Дерзновенный новый мир биологии: перспективы и риски революции в биосинтезе

№24v(752) 26 июня — 2 июля 2015 г. 25 Июня 2015 5

Джон Крейг Вентер. Благодаря его открытию появилась возможность рассматривать такие фантастические проекты, как заселение Марса искусственно созданными бактериямиАмериканский генетик Джон Крейг Вентер (богатейший и наиболее могущественный человек в мире биотехнологии) в мае 2010 г. создал новое существо — первый в мире искусственный организм, клетку «синтетической» бактерии, способной полноценно жить и размножаться. Семью годами ранее Вентер стал первым в истории человеком, создавшим функциональное существо просто из информации, — он химическим путем синтезировал ДНК вируса phi X174, инфицирующего бактерии.

Свою новую технологию Вентер назвал «синтетической геномикой». Она, согласно его словам, должна была «зарождаться в компьютере, в цифровом мире из оцифрованной биологии и создавать новые кон-струкции ДНК для конкретных целей... Это может означать, что, изучив принципы закономерности жизни, мы получим возможность развивать робототехнику и компьютерные системы, способные к самообучению. Мы на пороге новой эры очень быстрого обучения... Не существует ни единого аспекта человеческой жизни, где не будет потенциала для пол-ной трансформации с помощью упомянутых технологий».

На фото: Джон Крейг Вентер. Благодаря его открытию появилась возможность рассматривать такие фантастические проекты, как заселение Марса искусственно созданными бактериями

Сегодня кое-кто рассматривает новаторские бактерии Вентера как пример «четырехмерной печати». 2D-печать — это то, чем мы занимаемся ежедневно, нажимая кнопку «распечатать» на клавиатуре и получая копию статьи или еще чего-то из чрева старомодного принтера. Промышленники, архитекторы, художники и многие другие сегодня занимаются 3D-печатью, используя компьютерные модели, отдающие материалам из пластика, углеродного волокна, графита и даже пищевых продуктов приказ о создании трехмерных изделий.

Благодаря 4D-печати производители смогут сделать исключительно важный шаг к механизмам, способным к самостоятельной сборке или самокопированию. То, что зарождается как человеческая мысль, реализуется в интеллектуальном плане на компьютере, а затем отправляется на 3D-принтер. В результате получаем творение, способное воспроизводить собственные копии и видоизменяться.

В области физики твердого тела Скайлар Тиббитс из Массачусетского технологического института создает сложные физические субстанции. Он называет их «программируемыми материалами, способными самих себя конструировать». Вентер и сотни специалистов в сфере биосинтеза утверждают: идею 4D-печати лучше всего реализовать, вынуждая жизнь использовать ее собственные строительные блоки — т. е. ДНК.

Биохакеры — нефантастическая угроза

После того как команда Вентера впервые сконструировала геном ви-руса phi X174, ученый заказал проведение масштабного анализа воз-можных последствий синтетической геномики для национальной без-опасности и общественного здравоохранения. В подготовленном отчете отмечалось, что соответствующее регулирование новой науки невоз-можно без разрешения двух проблем. Первая состояла в том, что работа в области синтетической биологии (синбио) стала столь дешевой и несложной, что ею начали заниматься вовсе не профессионально подготовленные биологи. В итоге — отсутствие общепринятых представлений об этике, профессиональных стандартах или безопасности в столь новой области. Возникла и вторая проблема: существующие нормы, которые в некоторых вопросах регулируются правительственными учреждениями в США и других развитых странах, устарели на целое поколение, кроме того, они неизвестны преимущественно молодым специалистам.

Команда Вентера прогнозировала, что со снижением стоимости работ в синтетической биологии интерес к ней будет неуклонно возрастать, а особую остроту приобретут этические и прикладные вопросы. Эти прогнозы оказались даже более точными, чем они могли предположить. В сочетании с прорывом еще в одном направлении биологии — исследованиях в области обретения новых функций (GOF) синтетическая геномика породила невообразимое количество новых возможностей, вызовов и угроз национальной безопасности.

В научных кругах уже стартовали дискуссии об «управляемой челове-ком эволюции» и о ценности экспериментов, трансформирующих относительно безвредные микроорганизмы в штаммы опасных болезней, а глобальное сообщество экспертов по биотерроризму и биологической безопасности безнадежно отставало, увязнув в устаревших представлениях о том, какие угрозы действительно важны и как им лучше противостоять.

В Соединенных Штатах конгресс и исполнительная власть попытались предпринять профилактические шаги, составляя полные списки известных патогенов и токсинов и вырабатывая меры по наблюдению, контролю и противодействию. Правительства других стран и такие международные институты, как ООН и Конвенция о биологическом оружии, проявили еще меньше активности. Короче говоря, регулирование до сих пор базируется на устаревшем представлении о биологии. По его канонам ученые наблюдают за жизнью со стороны, ломают голову над тем, что происходит, и экспериментируют со средой, чтобы посмотреть, что может произойти. Но в новом мире биологии исследователи теперь могут сами создавать жизнь и изучать ее изнутри. Как говаривал Вентер еще в 2009 г.: «то, что мы уже совершили, взорвет ваш жалкий мозг».

