Синтетическая биология: от наблюдения к вмешательству. Синтетическая биология

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 — термин, долго использовавшийся для описания подходов в биологии, стремящихся интегрировать различные области исследования для того, чтобы создать более целостный подход к пониманию концепции жизни.

В последнее время термин используется в другом значении, сигнализируя о новой области исследования, которая объединяет науку и инженерию с целью проектирования и построения новых биологических функций и систем.

Синтетическая биология — это новое направление генной инженерии. Развивается небольшой плеядой учёных. Главные цели следующие:

1. Узнать о жизни больше, строя её из атомов и молекул, а не разбирая на части, как это делалось ранее.
2. Сделать генную инженерию достойной её названия — превратить её из искусства в строгую дисциплину, которая непрерывно развивается, стандартизируя предыдущие искусственные создания и повторно комбинируя их, чтобы делать новые, более сложные живые системы, которых раньше не существовало в природе.
3. Стереть границу между живым и машинами, чтобы прийти к действительно программируемым организмам.

Более 100 лабораторий по всему миру занимаются синтетической биологией. Работы в этой области разобщены; над их систематизацией работает биолог Дрю Энди из Массачусетского технологического института. Это позволит проектировать живые системы, которые ведут себя предсказуемым образом и используют взаимозаменяемые детали из стандартного набора генов. Учёные стремятся создать обширный генетический банк, позволяющий создавать любой нужный организм. Банк составляют биокирпичи — фрагменты ДНК, чья функция строго определена и которые можно внедрить в геном клетки для синтеза заранее известного белка. Все отобранные биокирпичи спроектированы так, чтобы хорошо взаимодействовать со всеми другими на двух уровнях:

• механическом — чтобы их легко было изготовить, хранить и включать в генетическую цепочку;
• программном — чтобы каждый кирпич посылал определённые химические сигналы и взаимодействовал с другими фрагментами кода.

Сейчас в Массачусетском технологическом институте создали и систематизировали уже более 140 биокирпичей. Сложность заключается в том, что очень многие сконструированные фрагменты ДНК при внедрении в генетический код клетки-реципиента уничтожают её.

Синтетическая биология способна создать генинженерные бактерии, которые могут производить сложнейшие и дефицитные лекарства дёшево и в промышленных объёмах. Спроектированные геномы могут привести к появлению альтернативных источников энергии или к бактериям, которые помогут удалять излишний углекислый газ из атмосферы.

Впервые термин «синтетическая биология» был употреблён в 1980 году Barbara Hobom при описании бактерии, которая была генетически модифицирована с помощью технологии рекомбинантных ДНК. Затем этот термин был снова предложен в 2000 году Eric Kool и другими докладчиками ежегодного собрания Американского химического общества в Сан-Франциско. Он был использован при описании синтеза искусственных органических молекул, играющих определённую роль в живых системах.

Синтетическая биология - новая область биологии, целью которой является проектирование и создание новых биологических систем, не встречающихся в природе. Она занимается добавление к уже имеющимся у организма свойствам, например, бактерии, новых свойств или модифицирование уже существующих. В будущем планируется создавать отдельные способные к самостоятельному существованию и воспроизводству организмы со строго заданными свойствами.

Главных целей синтетической биологии три:

• Узнать о жизни больше, строя её из атомов и молекул, а не разбирая на части, как это делали раньше.
• Сделать генную инженерию достойной её названия - превратить её из искусства в строгую дисциплину, которая непрерывно развивается, стандартизируя предыдущие искусственные создания и повторно комбинируя их, чтобы делать новые, более сложные живые системы, которых раньше не существовало в природе.
• Стереть границу между живым и машинами, чтобы прийти к действительно программируемым организмам.

Рассмотрим возможности синтетической биологии для различных дисциплин. Во-первых, биологи смогут лучше понять природные биологические системы (стоит вспомнит слова Ричарда Фейнмана: «What I cannot create, I do not understand» («Я не могу создать то, что я не понимаю»)).

Во-вторых, для химиков синтетическую биологию можно представить как следующий логически необходимый шаг в синтетической химии (синтез лекарств, новых материалов, разработка более совершенных методов анализа).

Синтетическая биология начинает свою историю в 1989 году, когда команда биологов из Цюриха (руководитель Стивена Беннера (Steven Benner)) синтезировала ДНК, содержащую две искусственных нуклеотидных пары, помимо четырёх известных, используемых всеми живыми организмами Земли (аденин, гуанин, цитозин, тимин - ДНК, в РНК - цитозин заменён на урацил)(рис.1).

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)

"Развитие технологий ведет к тому,
что различие между природным и
рукотворным, между организмом и
механизмом начнет постепенно
размываться. Человек будет
по-всякому перестраивать первые
и частично выращивать вторые;
граница между ними станет
условной вплоть до невозможности
узнать происхождение объекта"

"В 2010 году американский инженер
и биолог Крейг Вентер (Craig Venter)
с группой синтезировал первую клетку с
искусственным геномом, собранном
на суперкомпьютере"

"В 1975 г. ведущие биологи мира приняли
решение наложить запрет на использование
технологии рекомбинантных ДНК, а затем
выработали правила работы с ними"

" «Химический синтез жизни - одна из задач,
всегда стоявших перед синтетической
органической химией» Крейг Вентер.

"Вентер движется к роли Бога: создает
искусственную жизнь, которая никогда
бы не возникла в природных условиях"

"Синтетическая биология – это программи-
рование жизни. Клетки – это живые
компьютеры, а ДНК – язык программирования"
Эндрю Хессель

Синтетическая биология (Синбио) – бурно развивающаяся теоретическая область биологии и практика, новое направление в генной инженерии. Более 100 лабораторий по всему миру занимаются синтетической биологией. Работы в этой области разобщены. Над их систематизацией работает биолог Дрю Энди из Массачусетского технологического института.
Термин синтетическая биология был употреблен в 1980 году. Его использовала Барбара Хобом во время описания бактерий, которая была генетически модифицирована с помощью рекомбинантных ДНК. Этот термин был вновь предложен в 2000 году Эриком Колом и рядом других докладчиков во время собрания Американского химического общества, которое проходит каждый год в городе Сан-Франциско.
Началом синтетической биологии стала работа Стивена Беннера (Steven Benner) и Питера Шульца (Peter Schultz). В 1989 г. Беннер из ETH (Eidgenssische Technische Hochschule) в Цюрихе создал ДНК, содержащую кроме четырёх известных букв генетического алфавита ещё две. С тех пор были получены несколько вариантов подобных ДНК, но пока никому не удалось добиться функционирования их генов, т. е. транскрипции и трансляции (синтеза белков).

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Их несколько. Вот ряд из них:

* Синтетическая биология связана с конструированием или реконструированием биологических систем или их компонентов и их созданием путем кодирования ДНК желаемой системы или компонента. Синтетическая биология обеспечивает эффективные технологии для воспроизводства природных организмов и создания «синтетического» биологического материала, которого не существует в природе.

* Синтетическая биология - это новое направление генной инженерии. Термин СИНТЕТИЧЕСКАЯ БИОЛОГИЯ (Synthetic Biology) долго использовался для описания подходов в биологии, стремящихся интегрировать различные области исследования для того, чтобы создать более целостный подход к пониманию концепции жизни. В последнее время термин «синтетическая биология» используется в другом значении, сигнализируя о новой области исследования, которая объединяет науку и инженерию с целью проектирования и построения новых (несуществующих в природе) биологических функций и систем.

* Проектирование и строительство биологических устройств и биологически[ систем для полезных целей.

