из набора таких транскприпционных факторов уже умеют создавать элементы логических схем и вроде бы недавно даже внедрили в ту же E.coli настоящий цифровой регистр, который "считал" количество событий деления. В общем, тут открываются головокружительные перспективы -- см. например (довольно старую) популярную статью Синтетическая жизнь . Правда, это всё делать не так просто -- о технических трудностях этих работ см. недавний материал из Nature: Пять горьких истин синтетической биологии .

Это конечно впечатляет, но это еще далеко не всё. Дальше -- круче.

Предположим, нам хочется создать новые белки, построенные не только на стандартных 22-х, но и на каких-то новых аминокислотах. В принципе, другие аминокислоты есть, только в природе не предусмотрена возможность их кодирования в РНК. Как сделать так, чтоб рибосома их всё же использовала при синтезе белка?

Один из вариантов -- заставить рибосому мутировать так, чтоб она на каком-то не сильно важном триплете "ошибалась" -- вставляла другую аминокислоту. В принципе, такие работы были, но как-то вяло всё шло. А неделю назад была опубликована статья Encoding multiple unnatural amino acids via evolution of a quadruplet-decoding ribosome , в которой реализовано совершенно радикальное решение этой проблемы. Авторы этой работы целенаправлено добились такой мутации рибосом, чтобы они считывали генетический код не триплетами, а квадруплетами -- т.е. по четыре "буквы" РНК сразу. При этом открывается огромный простор для кодирования сразу кучи новых аминокислот (квадруплет может закодировать 256 комбинаций вместо 64 у триплета).

Для примера авторы смогли встроить в белок кальмодулин парочку новых аминокислот, которые затем в пространстве дополнительно соединились друг с другом (образовали циклический кросс-линк), что значительно укрепило трехмерную пространственную структуру белка (см.

Синтетическая биология – это новое направление науки, объединяющее инженеров, физиков, молекулярных биологов и химиков с целью использования инженерных принципов для соединения биомолекулярных компонентов: генов, белков и других составных частей в новые структуры и сети. Эти обновленные структуры предполагается использовать с целью перепрограммирования живых организмов, придавая им новые свойства, необходимые для решения задач в области здравоохранения, энергетической безопасности, производства продуктов питания и развития окружающей среды. Это междисциплинарное направление науки появилось благодаря интересу к геному человека. В середине 1990-х гг. проект «Геном человека» начал публиковать данные по частям геномов различных организмов. Ведущие ученые в данной области пришли к выводу, что следующей задачей будет определить, как эти части генома функционируют, взаимодействуют друг с другом и объединяются в сети и пути. Это может дать понимание того, как эти пути определяют биологические процессы и заболевания.

Основной проблемой данного исследования было отсутствие у нас необходимых данных и соответствующих технологий для так называемой обратной инженерии и воспроизводства структуры естественных сетей. Несмотря на это многие инженеры, в том числе я и мои коллеги по лаборатории, были чрезвычайно заинтересованы в работе в области геномики и молекулярной биологии. Но вместо того, чтобы разрабатывать методы обратной инженерии и воспроизводства структуры естественных сетей, мы подумали в манере обычной для инженеров, а именно: могли бы мы сами что-то построить, объединяя структуры, которые в данном случаи были «влажными», а не «сухими» в смысле, которые применяется в электроинженерии. Совместно с Тимом Гарднером, одним из моих студентов на тот момент, вводя этот подход мы основали новую сферу. Тогда мы сели и стали думать, могли бы мы создать инженерную схему, математически смоделировать ее, чтобы понять, как она будет функционировать, а далее найти частицы, которые будут биологическим эквивалентом компонентов электронной схемы. Далее, используя методы молекулярной биологии, чтобы собрать в единое целое частицы в плазмиды или ДНК, внедрить в клетку и посмотреть, будет ли эта конструкция работать как надо.

Тим и я разрабатывали разные подходы и составляли различные цепи в течение 9 месяцев, а далее мы решили сконцентрироваться на тумблер. Эта идея была мотивирована работой в области электронной инженерии, где есть тумблеры или переключатели. Тумблер в электронной инженерии – это форма памяти, очень простая цепь, которая имеет две позиции: 0 и 1, или состояния включено-выключено, переключаемых импульсом, например, электрическим импульсом или световым. Гаджеты, которыми мы постоянно пользуемся: iPhone, iPad, персональные компьютеры - состоят из миллионов, если не миллиардов, таких тумблеров. Мы с Тимом задались вопросом, как мы можем сделать подобную конструкцию в клетке, в бактерии? Итоговая схема, которую мы придумали, была крайне простой. У нас было 2 взаимосвязанных гена, организованных таким образом, что они оба стремились к «включенному» состоянию. Их поведение определяли так называемые конститутивные промоторы, играющие роль включателей для генов и являющиеся участками ДНК. Мы организовали их в цепь, протеин вырабатываемый для белка А стремится привязаться к тумблеру белка Б, выключая его. Белок, производимый геном Б, стремится привязаться к тумблеру гена А, выключая его. Таким образом каждый хочет быть включенным, и пытается выключить второй. Получилась взаимно тормозящая сеть.

В принципе, можно настроить эту цепь так, что она стремится существовать в одном из двух устойчивых состояний - либо состояние А (ген А включен, ген Б выключен), либо Б (Гена Б включен,ген А выключен). Также возможно менять состояние путем доставки химического стимула или изменения окружающей среды, который отключит активный ген. Допустим, цепь находится в состоянии А. Если вы могли бы ввести химическое вещество, которое бы временно инактивировало ген A или его белок, и обеспечили достаточное время пребывания там этого химического вещества, ген Б, который стремится быть включенным, но удерживается в выключенном состоянии активностью гена А, сможет произвести свой белок, и когда его концентрация станет достаточно высокой – выключит ген А, и вы сможете удалить из системы химическое вещество, которое деактивировало ген А. Таким образом можно менять положение цепи из состояния А в состояние Б и так далее. Это основной принцип работы.

Мы с Тимом начали работу в 1999 году с математического моделирования процесса, что позволило нам говорить о его потенциальной работоспособности. Затем подключился Чарльз Кантор, наш коллега из университета Бостона – биоинженер, он позволил нам работать в его лаборатории. Тим на тот момент достаточно разобрался в молекулярной биологии и генной инженерии, чтобы создать бактерию E. coli. Он создал несколько подобных бактерий, одна отвечала на воздействия со стороны двух разных химических веществ, а другая – на воздействия одного химического вещества и тепловой шок. Тим оказался настолько талантливым биоинженером, что в течение 9 месяцев смог активировать тумблероподобное поведение в квазистабильном состоянии внутри E. coli. Параллельно нашей работе над этой же проблемой работали Майк Эловитц и Стэн Либлер, которые создали репрессивную генераторную схему с тремя генами: ген А пытался выключить ген Б, ген Б пытался выключить ген С, а ген С – ген А. В принципе это кольцевой генератор, в котором должна быть мигающая схема. Майк и Стэн сконструировали свою схему также внутри бактерии E. Coli. Работы были опубликованы в январе 2000 г. в журнале «Nature» и положиле начало развитию сферы синтетической биологии.

