Синтетическая Биология Может Возродить Натуральную Оспу

Речь идет о том, чтобы создать у биологов чувствительность к рискам злонамеренного использования знаний, полученных в результате их экспериментов и исследований. Специальный технологический орган, например рабочая группа с открытым составом с председателем и заместителями председателя, назначенная сроком на несколько лет, способствовала бы отделению технических дискуссий от соображений по определению политики. Такая группа должна работать под руководством эксперта и должна быть инклюзивной, открытой для всех подписантов и для академических институций и других имеющих отношение к этой проблеме организаций, которые могут способствовать коллективным оценкам. Это будет гарантировать, что обсуждения будут касаться только технической стороны проблемы, заключения будут основываться на фактах и рекомендации будут базироваться на прочной научной основе. Очевидными темами для обсуждения являются потенциально пандемические патогены, синтетическая биология и нейробиология, а так же ускорение конвергенции биологии с другими науками, в частности с химией, и последствия всего этого для контроля над вооружениями и для международного права. Быстрый прогресс на многих фронтах в науках о жизни порождает проблему отслеживания и оценки того, какое значение имеет этот прогресс для разработки биологического оружия. Трудно решить какие области следует подвергать мониторингу, прогнозировать какие новые сочетания прорывов последуют из прогресса в множестве направлениях и как расширить квалификацию, необходимую для оценки этих новых развитий.

В 1990-х годах Том Найт заинтересовался работой с биологическими системами и применением к их дизайну инженерных принципов. В результате в начале 2000-х был создан стандарт хранения и работы с фрагментами ДНК BioBricks (подробнее о нем расскажем позже), который позволил упростить и стандартизировать хранение и сшивку фрагментов ДНК. Но из-за сложности устройства биосистем подходы, используемые в новой инженерной дисциплине, разительно отличались от тех, которые сложились в технических науках. С одной стороны, эти подходы во многом основывались на методе проб и ошибок, а с другой стороны, ограничивались набором базовых манипуляций с имеющимися в природе генетическими элементами. Иными словами, и «рациональное проектирование», и «создание сложного из простого» пока доступно в биологии лишь с серьезными оговорками. Тем не менее наши представления об устройстве живых организмов становятся все более точными, благодаря автоматизации и роботизации мы можем проводить более сложные эксперименты, а компьютерные технологии помогают анализировать, моделировать и структурировать биологические системы. Ход научно-технического развития человечества можно описать простой формулой «от познания — к созданию».

Применение подобного подхода при проектировании биосистем — одна из важных целей синтетической биологии. Становлению синтетической биологии способствовал интерес ученых из областей компьютерной и электротехнической инженерии к решению биологических задач. Одним из основоположников направления стал американский компьютерный инженер Том Найт. Его иногда называют крестным отцом синтетической биологии, но в компьютерной среде он известен разработкой первых компьютеров для языка программирования Lisp и работой над сетью ARPANET, на основе которой затем возник Интернет.

Исследование механизмов репарации представляет собой передовой фронт мировой науки, поскольку эта область молекулярной биологии напрямую связана как с поиском путей выживания организмов, так и наиболее оптимальных путей лечения нейродегенеративных и онкологических заболеваний человека. В рамках САЕ «Синтетическая биология» мы будем сотрудничать с НГУ как раз в этом направлении, конкретно – с лабораторией геномных технологий, которой заведует д.б.н.

А от этого недалеко и до создания искусственных живых клеток, а в более отдаленной перспективе – и целых организмов. Сама идея синтетической биологии развивается «вокруг»геномной инженерии. За последние годыпоявились новые, крайне удобные молекулярные инструменты, с помощью которых можно каким угодно образомизменить геном практически любого организма. Да, это, может быть, дорого, можно при этом уткнуться в какую-то пока не известную проблему, но даже на текущем уровне развития технологий молекулярной биологии можно поэтапно за, условно говоря, «триллион долларов» слона превратить в мамонта, возродив этот прекрасный вымерший вид http://www.MusicDose.ru. Синтетическая биология применяет инженерный подход для формирования живых организмов — от ферментов до микробов.