* Синтетическая биология является новой биологической областью исследований, которая сочетает в себе науку и технику. Она охватывает целый ряд различных подходов, методологий и дисциплин и различных определений. У них общего, однако, тот факт, что они рассматривают синтетическую биологию новых биологических функций и систем проектирования и строительства, которые не встречается в природе.

* Область исследования, которая объединяет науку и инженерию с целью проектирования и построения новых (не существующих в природе) биологических функций и систем. Синтетическая биология - это новое направление генной инженерии.

* Синтетическая биология представляет собой конвергенцию достижений в области химии, биологии, информатики и техники. Эксперты в этих областях работают вместе, чтобы создать многоразовые, систематические методы для увеличения скорости, масштаба и точности в инженерии биологических систем. В некотором смысле, синтетическая биология может рассматриваться как развитие биологии на основе "инструментария", что позволяет улучшить продукцию во многих отраслях промышленности, в том числе медицине, энергетики и окружающей среды.

* Синтетическая биология - новейшее направление промышленной технологии на стыке информатики, электроники, химии и биологии, которое объединяет передовые области исследований с целью проектирования, синтеза и построения новых, в том числе, несуществующих в природе, биологических функций и живых систем. Современная синтетическая (системная) биология представляет собой инженерный инструментарий для проектирования функциональных и управляемых живых систем с заданными свойствами – энергетического, промышленного и производственного характера.

* «Синбио» занимается такими вещами, как вставкой машинно-генерируемых последовательностей ДНК в живые клетки, т.е., создание новых организмов в целом.

ЦЕЛИ СИНТЕТИЧЕСКОЙ БИОЛОГИИ

Главные цели следующие :
*Узнать о жизни больше, строя её из атомов и молекул, а не разбирая на части, как это делалось ранее.
*Сделать генную инженерию достойной её названия - превратить её из искусства в строгую дисциплину, которая непрерывно развивается, стандартизируя предыдущие искусственные создания и повторно комбинируя их, чтобы делать новые, более сложные живые системы, которых раньше не существовало в природе.
*Стереть границу между живым и машинами, чтобы прийти к действительно программируемым организмам.
* Cоздать обширный генетический банк, позволяющий создавать любой нужный организм (по аналогии с созданием электронной схемы из промышленных транзисторов и диодов). Банк составляют биокирпичи (BioBrick) - фрагменты ДНК, чья функция строго определена и которые можно внедрить в геном клетки для синтеза заранее известного белка. Все отобранные биокирпичи спроектированы так, чтобы хорошо взаимодействовать со всеми другими на двух уровнях:
механическом - чтобы их легко было изготовить, хранить и включать в генетическую цепочку; программном - чтобы каждый кирпич посылал определённые химические сигналы и взаимодействовал с другими фрагментами кода.
* Колонии бактерий смогут синтезировать несметные объемы пищи, лекарств, нужных веществ. При этом затраты будут минимальными, человек будет сыт, здоров, а больше ничего и не надо.
* Синтезировать живые организмы, которые будут производить большое количество топлива. В такой ситуации природную нефть и газ добывать не будет необходимости.
* Ближайшей целью пионеров этой отрасли науки является создание организма с минимальным геномом, то есть способного питаться, расти и размножаться.
* Целью синтетической биологии является рациональное создание биологических организмов с требуемыми свойствами. Это, конечно, очень похоже на генную инженерию, которая активно развивалась с 70-х годов прошлого века. Но синтетическая биология основана на более высоком уровне понимания биологических объектов, полученном благодаря развитию так называемой «системной» биологии.

ЗАДАЧИ СИНТЕТИЧЕСКОЙ БИОЛОГИИ

* Изучение организмов через их создание, а не через разложение на части.
* Развитие самой генной инженерии, с тем чтобы она соответствовала своему названию и стала дисциплиной, способной последовательно развиваться и создавать всё более сложные биологические системы.
* Расширение границ живого и неживого миров, чтобы в результате их пересечения появились программируемые живые существа.

ДОСТИЖЕНИЯ СИНТЕТИЧЕСКОЙ БИОЛОГИИ

* В 1989 г. Беннер из ETH (Eidgenssische Technische Hochschule) в Цюрихе создал ДНК, содержащую кроме четырёх известных букв генетического алфавита ещё две.

* В 2010 году американский инженер и биолог Крейг Вентер синтезировал первую клетку с искусственным геномом, собранном на суперкомпьютере.

* В мае 2010 года известный американский генетик Джон Крейг Вентер объявил о создании первой в мире частично синтетической живой клетки, способной к размножению (дрожжи, в геноме которых одна из хромосом заменена аналогом, полностью синтезированным в лаборатории).

* В фирме одного из отцов геномики К. Вентера был синтезирован из отдельных нуклеотидов геном бактерии-микоплазмы, который не похож ни на один из существующих микоплазменных геномов. Эту ДНК заключили в «готовую» бактериальную оболочку убитой микоплазмы и получили работающий, т.е. живой организм с полностью синтетическим геномом.

* Эволюция «запрограммировала» дрожжи на переработку сахара и производство различных биохимических веществ. В этот уже функционирующий организм инженер-химик из Беркли Кислинг добавил разработанную в лаборатории генетическую программу, составленную из 12 новых генов. Она изменила метаболизм дрожжей, и те стали производить артемизинин.

* Крейг Вентер и Джордж Черча создают самоподдерживающиеся, высокоэффективные организмы, которые преобразует солнечный свет непосредственно в чистое биотопливо с минимальным ущербом для окружающей среды и нулевым выходом парниковых газов. Эти организмы «заменят нефтехимическую промышленность, большую часть пищи, будут участвовать в биоочистке почвы и выработке экологически чистой энергии.

* Компании под названием «Evolva» удалось создать соединение, называемое ванилином, которое в отличии от ванили выросло не на лиане а на синтетических дрожжах.

ПЕРСПЕКТИВЫ СИНТЕТИЧЕСКОЙ БИОЛОГИИ

* Уже созданы СОЗДАНЫ ИСКУССТВЕННЫЕ НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ, КОТОРЫЕ МОГУТ САМОРЕПЛИЦИРОВАТЬСЯ И ЭВОЛЮЦИОНИРОВАТЬ, ЧТО ОТКРЫВАЕТ НОВУЮ ЭРУ В СИНТЕТИЧЕСКОЙ БИОЛОГИИ. Реплика;ция (от лат. replicatio - возобновление, повторение)

* Назревает грандиозный кризис с антибиотиками. И если новых антибиотиков в ближайшее время не появится, то мы вернемся в XIX век, когда мы будем помирать от туберкулеза, холеры и прочей дряни.Производить новые антибиотики будут с использованием подходов синтетической биологии.

КОНФЕРЕНЦИИ ПО СИНТЕТИЧЕСКОЙ БИОЛОГИИ

* В июне 2004 г. Массачусетский технологический институт провел первую конференцию по синтетической биологии.

* Synthetic Biology - Gordon Research Conferences (New Gordon) - состоится 28 июня - 3 июля 2015
Научно-практическая конференция на синтетической биологии в Нью-Гордоне представит передовые исследования в этой быстро развивающейся области и обеспечит углубленное обсуждение на форуме практиков, из академических кругов и промышленности в различных областях, способствующих синтетической биологии.