Теперь можно представить, что можно создать цепь, обеспечивающую клетку памятью, и это вдохновило людей из области биопрограммирования. Они предположили, что возможно запрограммировать клетку, так же как цепь. И хотя был огромный интерес к биопрограммированию, думать об этой работе как о замене электронных цепей в наших компьютерах было бы неправильно. Правильнее думать о программировании клеток как о возможности присваивать клеткам разнообразные функции и задачи. И это основная тема синтетической биологии. Например, мы используем тумблеры для создания полноклеточных биосенсеров, что позволит запрограммировать организмы, давая им способность определять присутствие тяжелых металлов, таких как свинец, или опасных химикатов, вроде тех, что разрушают структуру ДНК, или патогенов. Можно было бы отпустить эти организмы в окружающую среду или запустить внутрь чьего-либо тела, или проверять с их помощью импортированные товары – присутствует ли в краске на импортной игрушке свинец; нет ли вспышки сибирской язвы в здании правительства? Прелесть тумблеров в том, что можно воспроизводить память, хранить информацию о событиях, чтобы проверить, были ли подобные случаи ранее.

Также мы уже использовали подобные включатели, основанные на РНК, что позволяет динамично включать и выключать несколько генов внутри клетки для реорганизации метаболического процесса. Теперь мы также работаем с несколькими биотехнологическими компаниями, чтобы определить, как можно использовать полученные нами результаты на практике, повысить эффективность использования созданных организмов. Например, превращать биомассу в энергетические ресурсы, топливо – включая, возможно, дизель, этанол, бутанол.

Так же очень интересно, как можно использовать методы синтетической биологии и программировать организмы для решения задач в области здравоохранения. Например, мы создали бактериофаг, который будет бороться с бактериальными биопленками. Биопленки – это колонии бактерий, прикрепленные к поверхности. Это налет на зубах, налет на раковине, налет на подводной части кораблей. Мы заинтересованы в борьбе с биопленками, так как бактерии внутри таких колоний в несколько раз более резистентны к антибиотикам, нежели одиночные бактерии. Когда проводят операции по трансплантации искусственных органов – костных вставок, сердечных клапанов, мозговых стимуляторов и т.д. основной риск не в проведении самой операции, а в потенциальном заражении биопленочной инфекцией. Мы приняли этот вызов и решили попытаться решить проблему с помощью бактериофагов. Бактериофаги – вирусы, атакующие исключительно бактерий, мы создаем их, чтобы внедрять в бактерий или бактериальные колонии. Они пройдут литическую фазу, создавая многочисленные копии себя, и запуская процессы, ведящие к нарушению цельности клетки, а затем миллионы дубликатов будут охотиться на другие бактерии. Основная сложность в том, что нельзя проникнуть под основной слой биопленки, так что мы создаем бактериофагов, которые смогу постепенно разрушать слои биопленки, выводя на поверхность все больше и больше бактерий. Таким способом мы смогли сделать процедуру борьбы с биопленками на 99,99% эффективнее по сравнению с существующими методами как на искусственных имплантах, так и на промышленных объектах.

Мой студент Тим Лу, который возглавлял исследования, совместно с другим студентом Майком Каррасом хотел найти данным разработкам коммерческое применение, начав с области здравоохранения. Но затем их заинтересовало использование технологии в промышленной области. Ведь на любых механизмах, долго подвергающихся воздействию влаги, появляются такие биопленки. Биопленки появляются на системах кондиционирования, трубопроводах, бумажных комбинатах. Тим и Майк начали создавать бактериофагов для борьбы с биопленками на промышленных объектах. Но в этой области возникли сложности и фокус их исследований сместился на поиск и распознавание патогенов в больницах и на пищевом производстве. Цель, которой они уже почти достигли – для подобной работы необходимо создать всего лишь 10 бактерий за период временнее менее часа, затратив на процедуру менее 10 долларов.

Мы не хотим останавливаться на достигнутом и стараемся искать другие пути применения наших технологий для борьбы с инфекционными заболеваниями. Теперь с финансовой поддержкой фонда Гейтса, мы создаем пробиотики, распознающие и борющиеся с разнообразными инфекциями. Например, мы разрабатываем лактобактерии для борьбы с инфекционной холерой. Мы создали их таким образом, чтобы они отвечали на два разных сигнала от возбудителя холеры и производили антимикробные пептиды специфичные для холеры. Прелесть данного решения в том, что лекарства от холеры очень дорогостоящие и могут быть достаточно токсичными. Теперь, по сути, можно добавить наш противохолерный организм в йогурт, чтобы противостоять всплеску холеры, такому, как был на Гаити после землетрясения, или запаковать этот организм в таблетку. Любой из двух способов будет гораздо более дешевым и менее токсичным, чем разработка лекарства. Единственная группа людей, которая испытают действие этого лекарства, будут те, кто подвергся воздействия со стороны холерных бактерий.

Я считаю, что в ближайшие десятилетия мы будем свидетелями того, как синтетическая биология меняет нашу жизнь в разнообразных областях: производстве энергии или продуктов питания, здравоохранении, или даже решении проблем с окружающей средой. Один из самых интригующих научных вопросов – это вопрос о том, как создаются естественные цепи и функционируют естественные процессы. Мы многому можем научится у естественных организмов, которые эволюционировали миллионы, а в некоторых случаях - миллиарды лет, создали функционирующие цепи и сети и выполняют довольно сложные задачи, иногда - в очень агрессивных средах. И я считаю, что синтетическая биология, хотя я концентрируюсь в основном на первичных способах применения, может быть очень полезна и в области фундаментальной науки, позволяя нам понять, как в общем функционируют организмы

Биоинженер Джеймс Коллинз о программировании живых клеток, биопленках и создании пробиотиков:

Материал подготовлен редакцией ИноСМИ специально для раздела РИА Наука >>

Лори Гаррет, старший научный сотрудник программы Глобального здравоохранения при Совете по международным отношениям (CFR).

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 биологический объект на основе имеющейся генетической 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 генома 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 искусственно синтезированную ДНК, после чего ученые стали наблюдать за тем, как клетки бактерии движутся, питаются, и воспроизводят 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, раз 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 ВОЗа 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, что их страны не обладают нужными ресурсами для проведения в жизнь мер, обеспечивающих биологическую безопасность. Как заявил на условиях анонимности некий представитель одной африканской страны, «именно мы - вот кто на самом деле страдает от всех этих болезней. Именно мы нуждаемся в этих исследованиях, но не можем их проводить. У нас нет средств. У нас нет ресурсов. А теперь, в связи с обеспокоенностью по поводу исследований двойного назначения, наши люди из соображений безопасности не могут попасть в ваши лаборатории, чтобы работать там [в Соединенных Штатах или Европе]. Вольно или невольно, все эти опасения по поводу DURC-исследований нас тормозят».

Крупные развивающиеся страны вроде Бразилии, Китая, Индии и ЮАР на этой трехдневной конференции практически не были заметны. Их интересовал лишь вопрос о том, кто будет выдавать патенты на продукты, созданные в ходе DURC-исследований, они настаивали на необходимости передачи технологий или же нудно рассказывали о том, насколько строго в их странах контролируется исследовательская работа. В частности, китайские делегаты уверяли собравшихся в том, что в Китае предприняты все необходимые меры для обеспечения биологической безопасности. Через два месяца после встречи группа ученых из китайской Национальной проверочной лаборатории по выявлению птичьего гриппа при Харбинском институте ветеринарных исследований использовала GOF-методы для синтезирования 127 форм вируса гриппа, все они основаны на штамме гриппа H5N1 в сочетании с генетическими атрибутами, найденными у десятков других типов гриппа. Китайцы опирались в основном на работы Фушье и Каваоки, несколько их модифицировав. Пять из синтезированных ими искусственных штаммов опаснейшей разновидности гриппа оказались способны заражать морских свинок воздушно-капельным путем, приводя к летальному исходу.

