Машина творения: Новые организмы, редактирование генома и лабораторные гамбургеры - Эми Уэбб

никто, однако в выигрыше остаются все.) Но Чжана беспокоило, что даже этот процесс, на который уходит гораздо меньше времени, чем на публикацию в традиционных рецензируемых журналах, все равно окажется слишком долгим, чтобы донести информацию. Поэтому он обратился к своему другу из Австралии и попросил его опубликовать сообщение на virological.org, гораздо более свободном от администрирования дискуссионном сайте. Представьте себе Reddit, только для вирусологов. 10 января 2020 г. сообщение появилось в Сети и моментально активизировало безотлагательные меры со стороны GenBank{185}.

Несколькими днями позже в Кембридже (штат Массачусетс) предприниматель Нубар Афеян, сидя в ресторане за ужином в честь дня рождения дочери, получил эсэмэску от генерального директора его собственной фирмы Стефана Банселя. Афеян основал компанию Moderna, на тот момент еще малоизвестную, в названии которой сочетаются слова «модифицированная» и «РНК» (RNA), с тем чтобы переконструировать матричную РНК с помощью методов синтетической биологии для создания индивидуальной противоопухолевой терапии. Технология функционировала в условиях лаборатории, но не привела к появлению товарной продукции, поэтому специалисты компании переключились на моделирование мРНК для различных методов лечения: разрабатывали новые биты кода, чтобы научить клетки человека выполнять новые функции, такие как выработка антител и заживление тканей.

Афеян поспешно вышел на улицу и перезвонил Банселю. Тот был в курсе развития событий вокруг последовательности Чжана и знал, что погоня за противовирусными препаратами и вакцинами уже началась. Он попросил разрешение отвлечь средства, выделенные на 20 препаратов, находящихся у Moderna на стадии разработки, и перенаправить их на создание мРНК-вакцины против нового вируса. Опыта у компании было достаточно: Moderna в течение многих лет сотрудничала с NIH в работе по созданию прототипов вакцин на основе мРНК против коронавирусов. Однако ни одну из этих вакцин на рынок еще не вывели, а у Moderna не было лишних денег, чтобы развернуть полномасштабную программу по созданию препарата с нуля. Несмотря на риск Бансель чувствовал, что затевается что-то важное, и Афеян согласился. «Действуй», – сказал он{186}.

Работая с последовательностями, опубликованными Чжаном в GenBank, Moderna начала создавать последовательности РНК для шипикового белка коронавируса. Как известно, внешне этот вирус напоминает покрытый шипами шар. По опыту предыдущих исследований специалисты команды знали, что именно эти шипиковые белки, скорее всего, вызовут ответную реакцию: иммунная система человека, как правило, фокусируется на крупных, заметных признаках. По сути, разработанная компанией вакцина должна была действовать как биологический плакат с надписью «Разыскивается опасный преступник! Шар, покрытый шипами! При обнаружении – убить на месте!».

Moderna уже выполнила основную часть нелегкой работы, например выяснила, как направить эту мРНК во внешнюю область клеток, цитоплазму, где строятся белки. Вне клеточного ядра мРНК должна создавать временную базу, переводить собственную строку букв в белок и сразу после этого удаляться. Это подтолкнет клетки к производству безопасных компонентов коронавируса, чтобы запустить работу иммунной системы. Затем мРНК разрушается, а дальше организм борется сам, используя собственные защитные механизмы.

С помощью специально разработанных инструментов ученые искали в генетическом коде определенные особенности: включатели и выключатели, последовательности нуклеиновых кислот, помечающие конец гена во время транскрипции, и наборы инструкций, которыми определяются точки запуска и остановки для различных белков. Разница между SARS-CoV-2 и другими коронавирусами заключается всего лишь в 12 дополнительных буквах генома: CCU CGG CGG GCA. Именно эти 12 букв делают его таким вирулентным. Они обеспечивают активизацию шипикового белка и его вторжение в клетки человека. Но мРНК способна доставить в клетки набор инструкций, нацеленных на эту строку букв и останавливающих атаку вируса. На разработку этого кода ушло всего два дня{187}.

Такой подход – с использованием синтетической РНК – гораздо более эффективный и адаптируемый, нежели старые протоколы вакцин, например основанные на ослабленных вирусах или, как в случае с ежегодной вакцинацией против гриппа, требующие миллионов яиц для производства необходимого количества доз. По сути, Moderna создавала генетические инструкции, которые можно написать, как компьютерную программу, и упаковать в наноскопического размера аналоги USB-накопителей. После введения этих биологических USB-накопителей в клетки последние послушно выгружают инструкции мРНК и следуют им. К тому же такие вакцины более безопасны и их проще контролировать. В отличие от генной терапии, которая может вызвать постоянные или даже передающиеся по наследству генетические изменения, мРНК действует в наших клетках совсем недолго. Генерирующая вакцину программа работает в течение непродолжительного времени и саморазрушается.