Дерзновенный новый мир биологии: перспективы и риски революции в биосинтезе

Кодирование жизни

Вскоре после сообщения об эксперименте Вентера, изменившем пра-вила игры, Институт медицины Национальной академии наук (США) сформировал специальную группу для изучения всех измерений нового мира биологии, связанных с этикой, наукой и национальной безопасностью. Эндрю Эллингтон и Джаред Эллефсон из Техасского университета утверждали: новое поколение биологов выходит на передовые рубежи науки. Это поколение смотрело на формы жизни и ДНК тем же взглядом, что и волшебники от мира технологий, создавшие IBM, Cisco и Apple, некогда смотрели на простую электронику, транзисторы и электрические цепи. Эти две отрасли, пережившие зрелищное сращивание частного сектора и академической науки, постоянно пересекаются, сливаются и преобразуют друг друга: компьютерщики говорят о «вычислениях на основе ДНК», а синтетические биологи — о «платах жизни». Биолог превращается в инженера, кодирующего новые формы жизни по своему усмотрению.

Джеральд Джойс из Научно-исследовательского института Скриппса сетует на то, что по мере стирания границ биологи начнут управлять эволюцией, а мы станем свидетелями «конца дарвинизма». «Жизнь на Земле, — отмечает Джойс, — продемонстрировала поразительную эластичность и изобретательность в умении приспосабливаться к самым разнообразным явлениям. Пожалуй, наиболее значимым изобретением жизни стала генетическая система, обладающая удивительным потенциалом изобретательности — тем, что едва ли будет в скором времени достигнуто с помощью синтетических биологических систем. Однако как только информационные макромолекулы получат возможность наследовать выгодную нам изменчивость в соответствии с теорией самодостаточной эволюции Дарвина, они смогут зажить собственной жизнью».

И это не преувеличение. Все основные барьеры на пути к искусственному синтезу вирусов и бактерий преодолены, по крайней мере на уровне проверки и подтверждения концепции. В 2002 г. исследователи Нью-Йоркского университета Стоуни-Брук создали активный вирус по-лиомиелита, воссоздав его из генетического кода. Спустя 3 года ученые, обеспокоенные пандемией гриппа, решили восстановить смертоносный вирус «испанки» 1918 г. в научных целях, чтобы идентифицировать ключевые элементы генов этого вируса, которые позволили ему уничтожить по меньшей мере 50 млн. человек менее чем за два года. Все это говорит о том, что дилемма двойного назначения, впервые возникшая в химии еще столетие назад, а в последующем поколении затронувшая физику, обретает особую остроту в современной биологии.

В период с 1894-го по 1911 г. немецкий химик Фриц Габер сумел наладить промышленное производство аммиака. Его работа произвела революцию в сельском хозяйстве и стала толчком к зарождению современной отрасли производства удобрений. Но те же исследования в годы Первой мировой войны помогли Германии создать химическое оружие, и Габер стал в этом деле ключевой фигурой — как в позитивном, так и в негативном смысле. Через три года после того как Габер получил Нобелевскую премию по химии, его соотечественник Альберт Эйнштейн стал нобелевским лауреатом за вклад в развитие физики. Разработанные Эйнштейном революционные теории относительности, гравитации, массы и энергии помогли раскрыть секреты космоса и вымостили путь к обузданию атомной энергии. Но именно они привели и к созданию атомной бомбы.

Проблема исследований двойного назначения — работ, способных таить в себе как полезные, так и опасные последствия, — уже прекрасно известна в химии и физике. Она стала причиной подписания международных соглашений по ограничению наиболее опасного применения проблемных работ в каждой сфере. Но в этом отношении биология серьезно отставала, несмотря на то что Соединенные Штаты, Советский Союз и многие другие страны занимались разработкой биологического оружия, практически ни в чем себя не ограничивая. Эти проекты тогда не привели к серьезным результатам с точки зрения военного применения, поскольку ученым не удалось найти способы быстрого перемещения и распространения бактерий или жесткого ограничения спектра их воздействия определенными целями. Сегодня все может измениться.

Тревожная тема научных работ двойного назначения в биологии стала предметом широкого обсуждения в последние годы благодаря GOF-исследованиям. Задача таких разработок — это попытка борьбы с потенциальными угрозами путем их искусственного моделирования или создания в лабораторных условиях.

12 сентября 2011 г. Рон Фушье из Медицинского центра Университета Эразма в Роттердаме выступил на заседании Европейской научной рабочей группы по гриппу на Мальте. Он заявил, что ему удалось найти способ трансформации вируса H5N1, поражающего почти исключительно птиц, в штамм гриппа, передающийся от человека к человеку. На тот момент вирус H5N1 был обнаружен всего у 565 человек, предположительно контактировавших с птицами, причем 331 человек (или 59%) умерли.

Показатель смертности при пандемии гриппа 1918 г. составлял всего 2,5%, тем не менее «испанка» унесла более 50 миллионов жизней, поэтому вирус H5N1 выглядел потенциальной катастрофой. Успокаивало лишь то, что пока он еще не мутировал в штамм, способный передаваться непосредственно от одного человека к другому.

Фушье сообщил коллегам на Мальте, что его голландская группа, фи-нансируемая Национальным институтом здоровья США, «получила чу-довищные мутации H5N1», превратив птичий грипп в нечто, способное инфицировать лабораторных хорьков (заменяющих людей в лабораторных опытах). А затем, продолжил Фушье, он допустил «просто несусветную глупость»: вытер носы зараженных хорьков и использовал собранные вирусы для инфицирования следующей группы животных, повторяя эту процедуру до тех пор, пока не получил форму H5N1, которая способна передаваться по воздуху от одного млекопитающего к другому.