Около десяти лет назад вирусологи разных стран забили тревогу. Им стало известно, что американские ученые решили вставить в вирус оспы специальный ген, благодаря которому раствор, зараженный оспой, окрашивался в зеленый цвет. Инновационное изобретение американских ученых, предназначенное для выявления смертельного вируса, назвали «преступлением против человечности».

И, наоборот, в начале нынешнего года, когда в Китае появился новый тип птичьего гриппа H7N9, вирусологи стали уповать на GOF-исследования, подчеркнув их важность для здравоохранения. После изучения генетической структуры этого вируса, Фушье вместе с Каваокой заявили о его опасности, отметив, что те же самые генетические изменения, которые они внесли в вирус H5N1, уже присутствуют в штамме H7N9. В августе нынешнего года группа Фушье опубликовала результаты экспериментов, которые показали, что вирус H7N9 способен инфицировать хорьков и заражать животных воздушно-капельным путем. Фушье, Каваока и еще 20 других вирусологов призвали к проведению обстоятельной серий GOF-экспериментов с вирусом H7N9, чтобы синтезировать генетическую разновидность гриппа, создав из птичьего гриппа штамм, способный заражать человека воздушно-капельным путем, а это позволит вирусологам лучше подготовиться к борьбе с ним.

Пока власти соответствующих стран, регулирующие подобные исследования в области здравоохранения, обсуждают просьбу ученых провести опыты с вирусом H7N9, другие микроорганизмы также начинают создавать проблемы, которые могут быть решены с использованием GOF методов. В июне 2012 года в Саудовской Аравии, как гром среди ясного неба, появился «ближневосточный респираторный синдром» (MERS), и уже к сентябрю 2013 года от этого вируса пострадали 132 человека, половина из которых погибла. Хотя MERS и напоминает ОРВИ (т.е. «тяжёлый острый респираторный синдром» - SARS), о его происхождении многое по-прежнему неизвестно. Наблюдались многочисленные случаи передачи вируса MERS от человека к человеку, особенно в больницах, дошло до того, что власти Саудовской Аравии подняли тревогу по поводу возможного распространения MERS во всем исламском мире. Заметим, что ни вакцина, ни другое лекарство от MERS на сегодняшний день не найдено. Если будет разрешено проводить эксперименты по определению заражающего воздействия вируса H7N9, то почему бы ученым не попросить такое же разрешение на проведение экспериментов с MERS, чтобы изучить его заразную форму, дабы предотвратить ее распространение, скажем, среди паломников во время хаджа?

Когда в начале 1980-х появился ВИЧ, никто не знал достоверно о том, как именно этот вирус передается. Многие медики полагали, что 99-процентную заболеваемость с летальным исходом можно снизить, если полностью исключить контакт с заразившимися людьми. Во всех школах США запретили появляться ученикам, у которых выявлена положительная реакция на ВИЧ, а большинство спортивных лиг запретили играть зараженным спортсменам (все это происходило до тех пор, пока звезда NBA Мэджик Джонсон официально не заявил о том, что он тоже заражен, в результате чего возникло движение против изоляции ВИЧ-инфицированных людей). Если бы это было технически возможно, может нужно было модифицировать этот вирус, придав ему способность распространяться воздушно-капельным путем или через случайное прикосновение, чтобы потом его изучать?

Что теперь делать?

Ученые и эксперты по безопасности вряд ли придут к согласию по вопросу о рисках, связанных с исследованиями двойного назначения (DURC) в области синтетической биологии. Спустя почти тридцать пять лет после того, как была ликвидирована оспа, все еще бушуют споры - уничтожать или нет последние из оставшихся образцов этого вируса?

Какие выгоды могут принести исследования в синтетической биологии? Трудно сказать. Сторонники считают, что эта область биологии преобразит мир подобно революции в области информационных технологий, однако противники настроены скептически. Боязнь возможных отрицательных последствий DURC-исследований лишь помешает развитию науки. Власти США, например, принялись бы плести огромную бюрократическую паутину, учреждая органы регулирования и надзора, - здесь они несомненно бы преуспели больше остальных стран, но в этом случае американские научные программы затормозились бы, а самые инновационные исследовательские проекты ушли бы в другие государства. Односторонние действия любого правительства обречены на провал.

Это означает следующее: политикам не стоит ожидать, что с самого начала будет полная ясность и полнота информации; им не стоит поспешно налагать ограничения и пренебрегать способностью науки к саморегулированию. Вместо этого политики должны признать, что революция в сфере синтетической биологии будет продолжаться, и поэтому они должны внимательно за ней следить и принимать адекватные меры для предотвращения самых очевидных и реальных рисков, таких как случайные утечки опасных биоорганизмов или же их преднамеренное распространение.

Первым шагом в этом направлении должно стать укрепление органов эпидемиологического надзора на национальном и глобальном уровне. В Соединенных Штатах надзорные институты были ослаблены из-за сокращения бюджета и бюрократических проблем на федеральном уровне, а также на уроне штата и на более низком уровне. Казалось бы, Центры по контролю за заболеваниями и Министерство сельского хозяйства США - это первая линия обороны, призванная защитить людей, растения и скот от микробиологических угроз, но расходы на оба эти учреждения были сокращены по максимуму. С 2010 года бюджет Центров по контролю и профилактике заболеваний уже был сокращен на 25 процентов, а недавно его урезали еще на пять процентов из-за секвестра, в том числе было сокращено финансирование работы 50-ти тысяч государственных, территориальных, городских и окружных инспекторов общественного здравоохранения. Однако, Конгрессу ничего не стоит это финансирование возобновить и предоставить иную помощь этим людям, обеспечивающим функционирование общественного здравоохранения США.

В то же время Центры по контролю за заболеваниями и Министерство сельского хозяйства США должны совершенствовать эффективность своей работы. Наступает эпоха, когда будут появляться новые, доселе неизвестные микроорганизмы, и поэтому здесь не нужно ограничиваться лишь небольшим списком патогенов и ядовитых организмов типа вируса Эбола, сибирской язвы, ботулизма, вселяя в себя ложное чувство безопасности. Теперь, видимо, уже недостаточно, как недавно предложили, включить вирус H5N1 в Национальный реестр особо опасных патогенов (NSAR), в который вносятся опасные возбудители болезней и токсины, теперь уже придется зачислять в неприятели и обычные бактерии типа кишечной палочки, населяющей кишечник каждого человека, ведь и ее теперь могут превратить [с помощью методов синтетической биологии - прим. перев. ] в бактерию-убийцу, которая намного может превзойти любой из патогенных микроорганизмов реестра NSAR.

