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

в защите от конкретного коронавируса, есть еще внешние факторы, такие как производственный контроль, обеспечивающий, чтобы состав препарата в каждой партии точно соответствовал рецептуре. На одном из предприятий в Балтиморе возникли трудности при смешивании ингредиентов для вакцины компании Johnson & Johnson, и в результате было испорчено 15 млн доз{217}. А дефект упаковки в партии вакцин BioNTech, поступившей в Гонконг и Макао в марте 2021 г., привел к приостановке доставки средства на места{218}.

Moderna и BioNTech испытывают все большую уверенность в том, что, если возникнет такая потребность, на доработку вакцины для борьбы с новыми штаммами уйдет гораздо меньше времени, чем на ее создание в 2020 г. Важно и то, что у регулирующих органов теперь есть реальный опыт работы с синтетической биологией, а это открывает новый путь для других сценариев использования и клинических испытаний. В разработке у компании Moderna 9 мРНК-вакцин, в отношении некоторых из них уже начались исследования фазы 1. Между тем ученые из Йельского университета в партнерстве с компанией Novartis готовятся к испытаниям основательно модернизированной мРНК-вакцины против малярии: эта РНК способна самореплицироваться в организме, что существенно уменьшает объем требуемой дозы, а следовательно, и упрощает для компании производство миллионов доз{219}. К тому же для нее не нужны обеспечивающие сверхнизкую температуру морозильные камеры, в которых хранят мРНК-вакцины против Covid.

* * *

В 1965 г. статья с простым обещанием в заголовке – «Увеличиваем число компонентов на интегральной схеме» – изменила ход развития современной вычислительной техники{220}. Автор этой статьи, соучредитель компании Intel Гордон Мур, предположил, что количество транзисторов, размещаемых на плате интегральной схемы без увеличения цены, каждые 18‒24 месяца будет удваиваться. Эта новая идея получила, как уже говорилось, название «закон Мура» и очень быстро активизировала рост зарождающейся, но перспективной компьютерной отрасли, поскольку подтверждала верность постановки амбициозных целей. Благодаря основанным на законе Мура прогнозам по мере развития сети по созданию ценности в компьютерной промышленности инвесторы стали смелее перенаправлять в нее ресурсы, а руководители предприятий – планировать новые многообещающие продукты и услуги. Хотя предсказать дату прорывных открытий не удавалось никому и никогда, теперь в распоряжении у компаний был показатель, по которому определялись наилучшее время и условия для существенных усовершенствований и смелых начинаний. В сфере информационных технологий закон Мура стал обыденностью, однако на момент выхода его статьи мало кто за пределами Кремниевой долины слышал о нем или о компании, которую он основал. То были совсем другие времена, даже понятия «Кремниевая долина» не существовало.

Сегодня аналог закона Мура есть в синтетической биологии, и назван он в честь физика из Вашингтонского университета Роба Карлсона. В начале 2000-х гг. Карлсон изучал темпы совершенствования различных биотехнологий. Вдохновившись работой Мура, в 2010 г. он написал книгу «Биология – это технология» (Biology is Technology), в которой доказывал, что по мере совершенствования технологий стоимость секвенирования будет резко снижаться. До сих пор его расчеты, известные как «кривые Карлсона», подтверждаются. По данным Национального института генома человека, в 2006 г. стоимость высококачественного «черновика» генома человека составляла 14 млн долларов, а готовой последовательности – от 20 до 25 млн долларов. К середине 2015 г. стоимость готовой последовательности снизилась до 4000 долларов{221}. Сегодня китайская компания BGI секвенирует геном за 100 долларов. Это меньше, чем цена пары кроссовок Air Jordans, и именно поэтому ежегодно выполняется секвенирование геномов сотен тысяч людей{222}.

Удешевление секвенирования обещает активизировать появление множества новых, недорогих диагностических тестов, таких как скрининговые исследования для раннего выявления рака. Кроме того, возможно, станет осуществимым секвенирование генома каждого младенца прямо в палате роддома и даже внутриутробно или в момент зачатия, и откроется новый мир дородовых персонализированных обследований, например с целью выявления будущего умственного потенциала ребенка. Всего через несколько десятилетий можно будет расшифровать код каждого растения, животного, микроба и вируса, с которыми мы живем в одном мире. Все эти данные – исходный материал для нового поколения генных инженеров. Чтобы реализовать свои изобретения, им, вооруженным современными программными инструментами, дешевеющими и все более мощными технологиями синтеза и облачными лабораториями, потребуются только ноутбуки и финансирование. Если обследования не будут справедливыми, со временем это неминуемо приведет к генетическому разделению, к появлению возможности генетического усовершенствования для тех, кто может позволить себе самые передовые биотехнологии.