«Это очень опасный вирус», — заявил Фушье изданию Scientific American и задал риторический вопрос: «Следует ли проводить подобные эксперименты?» Его ответ — да, поскольку такие эксперименты помогают выявлять наиболее опасные штаммы гриппа в природе, создавать образцы для разработки вакцин и предупреждать мир о том, что H5N1 может начать передаваться по воздуху. Вскоре после сенсационного заявления Фушье вирусолог из Университета Висконсина Йосихиро Каваока, тоже получавший финансирование от Национального института здоровья, сообщил о проведении аналогичных опытов. Он также получил формы птичьего гриппа H5N1, способные передаваться воздушно-капельным путем среди хорьков. Каваока предпринял необходимые меры предосторожности, внес изменения в экспериментальный штамм H5N1 и сделал его менее опасным для человека. Кроме того, оба исследователя проводили опыты на объектах со строжайшим режимом, где уровень биологической безопасности обозначается как «3+», чуть ниже максимальной опасности.

Несмотря на принятые ими меры предосторожности, Фушье и Кава-ока навлекли на себя гнев многих экспертов по национальной безопас-ности и общественному здравоохранению. Они просто не смогли найти оправдание намеренному созданию потенциально пандемичных штаммов гриппа. В дело включился никому не известный орган Национального института здоровья — Консультативный совет по биобезопасности, организовавший в 2011—2012 гг. серию дискуссионных заседаний.

Вначале Консультативный совет попытался минимизировать возможные последствия опытов с H5N1, в декабре 2011-го распорядившись запретить публикации о методах, которые использовались для создания новых форм H5N1, относящихся к млекопитающим. Редакциям журналов Science и Nature поручили отредактировать в статьях Фушье и Каваоки разделы, касавшиеся методики проведения опытов, поскольку некоторые члены совета опасались, что упомянутая информация станет пособием для террористов.

Майкл Остерхольм, эксперт в области общественного здравоохране-ния из университета Миннесоты и член Консультативного совета, был встревожен сильнее других. По его мнению, настал переломный момент, когда ученые обязаны взять паузу и разработать соответствующие меры, чтобы в будущем подобные работы проводились безопасно и исключительно с благими намерениями. «Этот вопрос действительно требует обсуждения на международном уровне с участием многих сторон, — заявил Остерхольм журналистам. — Грипп — уникальный в своем классе вирус. Многие другие вирусы, с которыми работают в лабораториях с уровнем биобезопасности BSL-4, не обладают такой заразностью, как грипп. Существует множество материалов, для работы с которыми требуется уровень биобезопасности BSL-4, и мы не хотели бы увидеть их свободно циркулирующими. Но я не могу назвать ни одного другого вируса, способного распространиться по всему миру так, как грипп».

Пол Кейм, микробиолог Университета Северной Аризоны (и бывший председатель Национального научного консультативного совета по биобезопасности), сыграл ключевую роль в организованных ФБР поисках преступника, рассылавшего споры сибирской язвы в 2001 г. Он разработал новую технологию генетических отпечатков. Она и помогла ФБР отследить происхождение спор, засыпанных в конверты и разосланных в службы новостей и отдельным политикам. Кейм во многом разделял обеспокоенность Остерхольма по поводу безопасности общества, а опыт участия в расследовании усиливал его тревогу. «Сложно сказать, могли ли эти конкретные опыты привести к созданию вещества, способного уничтожить мир, возможно, критической окажется следующая серия опытов, — делился Кейм с журналистами. — И именно это следует обсуждать на всемирных форумах».

В итоге запрет на публикацию от декабря 2011 г. так ничего и не ре-шил. Спустя 4 месяца Консультативный совет отменил его. Запрет был успешно оспорен Фушье и Каваоки, журналы Science и Nature в 2012 г. опубликовали полные версии их статей, а временный мораторий на ис-следования двойного назначения, связанные с вирусами гриппа, был снят. В начале 2013-го Национальный институт здоровья принял серию постановлений по биобезопасности и прозрачности в области GOF-исследований вирусов гриппа, но ограничения касались только работ над вирусом испанки. А Остерхольм, Кейм и многие другие наиболее яркие оппоненты подобных исследований просто отступили.

Глобальная панацея?

За минувшие два года ВОЗ провела две встречи на высшем уровне в надежде принять глобальное решение по ящику Пандоры, открытому вследствие экспериментов с H5N1. Первоначально ВОЗ стремилась к тому, чтобы изучающие грипп ученые не нарушали требующие деликатного соблюдения соглашения между странами о контроле над распространением заболеваний и обмене информацией о вспышках.

Это действительно серьезная проблема, если учитывать, что на согла-сование Международных медико-санитарных норм от 2005 г., определяющих полномочия ВОЗ в случае эпидемий, а также обязанности всех стран по мониторингу инфекционных заболеваний и уведомлению о вспышках, ушло 14 лет, а некоторые развивающиеся государства, например Индонезия, оспаривают данный документ со дня его ратификации.

Джакарта активно противится обмену образцами вирусов на том ос-новании, что западные фармацевтические компании будут стремиться запатентовать продукты, созданные на их основе, а потом получат огромную прибыль, продавая вакцины и лекарства обратно в бедные страны по раздутым ценам. Поэтому Индонезия отказалась делиться образцами штамма гриппа H5N1 распространившегося в стране; выдвигала необоснованные обвинения против глобального здравоохранения вообще и Соединенных Штатов в частности и даже выслала американского участника переговоров по этому вопросу.

В итоге Всемирной ассамблеей здравоохранения (орган принятия ре-шений в ВОЗ) в 2011 г. было выработано и одобрено специальное соглашение о предотвращении пандемий, ставшее дополнением к Международным медико-санитарным правилам. Но по состоянию на 2012 г. менее чем 35 странам удается соблюдать нормы безопасности и контроля, а также требования, предъявляемые к исследованиям. При этом многие образцы H5N1 и других вызывающих беспокойство патогенов до сих пор не предоставлены международным контролирующим органам и не внесены в глобальную базу данных. Эксперты по общественному здравоохранению опасаются, что пандемия может грянуть еще до того, как власти поймут, с чем столкнулись.