* Школа-конференция "Синтетическая биология и проектирование биоинженерных устройств" 11 июля 2012 года в Московском корпусе МФТИ.
1. Совершенствование инженерной биологии для проектирования живых машин
2. Проектирование функционала промышленных микроорганизмов на АРМ с использованием комплекса программного обеспечения университетов США и Европы.
3. Высокопроизводительное моделирование компонентов промышленной биосистемы in silico для протеомного проектирования, разработки конфигурации, загрузки и ресурса клеточных органелл и др.
4. Испытания и отладка характеристик спроектированного кода в виртуальной среде (виртуальный стенд) на основе характеристик протеома, метаболома, транскриптома и эпигенома.
5. Синтез и трансфекция разработанного генетического кода в модельный микроорганизм in vitro.

* 6-я международной конференции по синтетической биологии в Лондоне - июль 2013
Большинство докладов и сообщений были посвящены модификациям молекулы ДНК.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

За последние сто лет наука, а вместе с ней и медицина развивались рекордными темпами. Однако победить главных врагов человечества - голод и болезни - так и не удалось. Синтетическая биология находиться на очередном этапе развития и скоро без неё будет трудно представить современный мир.
Cинтетическая 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.
Однако синтетическая биология может создавать продукты двойного назначения, поэтому она должна находиться под строгим контролем государства.

Источники

1. Синтетическая биология (Synthetic Biology)
Синтетическая биология(Synthetic Biology) (синбио) - это зарождающаяся область естествознания, которая, однако, основана на принципах инженерного дела. По своей сути синтетическая биология связана с конструированием или реконструированием биологических систем или их компонентов и их созданием путем кодирования ДНК желаемой системы или компонента. Синтетическая биология обеспечивает эффективные технологии для воспроизводства природных организмов и создания «синтетического» биологического материала, которого не существует в природе. Синтетическая биология может использоваться для проведения коренных преобразований в в области естественных наук и их применении в здравоохранении, энергетике и многих других секторах, однако в этом контексте также возникает ряд серьезных вопросов этического характера и проблем, связанных с обеспечением биозащищенности.
2. Революция в области синтетической биологии: перспективы и риски
(http://ria.ru/science/20131126/979860591.html)
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.
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. 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.
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.
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. 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.
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.
Теперь биолог стал инженером, который программирует новые формы жизни как ему вздумается. Биологи теперь все больше способны управлять эволюцией, т.е. мы являемся свидетелями “конца дарвинизма”. Как только информационные макромолекулы получат возможность наследовать полезные мутации путем самоподдерживающейся дарвиновской эволюции, они могут начать порождать новые формы жизни”.
Синтетическая биология в ближайшем будущем породит экономический и технологический бум, как в самом начале нынешнего века это сделали Интернет и социальные медиатехнологии.
Генная инженерия существующих в природе форм жизни и создающая новые – это передний край биологии.

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.

3. Что такое синтетическая биология?
Синтетическая биология - это новое направление генной инженерии. Термин СИНТЕТИЧЕСКАЯ БИОЛОГИЯ (Synthetic Biology) долго использовался для описания подходов в биологии, стремящихся интегрировать различные области исследования для того, чтобы создать более целостный подход к пониманию концепции жизни. В последнее время термин «синтетическая биология» используется в другом значении, сигнализируя о новой области исследования, которая объединяет науку и инженерию с целью проектирования и построения новых (несуществующих в природе) биологических функций и систем.

4.Synthetic biology WIKI en.
Синтетическая биология является междисциплинарной ветвь биологии, сочетая такие дисциплины, как биотехнологии, эволюционной биологии, молекулярной биологии, системной биологии andbiophysics, и во многом связанных с генной инженерией.
Определение синтетической биологии является сильно обсуждается не только среди ученых-естественников, но и в гуманитарных науках, искусстве и политике. Один из популярных определение "Проектирование и строительство биологических устройств, и биологические системы для полезных целей." Тем не менее, функциональные аспекты этой стебля определения молекулярной биологии и биотехнологии.

5.Synteettinen biologia
Синтетическая биология (эсперанто)
Синтетическая биология является новой областью исследований биологического который сочетает в себе науку и in;enierarton. Синтетическая биология включает в себя несколько различных подходов, методологий и дисциплин, и существуют различные определения. Какие они все разделяют, однако, является то, что они рассматривают синтетическую биологию в качестве проектирования и строительства новых биологических функций и систем, которые не встречаются в природе.
Работа по restriktonucleases не только позволяет с легкостью создавать rekombinado-ДНК-молекул и анализировать отдельные гены, но и привел нас в новую эру синтетической биологии, где не только существующие гены описаны и проанализированы, но и новые механизмы ген может быть построен и оценены.

6.Синтетическая биология (с финского)
Синтетическая биология является новой биологической областью исследований, которая сочетает в себе науку и технику. Она охватывает целый ряд различных подходов, методологий и дисциплин и различных определений. Что у них общего, однако, тот факт, что они рассматривают синтетическую биологию новых биологических функций и систем проектирования и строительства, которые не встречается в природе.

7. Synthetic biology: new engineering rules for an emerging discipline. Molecular Systems Biology
Volume 2, Issue 1, Синтетические биологи инженер сложные искусственные биологические системы, чтобы исследовать естественный биологический феномен и для различных применений. Мы опишем основные черты синтетической биологии в качестве нового инженерных дисциплин, охватывающих примеры из новейшей литературы и размышляя о особенностей, которые делают его уникальным среди всех других существующих инженерных областях. Мы обсудим методы для проектирования и строительства инженерных клетки с новыми функциями в рамках абстрактной иерархии биологических устройств, модулей, клеток и многоклеточных систем. Классические инженерные стратегии стандартизации, развязки, и абстракция придется быть продлен с учетом собственных характеристик биологических устройств и модулей. Для достижения предсказуемости и надежности, стратегии технического биологии должна включать в себя понятие клеточного контекста в функциональном определении устройств и модулей, рационального использования редизайн и направленной эволюции для оптимизации системы, и сосредоточиться на решении задач с использованием клеточных популяций, а не отдельных клеток. Обсуждение выявляет вопросов на сердце проектировании сложных живых систем и обеспечивает траекторию будущего развития.

8. Five hard truths for synthetic biology Пять жестких истины для синтетической биологии
Published online 20 January 2010 | Nature 463, 288-290 (2010) | doi:10.1038/463288a
(http://www.nature.com/news/2010/100120/full/463288a.html)

9.Синтетическая биология Наука
(http://ru.science.wikia.com/wiki/ Синтетическая_биология)
Синтетическая биология (англ. Synthetic Biology) - термин, долго использовавшийся для описания подходов в биологии, стремящихся интегрировать различные области исследования для того, чтобы создать более целостный подход к пониманию концепции жизни.
В последнее время термин используется в другом значении, сигнализируя о новой области исследования, которая объединяет науку и инженерию с целью проектирования и построения новых (несуществующих в природе) биологических функций и систем.
Синтетическая биология - это новое направление генной инженерии. Развивается небольшой плеядой учёных. Главные цели следующие:
Узнать о жизни больше, строя её из атомов и молекул, а не разбирая на части, как это делалось ранее.
Сделать генную инженерию достойной её названия - превратить её из искусства в строгую дисциплину, которая непрерывно развивается, стандартизируя предыдущие искусственные создания и повторно комбинируя их, чтобы делать новые, более сложные живые системы, которых раньше не существовало в природе.
Стереть границу между живым и машинами, чтобы прийти к действительно программируемым организмам.
Более 100 лабораторий по всему миру занимаются синтетической биологией. Работы в этой области разобщены; над их систематизацией работает биолог Дрю Энди из Массачусетского технологического института. Это позволит проектировать живые системы, которые ведут себя предсказуемым (и заказанным по желанию) образом и используют взаимозаменяемые детали из стандартного набора генов. Учёные стремятся создать обширный генетический банк, позволяющий создавать любой нужный организм (по аналогии с созданием электронной схемы из промышленных транзисторов и диодов). Банк составляют биокирпичи (BioBrick) - фрагменты ДНК, чья функция строго определена и которые можно внедрить в геном клетки для синтеза заранее известного белка.
Все отобранные биокирпичи спроектированы так, чтобы хорошо взаимодействовать со всеми другими на двух уровнях:
механическом - чтобы их легко было изготовить, хранить и включать в генетическую цепочку;
программном - чтобы каждый кирпич посылал определённые химические сигналы и взаимодействовал с другими фрагментами кода.
Синтетическая биология способна создать генинженерные бактерии, которые могут производить сложнейшие и дефицитные лекарства дёшево и в промышленных объёмах. Спроектированные геномы могут привести к появлению альтернативных источников энергии (синтез биотоплива) или к бактериям, которые помогут удалять излишний углекислый газ из атмосферы.