Открытия фундаментальной науки пробуждают интерес к разработке на их основе новых устройств, машин, технологий. Так, открытый Гансом Эрстедом алюминий преобразовал металлургию и промышленность, благодаря катализаторам Карла Циглера и Джулио Натты стало возможным современное производство пластмасс. Открытие радиоволн привело к созданию радиосвязи, открытие свойств полупроводников — к созданию современных компьютеров. При этом в областях знаний, которые принято называть техническими, прогресс обычно связан с постепенным усложнением. Каждый год появляются более сложные электронные устройства, более функциональные машины и роботы, возрастает сложность самих материалов и новых химических веществ.

В перспективе ученые смогут формировать и геном человека, работы в этом направлении уже идут. Сегодня прогресс в синтетической биологии достиг такого уровня, что особо амбициозные исследователи вроде Крейга Вентера и его команды замахнулись на создание живых организмов de novo с полностью синтетическим геномом. Близится переход от копирования живой природы к сборке организма, в природе не существующего, из элементов «генетического конструктора». Однако создание сложных систем, принимающих на вход много сигналов, сопряжено с принципиальными проблемами. Например, из-за высокого уровня шума и сложности связей, объединяющих клеточные компоненты, предсказать поведение системы, состоящей из большого числа элементов, практически невозможно. Перечисленные принципы инженерии создают предпосылки для разделения труда между разными группами, работающими над проектированием целой системы.

На основе такого стандарта создан биобанк — реестр стандартных биологических деталей . В его библиотеке зарегистрировано уже более 20 тысяч элементов, и каждый год ее пополняют участники знаменитого конкурса по синтетической биологии iGEM (The International Genetically Engineered Machine Competition— буквально ‘международное состязание генно-инженерных машин’). Понятие абстракции получило особенно широкое распространение в программировании и компьютерных науках. Суть этого подхода в том, что при описании реальных объектов строится упрощенная модель, которая принимает во внимание только параметры, важные для взаимодействия объекта с другими объектами системы, а детали опускаются. Применяя такой подход на разных уровнях организации системы, можно создать ее иерархическую абстрактную модель, где на каждом уровне будут выделены важные параметры подсистем, а детали спрятаны на более нижних уровнях иерархии. Так, инженер по проектированию персональных компьютеров не должен разбираться в устройстве транзисторов.

В отличие от природы, ученые могут целенаправленно перестраивать геномы так, чтобы оставалась только необходимая для жизнедеятельности ДНК. Так вот, после успешного синтеза бактерии (то есть прокариота), что было в 2010 году, ученые поставили перед собой задачу синтеза искусственного эукариота, то есть клетки, которая имеет много хромосом и которая по своей сложности, организации превосходит такие элементарные существа, как бактерии. В качестве модельного объекта были взяты дрожжи, по латыни – сахаромицеты. Несмотря на кажущуюся простоту этого существа, это реальный эукариот с довольно сложной внутриклеточной организацией, с четко оформленным ядром, у которого насчитывается 16 хромосом и общая длина (или объем генома 12 миллионов единиц, если не ошибаюсь).

и системной биологии372140–forty fiveСтуденты и аспиранты80–one hundred~300~1500~2500По инициативе Национального научного фонда США на факультетах информационных технологий, инженерных наук и биологии внедряются программы SynBERC для подготовки специалистов в синтетической биологии. Лидерами по созданию исследовательских лабораторий и внедрению программ являются университеты MIT, Беркли, Стэнфорд, Гарвард, Бостонский университет. В Европе создан партнерский консорциум университетов во главе с Университетом Ноттингема . Конечно, изменения в ДНК приводят к возникновению новых свойств и признаков у организмов, однако эволюция, двигателем которой служат случайные процессы, не следует принципам экономии и эффективности.

Однако еще одной важной особенностью, свидетельствующей о высоком уровне развития технологии, считается разделение труда между проектированием (дизайном) и производством. Сегодня сложно представить архитектора, который сам участвует в постройке здания, а в биологии зачастую одни и те же специалисты продумывают дизайн генетической конструкции и собирают биосистемы. Ожидается, что с развитием синтетической биологии эти функции будут все сильнее разделяться. Однако из-за сложности и непредсказуемости биосистем к их проектированию, скорее всего, начнут применять итеративный подход «дизайн — построение — тестирование — дизайн» (design-build-check).