В ВОЗ знали, что ведущая египетская медицинская лаборатория в Ка-ире разграблена в начале 2011 г. во время беспорядков, приведших к свержению режима Мубарака. Знали в организации и о пропаже ампул с патогенными микроорганизмами, в том числе с образцами вируса H5N1.

Проблема H5N1 в Египте очень остра, страна занимает второе место в мире по количеству случаев заболевания у людей (как вы, наверное, догадались, после Индонезии). Хотя предполагалось, что мятежники ничего не подозревали о содержимом пробирок, а просто хотели вынести из лаборатории электронные приборы и холодильное оборудование, никто не может с уверенностью сказать, были штаммы гриппа уничтожены или похищены.

С точки зрения ВОЗ, египетский эпизод продемонстрировал, что жесткие меры предосторожности, предпринятые голландцами для обеспечения безопасности работы Фушье и американцами в отношении исследований Каваоки, не будут соблюдаться в биологических лабораториях многих стран. Генеральный директор ВОЗ Маргарет Чан и ее помощник Кейджи Фукуда напомнили об эпидемии атипичной пневмонии (SARS) 2003 г., когда китайское руководство замалчивало информацию и умышленно тянуло время до тех пор, пока заболевание не охватило 29 стран.

В ВОЗ понимают, что даже в государствах, уверяющих в соблюдении всех стандартов Международных медико-санитарных правил, не существует последовательного и логичного законодательства по безопасности исследований двойного назначения. Для большей части Азии концепция биобезопасности оказалась новой и запутанной. Даже в Европе нет единых нормативов или дефиниций отдельных аспектов исследований двойного назначения и биобезопасности. Европейские страны намного больше озабочены генетически модифицированными продуктами питания, чем патогенами и микробами. Там были заняты воплощением в жизнь требований Картахенского протокола по биобезопасности от 2000 г., несмотря на название, абсолютно не связанного с терроризмом, национальной безопасностью и проблемами, возникающими в результате исследований двойного назначения. Документ посвящен генетически модифицированным организмам.

В феврале 2012 г. на первом саммите ВОЗ, посвященном проблеме исследований двойного назначения, коллеги призвали Фушье и Каваоку ознакомить собравшихся с деталями методики проведения опытов и их результатами. Хвастливое заявление Фушье о произведенных мутациях на деле оказалось не столь тревожным, когда ученый уточнил, что не использовал методы синтетической биологии. Он также пояснил, что со-зданный им вирус действительно заразил хорьков в клетке, но ни одного из них не убил. Технические консультации по H5N1, в которых принимали участие преимущественно вирусологи, занимающиеся гриппом, позволили ученым прийти к выводу: скандальная работа оказалась менее опасна, чем предполагалось, и мораторий на исследования вполне можно отменять.

Новая жизнь как новая смерть

Апологеты открытых, динамичных исследований в области синтетической биологии, например Дрю Энди из Стэнфордского университета и Тодд Кюйкен из Центра Уилсона (последний входит в число лидеров растущего международного движения в биологии, исповедующего принцип «сделай сам»), настаивают, что внимание следует обращать не только на опасности синтетической биологии, но и на ее потенциал.

Энди считает, что генная инженерия и синтетическая биология уже сейчас обеспечивают 2% ВВП США, и этот сектор растет на 12% ежегод-но. Кафедра биоинженерии в Стэнфорде имеет бюджет в полмиллиарда долларов в год и, как предсказывает Энди, в ближайшем будущем синтетическая биология станет толчком к такому же экономическому и технологическому буму, какой вызвали интернет и социальные сети в начале нашего столетия.

Многие студенты-биологи сегодня рассматривают генную инженерию существующих форм жизни и создание новых как передовое направление науки. Они участвуют в научных конкурсах и проводят эксперименты, и у них крайне мало времени для обсуждения проблем двойного назначения: они просто идут вперед.

С 2004 г. Массачусетский технологический институт проводит международный конкурс по генной инженерии (International Genetically Engineered Machine), в рамках которого студенты колледжей соревнуются в создании новых форм жизни. В последние годы к участию допущены команды школьников старших классов. В прошлогоднем конкурсе соревновались 190 молодежных команд из 34 стран. То, что для одного поколения звучит как научная фантастика, для другого уже стало нормой.

Всего за несколько лет исследования в синтетической биологии стали относительно недорогим и несложным делом. В 2003 г. проект «Геном человека» завершил расшифровку первой полной последовательности ДНК человека. Проект обошелся в несколько миллиардов долларов, в нем были задействованы тысячи ученых и лаборантов, трудившихся в более чем 160 лабораториях, а длился он свыше 10 лет.

Теперь — по прошествии десятилетия — мы можем купить прибор для секвенирования ДНК за несколько тысяч долларов и определить по-следовательность всего генома в домашних условиях менее чем за 24 часа. Еще меньше времени потребуется частной компании для расшифровки вашего генома, и стоимость таких исследований продолжает падать. Расходы на секвенирование снизились настолько, что в развитых странах эта индустрия перестала приносить прибыль, и теперь преимущественно перенесена в Китай. В огромных лабораторных комплексах в пригородах Пекина, Шанхая и Шэньчжэня автоматические секвенсоры расшифровывают, а суперкомпьютеры ежемесячно аккумулируют больше генетической информации, чем было накоплено с момента открытия ДНК Уотсоном и Криком в 1953 г. вплоть до синтеза генома phi X174 Вентером в 2003-м.