10.Синтетическая теория эволюции
ВИКИ ру.

Синтетическая теория эволюции (также современный эволюционный синтез) - современная эволюционная теория, которая является синтезом различных дисциплин, прежде всего, генетики и дарвинизма. СТЭ также опирается на палеонтологию, систематику, молекулярную биологию и другие.
Таким образом, сущность синтетической теории составляет преимущественное размножение определённых генотипов и передача их потомкам. В вопросе об источнике генетического разнообразия синтетическая теория признает главную роль за рекомбинацией генов.
для осуществления эволюции необходимо наличие трёх процессов:
мутационного, генерирующего новые варианты генов с малым фенотипическим выражением;
рекомбинационного, создающего новые фенотипы особей;
селекционного, определяющего соответствие этих фенотипов данным условиям обитания или произрастания.
синтетическую теорию эволюции можно охарактеризовать как теорию органической эволюции путем естественного отбора признаков, детерминированных генетически.
Эволюция далеко не всегда носит дивергентный характер.
Эволюция не обязательно идет постепенно. Не исключено, что в отдельных случаях внезапный характер могут иметь и отдельные макроэволюционные события.
Макроэволюция может идти как через микроэволюции, так и своими путями.
Согласно неодарвинизму, все признаки живых существ полностью определяются генотипом и характером отбора. Поэтому параллелизм (вторичное сходство родственных существ) объясняется тем, что организмы унаследовали большое количество одинаковых генов от своего недавнего предка, а происхождениеконвергентных признаков целиком приписывается действию отбора.
Авторы пунктуализма противопоставляют свой взгляд градуализму - представлению Дарвина о постепенной эволюции путем мелких изменений - и считают прерывистое равновесие достаточным поводом для отрицания всей синтетической теории.

11.Программируемая материя ВИКИ ру.

Синтетическая биология (раздел)
Синтетическая биология - это область исследований, направленных на создание клеток с «новыми биологическими функциями». Такие клетки обычно используются для создания больших систем (например, биоплёнки), которые могут быть «запрограммированы» на использование синтетических генных сетей (таких, как генетические бистабильные переключатели), чтобы они могли изменять свой цвет, форму и т. д.
Ссылки
Программируемая материя
Boston University’s Programmable Matter Group (англ.)
Claytronics Project at Carnegie Mellon University (англ.)
Universally Programmable Intelligent Matter Project (англ.)

12.Искусственный геном ВИКИ ру.
Искусственный геном - направление в биологических исследованиях, связанное с генетической модификацией существующих организмов с целью создания организмов с новыми свойствами. В отличие от генной инженерии, искусственный геном состоит из генов, синтезированных химическим путём.
Предполагается, что в перспективе могут быть созданы искусственные геномы не на основе ДНК или с использованием другого набора нуклеотидов и других принципов кодирования, чем в естественных геномах. Таким образом, создание искусственных геномов - одно из направлений синтетической биологии.
Биологическая безопасность
предотвращение широкомасштабной потери биологической целостности, которая может иметь место в результате:-
внедрения чужеродных форм жизни в сложившуюся экосистему;
введения чуждых вирусных или трансгенных генов или прионов;
бактериального загрязнения пищи;
воздействия генной терапии или инженерии или вирусов на органы и ткани;
загрязнения природных ресурсов (воды, почвы);
возможного внедрения чужеродных микроорганизмов из космоса.
В синтетической биологии (имеется в виду риски, связанные с этим типом лабораторных практике)

In synthetic biology (referring to the risks associated with this type of lab practice)

13.Синтетическая биология Традиция
http://traditio-ru.org/wiki/
Область биологии создающая/трансформирующая живые организмы.
XIX век
Расцвет, бурное развитие СБ пришлось на середину XIX века - начало XX века :

Витализм
Успехи синтеза сопровождались в это время экспериментальными успехами виталистов (см. Дриш Embryo Encyclopedia)

Современные работы[править]
Современные работы характеризуются неверотно большими объемами оперируемой био-информации (см. системная биология) и (супер/ультра) тонким физическим инструментрием:
трехмерный (био)принтер органов запрос в Гугл.
синтез живой клетки living cell synthesis - запрос картинок в Гугл
Паралелльность создания жизни и искусственного интеллекта.

Философия/онтология
Философско-онтологические вопросы СБ:
Принцип Рэди - живое от живого (в програмах DARPA - это проявилось вживлением электронных систем в насекомых и крыс)
Различие био и зое
сведена к минимуму, когда главенствует "биос". Валентин Томберг. Старшие арканы Таро

14.Синтетическая биология
http://positime.ru/synthetic-biology
Как известно, термин синтетическая биология был употреблен в далеком 1980 году. Его использовала Барбара Хобом во время описания бактерий, которая была генетически модифицирована с помощью рекомбинантных ДНК. Этот термин был вновь предложен в 2000 году неким Эриком Колом и рядом других докладчиков во время собрания Американского химического общества, которое проходит каждый год в городе Сан-Франциско
Стоит отметить, что этот термин в 2000 году был использован для того, чтобы описать процесс синтеза искусственных органических молекул, которые играю очень важную роль в живых системах.
Эта область является новой в биологии. Она была созданная для того, чтобы проектировать и создавать совершенно новые биологические системы, которые не встречаются в природе. Синтетическая биология добавляет к существующим организмам новые свойства, например, бактерии, могут получить новые свойства или пройти определенный этап модификации. Ожидается, что в будущем они смогут самостоятельно существовать и заниматься воспроизводством.
Синтетическию биологию создали для того, чтобы узнать о жизни намного больше и при этом не заниматься разборкой молекул и атомов на части. Превратить генную инженерию в что-то новое, в строгую дисциплину, которая постоянно находится в развитии. Также одной из целей является стирание граней между машинами и людьми, и добиться возможности осуществления программирования человеческого организма.
Одним словом, синтетическая биология находиться на очередном этапе развития и скоро без неё будет трудно представить современный мир.

