Развитие синтетической биологии может спровоцировать новую промышленную революцию

Татьяна Громова, ежемесячник «Власть денег» № 7/8-2015

Хотя синтетическая биология стала активно развиваться относительно недавно, в этой области уже работают более 100 крупных лабораторий по всему миру. Один из признанных экспертов в сфере синтетической биологии – профессор с мировым именем Милан Мрксич, который сотрудничает сразу с несколькими именитыми вузами: Университетом Чикаго, Институтом Говарда Хьюгса и Международным институтом нанотехнологий Северо-Западного университета. Помимо этого, он консультировал профильные исследования в лабораториях Пентагона. Милан Мрксич – лауреат множества научных наград и премий, автор публикаций в авторитетных журналах. Он рассказал «ВД» о перспективах, которые обещает человечеству синтетическая биология, а также ее потенциальных опасностях.

«ВД» Милан, многие специалисты говорят, что для человечества синтетическая биология имеет такое же значение, как информационные технологии. 

М.М. Не исключено, что биотехнологии в целом и синтетическая биология в частности приведут к новой промышленной революции. Это настольно быстро развивающиеся сферы, настолько фантастические возможности они открывают, что, без сомнения, подарят миру совершенно уникальные продукты и откроют доселе невиданные перспективы. Только представьте: до недавнего времени организмы людей, животных, всех живых систем представлялись как комплексы стандартных клеток, ДНК и т. п., существующих и действующих по четко определенной схеме. Да, в них можно было вносить определенные коррективы, но в чисто «биологических», ограниченных рамках. И вдруг выясняется, что в организм можно вставлять искусственные участки, синтетические ДНК, способные ассимилироваться с натуральными и полностью менять организм. Наиболее актуальные на сегодняшний день направления: инновационные методы лечения, производство вакцин, продукции пищевого и химического сырья, включая биотопливо. Синтетическая биология обещает если не полную победу, то, по крайней мере, глобальный прорыв в борьбе с болезнями, голодом, энергетическим кризисом.

«ВД» Какие технологии использует синтетическая биология? 

М.М. Прежде всего это чтение генома. В данной сфере произошла настоящая революция: геном человека сегодня прочитывается менее чем за сутки с минимальными затратами. Биоинформатика позволяет объединить методы компьютерного анализа генома и моделирования структуры белков. Уже есть общедоступные международные базы данных, содержащие последовательности расшифрованных геномов, в том числе патогенных микроорганизмов. Сложно представить себе синтетическую биологию без нанотехнологий, позволяющих синтезировать полинуклеотидные цепи любой длины. Таким образом, к примеру, был создан искусственный вирус полиомиелита. А в ближайшем будущем 4D-принтеры позволят производить любые сложные объекты, самостоятельно принимающие нужную форму и конструкцию систем, в которые затем будут интегрировать искусственный геном. Самое главное – синтезировать искусственную клетку, обладающую минимальным набором генов, необходимых для жизни и размножения. Она станет основой для построения живых систем, в которые загружаются функциональные блоки в зависимости от желаемого результата.

«ВД» Речь идет о создании стандартных синтетических фрагментов ДНК, которые называют «биокирпичами»? 

М.М. Да, из «биокирпичей» можно собрать разные по составу комплексы искусственных фрагментов ДНК с определенными полезными функциями. То есть это будут серийно выпускаемые и готовые к использованию части ДНК. На их основе можно сконструировать цепочки с заданными характеристиками или участки ДНК, реагирующие на воздействие определенных химических веществ, света и т. п. Такие «кирпичики» будут встраивать в живой организм либо отдельно, добиваясь нужных функций, либо объединять несколько отдельных искусственных частей, сочетая их свойства.

Cинтетическая биология открывает перед человечеством уникальные перспективы: научившись внедрять искусственные компоненты в живые организмы, можно создавать наилучшие лекарства, продукты питания, дешевую энергию. Дойдет дело и до идеального человека

«ВД» Вы упомянули 4D-принтеры. Вы собираетесь их использовать в ближайших исследованиях?

М.М. Международный институт нанотехнологий Северо-Западного университета, с которым я сотрудничаю, на днях получил $8,5 млн на разработку 4D-принтера, который обеспечит материаловедов, химиков, разработчиков в различных сферах деятельности «умными» материалами. Они способны взаимодействовать с другими материалами, окружающей средой и воспринимать подаваемые им сигналы. Напечатанные на 4D-принтере объекты будут видоизменяться, чтобы выполнять новые функции благодаря закодированной в наноматериалах информации. Такие машины помогут разработать новые структуры, в которых плотные материалы – функциональные компоненты электроники – смогут объединяться с биологическими и мягкими материалами. Сфера применения таких продуктов чрезвычайно широка: от медицины до строительства и логистики.

«ВД» Раньше для подобных опытов использовались и 3D-принтеры? 

М.М. Да, недавно профессор Ли Кронин из Университета Глазго создал со своей командой полностью искусственную систему, способную эволюционировать подобно простейшим живым организмам. Основой исследования стал модифицированный 3D-принтер, который впрыскивал дозированные капли специальных растворов в наполненную водой чашку Петри – она применялась для выращивания культур микроорганизмов. Комбинации разных химических соединений позволяли создавать множество разных составов. Получились своеобразные живые капли-роботы, которые благодаря источнику энергии смогли двигаться и жить своей жизнью. Это уникальный эксперимент, помогающий понять эволюционные процессы в живых организмах, и, соответственно, корректировать их и ими управлять. Я уверен, что возможности 3D-принтеров в сфере синтетической биологии еще не изучены и не реализованы, но мне интереснее будет работать уже с 4D-технологиями.