Понять, как сегодня проводятся работы в области синтетической био-логии, можно на практическом примере. Вполне обоснованная проблема здравоохранения — например, как выявить мышьяк в питьевой воде в районах, где загрязнены грунтовые воды. Теперь представьте, что решением проблемы может стать создание безвредной бактерии, которую вы поместите в пробу воды, и при наличии мышьяка она будет ярко светиться. В природе такого существа нет, но есть организмы, которые действительно светятся (светлячки и некоторые виды рыб). В отдельных случаях эти организмы светятся только при спаривании или в момент опасности, следовательно, у них имеются биологические переключатели. Есть на планете и микроорганизмы, ощущающие присутствие мышьяка. Кроме того, существует огромное количество бактерий, безвредных для человека, с которыми легко работать в лабораторных условиях.

Чтобы собрать все эти элементы в лаборатории, потребуется установить соответствующую программу на ноутбуке, просмотреть базы данных компаний-поставщиков, чтобы найти и приобрести нужные участки ДНК, в которых закодированы люминесценция, биологические переключатели и чувствительность к мышьяку. Затем — приобрести запас каких-нибудь безвредных бактерий.

Теперь следует расположить компоненты ДНК в правильной после-довательности, внедрить полученный ДНК-код в ДНК бактерий и убе-диться, здоровы ли бактерии и способны ли делиться. Для проверки ре-зультатов достаточно добавить несколько капель мышьяка в бутылку с водой, поместить туда искусственные бактерии и встряхнуть: если вода начнет светиться — это успех. (Этот несколько упрощенный сценарий основан на реальной работе команды исследователей из Эдинбургского университета, представленный на конкурсе International Genetically Engineered Machine в 2006 г.)

Самый сложный этап процесса — расположение компонентов ДНК в правильной последовательности, но такая ситуация едва ли сохранится надолго. Мир биосинтеза знакомится с 3D-печатью, поэтому ученые имеют возможность загрузить нуклеотиды в 3D-«биопринтер», генерирующий геномы. И они могут сотрудничать в глобальном масштабе, когда ученые в одном городе моделируют генетическую последовательность на компьютере и отправляют код на принтер, расположенный где-то в другом месте — в любой точке, где есть подключение к интернету. Код может использоваться для создания лекарства или вакцины, спасающей жизни. Или это может быть информация, превращающая крошечный phi X174 вирус, над которым Вентер работал 10 лет назад, в нечто, уничтожающее клетки человека или способное повысить резистентность бактерий к антибиотикам или создать совершенно новые штаммы вирусов.

Крейг Вентер (слева) производит забор материалов для исследования в пустыне Мохаве. Штат Калифорния, США
Крейг Вентер (слева) производит забор материалов для исследования в пустыне Мохаве. Штат Калифорния, США

Информацию, пожалуйста

Лишь немногих специалистов по национальной безопасности и со-блюдению законодательства, внимательно следящих за революцией в биологии, загоняет в тупик осознание того, что ключевой компонент в этом процессе — обычная информация. При том что фактически все нынешние законы в упомянутой сфере как на местном, так и на глобаль-ном уровне ограничивают и контролируют опасные организмы (такие, как, например, вирус Эбола), отследить информацию практически не-возможно.

Код сегодня может быть спрятан где угодно — боевики «Аль-Каиды» записывали скрытые инструкции об атаках на порновидео, а внешне безобидный твит способен перенаправить читателей на неприметное ме-сто в интернете с кодами геномов, готовыми к загрузке на 3D-принтер. Неожиданно то, что поначалу казалось проблемой биологии, преврати-лось в насущный вопрос информбезопасности.

Поэтому когда в феврале 2013 г. ВОЗ проводила второй саммит по проблематике исследований двойного назначения, почти треть присут-ствовавших ученых и правительственных чиновников имели граждан-ство США. Они представляли по меньшей мере 15 различных ведомств, столь непохожих, как ФБР, Центр по контролю и профилактике заболеваний, министерство обороны и торговую палату. Хотя другие страны тоже привлекли сильный контингент, сигнал от администрации Барака Обамы был ясен: мы обеспокоены.

Каждая страна—участница Конвенции по биологическому оружию обязана назначить ведомство, ответственное за выполнение всех положений соглашения. В Соединенных Штатах таковым является ФБР. Сейчас крошечное подразделение ФБР, ставшее еще меньше в результате сокращения бюджетных расходов и секвестра, задействует научное сообщество и пытается выявить факты исследований двойного назначения. Но ФБР не обладает научными познаниями в таком же объеме, как уче-ные-биологи, и потому на практике вынуждено полагаться на исследователей, призванных контролировать самих себя. Налицо проблематичная ситуация.

Другие страны пытались установить контроль над исследованиями двойного назначения иными способами. Дания, например, ввела процедуру лицензирования — как государственных, так и частных исследовательских программ. Государство требует, чтобы ученые зарегистрировали свои намерения еще до эксперимента. Лаборатории и персонал проверяют на соответствие нормам безопасности, затем выдаются лицензии, в которых прописаны условия проведения дозволенных работ. Некоторые заявки и лицензии засекречены, что гарантирует защиту коммерческой тайны для частного сектора. Но такие меры возможны там только потому, что масштабы биологических исследований в стране невелики: сейчас здесь мониторят менее 100 лицензий.