15.Синтетическая биология меняет мир
http://www.inventor.perm.ru/news_2011/2010_05_02_01.htm
За последние сто лет наука, а вместе с ней и медицина развивались рекордными темпами. Однако победить главных врагов человечества - голод и болезни - так и не удалось.
Тем временем, на горизонте появились и другие серьезные проблемы, например, энергетический кризис, связанный с сокращением запасов нефти и газа. Решить все эти проблемы обязуются адепты нового направления в науке - синтетической биологии. В конце 2010 года, в американском Институте Крейга Вентера была создана первая бактерия с полностью синтетическим геномом. Теперь от исследователей в буквальном смысле ждут чудес. Сам Крейг Вентер, а также его конкуренты заявляют о том, что человечеству необходимы новые подходы в обеспечении себя пищей и энергетическими ресурсами. И эти подходы они готовы предоставить.
Появление первой синтетической бактерии буквально взорвало научный мир. Оно и понятно - Вентеру и его коллегам удалось невероятное - создать из мертвой материи жизнь.
Когда ученые допустили всего лишь одну ошибку в молекуле, состоящей из 1,08 млн пар нуклеотидных оснований, клетка не ожила. Но в итоге работу удалось выполнить безупречно, и на свет явилась искусственно созданная, но вполне живая клетка. Ее название - Mycoplasma mycoides JCVI-syn 1.0.
Синтетическая биология очень перспективное направление в генной инженерии. Если обычно ученые вмешиваются в уже существующий ДНК животных и растений, присваивая им невиданные доселе свойства, то синтетическая биология занимается созданием принципиально новых живых систем. Ближайшей целью пионеров этой отрасли науки является создание организма с минимальным геномом, то есть способного питаться, расти и размножаться.
Бактерия с минимальным геномом станет основой, к которой можно добавлять новые участки геномов с заданными качествами. Будут получаться микробы, например, генерирующие в процессе жизнедеятельности спирт или молекулы полимеров, из которых потом можно делать пластмассу. Таким образом, синтетическая биология стирает грань между Жизнью и машинами, программируемыми на определенную деятельность.
Один из основных инвесторов Крейга Вентера- Министерство энергетики США. Это ведомство ежегодно в 2008-2010 годах вкладывало по 115 млн долларов в разработки Вентера. Интерес базируется на ожидании чудес в области альтернативной энергетики. Эксперты верят в то, что уже через 15-20 лет наработки исследователей можно будет использовать в создании альтернативных источников энергии.
Еще в 2009 году Крейг Вентер и его компания заключили договор с нефтегазовым гигантом ExxonMobil по разработке дешевого и экологически безопасного топлива. Цена вопроса - 600 млн долларов. Согласно проекту, источником биотоплива станут водоросли с измененным геномом, который позволит им производить углеводороды, похожие по составу на органические вещества нефти. Все что нужно водорослям - солнечный свет и вода, их биомасса увеличивается очень быстро, и выращивать их можно в неограниченных количествах.
сотрудники Йельского университета разработали прямой метод получения электричества с помощью бактерий. Всего две живые клетки могут превращать энергию химических реакций в электричество с КПД в 10%. Однако осложнения вызывает возможность промышленного использования такого метода. Колония бактерий просто уничтожит себя тем же электричеством, которое выделит.
Миллионные колонии бактерий смогут синтезировать несметные объемы пищи, лекарств, нужных веществ. Будет тот "вечный хлеб", о котором мечтали химики в XIX веке. При этом затраты будут минимальными, человек будет сыт, здоров, а больше ничего и не надо.
От малярии в Африке умирает ежегодно около 2 млн человек. Эффективное средство против малярии - артемизинин. Его изготовляют из корня сладкой полыни. Такое производство обходится "в копеечку", и жителям Африки не по карману. В 2004 году химик Калифорнийского университета Джей Кизлинг провел ряд экспериментов, которые показали, что путь к удешевлению лекарства есть. Изготовлять артемизинин ученый придумал с помощью дрожжей.
Одно из направлений синтетической биологии, которым мы занимаемся - конструирование искусственных молекул, обладающих свойствами ДНК, но состоящих из 6 молекул. Разработки, которые применяются в медицине приносят нам 100 млн долларов в год." - говорит профессор химии Флоридского университета Стивен Беннер. По словам ученого такой подход более амбициозен, чем наработки Крейга Вентера, который использует участки природной ДНК.

Кристофер Войт и Кристина Смолке пошли еще дальше. Они создают бактерии-симбионты, которые смогут жить в человеческом организме, при этом отыскивая в нем раковые клетки. В планах получение бактерий-убийц, которые могли бы уничтожать раковые клетки.
Астробиологи NASA в декабре 2010 года сумели получить бактерии, которые функционируют без фосфора - одного из стандартных элементов, на которых держится земная форма жизни. В качестве замены был использован мышьяк. Утверждение о том, что в клеточной структуре должен быть фосфор, а без него жизнь невозможна, являлось догмой для биологов всего мира. Этот эксперимент подрывает устои традиционной биологии, заставляет людей понять, что их знания об этом мире ничтожны. Стин Расмуссен пытается вовсе отойти от ДНК, заменив ее пептидно-нуклеиновой кислотой(ПНК). Эта молекула будет расположена не внутри клетки, а снаружи. Так клетке будет легче питаться и дышать, утверждают ученые.

16.синтетическая биология
(http://ru.knowledgr.com/00519961/синтетическая биология)
Синтетическая биология - новая область биологического исследования и технологии, которая объединяет науку и разработку. Это охватывает множество разных подходов, методологий, и дисциплинирует со множеством определений. Общая цель - проектирование и строительство новых биологических функций и систем, не найденных в природе.
Биологические системы - физические системы, которые составлены из химикатов. Вокруг начала XX века наука о химии прошла переход от изучения естественных химикатов к попытке проектировать и построить новые химикаты. Этот переход привел к области синтетической химии. В той же самой традиции некоторые аспекты синтетической биологии могут быть рассмотрены как расширение и применение синтетической химии к биологии, и включать работу в пределах от создания полезных новых биохимикатов к изучению происхождения жизни.
Исследования в синтетической биологии могут быть подразделены на широкие классификации согласно подходу, который они проявляют к проблеме под рукой: дизайн фотоэлемента, биомолекулярная разработка, разработка генома и биомолекулярный дизайн. Подход фотоэлемента включает проекты сделать системы самомультиплицирования из полностью синтетических компонентов. Биомолекулярная разработка включает подходы, которые стремятся создавать набор инструментов функциональных единиц, которые могут быть введены, чтобы представить новые ортогональные функции в живых клетках. Разработка генома включает подходы, чтобы построить синтетические хромосомы для целых или минимальных организмов. Подход биомолекулярного дизайна отсылает к общему представлению о de novo дизайн и комбинацию биомолекулярных компонентов. Задача каждого из этих подходов подобна: создать более синтетический вход в более высоком уровне сложности, управляя частью продолжающегося уровня.

17.Синтетическая биология
(http://www.sci-lib.net/index.php?showtopic=3905)
20.08.2007, 13:16
Биологи намерены создать первый живой организм в течении предстоящего десятилетия
Ученые всего мира в настоящее время активно занимаются новым, но крайне перспективным направлением науки - синтетической биологией, основная задача которой состоит в искусственном создании живых организмов. По прогнозу специалистов, первые синтетические, но тем не менее живые организмы будут созданы через 3 - 10 лет, сообщает AP.

"Это будет очень большое достижение и всем необходимо об этом знать. Мы говорим о технологии, которая может фундаментально изменить наши мир, на самом деле даже сложно предсказать, как именно он изменится" - говорит Марк Бедоу, операционный директор итальянской компании ProtoLife, которая также занимается синтетической биологией.

Естественно, что первые искусственно созданные живые организмы будут самыми примитивными - бактерии, созданные на основе генно-моделированных ДНК и всех органических компонентов, без которых невозможно существование живого организма. Основная задача, стоящая на сегодня в данных исследованиях, заключается в создании так называемых протоклеток, то есть "строительных материалов" из которых будут созданы будущие живые организмы.