Теперь перед нами стоят такие вопросы: какие микроорганизмы на сегодняшний день нужно отслеживать? Как их обнаруживать? Решение этих вопросов потребует объединения интеллектуальных сил разных государств и специалистов различных областей. В Соединенных Штатах руководители таких организаций, как Центры по контролю и профилактике заболеваний, ФБР, Министерство здравоохранения и социальных служб, Министерство обороны вместе со спецслужбами должны будут осуществлять сотрудничество, обмениваясь информацией и опытом. На международном уровне многосторонние группы, такие как ВОЗ, продовольственные и сельскохозяйственные организации, должны будут взаимодействовать с агентствами и учреждениями типа Интерпола, Ассоциации государств Юго-Восточной Азии, Панамериканской организации здравоохранения и Африканского союза.

Процесс подписания Конвенции о биологическом оружии может служить основой для многостороннего диалога по исследованиям двойного назначения (DURC). Эта конвенция представляет собой нейтральную платформу, открытую почти для любого государства. Но в настоящее время этот процесс находится в вялотекущей стадии, в рамках данной конвенции пока что нельзя обеспечить контроль, сравнимый с тем, который обеспечивается в рамках системы контроля над ядерным и химическим оружием. Международные институты в настоящее время сталкиваются с проблемами и, по сути, не в состоянии самостоятельно урегулировать вопрос по DURC-исследованиям. Так, например, Всемирная организация здравоохранения уже третий год подряд сталкивается с жесткими бюджетными ограничениями, и поэтому ее размеры и влияние сократились, а также возможности по эпидемиологическому надзору и реагированию снизились.

США и другие страны не могут не быть заинтересованы в том, чтобы установить эффективную систему эпидемиологического надзора и реагирования ВОЗ и действовать в соответствии с положениями Международных медико-санитарных правил. Понятно, что американских инспекторов-эпидемиологов не во всех странах ждут с распростертыми объятиями в отличие, скажем, от представителей ВОЗ. Именно по этой причине Конгресс должен напрямую оказать поддержку системе эпидемиологического надзора и реагирования ВОЗ, выделяя этой организации по 100 млн. долл. ежегодно в течение пяти лет. И чтобы убедить ВОЗ в реальности своих намерений, Вашингтон мог бы дать понять Всемирной ассамблее здравоохранения (руководящий орган ВОЗ), что часть американской финансовой поддержки нужно направить на построение системы эпидемиологического надзора в развивающихся странах, которая бы могла соответствовать Международным медико-санитарным правилам. Если же американские законодатели опасаются, что такая финансовая поддержка ВОЗ превратится вдруг в еще одну многолетнюю расточительную программу финансовой помощи за счет американских налогоплательщиков, тогда можно предложить такой план: Вашингтон начинает финансирование в начале 2014 года и к 2019 году постепенно снижает суммы выплат до нуля, по мере того как другие страны-доноры будут увеличивать свою финансовую помощь, а страны-реципиенты постепенно смогут опираться на свои силы. Кроме того, Конгрессу следует продолжить проект PREDICT, запущенный Агентством США по международному развитию. Задача проекта - выявление новых эпидемиологических угроз. На сегодняшний день в рамках проекта подготовлено 1500 человек по всему миру, а также обнаружено 200 ранее неизвестных вирусов.

Любые глобальные программы по эпидемиологическому надзору потребуют выработки согласованных стандартов, поскольку в настоящее время отсутствуют какие-либо стандарты по биобезопасности лабораторий и по другим вопросам, в частности, по исследованиям неоморфных мутаций (GOF) и исследованиям двойного назначения (DURC). Для согласования и уточнения стандартов, а также ради содействия их распространению, ключевые агентства США должны работать в тесном сотрудничестве со своими зарубежными коллегами. За образец можно взять Пищевой кодекс (Codex Alimentarius), принятый Продовольственной и сельскохозяйственной организацией ООН и Всемирной организацией здравоохранения в 1963 году и регулирующий глобальную стандартизацию всех правил в области безопасности пищевых продуктов.

В наше время информацию о геноме можно спокойно передавать без всяких пробирок - прямо по электронной почте. Одновременно с этим стало труднее определять четкие границы экспорта и регулировать его. В основе DURC-исследований главной проблемой является, скорее, информация, а не микроорганизмы. Избыточная регламентация информационных потоков тормозит науку и мешает проведению международных исследований. Чтобы справиться с этой проблемой, Министерство торговли США, Департамент животноводства и фитосанитарной инспекции (APHIS) Министерства сельского хозяйства США и Управление торгового представителя США должны создать соответствующую нормативно-правовую базу для регулирования DURC-исследований. При выработке модели регулирования пригодится опыт Международной конвенции по защите растений, APHIS и Управления услуг и инвестиций Торгового представителя США. Если говорить о передаче геномов по Интернету, то здесь многие распределительные центры нуклеотидов уже осуществляют мониторинг “опасных последовательностей”, запрашивают информацию о лицах, которые разыскивают генетические части патогенных микроорганизмов. Эта сфера деятельности должна контролироваться правительствами.

Что же должны искать правительства и прочие учреждения? Их задача - находить свидетельства того, что кто-то нелегально ведет работы по изменению биологических форм жизни, пытаясь сделать из некоего живого существа опасный микроорганизм, а если такие противозаконные исследования ведутся при разрешении и поддержке правительства, то последние считаются нарушителями Конвенции о биологическом оружии. И не хотелось бы, чтобы в этом обвиняли США, поскольку эта страна - мировой лидер по объемам финансирования фундаментальной науки и мировой локомотив, стимулирующий исследования в биологии. Необходимо законодательно потребовать, чтобы данные о любых исследованиях в области биологии обнародовались в обязательном порядке. Госдепартамент США совместно с Управлением глобальной политики при Министерстве здравоохранения и социальных служб должны разработать информационные материалы для дипломатического персонала, в которых бы содержались ответы на вопросы: что такое синтетическая биология, неоморфные мутации (GOF) и исследования двойного назначения (DURC). Таким способом можно будет одновременно поддержать имидж США как передового центра биомедицинских исследований и снять озабоченность по поводу создания искусственных возбудителей. Госдепартамент должен содействовать сотрудничеству по выявлению и контролю в сфере DURC и предотвращению глобального риска несанкционированного распространения синтетических болезнетворных микроорганизмов; необходимо также оказать поддержку программам помощи, направленным на повышение безопасности лабораторий в других странах и усиление контроля за ними.

Выявление новых форм ДНК и новых форм микроорганизмов должно немедленно осуществляться как на добровольной, так и на обязательной основе. Частные биотехнологические компании и дистрибьюторы компонентов ДНК должны в целях биозащиты специальным образом маркировать свою продукцию. Коммерческие операции с геномами должна быть прозрачны и постоянно отслеживаться; в целях мониторинга необходимо предоставлять информацию о нуклеотидных последовательностях. Промышленный сектор, конструирующий геномы, должен за свой счет осуществлять необходимый мониторинг и внедрять стандарты, регулирующие биоинженерную деятельность, а также в случае нарушения правил биобезопасности лабораторий и других форс-мажорных обстоятельств разрешать государственным органам проводить инспекции.