Голландское правительство попробовало ограничить публикацию ма-териалов Фушье о модификации вируса H5N1, применив закон об экс-портном контроле, поскольку данная информация является особо ценным товаром и не подлежит экспорту. Хотя правительство сняло запрет после первого саммита ВОЗ, местный суд позже постановил, что публикация материалов Фушье нарушает законодательство ЕС. Фушье подал апелляцию на данное судебное решение, так как оно чревато серьезными последствиями для обмена информацией о подобных исследованиях в Европе.

Однако один из уроков недавней истории с утечками разведданных в США показывает, что обеспечить жесткий контроль над передачей цифровой информации практически невозможно, если заинтересованные стороны достаточно целеустремленны и изобретательны.

В соответствии с духом времени и перспективами многие биологи те-перь называют свои работы в области геномики «штрих-кодированием». Как производители ставят штрих-коды на продукцию в супермаркете, чтобы при сканировании можно было узнать исходные данные и цену, так и биологи стремятся определить последовательность генов растений, животных, рыб, птиц и микроорганизмов по всему миру и обозначить каждый вид уникальной последовательностью ДНК — его «штрих-кодом».

Можно внедрить определители «штрих-кода» в синтезированные или GOF-модифицированные организмы, что позволит правоохранительным структурам и органам здравоохранения отслеживать любое применение или случайное появление искусственных или измененных форм жизни. Подобный подход применялся для генетически модифицированных семян и сельхозпродуктов, и ничто не мешает воспользоваться такой маркировкой для потенциально опасной продукции двойного назначения. Но «штрих-коды» должны вводиться исследователями, а лица с явно преступными намерениями не станут этого делать. Так что быстрого и простого технического решения этой проблемы пока нет.

От ВОЗ до хаджа

Саммит ВОЗ 2013 г. не смог выработать конструктивное решение проблем исследований двойного назначения. Будучи ограниченной в финансах, ВОЗ не сумела изыскать средства для воплощения в жизнь рекомендации саммита. Хуже того, участникам даже не удалось предло-жить общие принципы обсуждения проблемы. Бедные страны не считали ее приоритетной, а представители Африки жаловались на отсутствие в их странах ресурсов для обеспечения норм биобезопасности. Представитель этого континента на условиях анонимности сказал: «Именно мы действительно страдаем от всех этих болезней. Именно нам нужны подобные исследования. Но мы не можем ими заняться. У нас нет условий. У нас нет ресурсов. А теперь из-за всех ваших опасений в связи с двойным назначением африканцы не могут попасть в ваши лаборатории и работать бок о бок с вами [в США или Европе] из соображений безопасности. Все эти проблемы двойного назначения просто сдерживают наше развитие — намеренно или нет».

Заметно молчаливыми на трехдневной конференции выглядели и эмиссары крупных развивающихся стран, таких как Бразилия, Китай, Индия и ЮАР. И даже когда кто-то из них выступал, то только ради того, чтобы выразить озабоченность по поводу прав обладания патентами на продукты, полученные в результате исследований двойного назначения. Делалось это для того, чтобы настоять на необходимости передачи технологий, либо произнести банальные фразы о том, что ученые в их странах уже работают под строжайшим контролем. Китайские делегаты, в частности, излучали непреклонность: все необходимые условия для обеспечения биологической безопасности в их стране созданы, убеждали они коллег.

Спустя два месяца после конференции группа ученых из китайской Национальной лаборатории птичьего гриппа при Институте ветеринар-ных исследований (Харбин) воспользовалась GOF-методиками для кон-струирования 127 форм вируса гриппа. Все они базировались на штамме H5N1 в сочетании с генетическими признаками десятка других типов гриппа. Китайские ученые воспользовались работой Фушье и Каваоки и повторили ее множество раз, добавляя различные синтезированные биологические спирали. И пять из созданных ими штаммов супергриппа обладали способностью распространяться воздушно-капельным путем между морскими свинками, убивая их.

Меньше десятилетия назад мировое сообщество вирусологов резко осудило намерение американских ученых добавить особый ген в храня-щиеся вирусы, что придало бы содержащему вирус раствору зеленый цвет в целях быстрой идентификации. То, что американские исследователи считали отличным способом обнаружения смертельно опасного вируса, было названо «преступлением против человечности».

А когда в этом году новый штамм птичьего гриппа H7N9 появился в Китае, вирусологи призвали к проведению GOF-исследований, так как сочли это безотлагательной задачей для здравоохранения. Вирус был подвергнут генетическому анализу, и Фушье и Каваока признали его опасным, отметив, что те самые генетические изменения, которые они произвели с H5N1, уже присутствуют в штамме H7N9. Фушье, Каваока и еще 20 вирусологов призвали провести расширенную серию GOF экспериментов с вирусом H7N9 и достаточное количество генетических модификаций, чтобы превратить птичий грипп в патоген, способный передаваться от человека к человеку. Это позволило бы лучше подготовиться к борьбе с ним.

Пока органы, отвечающие за исследования в области здравоохранения в соответствующих странах, рассматривают заявки ученых на манипуляции с вирусом H7N9, GOF-методики могли бы оказаться чрезвычайно полезными в разгадке тайн, таящихся в других микробах.

Ближневосточный респираторный синдром (MERS) появился ниоткуда в июне 2012 г. в Саудовской Аравии, а к сентябрю 2013-го инфицировал 132 человека. Почти половина из них умерли. Хотя этот вирус похож на SARS, многое в новом заболевании и его происхождении неизвестно. Наблюдались многочисленные случаи предполагаемой передачи MERS от человека к человеку, особенно в больницах, и медики Саудовской Аравии были обеспокоены возможным распространением болезни по исламскому миру. Вакцины или лекарства от MERS не существует.