"Создание протоклеток важно не только с точки зрения получения искусственных бактерий, но и для понимания того, как во Вселенной зарождалась жизнь в естественных условиях" - говорит он.

Ученые отмечают, что уже на протяжении нескольких лет они бьются над загадкой, насколько минимальным и в то же время универсальным должен быть набор генов, чтобы обеспечить организму выживание. Знание этого позволит генетикам в буквальном смысле слова стать "творцами жизни".

Однако мнения по поводу данных исследований даже в научной среде расходятся. Часть ученых полагают, что синтетическая биология - это источник решения многих проблем современного мира, таких как загрязнение воздуха, создание топлива, борьба с различными заболеваниями и другие области. Другие же говорят о том, что если эти разработки попадут в руки злоумышленников, то последствия этого могут быть по-настоящему страшными, так станет можно создавать бактерии, вирусы и прочие микроорганизмы, способные вызывать страшнейшие эпидемии и мутации.

И тем не менее, на сегодня исследования идут. По словам Бедоу, перед тем как будут созданы синтезированные живые организмы, мировой науке еще предстоит решить ряд задач:

18.О синтетической биологии
(http://novostinauki.ru/news/61245/)
Генная инженерия распахивает ручищи до размеров, которые называются синтетическая биология. Это вовсе не формальный союз генетиков, ботаников и физиков с химиками. Это генетическая инженерия, которая не отдельные гены туда-сюда переносит, а изучает строение целых геномов, принципы их функционирования и приближается к тому, чтобы клепать совершенно новые организмы на свое усмотрение.
Вопросами синтетической биологии занимается преимущественно фундаментальная биохимия, молекулярка, химия, физика, информатика, а прикладная сфера ограничена микробиологией, возможно еще фармакологией. Растительная синтетическая биология еще в загоне, а в пищевой технологии и сельском хозяйстве только первое приближение.

19.Перспективы синтетической биологии
(http://novostinauki.ru/news/49977/)
СОЗДАНЫ ИСКУССТВЕННЫЕ НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ, КОТОРЫЕ МОГУТ САМОРЕПЛИЦИРОВАТЬСЯ И ЭВОЛЮЦИОНИРОВАТЬ, ЧТО ОТКРЫВАЕТ НОВУЮ ЭРУ В СИНТЕТИЧЕСКОЙ БИОЛОГИИ –
Синтетические нуклеиновые кислоты, которые назвали ксенонуклеиновыми кислотами, ведут себя так же, как их природные аналоги, генетические полимеры ДНК и РНК. То есть это спиральные молекулы, которые способны удваиваться, а также эволюционировать, т.е. производить замены отдельных элементов в своей цепочке. О создании таких нуклеиновых кислот сообщили исследователи из Лаборатории молекулярной биологии Совета по медицинским исследованиям (MRC Laboratory of Molecular Biology) в Кембридже, Великобритания, опубликовав статью в Science (20 April, 2012). Это достижение найдет применение не только в биотехнологии и конструировании новых лекарственных препаратов, но также в изучении вопроса о происхождении жизни – на Земле и за ее пределами, пишет The Scientist. По словам эксперта издания Эрика Кула (Eric Kool) (Stanford University, California), получение ксенонуклеиновых кислот говорит о том, что "не нужно привязываться к рибозному или дезоксирибозному скелету РНК или ДНК для того, чтобы располагать передаваемой, наследуемой и эволюционирующей информацией". Ученые пытались создавать всевозможные ксенонуклеиновые кислоты последние лет 20, манипулируя различными сахарами в качестве замены рибозным и дезоксирибозным остаткам. В частности, при создании подобия ДНК под названием ТНК (TNA) использовалась треоза, а ангидрогекситол дал название искусственному биополимеру ГНК (HNA). Эти молекулы изучались с целью применения в биотехнологии и медицине. Однако они не были аналогами ДНК и РНК в биологическом смысле – не самореплицировались и не эволюционировали.

20.Синтетическая биология изменит наш мир
(http://oagb.ru/info.php?txt_id=17&nid=15667&page=0)
Тридцать лет назад геолог Дугал Диксон обрел известность благодаря своей книге «После человека: зоология будущего». В ней автор фантазирует о том, как преобразится животный мир далеких времен, где уже не будет людей.

21. Мыши-миноискатели
В 2012 году группа ученых из Хантер-колледжа Городского университета Нью-Йорка вывели мышей, гиперчувствительных к запаху взрывчатки.
У мыши MouSensor с помощью генной инженерии удалось значительно увеличить (до 1 млн) количество нейронов обонятельной луковицы, реагирующих на молекулы конкретного вещества - 2,4-динитротолуола (ДНТ, запах его похож на запах ТНТ - тротила).
Комары против малярии

Например, группой ученых из Калифорнийского университета в Ирвине и французского Центра Пастера уже созданы трансгенные комары, обладающие повышенной сопротивляемостью Plasmodium falciparum (возбудителю самого смертоносного типа малярии). Технические возможности сегодня позволяют распространить крупные популяции модифицированных насекомых в главных очагах заражения и тем самым сдержать размножение диких особей, несущих инфекцию.
Резать по живому

Совсем недавно биологи разработали новую технологию геномного редактирования - CRISPR, которая позволяет вырезать и вставлять фрагменты ДНК с высочайшей точностью. Это открывает совершенно новые перспективы в генной инженерии. Нас уже не удивляют овцы с повышенным содержанием в мясе жирных кислот Омега-3, созданные китайскими учеными из Института генетики и биологии развития в Пекине, или модернизированные биологами из Университета Вайоминга козы, в молоке которых содержится белок паучьего шелка. В настоящее время молекулярный генетик Скотт Фаренкруг из Университета Миннесоты воплощает свою идею - выращивает безрогих коров. Для этого он вырезал из генома молочной коровы десять генетических букв и вставил 212 от другой породы. И все же генные инженеры пока заняты мелкими правками, сводящимися к получению нужного вещества или снижению риска болезней у животного. Если же заглянуть в завтрашний день, мы увидим совсем иную картин
Принципы синтетической биологии позволяют получать значительно больший контроль над процессом конструирования, открывая перед учеными новые возможности быстрого оперирования нужными свойствами организмов на принципиально новом - генетическом - уровне»
Теперь же развитие технологий ведет к тому, что различие между природным и рукотворным, между организмом и механизмом начнет постепенно размываться. Человек будет по-всякому перестраивать первые и частично выращивать вторые; граница между ними станет условной вплоть до невозможности узнать происхождение объекта.

22. Интервью с микробиологом Константином
(http://postnauka.ru/talks/27769)
Что такое синтетическая биология?
- В широком смысле целью синтетической биологии является рациональное создание биологических организмов с требуемыми свойствами. Это, конечно, очень похоже на генную инженерию, которая активно развивалась с 70-х годов прошлого века. Но синтетическая биология основана на более высоком уровне понимания биологических объектов, полученном благодаря развитию так называемой «системной» биологии.