В прошлом году международная сеть организаций по защите окружающей среды «Друзья Земли», Международный центр по оценке технологий и ETC Group совместно опубликовали доклад под названием “Принципы контроля над синтетической биологией”. В докладе рекомендуется внедрять в искусственные организмы (в частности, в те, что были получены в результате неоморфных мутаций) гены, способные приводить к самоуничтожению этих организмов, т.е. имплантировать в них части генома, активирующиеся при некотором изменении окружающей среды, в которой эти организмы существуют, с целью прекращения их функционирования. Хотя на данном этапе такую операцию осуществить сложно технически, тем не менее в ходе DURC-исследований эту задачу нужно все-таки попытаться решить. Три вышеперечисленные организации также призвали промышленные компании самостоятельно выделять средства на покрытие ущерба и страхование при проведении исследований в области синтетической биологии и создании синтетических биопродуктов - что ж, вполне понятные и разумные меры предосторожности. А тем временем Фонд BioBricks, являясь на сегодняшний день самым активным сторонником синтетической биологии, провозглашает свою миссию следующим образом: «гарантировать, чтобы методы инженерии в биологии применялись на основе принципов открытости, этичности и на благо всего человечества и всей нашей планеты…. Мы считаем, что синтетическая биология - это одна из мировых сил добра». Только научные организации вроде BioBricks, которые соблюдают нравственные принципы, способны надежно информировать о ситуации в синтетической биологии, не умалчивая о проблемах, и быстро взаимодействовать с научными кругами, только такие организации имеют право говорить от имени общества, выражая его обеспокоенность, а потому их деятельность должна поощряться и расширяться.

Прошло четыре года, с тех пор как в 2010 году Вентер объявил о том, что его команда создала искусственную форму жизни, назвав ее «первым самовоспроизводящимся биологическим видом на планете, родителем которого является компьютер». За это время уже успели возникнуть противоречия и проблемы, касающиеся исследований двойного назначения (DURC). Перед тем, как группа Вентера решила, подражая Всевышнему, создать искусственный организм, она отправилась в Белый дом на прием к Обаме и проинформировала высших должностных лиц страны о политических и этических вопросах, которые возникают в связи с созданием искусственных форм жизни. Поначалу администрация Обамы подумывала засекретить проект Вентера, обеспокоившись серьезными проблемами, к которым данный проект потенциально может привести. Однако потом, к радости Вентера, Белый дом разрешил публиковать результаты. «Должно быть, на философском уровне произошло какое-то гигантское изменение нашего способа восприятия жизни», - сказал Вентер на пресс-конференции в Вашингтоне, неуверенно пожимая плечами. Но Вентер ничуть не сомневался в том, что синтетическая биология, представляющая собой «очень мощный набор инструментов», приведет к созданию вакцины против гриппа, а, возможно, и против СПИДа. И недалёк тот день, когда микроорганизмы, способные потреблять углекислый газ и выделять энергию, создадут безопасную альтернативу традиционному ископаемому топливу. Теперь, когда синтетическая биология начинает прочно укореняться, наша задача состоит в том, чтобы будущие поколения считали ее скорее благом, чем проклятьем.

Синтетическая биология

Что такое «синтетическая биология»? Это новая и быстро развивающаяся отрасль молекулярной биологии, которая позволяет не только манипулировать с реальными генами и геномами, но и создавать совершенно новые последовательности ДНК и новые, никогда не существовавшие в природе биологические системы. Такие в прямом смысле сверхъестественные способности обязаны своим появлением стремительной эволюции молекулярных и компьютерных технологий, благодаря которым сегодня можно не только виртуально «сконструировать» любую генетическую последовательность, но и воплотить ее в жизнь. Так, еще в 2002 г. появился на свет первый полностью искусственный вирус, а еще через 8 лет – Синтия, первая жизнеспособная бактерия с полностью искусственным геномом. Эти достижения свидетельствуют о практически безграничных возможностях перепрограммирования ДНК, которые открывают не менее безграничные перспективы в самых разных областях науки и жизни, начиная от производства новых биотехнологических материалов до создания культурных растений с «улучшенным» фотосинтезом. Другое дело, что распорядиться этими «милостями не от природы» человечество должно с умом

В равноправном партнерстве с природой

Сама идея синтетической биологии развивается «вокруг» . За последние годы новые, крайне удобные молекулярные инструменты, с помощью которых можно каким угодно образом геном практически любого организма. Да, это, может быть, дорого, можно при этом уткнуться в какую-то пока не известную проблему, но даже на текущем уровне развития технологий молекулярной биологии можно поэтапно за, условно говоря, «триллион долларов» слона превратить в мамонта, возродив этот прекрасный вымерший вид.

Другое дело, надо ли это делать? Ведь у синтетической биологии много других, намного более актуальных и важных задач, связанных, к примеру, с созданием средств диагностики, профилактики и лечения болезней человека, в том числе с применением , а также обеспечением продовольственной безопасности и повышения качества продуктов питания. Именно эти задачи легли в основу актуальных направлений исследований в рамках проекта САЕ «Синтетическая биология» Новосибирского государственного университета.

Когда речь зашла о заявке на прорывной проект от нашей САЕ, нам не пришлось долго думать: ее предметом стала разработка новых средств для геномного редактирования и их применение для направленного изменения человеческих клеток. Технологии геномного редактирования, появившись в последние несколько лет, произвели настоящую революцию как в науках о жизни, так и в практических областях, включая медицину, сельское хозяйство и промышленные биотехнологии. Без быстрого освоения подобных технологий Россия рискует оказаться в числе аутсайдеров.

Дьявол сидит в деталях

Первый блок нашего проекта – фундаментальный – направлен на изучение процессов, происходящих в клетке в процессе ее «редактирования»; второй – на усовершенствование инструментов редактирования, включая разработку новых ферментов, способов доставки генетического материала и методов управления внутриклеточными процессами; третий – на получение практических результатов.

Почему так важна эта первая, фундаментальная часть? Главная проблема геномного редактирования состоит в доступности и кажущейся легкости самой технологии, в результате чего темпы ее использования намного опередили темпы «понимания» ее механизмов. Целенаправленной модификацией генома любых организмов, от бактерий до человека, сейчас может заниматься практически любая хорошо оснащенная биологическая лаборатория. Однако не более двух десятков исследовательских групп в мире реально занимаются исследованием соответствующих молекулярных механизмов и клеточных процессов, пытаются разобраться, что в действительности происходит в клетке при редактировании генов. Говорят, что дьявол сидит в деталях. Недостаток понимания приводит к низкой эффективности, что приходится компенсировать деньгами. Условно говоря, сейчас, чтобы добиться поставленной цели, приходится буквально «тыкать наугад» и вместо десяти планшетов с клетками задействовать тысячу.

Если говорить про самую популярную на сегодня систему геномного редактирования , то пока более-менее известно, и то не до конца, лишь как работает белок Cas9, который вносит разрыв в ДНК. В том числе не очень понятно, как этот фермент находит свою мишень в геноме, так как в пробирке Cas9 работает крайне неэффективно по сравнению с большинством других ферментов: реакция требует длительного времени и многократного избытка фермента по отношению к ДНК-мишени.

Следующий шаг при геномном редактировании – внесение в клетку нового генетического материала, который предполагается встроить в разрыв ДНК. На сегодня процесс генетической рекомбинации (перестройки ДНК) на основе такого нового искусственного – это настоящий «черный ящик». В принципе мы уже довольно много знаем о механизмах рекомбинации у человека, но только в «штатных» ситуациях. И знаем, что хотя рекомбинация при формировании половых клеток или при («ремонте») поврежденной ДНК идет по одной и той же принципиальной схеме, детали этих механизмов совершенно различны. Чтобы разобраться в механизмах рекомбинации при геномном редактировании, узнать, насколько в них задействована система обычной рекомбинации, а насколько какие-то новые элементы, потребуется еще лет двадцать.