И если работы по определению способности H7N9 передаваться от человека к человеку разрешены и допустимы, то, возможно, ученым сто-ит попробовать понять, что нужно для превращения MERS в легко пере-даваемую форму, способную распространиться, к примеру, среди паломников во время хаджа?

Когда в начале 80-х мир столкнулся с ВИЧ, никто точно не знал, как передается вирус, и многие медицинские работники боялись заразиться (а смертность при этом заболевании тогда достигала 99%) при контакте с пациентами. ВИЧ-инфицированным детям в США запрещали посещать школу, большинство спортивных лиг не разрешали играть инфицированным спортсменам (пока звезда НБА Мэджик Джонсон не признался, что инфицирован, и волна запретов пошла на спад). Если бы это было технически возможно, вероятно, тогда самым разумным решением могло стать преднамеренное изменение вируса, придание ему способности распространяться воздушно-капельным или контактным путем.

Свет как средство «дезинфекции»

Агрессивное сдерживание исследований двойного назначения из-за возможных побочных эффектов может тормозить научный прогресс. При желании правительство США, например, могло бы начать с созда-ния масштабного бюрократического аппарата регулирования и надзора, значительно превышающего где-либо существующий, но это только препятствовало бы развитию национальных научных проектов и привело бы к вытеснению передовых исследований за границу. Поэтому односторонние действия любого государства обречены на провал.

Это означает, что политическим лидерам не стоит ждать прояснения ситуации или получения исчерпывающей информации. Но и спешить с принятием запретительных мер или полагаться на саморегулирование науки не стоит. Вместо этого необходимо признать, что революция в биосинтезе будет продолжаться, следить и пытаться предпринимать соответствующие меры по противодействию наиболее очевидным рискам, таким, как случайная утечка или намеренный выброс опасных микроорганизмов.

Первым шагом в этом направлении должно стать укрепление потен-циала национального и международного эпидемиологического контроля. В Соединенных Штатах такой контроль ослаблен из-за сокращения бюджета и бюрократических проволочек на федеральном, региональном и местном уровнях. Центры по контролю за заболеваниями и министерство сельского хозяйства США представляют собой первую линию обороны против микробных угроз человеческому здоровью, растениям и животным, но ресурсы обоих ведомств радикально сокращены. Бюджет центров по контролю за заболеваниями урезан на 25% с 2010 г., а в последнее время снижен еще на 5% из-за секвестра. Сокращение расходов коснулось и средств на содержание 50 тысяч сотрудников на уровне штатов, территориальных, городских и окружных органов здравоохранения. Конгресс обязан восстановить это финансирование и другие меры поддержки работников системы здравоохранения.

В то же время центрам по контролю за заболеваниями и министерству сельского хозяйства следует повысить качество работы. В наступающий век новых микробов сосредоточенность на небольшом списке особо опасных патогенов и токсинов, таких как вирус Эбола, сибирская язва и ботулизм, формирует ложное чувство безопасности. Даже недавнее предложение внести H5N1 в национальную базу данных, по которой отслеживаются потенциально опасные биологические агенты и токсины, кажется неактуальным: простой, широко распространенный микроб, такой как E.Coli, бактерию, живущую в кишечнике каждого человека, сегодня можно трансформировать в микроба-убийцу, способного причинить больший ущерб, чем любой патоген из упомянутого списка.

Определение перечня того, за чем следует следить и как это выявлять, требует сотрудничества, выходящего за рамки национальных и профессиональных границ. В США таким организациям, как центры по контролю за заболеваниями, ФБР, министерство здравоохранения и социальных служб, минобороны и разведслужбы, необходимо сотрудничать и обмениваться информацией и опытом. На международном уровне многосторонние организации — ВОЗ, Продовольственная и сельскохозяйственная организация ООН (ФАО) и другие — должны объединить усилия с такими структурами, как Интерпол, АСЕАН, Панамериканская организация здравоохранения и Африканский союз.

Конвенция по биологическому оружию может служить основой многостороннего диалога по исследованиям двойного назначения. Это нейтральная платформа, доступная правительствам всех стран. Тем не менее в настоящее время этот процесс слаб. Он не способен обеспечить контроль, подобный установленному конвенциями по ядерному и химическому оружию. Учитывая существующие внутренние проблемы, международные институты в настоящее время не готовы к рассмотрению проблем исследований двойного назначения. Например, ВОЗ уже третий год подряд борется с жесткими бюджетными ограничениями. Кроме того, уменьшился штат организации, сократилось ее влияние. Особенно пострадал потенциал ВОЗ в сфере выявления эпидемий и возможности принятия адекватных мер.

Создание эффективной глобальной структуры по эпидемиологиче-скому реагированию в рамках ВОЗ, действующей в соответствии с Меж-дународными медико-санитарными правилами, служит интересам Аме-рики, а также других стран. Американские сыщики от медицины не могут рассчитывать на теплый прием по всему миру, в то время как представителей ВОЗ, по крайней мере в теории, допустят почти в любую страну. Поэтому конгрессу следует одобрить выделение $100 млн. в год в течение пяти лет на прямую поддержку системы эпидемиологического контроля и реагирования ВОЗ.

Чтобы американский вклад не оказался бесполезной инвестицией, Вашингтон мог бы дать понять Всемирной ассамблее здравоохранения, что часть финансирования следует направить на создание органов эпи-демиологического контроля в развивающихся странах, чем обеспечить их соответствие Международным медико-санитарным правилам. Если конгрессмены опасаются, что подобная поддержка ВОЗ превратится в многолетнюю программу субсидирования, можно начать финансирование в 2014 г. и постепенно свести его к нулю к 2019-му, по мере того, как другие страны-доноры станут делать взносы, а страны-получатели смогут полагаться на собственные силы.