Системная биология возникла в связи с развитием ряда высокопроизводительных «high throughput» аналитических технологий. На основе этих технологий возникли новые области знаний, их часто суммарно называют «омиками». Это геномика, которая позволяет определить все гены организма; транскриптомика, которая позволяет количественно определить уровень активности всех генов, работающие в конкретном типе клеток в данной ткани в данное время; протеомика, которая позволяет определить все белки, имеющиеся в том или ином типе клеток, ткани, и т. д. Есть еще метаболомика - это определение всех малых молекул, метаболитов, которые есть в клетке, в ткани или в каком-то другом природном образце.
С точки зрения синтетической биологии микробиология впереди планеты всей, поскольку микробы - это идеальные модельные объекты. Они очень простые по сравнению с нами, поэтому многие вещи с ними делать гораздо удобнее и легче. Формально первый (и пока единственный) полностью синтетической организм - это микроб, сделанный несколько лет назад группой Крейга Вентера. Это тот самый человек, который первым определил геном человека (свой собственный)
Новые антибиотики будут получать за счет использования методов синтетической биологии. У нас назревает грандиозный кризис с антибиотиками. И если новых антибиотиков в ближайшее время не появится, то мы вернемся в XIX век, когда мы будем помирать от туберкулеза, холеры и прочей дряни.
Производить новые антибиотики будут с использованием подходов синтетической биологии.

23. What is synthetic biology?
(http://www.synberc.org/what-is-synbio)
Синтетическая биология представляет собой конвергенцию достижений в области химии, биологии, информатики и техники. Эксперты в этих областях работают вместе, чтобы создать многоразовые, систематические методы для увеличения скорости, масштаба и точности в инженерии биологических систем. В некотором смысле, синтетическая биология может рассматриваться как развитие биологии на основе "инструментария", что позволяет улучшить продукцию во многих отраслях промышленности, в том числе медицине, энергетики и окружающей среды.
Прогресс на пути к синтетической биологии только был практически достигнут практические с появлением двух основополагающих технологий, секвенирование ДНК и синтеза. С секвенированием возросло наше понимание компонентов и в организации естественных биологических систем и синтез предоставил возможность начать тестировать проекты новых, синтетических биологических частей и систем.

24. Synthetic Biology - Gordon Research Conferences (New Gordon Conference)
(http://www.grc.org/programs.aspx?id=15842)
28 июня - 3 июля 2015
2015 Гордон научно-практическая конференция на синтетической биологии представит передовые исследования от этой быстро развивающейся области и обеспечит углубленное обсуждение на форуеме практиков, из академических кругов и промышленности в различных областях, способствующих синтетической биологии.
Синтетическая биология - дизайн более сложных биологических систем в соответствии с принципами, набранных из классических инженерных дисциплин - переживает быстрый рост с момента ее основания областях - таких, как разработка биологических схем - в широком области научных и промышленных биотехнологий.
Коллегиальная атмосфера, с запрограммированными дискуссионными заседаниями, а также возможности для неформальных встреч во второй половине дня и вечером, дает возможность для мозгового штурма и способствует междисциплинарному сотрудничеству в различных областях исследований.

25. Школа-конференция "Синтетическая биология и проектирование биоинженерных устройств" 11 июля 2012 года в Московском корпусе МФТИ.
(http://synbio2012.ru/)
Синтетическая биология - новейшее направление промышленной технологии на стыке информатики, электроники, химии и биологии, которое объединяет передовые области исследований с целью проектирования, синтеза и построения новых, в том числе, несуществующих в природе, биологических функций и живых систем. Современная синтетическая (системная) биология представляет собой инженерный инструментарий для проектирования функциональных и управляемых живых систем с заданными свойствами – энергетического, промышленного и производственного характера.
Достижения последнего десятилетия в области геномных и клеточных технологий по своему значению для индустрии и экономики государств мира, сравнимо с открытием полупроводников в середине прошлого века и развитием радиоэлектронной промышленности в Кремниевой долине.
В 2010 году американский инженер и биолог Крейг Вентер синтезировал первую клетку с искусственным геномом, собранном на суперкомпьютере. С тех пор крупнейшими заказчиками исследований в этой области являются Министерство обороны США, Министерство энергетики США, компании оборонно-промышленного комплекса (Raytheon, Lockheed-Martin и др.).

26. W: Ксено-нуклеиновые кислоты - синтетические конкуренты ДНК

На прошедшей в Лондоне 6-й международной конференции по синтетической биологии подавляющее большинство докладов и сообщений были посвящены тем или иным модификациям молекулы ДНК.

27. Уэйт Гиббс Синтетическая жизнь
(http://wsyachina.narod.ru/biology/handmade_life_2.html)
Новое направление в генной инженерии - синтетической биологии.
Три основные задачи синтетической биологии:
Во-первых, это изучение организмов через их создание, а не через разложение на части. Во-вторых, развитие самой генной инженерии, с тем чтобы она соответствовала своему названию и стала дисциплиной, способной последовательно развиваться и создавать всё более сложные биологические системы. В-третьих, расширение границ живого и неживого миров, чтобы в результате их пересечения появились программируемые живые существа.
Началом синтетической биологии стала работа Стивена Беннера (Steven Benner) и Питера Шульца (Peter Schultz). В 1989 г. Беннер из ETH (Eidgenssische Technische Hochschule) в Цюрихе создал ДНК, содержащую кроме четырёх известных букв генетического алфавита ещё две. С тех пор были получены несколько вариантов подобных ДНК, но пока никому не удалось добиться функционирования их генов, т. е. транскрипции и трансляции (синтеза белков).
Основу всех организмов составляют одинаковые молекулы: пять нуклеотидов - мономеры, из которых состоят ДНК и РНК,и 20 аминокислот - строительных блоков белковых молекул.(У небольшого числа видов есть ещё по крайней мере две дополнительные аминокислоты.)
Дэвис подумывает о создании лейкоцитов, которые синтезируют необычные белки, мгновенно разрушающие патогенные микроорганизмы или раковые клетки.
Приоритетной сферой применения искусственных живых систем станут работы, где приходится иметь дело с опасными для жизни химическими веществами.
Слегка модифицировав бактерию, можно будет получать дорогостоящие химические соединения, использующиеся в косметической промышленности, а самое главное - противораковый препарат таксол.
В 1975 г. ведущие биологи мира приняли решение наложить запрет на использование технологии рекомбинантных ДНК, а затем выработали правила работы с ними.

28. Эпохальное достижение: Ученые добились успеха в синтезе дрожжей
В мае 2010 года известный американский генетик Джон Крейг Вентер объявил о создании первой в мире частично синтетической живой клетки, способной к размножению.
В отличие от бактерий, дрожжи являются эукариотами, то есть их клетки содержат ядра, и именно в них находятся хромосомы, являющиеся носителями наследственной информации.
В журнале Science исследователи представили свое, можно считать, эпохальное достижение на этом пути: дрожжи, в геноме которых одна из хромосом заменена аналогом, полностью синтезированным в лаборатории.
Всего в дрожжевой клетке содержится 16 хромосом, и хромосома номер 3 - одна из самых маленьких: на ее долю приходится всего лишь 2,5 процента наследственного материала, состоящего из 12 миллионов пар нуклеотидных оснований.
Сперва спроектировали всю хромосому в компьютере, а затем в строгом соответствии с этим планом синтезировали ее в химической лаборатории.
Особое значение этой работе придает тот факт, что искусственная хромосома не в полной мере идентична природной.
Руководитель проекта "Синтетические дрожжи 2.0" Джеф Бука (Jef Boeke), профессор молекулярной биологии и генетики университета Джонса Хопкинса и директор Института системной геномики при Лангонском медицинском центре Нью-Йоркского университета.
Синтетическая биология переходит от теории к практике. Другие группы исследователей уже работают над синтезом других хромосом, а потому профессор Бука уверен, что дрожжи с полностью синтезированным геномом удастся получить уже через четыре года.