Но зато когда мы сможем во всем этом разобраться, то получим возможность регулировать сам путь, по которому идет редактирование. Как известно, целью обычно является выключение гена или изменение его функции. Выключить проще, потому что в данном случае достаточно внести разрыв, который клетка «заштопает», обычно с ошибками. Причем клетка предпочтет этот простой путь и тогда, когда мы планируем провести замену фрагмента с рекомбинацией: клеточные системы в этом случае «норовят» не заменить, а выключить мишень. Сейчас многие исследователи работают над решением этой проблемы, начиная с таких простых вещей, как ингибирование ферментов, которые в этом процессе участвуют. Например, оказалось, что один из таких ферментов ингибируется обычным кофеином, и если клетки получают такую «дозу», рекомбинация идет лучше.

Что касается усовершенствования инструментария редактирования генома, то я вижу здесь два принципиальных пути. Во-первых, можно каким-то образом модифицировать и улучшать уже известные ферменты, такие как Cas9. Структура этих белков хорошо изучена, и можно вносить в нее мутации для повышения их точности или эффективности. Кроме того, в качестве адресующих структур, которые ищут и распознают нужный фрагмент гена, можно использовать не обычные направляющие РНК, а модифицированные нуклеиновые кислоты, благодаря которым можно повысить скорость или точность поиска мишени. В нашем проекте над этой задачей будет работать группа под руководством чл.-кор. РАН Д. В.Пышного.

Второй путь – поиск принципиально новых способов геномного редактирования. Мы сейчас довольно много знаем о том, как белки взаимодействуют с ДНК, более того, с конца прошлого века накопилось довольно много описаний интересных феноменов в этой области, которые в то время были непоняты и не объяснены. Например, было обнаружено, что в клетках с определенной эффективностью будут происходить мутации и геномные замены даже в том случае, если их просто обработать олигонуклеотидами! Сейчас в наших руках есть все необходимые технологии, чтобы исследовать процессы, которые при этом происходят.

Чем заменить хорька?

Ценность всех наших исследований, включая фундаментальные, еще и в том, что их результаты могут стать основой новых технологий, не подпадающих под уже имеющиеся патенты. Дело в том, что вся область геномного редактирования сейчас полностью «покрыта» патентами людей, которые эти технологии создали и чье финансирование исчисляется миллиардами долларов. В этом смысле нам с ними тягаться бесполезно – выгоднее попытаться найти собственные обходные пути.

Практическим выходом наших работ должен стать не возрожденный мамонт, на которого в любом случае денег не хватит, а вполне реальные новые клеточные линии, которые могут быть использованы в различных фармакологических исследованиях для поиска лекарств против таких широко распространенных заболеваний, как грипп, болезнь Паркинсона и рак молочной железы.

Например, сегодня наиболее подходящей моделью для поисков и тестирования лекарств от гриппа считаются не лабораторные мыши, которые от него гибнут, а гораздо более крупные и требовательные животные – хорьки. У этих животных клетки легочного эпителия схожи с человеческими, поэтому они в высшей степени восприимчивы к человека и издавна используются фармакологами. Если нам удастся при помощи геномного редактирования создать линии человеческих клеток с разной чувствительностью к вирусам гриппа, это намного упростит поиск соответствующих лекарств.

Еще одна подзадача – получение клеточных линий для тестирования токсичности новых химических соединений, которых ежегодно синтезируется сотни тысяч. Все эти вещества необходимо тестировать на безопасность для человека, для чего обычно предпочитают использовать . Дело в том, что при тестировании на токсичность традиционно предпочитают «перебдеть, чем недобдеть», а результаты, полученные на стандартных клеточных линиях, обычно искажают показания в сторону меньшей токсичности по сравнению с данными, полученными на животных. Действительно, отдельные клетки оказываются более устойчивыми к негативным воздействиям, так как в организме, как правило, есть свое «слабое звено» – небольшие клеточные популяции особо «ранимых» клеток (например, ), которые и будут определять устойчивость всей особи. Так как сейчас движение за отказ от использования животных в подобных исследованиях набирает обороты, новые генетически модифицированные линии клеток с повышенной восприимчивостью смогут стать адекватной заменой.

Если мы не выиграем конкурс прорывных проектов, это не означает, что вся наша деятельность в области геномного редактирования прекратится. Исследования, безусловно, будут развиваться, только меньшими темпами.

Уже в рамках текущего финансирования мы создали новую структуру под названием «Центр перспективных биомедицинских исследований», которая объединит шесть университетских лабораторий, имеющих отношение к геномному редактированию. И хотя на какие-либо фантастические результаты в этом случае рассчитывать не приходится, но, опираясь на интеллектуальные и материальные ресурсы институтов СО РАН, мы способны создать, возможно, лучший в России центр в этой области.

В этом смысле конкурентов у нас немного, за исключением того же Сколково, отечественных научных групп, занимающихся фундаментальными работами по геномному редактированию, очень мало.

Д.б.н., профессор РАН Д. О. Жарков

Семь раз примерь, один – синтезируй!

Среди всех участников САЕ НГУ «Синтетическая биология» мне хотелось бы в первую очередь отметить лабораторию структурной биоинформатики и молекулярного моделирования НГУ, возглавляемую А. Ю. Бакулиной, с которой мы поддерживаем тесное сотрудничество. Занимается она разработкой и применением технологий применительно к биологическим макромолекулам – я считаю это направление одним из самых важных в современной синтетической биологии.

Традиционный подход в создании новых соединений состоит в том, что проводится много синтезов, получают массу вариантов, а из них уже выбирают подходящие. Благодаря же расчетным технологиям мы сначала можем спрогнозировать свойства будущего соединения, «спроектировать» его, а уже потом его создавать. То есть исследователь может заранее просчитать и оценить результат. Значимость этого трудно переоценить, когда речь идет о таких сложных молекулах, как производные олигонуклеотидов (коротких фрагментов ), и вы хотите, к примеру, знать, будут ли они адекватно соответствовать структуре двойной спирали ДНК по размеру, прочности и другим структурным характеристикам.

Конкретная задача, которой занимаются физики из нашей лаборатории биомедицинской химии, – отработка методик и расчетов, которые лягут в основу таких компьютерных алгоритмов. И хотя полностью она еще не решена, успехи уже есть.

Нужно сказать, что технологии молекулярного докинга (метода молекулярного моделирования, позволяющего предсказать ориентацию и положение молекул, наиболее выгодные для образования устойчивого комплекса) в мире сейчас очень популярны, и в первую очередь в связи с поиском и созданием новых лекарственных соединений. Например, с помощью этих компьютерных технологий можно отобрать молекулы, способные с высокой эффективностью связываться с определенным участком белка-фермента и тем самым блокировать его работу.

Такие технологии, безусловно, нужно развивать, причем в более «глобальном» формате. Под последним я подразумеваю обращение к олигомерам (молекулам в виде цепочки из небольшого числа однотипных составных звеньев), тогда как в случае традиционного докинга речь идет, как правило, о низкомолекулярных соединениях. В качестве таких «среднемолекулярных» соединений могут выступать не только стандартные олигонуклеотиды, но и любые другие искусственно созданные молекулярные блоки в виде самых разных олигомерных цепочек. И в этом случае на первый план выходит компьютерное моделирование, так как число вариантов при этом резко возрастает.