Что принесет биоэкономика? Тут, как и в случае с синтетической биологией, раньше других заглянуть в будущее удалось Крейгу Вентеру. После завершения проекта «Геном человека» и ухода из компании Celera он переключился на создание геномов, основав в Ла-Хойе (Калифорния) вблизи пляжей, где наслаждается сёрфингом, компанию Synthetic Genomics Inc.

В 2017 г. Synthetic Genomics продемонстрировала своего рода биологический принтер, получивший название «цифробиологический преобразователь» (ЦБП) и состоящий из роботизированного синтезатора-сборщика ДНК/РНК размером с диван. Загрузив в ЦБП разные генетические программы, исследователи распечатали ДНК для белка, РНК-вакцины и бактериофага – вируса, заражающего бактериальные клетки, – а затем каждый продукт был произведен в лаборатории. Иными словами, ЦБП, по сути, позволил им уменьшить компанию – абсолютно все этапы разработки и производства, используемые в синтетической биологии, – до размеров контейнера, который при других условиях прекрасно поместился бы в обычной гостиной{223}.

Ныне эта компания, которая теперь именуется Codex DNA, работает над созданием мощного производства размером еще меньше первоначального – с сумку-холодильник, которую вы берете с собой на пляж. Вместо синтезатора в новой машине используются специальные картриджи, подобные тем, с которыми функционируют струйные принтеры. Чтобы создать последовательность, ученые будут загружать свои условия синтеза и заказывать картриджи, предварительно заряженные фрагментами нужного генетического кода. На доставку картриджей, скорее всего, будет уходить больше времени, чем на их производство. Через несколько дней их загрузят в машину и нажмут несколько кнопок, чтобы начать эксперимент. При наличии генератора и спутникового интернета ученые теоретически могут создавать ДНК посреди бразильского тропического леса. Или на поле боя. DARPA поддерживает разработку еще более компактных устройств, способных производить лекарства и препараты в полевых условиях для защиты войск от новых биологических угроз. Представьте ситуацию, когда солдаты подвергаются воздействию созданного человеком патогенного микроорганизма или нового опасного вируса естественного происхождения. Теперь с помощью генетического секвенирования есть возможность быстро определить геном патогена. Реально в спешном порядке разработать новую вакцину или лекарство, а затем загрузить разработку в машину, распечатать и лечить раненых или больных солдат. Эта же машина или другая, подключенная к ней, будет затем производить дозы, необходимые для обеспечения боеготовности войск и поддержания здоровья военнослужащих.

Если в будущем организмы и лекарства можно будет передавать по факсу в масштабах всей планеты, то почему бы не отправить их на другие планеты? Работая с NASA, Вентер доказал, что, если в марсианской почве будут обнаружены бактериальные клетки на основе ДНК, их можно будет секвенировать на месте и телепортировать в лаборатории на Земле для воссоздания и изучения. Система может работать и в обратную сторону. При наличии биофабрики на Марсе или на Луне доставлять жизненно важные материалы, растения и животных станет не сложнее, чем отправлять сообщение по электронной почте. Другими словами, можно представить кардинально усовершенствованный «говорящий телефон» с «внеземными ретрансляторами» в составе «галактической сети» для биологической телепортации.

Пока же сеть создания ценности для будущего синтетической биологии продолжает развиваться. И уже сейчас производится огромное количество материалов, фармацевтических препаратов, текстиля, растений и животных для нашей планеты и для других, освоить которые у нас когда-нибудь появится шанс.

6

Эпоха биологии

Представьте себе мир, в котором креветок изготавливают в лаборатории. Мир, в котором креветки доставляются на рынок не кораблями, вытраливающими (и разрушающими) морское дно гигантскими сетями, поэтому не страдает вся остальная рыба и водные организмы, обычно попадающие в эти сети. Представьте мир, где фрукты выращивались бы в помещении круглый год – прямо под гастрономами, в которых они продаются. Вместо того чтобы собирать ягоды до их полного созревания, промывать их при строгом соблюдении температурного режима с целью уничтожения вредителей, запечатывать в транспортные контейнеры и отправлять через полмира, можно снимать нужное количество таких же ягод прямо с куста.