29. Десять крупнейших достижений десятилетия в биологии и медицине
(http://sciencefirsthand.ru/pdf/sfh_43_48-51.pdf)
Синтетическая биология и синтетическая геномика – как просто стать Богом Информация, накопленная за полвека развития молекулярной биологии, сегодня позволяет ученым создавать живые системы, никогда не существовавшие в природе. Как оказалось, сделать это совсем нетрудно, особенно если начать с чего-то уже известного и ограничить свои притязания такими несложными организмами, как бактерии. В наши дни в США даже проводится специальный конкурс iGEM (International Genetically Engineered Machine), в котором студенческие команды соревнуются в том, кто сможет придумать наиболее интересную модификацию обычных бактериальных штаммов, используя набор стандартных генов. Например, пересадив в широко известную кишечную палочку (Escherichia coli) набор из одиннадцати определенных генов, можно заставить колонии этих бактерий, растущие ровным слоем на чашке Петри, стабильно менять цвет там, где на них падает освещение. В результате можно получить их своеобразные «фотографии» с разрешением, равным размеру бактерии, т. е. около 1 мкм. Создатели этой системы дали ей имя «Колироид», скрестив видовое имя бактерии и название знаменитой фирмы «Поляроид». В этой области есть и свои мегапроекты. Так, в фирме одного из отцов геномики К. Вентера был синтезирован из отдельных нуклеотидов геном бактерии-микоплазмы, который не похож ни на один из существующих микоплазменных геномов. Эту ДНК заключили в «готовую» бактериальную оболочку убитой микоплазмы и получили работающий, т.е. живой организм с полностью синтетическим геномом.

30. Впервые появилась живая клетка, полностью управляемая искусственно синтезированной хромосомой
Вентер слегка приоткрыл самую важную дверь в истории человечества. Он не просто делает искусственные копии живых существ или подвергает их генетической модификации, он движется к роли Бога: создает искусственную жизнь, которая никогда бы не возникла в природных условиях.
Американец Крейг Вентер сделал себе имя, расшифровав человеческий геном быстрее и дешевле, чем кто-либо в мире.
руководящий принцип синтетической биологии - представление живых клеток сложными компьютерными механизмами, способными к самовоспроизводству.
«Химический синтез жизни - одна из задач, всегда стоявших перед синтетической органической химией», - говорит самый известный адепт SynBio Крейг Вентер.
С июня 2004 г., когда Массачусетский технологический институт провел первую конференцию по синтетической биологии, исследователи разработали и выпустили тысячи программируемых биоустройств - деталей генетического механизма, который, если его собрать, сможет выполнять более сложные задачи.
Эти живые устройства, как предполагается, будут иметь огромные преимущества. Они смогут производить любые фармацевтические препараты, какие только можно себе представить, включая такие, которые невозможно создать с помощью традиционной химии, или слишком дорогостоящие на данный момент. Подобным же образом они могут создавать любое другое химическое вещество или полимер для производства пластмасс, натуральное дерево или шелк - и все это будет обходиться в несколько раз дешевле, чем сейчас.
Проект Билла Гейтса и Джея Кислинга по созданию организма, который будет производить мощный противомалярийный препарат.
В 2004 г. Кислинг, инженер-химик из Беркли, убедил Фонд Билла и Мелинды Гейтс выделить $42 млн на его проект. Кислинг начинал с обыкновенных хлебопекарных дрожжей. Эволюция «запрограммировала» дрожжи на переработку сахара и производство различных биохимических веществ. В этот уже функционирующий организм Кислинг добавил разработанную в лаборатории генетическую программу, составленную из 12 новых генов. Она изменила метаболизм дрожжей, и те стали производить артемизинин.
Медицинский аспект SynBio увлек и калифорнийских ученых Кристофера Войта и Кристину Смолке. Сейчас они находятся на ранних стадиях разработки микробов, которые, циркулируя вместе с током крови по всему организму человека, находили бы раковые опухоли. Этих микробов можно будет снарядить биоустройствами, одно из которых выявляло бы низкие уровни кислорода, характерные для опухоли, другое - проникало бы в клетки, третье вырабатывало токсин, убивающий эти клетки, а четвертое оставалось «дежурить» на случай, если рак вернется. Со временем эти клеточные «караульные» смогли бы контролировать и регулировать уровень в крови различных жизненно-важных субстанций, включая глюкозу и холестерол.
самыми громкими должны стать проекты тех же Крейга Вентера и Джорджа Черча. Они замахнулись на создание самоподдерживающегося, высокоэффективного организма, который преобразует солнечный свет непосредственно в чистоебиотопливо. «Наиболее устойчивый источник энергии - солнечный свет, и наиболее доступные продукты - нефтепродукты, пригодные к транспортировке трубопроводом, - говорит Черч. - Так что я буду стремиться к созданию долговечной системы предприятий, которые синтезировали бы чистые химикаты - октан, дизель и т. д. - и могли бы поставлять их прямо в трубы без дополнительного очищения»
его «детища» должны будут преобразовывать солнечный свет непосредственно в биотопливо с минимальным ущербом для окружающей среды и нулевым выходом парниковых газов. Эти организмы, говорит он, «заменят нефтехимическую промышленность, большую часть пищи, будут участвовать в биоочистке почвы и выработке экологически чистой энергии».
Энди уже сконструировал свой первый синтетический вирус, построенный по модели хорошо изученного натурального вируса Т7. В отличие от T7 новый вирус, получивший имя T7.1, был избавлен от ненужной сложности. Несмотря на то что его код - лишь приблизительный слепок с творения природы, T7.1 тем не менее ведет себя как вирус, инфицируя бактериальные клетки и воспроизводясь внутри их.

31. Вирусы для мозгов и "подсадка" на антивирусы - наше светлое будущее?
(http://specnazspn.livejournal.com/221640.html)
В недалеком будущем хакеры смогут взламывать не только наши компьютеры, но и мозги. Вредоносные программы, от которых сегодня страдают владельцы компьютеров и мобильных устройств, в недалеком будущем станут настоящим биологическим оружием. Такого мнения придерживаются эксперты в области синтетической биологии – новейшего направления современной генетики.
Синтетическая биология – это программирование жизни. Клетки – это живые компьютеры, а ДНК – язык программирования». Эндрю Хессель
Биокибернетика позволит программировать вирусы и бактерии таким образом, что, попадая в человеческий мозг, они станут проводниками чужой воли.

32. Синтетическая биология незаметно внедряется в продукты питания
Синтетическая биология или сокращенно «синбио» является плодом научной фантастики воплощенной в жизнь. В то время как обыденная биотехнология занимается вставкой гена из одного организма в другой (результат – ГМО), «синбио» занимается такими вещами, как вставкой машинно-генерируемых последовательностей ДНК в живые клетки, т.е., создание новых организмов в целом. Эта технология сделала значительный прорыв: компании под названием «Evolva» удалось создать соединение, называемое ванилином, которое в отличии от ванили выросло не на лиане а на синтетических дрожжах.
Таким образом «Evolva» и его волшебный ванилин – «это будет первой главной пищевой добавкой синтетической биологии поступившей в супермаркеты», сообщает «Nature». И мы должны ожидать большего:
«Этот продукт станет сдвигом для отрасли, которая, как правило, сосредоточена на синтезе лекарственных препаратов и товаров, таких как биотопливо и резина. Теперь, компании синтетической биологии обращаются к «чистым реактивам»: пище и ароматическим ингредиентам, которые диктуют высокие цены при малых партиях поставки. Для получения этих продуктов потребуется меньше времени и денег, и они будут гораздо менее опасными», говорит Голдсмит».