Что касается химических методов получения искусственных олигомеров, то технический базис для этого у нас уже имеется. Хотя пока мы используем эти технологии с целью повысить функциональность тех же олигонуклеотидов для придания им дополнительной гидрофобности, введения репортерной метки и т. п. Ведь в этой области также есть еще много нерешенных вопросов, таких как доставка соединений в живые клетки. К примеру, для этой цели часто используется вариант, когда к олигонуклеотиду присоединяют специальные химические группировки (например, остаток холестерина), но это не всегда оправданно и эффективно. А ведь для модификации олигонуклеотидов можно использовать те же самые дополнительные ненуклеотидные цепочки, звенья которых сами по себе будут играть роль функциональных группировок с нужными свойствами.

Этот подход в перспективе может привести к созданию нового типа олигомерных агентов ненуклеотидной природы, для которых будет характерно огромное потенциальное разнообразие функциональных свойств отдельных звеньев, вероятно, даже большее, чем в случае использования аминокислот. И, конечно, есть задумка когда-нибудь окончательно отказаться от олигонуклеотидов и создать на основе уже хорошо «проработанной» нуклеотидной химии что-то совершенно новое вроде мультифункциональных олигомеров.

В качестве примера практических результатов в области синтетической биологии хочу привести – созданные в ИХБФМ СО РАН новые химические аналоги нуклеиновых кислот, прикладными приложениями которых сейчас активно занимаются в лаборатории химии нуклеиновых кислот (руководитель к. х. н. Д. А. Стеценко) и в нашей лаборатории биомедицинской химии.

Так, совместно с британскими учеными уже подана заявка на патент на использование этих соединений при терапии тяжелого генетического заболевания – мышечной дистрофии Дюшенна , которая приводит к полной потере способности двигаться и в итоге к смерти. Причина болезни – мутация, следствием которой служит нарушение процесса сплайсинга (вырезания фрагментов) при созревании информационной , в результате чего в клетках синтезируется «неправильный» белок дистрофин, являющийся важным структурным компонентом мышечной ткани.

Корректировать этот патологический процесс можно с помощью олигонуклеотидов, и, как показали исследования на лабораторных животных, для этой цели хорошо подходят наши фосфорилгуанидины. Последние работают не хуже, чем морфолиновые олигомеры, совсем недавно разрешенные в США к практическому применению. В обоих этих случаях был реализован один и тот же принцип, хотя и на разных платформах. Конечно, такая терапия означает пожизненные уколы, но альтернативным вариантом является лишь редактирование генома, которое на сегодняшний день недоступно, хотя и становится все более реальным с течением времени.

Сегодня мы сконцентрировались на еще одном очень важном практическом применении фосфорилгуанидинов – диагностике заболеваний. Есть тип диагностических сенсоров на основе полупроводниковых нанопроволок, работающих по принципу полевых транзисторов. Проводимость такого нанопроводника меняется, когда на его поверхности появляется заряд. Молекула же фосфорилгуанидинового олигонуклеотида, в отличие от обычного, сама по себе не имеет заряда. Иммобилизованный на поверхности проводника, такой олигонуклеотид способен специфично связаться с заряженной РНК-мишенью – нуклеотидным маркером того или иного заболевания. При этом детекция сигнала с проводника будет идти лишь в случае успешного связывания с мишенью, несущей электрический заряд. В экспериментах, проводимых совместно с новосибирским Институтом физики полупроводников им. А. В. Ржанова СО РАН было доказано, что с помощью сенсора, на который «посажены» производные фосфорилгуанидинов, можно действительно без дополнительных меток получать прямой диагностический сигнал.

Возвращаясь к технологиям компьютерного моделирования, напомню, что в состав «Центра перспективных биомедицинских исследований», созданного в НГУ в рамках САЕ «Синтетическая биология», войдет новая лаборатория белковой инженерии. Как видно из названия, она будет заниматься созданием новых ферментов и других белков с измененными свойствами, которые предполагается использовать для нужд биотехнологии либо в качестве терапевтических препаратов или молекулярных инструментов. Ведь виртуально «спроектировав» и изучив ту или иную нужную белковую молекулу, нужно затем обратиться к методам генной инженерии, чтобы начать ее реально производить. То есть встает конкретная задача синтезировать соответствующие генные последовательности – искусственные гены.

Чтобы «собрать» один такой ген, требуется в определенном порядке соединить несколько сотен искусственно синтезированных нуклеотидных цепочек! Отмечу, что в России подобных технологий практически нет, как нет и научных коллективов, которые занимаются этой проблематикой. Исключением служит группа к. х. н. А. Н. Синякова из нашей лаборатории, которая добилась немалых успехов в методов синтеза олигонуклеотидов на поверхности специальных – небольших кремниевых пластинок со множеством ячеек, где можно одновременно синтезировать большое число нуклеотидных последовательностей разного состава.

Наши исследователи совместно со специалистами из Института физики полупроводников им. А. В. Ржанова и Института автоматики и электрометрии СО РАН разработали и уже апробировали чиповую технологию синтеза олигонуклеотидов, основанную на использовании фотолабильных защитных групп или фотогенераторов кислот. В дальнейшем набор этих олигонуклеотидов подвергают ряду специальных обработок, чтобы в итоге получить целевую генную последовательность.

Заметим, что поскольку технологии эффективного синтеза искусственной ДНК открывают новые возможности не только в промышленности, медицине и сельском хозяйстве, но и в создании биологического оружия, в мире предпринимаются практические действия по ограничению их распространения. Это означает, что подобные установки в нашу страну экспортироваться не будут. Создание же отечественного микрочипового синтезатора – это наш реальный шаг к созданию искусственных генов, что является одним из краеугольных камней синтетической биологии. А от этого недалеко и до создания искусственных живых клеток, а в более отдаленной перспективе – и целых организмов.

Член-кор. РАН, д.х.н. Д. В. Пышный

Когда репарация под запретом

Научно-исследовательское подразделение по исследованию защитных репарационных систем, которым я руковожу в рамках САЕ «Синтетическая биология» НГУ, фактически состоит из тех сотрудников трех лабораторий Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН, которые наиболее тесно сотрудничают с университетом, – моей лаборатории биоорганической химии ферментов, лаборатории исследования модификации биополимеров (руководитель – д. х. н. О. С. Федорова) и лаборатории ферментов репарации (руководитель – д. х. н. Г. А. Невинский).

Мы занимаемся фундаментальными исследованиями систем , результаты которых важны для понимания механизмов старения и могут стать основой для конструирования ингибиторов ферментов репарации («ремонта») ДНК, представляющих интерес для медицины. Все эти работы основаны на междисциплинарном сотрудничестве, которое раньше поддерживалось специальными интеграционными проектами СО РАН, а теперь переместилось на площадку университета. Этому очень важному вопросу посвятил свой доклад ректор НГУ, чл.-корр. РАН М. П. Федорук на последней научной сессии Общего собрания СО РАН. Он назвал такой переход новым вектором развития Новосибирского академгородка. САЕ позволяет не только более эффективно организовать междисциплинарное сотрудничество, но и активно включать в исследования студентов и магистров НГУ.