«ВД» Вы были консультантом в DARPA, какие курировали разработки? 

М.М. Это очень перспективные масштабные исследования, не случайно недавно Агентство создало специальный отдел, Biological Technologies Office, который занимается изучением биотехнологий, на стыке биологии и машиностроения. Предполагается, что новое поколение оборонных технологий будет основано на естественных формах жизни. Отдел занимается производством биоматериалов, превращая живые клетки, белки и ДНК в своеобразный генетический завод. Цель заключается в создании искусственных живых материалов, которые будут использовать для следующего поколения электроники, самовосстанавливающихся материалов, возобновляемого топлива и т. п. Уже создана синтетическая хромосома, которая может стать основой синтеза искусственного организма. Biological Technologies Office также намерен разрабатывать искусственный интеллект для машин на поле боя, способы восстановления потерянной памяти и других функций мозга, а также биологические военные технологии вроде детекторов заболеваний, вакцин от вирусов и прочих необходимых для армии инноваций.

«ВД» У Пентагона ведь уже есть и программа BioDesign, в рамках которой создаются генетически запрограммированные на бессмертие синтетические существа? 

М.М. Насколько я знаю, программа предусматривает разработки в сфере неврологии, эпидемиологии, болезней, протезирования и других подобных сфер. Это создание управляемых силой мысли искусственных конечностей, максимальное слияние мозга с кибернетическим телом, подключение роботизированных конечностей непосредственно к мозгу. Технологии, связанные интерфейсом человек-машина, будут применяться в разработке управляемых силой мысли роботов и беспилотных летательных аппаратов. О том, что еще создается в рамках программы, я не знаю.

«ВД» Сейчас в сфере синтетической биологии много экспериментов с ДНК и клетками. Насколько это перспективно и проводите ли вы подобные исследования? 

М.М. Это очень перспективно, ведь таким образом создается основа для кардинально новых форм жизни. Я работал со стволовыми клетками, которые могут синтезировать ткань любого типа. Эту способность можно использовать в клеточной терапии, чтобы обеспечить человеку как минимум хорошее здоровье, а как максимум – бессмертие. Для этого нужно получить строго определенную ткань. И, чтобы добиться нужного результата, я и мои коллеги из Чикагского университета изменили форму клетки за счет рельефа поверхности, на которой она расположена. В процессе экспериментов выяснилось, что если придать клетке форму звезды – пятиугольника с острыми углами, то у нее сформируется плотная структура и такая клетка может стать клеткой костной ткани. Форма же цветка с мягкой структурой синтезирует клетку жировой ткани. Исследования в этом направлении продолжаются и обещают уникальные результаты. 

«ВД» Новые биотехнологии могут использоваться не только во благо. Взять хотя бы историю с искусственной бактерией Cynthia, которая после уничтожения нефтяных пятен в Мексиканском заливе стала пожирать морских обитателей и заражать людей... (выдумка желтой прессы. Всё, на что способна сама «Синтия» – это жить в тепличных условиях на всём готовом, и никакие ГМ-микроорганизмы при разливе нефти в Мексиканском заливе не применялись. Смолчал об этом Мрксич или его опровержение вырезала редакция, неизвестно – ВМ.) 

М.М. Действительно, при неправильном использовании продукты синтетической биологии могут подвергнуть реальной опасности окружающую среду. На самом деле даже ставшие привычными генномодифицированные растения нередко вытесняют свои природные аналоги не только с прилавков магазинов, но и из природной среды. Были зафиксированы случаи передачи от генномодифицированных растений к дикорастущим видам устойчивости к гербицидам, что сделало их суперсорняками. Эксперименты в подпольных лабораториях могут привести к созданию новых видов наркотиков (например, на основе мака). Но самое опасное – это угроза распространения принципиально новых возбудителей инфекционных заболеваний, с которыми человечество ранее не встречалось. Низкая стоимость, относительная простота и широкая доступность технологий провоцируют биологов-самоучек модифицировать генетический код бактерий. Последствия таких бесконтрольных, непрофессиональных экспериментов могут быть действительно фатальными.

«ВД» Что можно сделать в этой ситуации? 

М.М. Многие международные и национальные документы уже регулируют проведение исследований в сфере синтетической биологии. Но, безусловно, необходимо проводить более тщательную оценку существующих рисков, предполагающую обнаружение и пресечение деятельности разнообразных нелегальных кустарных лабораторий. Именно они представляют сейчас наибольшую опасность, причем с развитием технологий риски становятся все выше. Ведь в обозримом будущем автоматизация биотехнологических процедур откроет путь к массовому производству огромного количества новейших синтетических живых систем, каждая из которых, выйдя из лаборатории, может повести себя совершенно непредсказуемо, что приведет к глобальной катастрофе.

Милан Мрксич

Профессор биомедицинской инженерии, химии и молекулярной биологии Университета Чикаго

Окончил с отличием факультет химии Университета Урбана-Шампейн, получил степень кандидата физико-химических наук в Калифорнийском технологическом институте

Доцент кафедры химии Университета Чикаго

Член научно-исследовательского совета Агентства передовых оборонных исследований DARPA

Член консультативного комитета Аргоннской национальной лаборатории

Адъюнкт-профессор химии Университета Чикаго

Заместитель директора в Центре наноразмерной науки и инженерии в Международным институте нанотехнологий Северо-Западного университета

Исследователь в Медицинском институте Говарда Хьюза

Консультант в Национальном американском институте здоровья, научный советник Международной группы оценки программ тканевой инженерии, Международной группы оценки программ биосенсорных технологий, основатель и советник по науке компании WMR Biomedical Inc., автор порядка 160 публикаций в научных журналах.

Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru

06.07.2015