Moderna совместно с биотехнологической компанией BioNTech наконец-то нашла реальное применение тому, что все считали труднореализуемой, фантастической технологией. Но вакцины, которые есть сегодня в нашем распоряжении, были бы невозможны без многолетних достижений в развитии техники и технологий, лежащих в основе процессов синтетической биологии. Все эти технологии, машины, вспомогательные системы и то, что они производят, составляют биоэкономику: процессы производства и потребления, связанные с синтетической биологией и вытекающие из нее, которые в совокупности удовлетворяют потребности компаний, работающих в этой сфере. Вакцины на основе мРНК против COVID-19 лишь первое из множества чудес, которые будут созданы биоэкономикой завтрашнего дня.

Последнее заявление кажется вам далеким от реальности? История показывает, что это не так.

* * *

17 мая 1877 г. Александр Грэм Белл и Томас Уотсон стояли на сцене Чикеринг-холла в Нью-Йорке, демонстрируя трем сотням собравшихся диковинную конструкцию из дерева и металла. Долгие годы изобретатели усердно пытались решить задачу, которая в те времена представлялась крайне далекой от жизни: как передать человеческий голос с помощью электрических импульсов телеграфного провода. В итоге они соорудили приемник и мембрану, которые преобразовывали речь в электрические импульсы, а затем превращали импульсы обратно в речь. В Чикеринг-холле состоялась первая наглядная презентация новой технологии. Авторы ее рассказали публике, что провод соединяет их изобретение с устройством в Нью-Брансуике (штат Нью-Джерси) и с другим устройством в Нью-Йорке, у которого человек глубоким баритоном пел известный псалом «Божьи воины, смотрите…» («Hold the Fort»){188}.

Белл рассказал об изобретении и обеспечивающих его работу нехитрых соединениях, и собравшиеся внезапно услышали невидимого певца. Некоторые зрители, убежденные, что «говорящий телефон» не более чем искусный трюк, шумно требовали обыскать помещение и найти вокалиста. Белл продолжил демонстрацию и прочитал обстоятельную лекцию с подробным объяснением электрической конструкции и теории звука. Его объяснение, а также экскурсия за кулисы в итоге убедили сомневающихся в том, что телефон настоящий{189}.

Потребовалось несколько лет, чтобы предприниматели осознали ценность этой революционной технологии, однако со временем появились десятки предприятий, изготавливающих продукцию для удовлетворения потребностей новой телефонной отрасли: системы общих батарей, металлические контуры, кабели, переключатели, переносные и настенные телефонные аппараты, проектировка сетей для телефонных станций, огромные антенны для передачи телефонных сигналов и компании по их установке, коммутаторы и операторы, инженерные сети для производства и распределения электроэнергии, даже специализированные кустарные фирмы, которые украшали яркими гирляндами и флагами первые конструкции телефонных станций – леса, соединяющие провода с заземленными столбами.

К 1918 г. в США насчитывалось десять миллионов телефонов Bell System, существовали аналогичные локальные сети, охватывающие Европу и Скандинавию. Проблема заключалась в том, что у этих сетей были географические ограничения. Чтобы обеспечить возможность телефонных звонков через океан, миру потребовались новые изобретения – электронные коммутационные системы, технология микроволновой связи и транзисторы{190}. Если операторы сетей в течение нескольких следующих десятков лет сосредоточили усилия на постепенных усовершенствованиях, то у служившего в составе британских ВВС Артура Кларка имелись гораздо более смелые идеи относительно связи. В 1945 г. он опубликовал статью с описанием способа мгновенной передачи сообщения между двумя точками на планете при помощи «внеземных ретрансляторов» и футуристических телефонных станций, не привязанных к земле и не украшенных гирляндами, а находящихся на орбите, значительно дальше горизонта{191}. Кларк, ставший впоследствии легендарным писателем-фантастом, сформировал тогда концепцию объекта, движущегося со скоростью вращения Земли на расстоянии примерно 35 785 км от ее поверхности. Чтобы обеспечить радиоохват в любой точке планеты, на него должна была быть постоянно направлена наземная антенна.

Энтузиазма по поводу столь оригинальной идеи было мало. Активизировать поддержку проекта удалось только после знаменательного мирового события –