Возвращаясь к , нужно сказать, что сейчас мы отчетливо понимаем, что все белки репарационной системы, ответственной за исправления повреждений ДНК, представляют собой потенциальные мишени для лекарственных препаратов. Универсальной мишенью является, к примеру, ядерный белок поли(АДФ-рибоза)-полимераза 1 (PARP1) – важнейший регулятор репарации ДНК, ингибирование которого может дать выраженный эффект при онкологических заболеваниях, а также ишемическом инсульте и других патологиях.

PARP1 является «сенсором» повреждений ДНК: он первым распознает ее разрывы и присоединяется к этим местам, начиная активно синтезировать олиго- или поли(АDP)-рибозные цепочки, которые ковалентно связываются с разными акцепторными белками и в том числе с самой PARP1. В результате в месте разрыва происходит деконденсация хроматина, что облегчает доступ ферментов репарации. Таким образом, PARP1 способствует восстановлению повреждений ДНК, в том числе и в раковых клетках при традиционной химио- или радиотерапии, что отрицательно сказывается на эффективности лечения.

Что касается случаев нарушения мозгового кровообращения в результате ишемии, то при множественных повреждениях генома гиперактивация PARP1 приводит к быстрому истощению имеющихся в них энергетических запасов в виде молекул АТФ, что чревато необратимой гибелью нейронов.

Идея ингибировать в подобных ситуациях активность PARP1 как универсального регулятора процессов репарации на первый взгляд представляется очень привлекательной. Но не надо забывать, что этот фермент является многофункциональным белком, и, как показывают многочисленные исследования, подавляя его репарационную активность, мы одновременно подавляем и другие его функции. Сегодня на основе ингибитора PARP-1 выпускается лекарство олапариб (линпарза), которое применяется для лечения некоторых видов рака, включая рак яичника. Тем не менее его рекомендовано применять с осторожностью из-за большого числа нежелательных побочных эффектов.

Поэтому в своих исследованиях мы работаем не только с этой универсальной, но и с другой, специфической мишенью – ферментом репарации тирозил-ДНК-фосфодиэстеразой 1 (Tdp1).

Дело в том, что в клетке существуют ферменты топоизомеразы, участвующие в динамичном поддержании определенной конформации двойной спирали ДНК. Топоизомеразы типа I вносят разрыв в цепь ДНК, ковалентно соединяясь с одним из его концов, после чего в дальнейшем происходит восстановление цепи. Противораковые препараты на основе камптотецина стабилизируют продукты этого ковалентного присоединения, не давая «залатать» повреждение, вносимое топоизомеразой, в результате чего опухолевая клетка погибает. Однако Tdp1 способен «снимать» эту стабилизацию, поэтому использование ингибиторов этого фермента даст возможность усилить эффективность основной противоопухолевой терапии.

Эта работа выполняется нами совместно с лабораторий физиологически активных веществ Новосибирского института органической химии им Н. Н. Ворожцова СО РАН (руководитель – д. х. н. Н. Ф. Салахутдинов), а также с группой к.б.н. Н. А. Поповой из Инстититута цитологии и генетики СО РАН. В экспериментах на лабораторных животных с привитой опухолью благодаря применению самого эффективного из разработанных ингибиторов удалось добиться значительного (до 50 %) уменьшения основной опухоли и практически полного исчезновения метастазов. Сейчас мы пытаемся получить финансирование для проведения уже клинических испытаний этого перспективного противоракового препарата.

И конечно, нужно отметить такое очень важное направление, как геномное редактирование с использованием системы CRISPR/Cas9, с помощью которого можно «выключать» сами гены, отвечающие за возникновение болезней. На этом переднем крае науки мы отстаем, тогда как в Европе и США уже создано множество коммерческих фирм, где эти технологии используются для создания нужных мутаций в целевых генах. Тем не менее, совершенно необходимо продолжать заниматься научно-исследовательскими разработками, которые повысят эффективность этого подхода.

В рамках САЕ «Синтетическая биология» мы будем сотрудничать с НГУ как раз в этом направлении, конкретно – с лабораторией геномных технологий, которой заведует д.б.н. Д. О. Жарков. Одна из задач, решением которой будет заниматься к.х.н. Н.А. Кузнецов, касается исследования детальной кинетики функционирования белковых комплексов именно в этой системе геномного редактирования. Другими словами, предстоит изучить, как в термодинамическом режиме происходит на ДНК сборка комплекса CRISPR/Cas9 из отдельных компонентов. Это будет по-настоящему пионерная работа, так как в современном мире зачастую больше обращают внимание на конечный результат, а не на особенности самого процесса, что неправильно, так как понимание механизма помогает усовершенствовать практические технологии.

CRISPR/Cas9 – это, действительно, очень хороший инструмент для исследовательских и, безусловно, медицинских целей. В то же время нужно отдавать себе отчет, что результат не всегда будет однозначным, по крайней мере, не для всех болезней. Например, за возникновение раковых опухолей отвечает не один ген, поэтому попасть «в яблочко» в таких случаях не так просто. При своем появлении каждый новый метод всегда вызывает только восторженные отклики, но чем больше его применяют, тем больше вскрывается недостатков. Поэтому понимание механизмов, лежащих в его основе, будет далеко не лишним.

К примеру, разрыв нити ДНК в процессе «редактирования» – результат работы белка Cas9, может «залатываться» системами репарации, которыми мы занимаемся. Кстати, любой разрыв в ДНК очень эффективно распознает как раз та самая, интенсивно нами изучаемая PARP1. Этот фермент может влиять на процесс направленной модификации гена-мишени, так как он участвует в регуляции системы «ремонта» двойных разрывов нитей ДНК и влияет на соотношение процессов негомологичной и гомологичной рекомбинации. Поэтому исследования систем репарации очень важны для повышения эффективности работы систем редактирования генома, которые играют столь большую роль в современной синтетической биологии.

Член-кор. РАН, д.х.н. О. И. Лаврик

Литература

Власов В. В., Жарков Д. О., Пышный Д. В. // НАУКА из первых рук. 2014. № 3-4. С. 84-91.

Купрюшкин М. С., Пышный Д. В., Стеценко Д. А. Фосфорилгуанидины. Новый класс аналогов нуклеиновых кислот // Acta Naturae. 2014. Т. 6. № 4(23). С. 53-55.

Немудрый А. А., Валетдинова К. Р., Медведев С. П., Закиян С. М. Системы редактирования геномов TALEN и CRISPR/Cas – инструменты открытий // Acta Naturae. 2014. Т. 6. № 3. С. 20-42.

Пышный Д. В., Cтеценко Д. А. Фосфорилгуанидины – новые химические аналоги нуклеиновых кислот. // Наука из первых рук. 2014. № 5. C. 6-9.

Ширяева А. А., Северинов К. В. Системы CRISPR/Cas бактерий и архей. Как компоненты адаптивной иммунной системы прокариот стали универсальным и эффективным инструментом модификации геномов, исследования эпигеномов и управления транскрипцией генов? / Редактирование генов и геномов. Ред. С. М. Закиян, С. П. Медведев, Е. В. Дементьева, В. В. Власов Новосибирск: Издательство СО РАН, 2016. С. 133-169.

Barrangou R., Doudna J. A. Applications of CRISPR technologies in research and beyond // Nat. Biotechnol. 2016. V. 34. N. 9. P. 933-941.

Главная » Значение слов » Синтетическая биология. Синтетическая биология - Synthetic Biology