Конгрессу также следует продлить действие программы американско-го Агентства международного развития Predict Project с целью выявле-ния угроз новых заболеваний. На сегодняшний день в ее рамках подго-товлено 1,5 тыс. человек по всему миру и обнаружено 200 ранее неизвестных вирусов.

Любые общие усилия по контролю потребуют гармонизации стандартов. Однако в настоящее время не существует согласованных лабораторных стандартов биобезопасности или дефиниций различных аспектов биобезопасности, GOF-исследований и даже исследований двойного назначения. Поэтому соответствующие американские ведомства обязаны тесно сотрудничать с иностранными коллегами, обсуждать такие стандарты и определения и распространять их. Образцом для подражания может послужить Codex Alimentarius, разработанный ФАО и ВОЗ в 1963 г. для стандартизации общемировых нормативов качества пищевых продуктов.

Что касается интернет-трафика геномов, многие центры по распро-странению нуклеотидов уже сейчас отслеживают «представляющие ин-терес цепочки», запрашивая детальную информацию о лицах, интересующихся генетическими подробностями патогенов. Правительствам следует взять на вооружение и этот подход.

Так чего же в первую очередь должны опасаться правительства и госучреждения? Свидетельств злонамеренной модификации форм жизни, превращающей живое существо в более опасный организм. Если правительства разрешают или поддерживают подобные исследования, им следует предъявлять обвинения в нарушении Конвенции по биологическому оружию.

Соединенные Штаты — крупнейший спонсор фундаментальной науки в мире и движущая сила биологических исследований — рискуют стать объектом подобных обвинений. Но солнечный свет — отличное дезинфицирующее средство, поэтому на законном основании можно попросить об открытом пояснении и обосновании любого подобного исследования. Госдепартамент совместно с управлением международных дел при министерстве здравоохранения должен подготовить для дипломатов специальные материалы по синтетической биологии, работам в области изменения функций (GOF-исследованиям) и исследованиям двойного назначения, восстановив таким образом имидж США как передового центра биомедицинских исследований на фоне опасений в связи с созданием искусственных патогенов.

В прошлом году организация «Друзья Земли», Международный центр технологических оценок и ETC Group подготовили совместный доклад под названием «Принципы контроля в синтетической биологии». В документе предлагалось вводить в искусственные или модифицированные организмы гены самоубийства — генетические цепочки, которые акти-вируются при простом изменении среды вокруг организма, прекращая его функционирование.

Хотя в настоящее время эти саморазрушающие сигналы, может, труд-но реализовать технически, исследования двойного назначения должны предусматривать возможность включения таких компонентов. Упомя-нутые три организации также предложили генной индустрии ввести страхование ущерба и ответственность по всем биосинтетическим ис-следованиям и продуктам. На первый взгляд, это очевидная и разумная предосторожность.

В то же время фонд BioBricks наиболее активно пропагандирует био-синтез, провозглашая его главной миссией «обеспечение открытости проведения инжиниринга в биологии с соблюдением этических принципов на благо всех людей и планеты... Мы считаем синтетическую биологию силой добра в мире». Подобные научные организации, уделяющие внимание вопросам этики, могут способствовать повышению уровня информированности общества о той или иной области исследований и ее проблемах, усилению ответственности ученых перед оправданной обеспокоенностью мирового сообщества. Поэтому такую деятельность следует поощрять и расширять.

Противоречия и опасения в связи с исследованиями двойного назначения в синтетической биологии зародились менее четырех лет назад, начиная с того момента в 2010 г., когда Вентер объявил о создании новой формы жизни, охарактеризованной как «первый самовоспроизводящийся вид на планете, чьим родителем стал компьютер». Прежде чем пойти по стопам Всевышнего, группа Вентера отправилась к президенту Обаме и проинформировала государственных служащих о политических и этических вопросах, связанных с проектом. Какое-то время администрация рассматривала возможность засекречивания работы, опасаясь, что та может привести к серьезным последствиям.

Однако, к радости Вентера, Белый дом сделал ставку на полную про-зрачность и открытость. «Возможно, это самое масштабное философское изменение нашего представления о жизни», — пожав плечами, заявил Вентер на пресс-конференции в Вашингтоне. Он не был в этом уверен.

Зато он уверен в том, что нечто, названое им «очень серьезным набо-ром инструментов», позволит в одночасье создать вакцины против гриппа, возможно, вакцину от вируса СПИДа и даже микробы, потреб-ляющие двуокись углерода и вырабатывающие безопасную энергию, альтернативную ископаемым видам топлива. Сегодня, когда уже понят-но, что синтетическая биология пришла надолго, главное — сделать так, чтобы будущие поколения воспринимали ее появление как благо, а не проклятие.

Уважаемые читатели, PDF-версию статьи можно скачать здесь...

Голосовые помощники слушают вас, всегда!

Искусственный интеллект распознает речь, как человек

Глисты и звезды

Семь самых интересных мероприятий киевских Дней науки

Apple запускает iPhone 8?

Apple намерена в 2017 году выбросить на рынок три новые модели «восьмерки» — в...

IBM SolutionsConnect 2016

Джошуа Карра, ведущий разработчик IBM IBM, Gaming IoT: WorldWide Cloud, показал, как при помощи...

Комментарии 0
Войдите, чтобы оставить комментарий
Пока пусто
Блоги

Авторские колонки

Ошибка